Ионный ускоритель коллайдерного комплекса NICA в Дубне: как это работает

До конца этого года в подмосковной Дубне должен быть запущен первый ускоритель в составе коллайдерного комплекса NICA, который станет одной из крупнейших ядерно-физических установок в России. С его помощью ученые надеются получить кварк-глюонную плазму и экспериментальным путем исследовать состояния материи, которые пока не может описать никакая теория. О том, как появилась идея NICA, почему нельзя сказать, что этот коллайдер воспроизведет состояние Вселенной в первые мгновения после Большого взрыва и причем тут «задачи тысячелетия», рассказал Олег Теряев, доктор физико-математических наук, начальник сектора Лаборатории теоретической физики Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ). Как появилась идея NICA? Еще в начале 50-х годов в Дубне был построен синхроциклотрон. Вес его громадных магнитов был сопоставим с весом «Титаника» — в нем использовалась так называемая мягкая фокусировка, требовавшая много места для пучка. На момент постройки дубненский синхротрон считался одним из лучших в мире, однако быстро потерял научную актуальность.

Читать далее

Обнаружена способность материи самостоятельно создавать магнитное поле в сверхпроводящем состоянии

На фото: Рассеяние рентгеновских лучей на исследуемом кристалле (S. Ran et al. / Science, 2019). Физики впервые обнаружили вещество, в котором при переходе в сверхпроводящее состояние возникает магнитное поле, при этом соединение — дителлурид урана UTe2 — не обладает магнитным порядком вне сверхпроводящей фазы, что делает его исключительным. Вещество с такими свойствами может оказаться исключительно востребованным в области квантовых компьютеров, пишут авторы в журнале Science. Сверхпроводимость — это макроскопическое квантовое явление, которое заключается в фазовом переходе некоторых веществ при низких температурах в новое состояние с нулевым электрическим сопротивлением. Существует несколько разных типов сверхпроводников. Простейшими из них являются некоторые чистые металлы, свойства которых меняются вблизи абсолютного нуля, и их поведение хорошо описывается теорией Бардина—Купера—Шриффера (БКШ).

Читать далее

Обнаружено нарушение закона сохранения импульса при движении электронов в потоке фотонов

Физики из США неожиданно обнаружили, что падающие на поверхность золотой фольги фотоны притягивают свободные электроны, хотя закон сохранения импульса предсказывает другое направление тока. Чтобы получить «правильное» направление тока, ученым пришлось заполнить вакуумную камеру воздухом и облучить фольгу p-поляризованным лучом. Таким образом, большинство экспериментов по измерению аналогичного потока электронов придется пересмотреть. Статья опубликована в Physical Review Letters, кратко о ней сообщает Physics, препринт работы выложен на arXiv.org. Закон сохранения импульса распространяется не только на механические столкновения тел, но и на отражение света от полированной поверхности металла. Проще всего смотреть на такое отражение как на механическое столкновение фотонов-частиц с частицами металла, однако аккуратный расчет в рамках классической электродинамики приводит к тому же закону сохранения.

Читать далее

Обнаружена возможность гасить и усиливать лазерный луч с помощью постселекции облака атомов

Благодаря постселекции облако атомов в основном состоянии может гасить и усиливать падающий на него лазерный луч даже в том случае, если состояние атомов не изменяется. Ключевую роль в этом эффекте играет переменное и заранее неизвестное число фотонов, содержащихся в падающем пучке. Теоретическую статью с описанием эффекта американские физики  опубликовали в Physical Review A, а препринт статьи выложили на сайте arXiv.org. Если достаточно сильно охладить облако атомов и некоторое время подождать, то все атомы «свалятся» в основное состояние, в котором их энергия минимальна. Такое облако поглощает фотоны, но не может их испускать. Следовательно, если пропустить сквозь него лазерный луч, атомы будут «выдергивать» из него фотоны и отбирать энергию. Впрочем, в квантовой механике процесс поглощения фотона происходит не наверняка, поэтому с небольшой вероятностью атомы могут остаться в основном состоянии даже после пропускания лазерного луча. Естественно ожидать, что после такой обработки энергия луча не изменится.

Читать далее

Бозе-конденсат атомов эрбия собрали в трехмерное сверхтекучее твердое тело

Австрийские физики изготовили трехмерное сверхтекучее твердое тело из бозе-конденсата атомов эрбия, пойманных в оптическую ловушку. Образование необычного квантового состояния ученые отслеживали по спектру возбуждений, который они рассчитывали по интерференционной картине атомов и сравнивали с теоретическими предсказаниями. татья опубликована в Physical Review Letters, кратко о ней сообщает Physics, препринт работы выложен на сайте arXiv.org. В 1938 году советский физик Петр Капица обнаружил, что при температуре ниже 2,17 Кельвин жидкий гелий-4 переходит в сверхтекучее состояние, то есть его вязкость строго обращается в ноль. Качественно сверхтекучесть жидкости можно объяснить спонтанным нарушением непрерывной калибровочной симметрии, отдаленно напоминающим механизм Хиггса. Благодаря этому нарушению фазы волновых функций всех атомов «выпадают» в одно и то же значение, атомы становятся когерентными и превращаются в единый бозе-конденсат. Подробнее о такой интерпретации сверхтекучести можно прочитать в статье «Introduction to superfluidity»и кратком ответе на форуме Stackexchange, а про историю открытия сверхтекучести — в материале «Чашка жидкого гелия».

Читать далее

Впервые показана двухликость углеродных нанотрубок

Физики из Университета Райса теоретически показали, что край нанотрубки, растущей на подложке, напоминает «Двуликого Януса»: сторона нанотрубки, повернутая к подложке, напоминает обломанные зубья пилы, тогда как на противоположной стороне атомы выстроены в зигзаг. Ранее считалось, что области такой формы периодически сменяют друг друга. Статья опубликована  в ACS Nano. Чтобы получить углеродную нанотрубку, нужно свернуть лист графенав цилиндр и склеить его края. Поскольку графен состоит из шестиугольных сот, такая склейка возможна только при определенных диаметрах трубки, при которых шестиугольники одного края в точности прилегают к шестиугольникам противоположной стороны. Поэтому склейка будет успешной только в том случае, если сворачивать лист вдоль вектора, построенного из целого числа векторов кристаллической решетки: C = na1 + ma2. Зная этот вектор, легко рассчитать диаметр нанотрубки и угол спиральности (helicity angle, угол, под которым скручивают трубку).

Читать далее

Обнаружен новый путь распада бозонов Хиггса на другие элементарные частицы

Картинки по запросу бозон хиггсаИсследователи из Принстонского университета объявили о том, что им удалось отследить пятый, самый очевидный и распространенный путь, которым бозоны Хиггса распадаются на другие элементарные частицы. Данное открытие, по утверждениям принстонских ученых, открывает перед ними совершенно новые направления в изучении фундаментальных физических законов, на которые опирается вся “работа” Вселенной. Отметим, что пятым типом распада бозона Хиггса стал распад этой частицы на два нижних кварка. Ученые уверены, что обнаруженный ими пятый тип распада станет основным типом, используемым физиками для идентификации частиц Хиггса.

Читать далее

Продемонстрирована возможность использования лазерного излучения для мощного ускорения частиц

Экспериментальная ÑƒÑÑ‚Ð°Ð½Ð¾Ð²ÐºÐ°В своих последних экспериментах ученые из университета Небраски-Линкольна (University of Nebraska-Lincoln) при помощи импульсов интенсивного лазерного света создали сгустки электронной плазмы, которые после этого были ускорены до скорости, близкой к скорости света. “Эти плазменные сгустки можно назвать термином “оптическая ракета” из-за огромного значения сил, обеспечиваемых воздействием света на плазму” – рассказывает профессор Дональд Умстадтер (Donald Umstadter), – “Электроны подверглись воздействию сил, в триллион триллионов раз больше, чем силы, которые воздействуют на астронавта во время запуска в космос”.

Читать далее

Предложен новый теоретический подход “тысячи мозгов” к описанию работы мозга

Новая “теория тысячи мозгов” предполагает, что мы не формируем единой сложной модели мира, а постоянно синхронизируем работу множества отдельных моделей. Высшие функции мозга выполняет неокортекс (новая кора), у человека разросшийся крупными складками. Здесь происходят анализ сенсорной информации и сознательное мышление, формируются моторные команды и речь. Предполагается, что неокортекс работает, создавая и постоянно обновляя модель окружающего мира, объектов, людей и себя в нем. Однако механизм действия нейронов новой коры остается загадкой, и регулярно появляются новые гипотезы о его функционировании.

Читать далее