Немецкие физики измерили сжимаемость двумерного квантового газа фотонов в зеркальном микроящике и получили для него уравнение состояния. По началу с ростом числа фотонов в системе сжимаемость падала, но затем, когда число частиц достигло критического значения, — стала возрастать. Причиной такого поведения газа служит массовый переход частиц в низшее энергетическое состояние и образование бозе-конденсата, что уменьшает энергетическую стоимость сжатия, пишут ученые в Science. Многим со школьных уроков физики знакомо понятие идеального газа, в котором взаимодействие между частицами отсутствует. В реальности же взаимодействие между частицами есть, но в случае идеального газа оно пренебрежительно мало либо из-за слишком слабой силы, с которой частицы взаимодействуют, либо из-за слишком малой плотности газа. Из последнего условия следует, что из множества доступных квантовых состояний частицами занята лишь малая их часть, и распределены они по этим состояниям по одному.
Архив рубрики: Наука
Получено экспериментальное подтверждение увеличения теплоотдачи путем модуляции температурного градиента
Чешским физикам удалось увидеть эффект увеличения теплопередачи в газе, запертом между двумя пластинами разной температуры, одна из которых модулировалась со временем. Ранее этот эффект был предсказан лишь теоретически, но никем не наблюдался. Его подтверждение поможет значительно улучшить климатические модели, а также повысить эффективность теплоотвода. Исследование опубликовано в Physical Review Letters. При нагреве тела, как правило, расширяются, а их плотность уменьшается. По этой причине возникает конвекция в жидкостях и газах, когда в условиях тяготения нижняя часть среды становится горячее, чем верхняя. Это вызывает встречные потоки вещества, которые могут причудливым образом взаимодействовать. Сложный характер этого процесса очень хорошо иллюстрирует конвекция парафина в масле лавовой лампы. Конвекция играет важную роль во множестве атмосферных и климатических явлений.
Сильная спин-обменную связь между ядрами калия и гелия-3 была получена с помощью магнитного поля
Иллюстрация: R. Shaham et al. / Nature Physics, 2022. Израильские физики убедительно продемонстрировали сильную спин-обменную связь между ядрами калия и гелия-3, находящимися в атомной газовой смеси. Создав нужные условия с помощью магнитного поля, они увидели гибридизацию спиновых состояний, выраженную через осцилляцию спиновой поляризации со временем в обоих газах. Исследование опубликовано в Nature Physics. Среди множества физических реализаций кубитов ядерные спины благородных газов выделяются благодаря большому времени жизни состояний и когерентности их суперпозиции: дни и часы соответственно. Причину такой стабильности следует искать в эффективном экранировании ядер инертными электронными оболочками, а также устойчивости самого ядра. Это делает ядра отдельных изотопов, например, гелия-3, очень хорошими детекторами магнитного поля, но физики также пророчат им роль эффективных переносчиков квантовой информации и даже квантовой запутанности.
Выяснены физические механизмы разрушения поверхностей под действием падающих капель воды
Иллюстрация: College of Science and Engineering, UMN / Youtube. Физики из США и Чили с помощью техники высокоскоростной стресс-микроскопии детально исследовали то, что происходит с поверхностью, на которую падает капля несжимаемой жидкости. Оказалось, что пространственно-временные профили механических напряжений, которые возникают при этом, существенно отличаются от таковых при ударе твердых шариков. Выявленные учеными особенности объясняют причины характерной эрозии и разрушения поверхностей, на которые долго капает вода. Исследование опубликовано в Nature Communications. Достаточно длинная последовательность ударов капель воды о каменную поверхность приводит к ее эрозии и разрушению. На этот факт обратил внимание еще Лао-Цзы в V веке до нашей эры, и с тех пор этот процесс стал метафорой целеустремленности и настойчивости во многих культурах.
Обнаружена автоматическая коллимация пучка совместного распространения атомов и лазерного излучения
Иллюстрация: Andres Castillo et al. / Scientific Reports, 2022. Американские физики теоретически исследовали вопрос совместного распространения пучка атомов и пучка мощного лазерного излучения. Они показали, что в такой системе можно добиться взаимной коллимации пучков вплоть до нескольких десятков тысяч километров. Работа ученых может в будущем помочь фокусировать лазерный луч на световой парус, летящий далеко от Земли. Исследование опубликовано в Scientific Reports. Большая часть экспериментальной физики опирается на работу с пучками частиц или света. Таким способом можно передавать материю или энергию на некоторые расстояния в сильно локализованном виде. Ограничительным фактором при этом выступает естественная расфокусировка лучей. Если в случае частиц это происходит из-за диффузии в системе центра масс, то свет расходится из-за неизбежной дифракции. Последнее, к примеру, оказывается преградой к работе космического солнечного паруса, разгоняемого лазером.
Физик вновь экспериментально подтвердили механизм падения будерброда маслом вниз
Иллюстрация: Rod Cross / European Journal of Physics, 2022. Австралийский физик в подробностях разобрался в том, как падают или соскальзывают вниз с края поверхности в различных конфигурациях деревянные бруски, имитирующие бутерброд. Его теоретическое и экспериментальное исследование показало, что бутерброд действительно в большинстве случаев должен падать маслом вниз. С практической же точки зрения работа физика имеет отношение к транспортной и бытовой безопасности. Ознакомиться с ней можно в журнале European Journal of Physics. Падение бутерброда маслом вниз — весьма досадное событие. Оно стало символом неудачи и пессимизма еще в XIX веке и остается таковым до сих пор. Предположение о том, что тонкий равномерный слой масла способен существенно повлиять на шансы летящего бутерброда упасть той или иной стороной, казалось настолько контринтуитивным, что феномен долгое время оставался в контексте закона Мёрфи, нежели законов физики.
