Американские физики описали дешевый и точный эксперимент по количественному измерению законов диффузии с помощью проникновения пищевого красителя в сваренные вкрутую яйца. Для этого они мариновали сваренные и очищенные яйца различное количество времени, после чего разрезали их и фотографировали окрашенный слой. Исследование опубликовано в American Journal of Physics. Сложная физика не всегда требует дорогостоящего оборудования, чтобы ее изучать. Этот факт открывает доступ к физическим явлениям для учащихся школ и университетов, которые не могут себе позволить дорогое оснащение своих лабораторий. По этой причине множество физиков заняты поиском дешевых и простых экспериментов, с помощью которых, однако, можно изучать достаточно сложные феномены. Мы уже рассказывали как пружина, консервная банка и смартфон помогают изучать акустическую дисперсию, а вафли с карамелью в шоколадной глазури — композитные материалы.
Архив рубрики: Наука
Предложено объяснение парадокса исчезновения информации в черной дыре с помощью концепции “квантовых волос”
Иллюстрация: ScienceClic English / Youtube. Группа физиков из трех стран предложила решение парадокса исчезновения информации в черной дыре с помощью «квантовых волос»: материя внутри черной дыры на квантовом уровне кодирует информацию во внешнем гравитационном поле, а это, в свою очередь, отражается на излучении Хокинга. В первой работе, опубликованной в журнале Physical Review Letters, физики доказали зависимость состояний гравитонов снаружи черной дыры от состояния и распределения вещества внутри нее. Во второй работе, опубликованной в журнале Physics Letters B, ученые объяснили, как эта связь осуществляет унитарное испарение черной дыры. В своих работах 1974 и 1976 года Стивен Хокинг привел доказательство того, что черные дыры медленно излучают частицы в тепловом спектре, постепенно испаряясь. Качественно, но не совсем корректно этот процесс можно описать следующим образом.
Измерение вероятности неупругого соударения с помощью техники квантовой логики помогает уточнить модели межатомного взаимодействия
Иллюстрация: Or Katz et al. / Nature Physics, 2022. Израильские физики применили технику квантовой логики к измерению вероятности неупругого соударения между холодными атомами рубидия и ионами стронция. В их опыте высвобождающийся избыток энергии переходил к дополнительному логическому иону, чье возбуждение ученые фиксировали оптическими методами. Полученные в эксперименте данные помогут теоретикам точнее строить модели межатомного взаимодействия. Исследование опубликовано в Nature Physics. Неупругие соударения всегда представляют для физиков больший интерес, чем упругие, поскольку они открывают доступ к внутренней структуре участвующих в них частиц. В случае, если речь идет об атомах, изменение их внутреннего состояния в силу законов сохранения неизбежно скажется на кинетической энергии. Если речь идет о множественных соударениях в больших атомных ансамблях, неупругие процессы сказываются на макроскопических величинах, поддающихся измерению, таких как температура или давление.
Впервые удалось получить управление отдельными двумерными слоями ультрахолодных молекул с помощью электромагнитных полей
Иллюстрация: William G. Tobias et al. / Science, 2022. Американские физики научились взаимодействовать с отдельными двумерными слоями ультрахолодных молекул, помещенных в одномерную оптическую решетку. Для этого они использовали градиент электрического поля, который приводил к различию в энергетических уровнях молекул, жестко расположенных в разных слоях. Ученые добились в таких системах большого времени когерентности молекул, а также изучили обменные процессы между соседними слоями. Исследование опубликовано в Science. Редукция размерности среды зачастую открывает новые свойства или возможности, которые не наблюдались до этого. Типичными примерами таких открытий стали исследования графена или двумерных электронных газов, которые сильно обогатили наши представления о свойствах твердых тел. Не стали исключением свойства холодных газов, в особенности, молекулярных.
Продемонстрирована работа квантовой памяти для хранения кубитов с временем хранения до 20 миллисекунд
Иллюстрация: Antonio Ortu et al. / npj Quantum Information, 2022. Физики продемонстрировали работу квантовой памяти для хранения кубитов со временным кодированием на основе кристалла 151Eu3+:Y2SiO5. Они показали, что такая память способна хранить их до 20 миллисекунд, демонстрируя на выходе степень совпадения равную 85 процентам для одного фотона на кубит. Исследование опубликовано в npj Quantum Information. Физики говорят о кубите, когда имеют дело с простейшей квантово-механической системой, которая может находиться в двух различных состояниях, а также в их квантовой суперпозиции. Отличительной особенностью кубитов стало то, что они могут быть запутаны друг с другом. Запутанность подразумевает наличие неклассических корреляций, и выражается через невозможность представить состояние двух или нескольких кубитов через произведение соответствующих одночастичных состояний. Определение, приведенное выше, достаточно общее. Это обуславливает огромное количество физических систем, которые были предложены для реализаций кубитов.
Обнаружены аномальные свойства экзотической частицы из электрона, антипротона и ядра гелия в сверхтекучем гелии
Иллюстрация: Anna Sótér et al. / Nature, 2022. Группа европейских физиков обнаружила неожиданное сужение ширины спектральных линий антипротонного гелия, то есть экзотического атома, состоящего из электрона, антипротона и ядра гелия, погруженного в сверхтекучий гелий. Эффект потребует учета коллективных эффектов на ширины линий, а также открывает дорогу к спектроскопическому исследованию других экзотических атомов. Исследование опубликовано в Nature. Одной из главных нерешенных проблем физики по сей день остается асимметрия материи и антиматерии во Вселенной. Ее можно было бы объяснить различием их физических свойств. Физики активно ищут эти различия во множестве разнообразных экспериментов, с каждым десятилетием увеличивая точность и накладывая на них все более строгие ограничения. Важным инструментом на этом пути стала прецизионная атомная спектроскопия. Ее преимуществами оказались высокий технический уровень эксперимента и проработанность теории, которая позволяет делать очень точные предсказания.
