Европейские физики построили модель преследования борзыми зайца, который случайным образом меняет свою скорость. Им удалось получить аналитические выражения для времени погони в одно- и двумерном случае, а также рассчитать энергетические затраты борзых в различных режимах преследования. Работа опубликована в Physical Review Letters. Теория преследования — это раздел математики, который вырос из классической задачи XVIII века о собаке, бегущей с постоянной скоростью в сторону зайца, убегающего от нее по произвольной прямой траектории. С тех пор было развито множество моделей для поиска оптимального типа преследования либо, наоборот, уклонения. Несмотря на свое зоологическое происхождение, теория преследования применяется в широком диапазоне технических задач, начиная от создания систем противоракетной обороны и заканчивая разработкой поисковых алгоритмов. Определенные усилия математиков и физиков были сосредоточены вокруг стохастического движения участников погони.
Архив рубрики: Наука
Обнаружено, что удивительный эффект Мпембы может возникать за счет немарковского взаимодействия системы с резервуаром
Иллюстрация: Zhen-Yu Yang and Ji-Xuan Hou / Physical Review E, 2022. Китайские физики численно и аналитически показали, что эффект Мпембы может возникать за счет немарковского взаимодействия системы с резервуаром. Для этого они моделировали теплообмен между резервуаром и цепочкой спинов и показали, что появляющийся на пути остывания системы энергетический барьер преодолевает быстрее та система, которая изначально имела большую температуру. Исследование опубликовано в Physical Review E. Эффектом Мпембы изначально называлось явление, связанное с тем, что стакан с горячей водой замерзает быстрее, чем с холодной. Оно названо в честь танганьикского школьника Эрасто Мпембы, который обнаружил его в 1963 году. Несмотря на то, что этот парадоксальный эффект наблюдали еще в древние времена, до сих пор нет четкого представления о том, как он устроен. Более того, ряд физиков поставили под сомнение его существование после тщательного экспериментального анализа.
Созданы оптические атомные часы на основе иона радия с точностью показаний до 16 знака после запятой
Иллюстрация: C. A. Holliman et al. / Physical Review Letters, 2022. Американские физики сообщили о создании оптических атомных часов на основе иона радия. Они добились относительной неопределенности измерения частоты, равной 9×10−16. Радиевые часы позволили ученым впервые измерить отношения факторов Ланде D5/2 и S1/2 состояний. Исследование опубликовано в Physical Review Letters. Атомными часами называют устройства для измерения времени с помощью точного определения частот атомных переходов. Эталоном в этой области стали часы на основе цезия-133 с частотой сверхтонкого перехода равной 9,2 гигагерца. Со временем физики перешли к оптическим частотам, что позволило существенно повысить точность. Сегодня оптические атомные часы помогают ученым искать темную материю, проверять постоянство физических констант со временем и исследовать нарушения принципа эквивалентности Эйнштейна.
Обнаружено спонтанное нарушение поляризационной симметрии света непрерывного лазера
Иллюстрация: N. Moroney et al. / Nature Communications, 2022. Европейские физики обнаружили спонтанное нарушение поляризационной симметрии света, испускаемого непрерывным лазером, в резонаторе Фабри — Перо. В их опыте линейно поляризованный свет, начиная с некоторого порога мощности, несимметрично расщеплялся на компоненты с круговой поляризацией. Эффект может быть полезен для полностью оптического управления поляризацией, а также для создания чувствительных поляризационных детекторов. Исследование опубликовано в Nature Communications. Спонтанное нарушение симметрии — это случайный процесс, при котором симметрия системы уменьшается в угоду наименьшей энергии. Эта концепция играет большую роль в самых разных разделах физики, начиная от квантовой теории поля, где такое нарушение обеспечивает работу хиггсовского механизма, и заканчивая холодными газами.
Показана возможность создания эффективных квантовых процессоров на полупроводниках
Иллюстрация: Mateusz T. Mądzik et al. / Nature, 2022. Три научные группы из разных университетов смогли показать возможности квантовых процессоров на полупроводниках. На разных квантовых системах им удалось реализовать квантовые операции с высокой точностью и низким уровнем ошибок. Кроме того, физики показали, что разработанные ими платформы пригодны для реализации классических квантовых и вариационных алгоритмов. Статьи [1,2,3] опубликованы в журнале Nature. В гонке по созданию универсального или полезного для практических применений квантового вычислителя ученые используют не только все возможные средства, но и все доступные платформы — на сверхпроводниках, нейтральных атомах, ионах, спинах или фотонах. Причем, сложно говорить о том, какое из направлений лидирует и невозможно предсказать какое из них вырвется вперед в ближайший год. Из-за того, что каждое имеет собственную специфику, физики находят разные применения для разных платформ.
В поисках четвертого измерения: трехмерность физического пространства, виртуальные тени и геометрия
Ранее я уже рассказывал о современных научных представлениях по поводу четвертого измерения. В рамках теорий, освещенных в той статье, стрела времени может быть направлена сразу в прошлое и в будущее. Такая трактовка позволила бы уточнить многомировую эвереттовскую интерпретацию квантовой механики (она превратилась бы из «бесконечномировой» в «конечномировую»). Но под этой статьей развернулась обширная дискуссия о том, что не все, что можно смоделировать при помощи математики, на самом деле воплощается в реальности. Сегодняшняя статья отчасти навеяна именно этими размышлениями, и в ней я расскажу о таких явлениях и структурах, которые логично трактовать как тени четырехмерных объектов, отбрасываемые на наше трехмерное пространство. Иными словами, под катом речь пойдет о ныне известных косвенных свидетельствах существования четвертого пространственного измерения. В течение XX века физики, как минимум, теоретически, представляли, что в мире могут существовать и другие пространственные измерения кроме известных нам трех. Первое теоретическое обоснование такого рода дал в 1919 году Теодор Калуца, добавивший к четырехмерному эйнштейновскому пространству-времени пятое пространственное измерение.
