Специальные метаповерхности могут быть использованы в качестве аналоговых вычислителей на основе преобразований Фурье

Иллюстрация: Heedong Goh and Andrea Alù / Physical Review Letters, 2022. Американские физики спроектировали компактный оптический аналоговый вычислитель, который практически мгновенно эффективно решает дифференциальные и многие интегральные уравнения. В его основе лежит метаматериал с существенно субволновым распределением диэлектрической проницаемости, а решение кодируется в рассеянной на нем волне. Исследование опубликовано в Physical Review Letters. Классические компьютеры неразрывно ассоциируются с цифровой электроникой. Цифровой подход основан на представлении информации в виде единиц и нулей и ее обработке с помощью битовых операций. Такой подход естественен при сложении или вычитании целых и даже рациональных чисел. Он же применяется и при обработке аналоговых сигналов, которые представляют собой функции одной или нескольких переменных. В этом случае необходимо производить аналогово-цифровые преобразования.

Читать далее

Получены экспериментальные данные о динамике коллективного поглощения и испускания ансамблем атомов одиночных фотонов

Иллюстрация: Riccardo Pennetta et al. / Physical Review Letters, 2022. Физики экспериментально исследовали динамику коллективного поглощения и испускания ансамблем атомов одиночных фотонов. Они выяснили, что такие взаимодействия нарастают вдоль массива атомов в направлении распространения света. Ученые также обнаружили оптические коллективные эффекты для атомов, разнесенных на десятки метров. Исследование опубликовано в Physical Review Letters. Открытие законов квантового мира позволило обнаруживать и изучать новые необычные коллективные эффекты. К их числу можно отнести явление сверхизлучения, которое впервые теоретически описал Дикке. Оно заключается в способности атомов, расстояние между которыми меньше, чем длина волны, коллективно испускать одинаковые фотоны, что сказывается на интенсивности и скорости излучения.

Читать далее

Экспериментально обнаружено наличие дальнодействующих сил притяжения между биологическими молекулами в солевом растворе

Иллюстрация: Mathias Lechelon et al. / Science Advances, 2022. Французские физики сообщили о первом экспериментальном обнаружении дальнодействующих сил притяжения между биологическими молекулами в солевом растворе, которые могут управлять их поведением даже на расстоянии ста нанометров. В качестве объекта исследования они использовали белок R-фикоэритрин, а в качестве методов — флуоресцентную корреляционную спектроскопию и терагерцовую спектроскопию. Исследование опубликовано в Science Advances. С точки зрения физики живая материя представляется сложным круговоротом разнообразных взаимодействий между биомолекулами (преимущественно белками и нуклеиновыми кислотами), которая, тем не менее, довольно эффективна в реализации биологических функций. Подсчитано, что в человеческой клетке может происходить около 130000 различных бинарных взаимодействий между белками, из которых в достаточной мере изучено лишь 34000.

Читать далее

Впервые зафиксировано гравитационное замедление времени за счет перепада высоты всего в один миллиметр

Иллюстрация: Tobias Bothwell et al. / Nature, 2022. Физики сообщили о том, что им удалось зафиксировать эффект гравитационного красного смещения, вызванного перепадом высоты всего лишь в один миллиметр. Для этого им потребовалось сильно улучшить точность атомных часов на основе одномерных оптических решеток. Данное исследование  опубликовано в Nature. Классическая механика Ньютона согласуется с обыденным человеческим опытом. Но чтобы увидеть релятивистские отклонения от нее, физикам начала XX века потребовалось точное оборудование, способное улавливать тонкие эффекты. С этого момента физика стала развиваться по принципу, согласно которому увеличивающаяся точность эксперимента определяет направление теоретической мысли. Одним из важнейших инструментов, применяемых на этом пути, стали атомные часы. В их основу положено точное измерение частоты атомного перехода.

Читать далее

Измерения энергетического спектра быстрых электронов указали на новое ограничение массы электронного антинейтрино

Иллюстрация: The KATRIN Collaboration / Nature Physics, 2022. Физики из коллаборации KATRIN сообщили о новом ограничении на массу электронного антинейтрино. Оно было получено путем высокоточного измерения энергетического спектра быстрых электронов, рождающихся при распаде молекулярного трития. Результаты опубликованы в Nature Physics. Нейтрино можно назвать самыми загадочными из известных нам элементарных частиц — и дело не только в их физической инертности и неуловимости. Нейтрино известны еще и тем, что они все время превращаются по ходу своего движения, меняя одно поколение (аромат) на другое. В основе такого поведения лежит тот факт, что ни одно нейтрино не может одновременно обладать определенным ароматом, отвечающим за его участие в слабых взаимодействиях, и массой, отвечающей за участие в гравитационных взаимодействиях. Нейтринные осцилляции стали неопровержимым свидетельством того, что нейтрино обладают массой.

Читать далее

Разработана биоразлагаемая пленка из пористого ацетата целлюлозы с рекордными свойствами по сохранению льда от таяния

Иллюстрация: Jinlei Li et al. / Science Advances, 2022. Физики изготовили биоразлагаемую пленку из пористого ацетата целлюлозы, которая показала рекордные свойства по сохранению льда от таяния под действием прямых солнечных лучей. С помощью нее удалось эффективно сохранить холод в замороженных продуктах, включая мороженое. В ходе экспериментов и симуляций пленка также зарекомендовала себя в качестве хорошей защиты от таяния для ледников и айсбергов. Исследование опубликовано в Science Advances. Лед занимает важное место в различных аспектах человеческой деятельности, начиная от сохранения продуктов питания и заканчивая спортивными мероприятиями. И во всех из них необходимо сохранять лед от таяния, в том числе в условиях прямых солнечных лучей. Подсчитано, что работа холодильных установок, необходимая для сохранения 40 процентов продуктов питания в мире (около 400 миллионов тонн), потребляет 11 процентов мировой электроэнергии.

Читать далее

Предложена концепция устройства для формирования закрученных акустических волн

Иллюстрация: G. J. Chaplain et al. / Physical Review Letters, 2022. Физики предложили концепцию устройства для создания акустических волн, переносящих орбитальный угловой момент. Устройство представляет собой трубку, один из концов которой имеет пилообразный профиль. Ученые показали, что при погружении такой трубки в воду, орбитальный момент будет передаваться волнам давления в жидкости. Это можно использовать для передачи вращения объектам, захваченным акустическим пинцетом. Исследование  опубликовано в Physical Review Letters, кратко о нем пишет Physics. Тридцать лет назад физики выяснили, что кванты света могут переносить орбитальный момент. Волновой фронт такого излучения имеет геликоидальный (то есть, винтообразный) вид с фазовой сингулярностью в середине луча, а для его создания экспериментаторы используют спиральные пластинки. Это открытие добавило новое измерение в управлении свойствами света и дало импульс к развитию физики оптических пинцетов.

Читать далее

Математическая модель распределения вероятностей в системе спинов описала рисунок на спине глазчатой ящерицы

На фото: Участок кожи на спине глазчатой ящерицы (сверху) и эволюция узора на нем во времени (снизу). Szabolcs Zakany, Stanislav Smirnov and Michel Milinkovitch / Physical Review Letters, 2022. Ученые применили модель Изинга (которая определяет распределение вероятностей в системе спинов через энергию их взаимодействия друг с другом и со внешним полем) для описания узора на коже глазчатой ящерицы Timon lepidus. Как сообщается в статье, опубликованной в Physical Review Letters, исследователям удалось подобрать два свободных параметра этой модели так, чтобы результат ее предсказаний согласовывался с реально наблюдаемыми узорами и прогнозами прежней модели на основе клеточных автоматов (содержащей 14 свободных параметров).  Считается, что в основе формирования узоров на коже животных на микроскопическом уровне лежат реакционно-диффузные процессы — такие, в которых химические вещества одновременно реагируют друг с другом и диффундируют в среде (тканях животного).

Читать далее

Обнаружен механизм ускорения образования дождя за счет стохастичности избыточных зарядов в водяных каплях

Иллюстрация: M. H. P. Ambaum et al. / Proceedings of the Royal Society A, 2022. Английские физики изучили влияние стохастичности избыточных зарядов в водяных каплях на их притяжение друг к другу. Моделирование показало, что дополнительное притяжение, вызванное такой случайностью, ускоряет укрупнение капель в облаке, необходимое для выпадения осадков. Обнаруженный механизм способен ускорить образование дождя в среднем на одну минуту. Исследование  опубликовано в Proceedings of the Royal Society A. Атмосферное электричество ассоциируется в первую очередь с грозовыми разрядами как с самыми яркими феноменами. Однако в небе происходят и другие интересные электрические процессы. Например, водяные капли, из которых состоят облака и туманы, могут приобретать небольшой электрический заряд за счет столкновений с ионами, образующимися в атмосфере под действием космического ионизирующего излучения.

Читать далее