Предложена модель темной материи из первичных черных дыр с широким спектром масс которая объясняет несостыковки между наблюдениями и предсказаниями

Иллюстрация: Ingrid Bourgault / Wikimedia Commons. Группа физиков-теоретиков исследовала модель темной материи, в которой она состоит из первичных черных дыр с широким спектром масс, и оказалось, что эта модель хорошо объясняет многие несостыковки между астрономическими наблюдениями и предсказаниями Стандартной космологической модели с холодной темной материей, состоящей из тяжелых частиц, называемой ΛCDM. Наиболее сильно различаются предсказания новой модели и ΛCDM для возраста Вселенной, меньшего одного миллиарда лет, наблюдательные данные о котором достаточно скудны. Ученые надеются, что телескопы следующего поколения позволят проверить правильность их модели. Исследование принято к публикации в The Astrophysical Journal, препринт статьи выложен на arXiv.org.  Согласно  данным  астрономических наблюдений, около 68 процентов плотности энергии во Вселенной приходится на темную энергию, которую принято отождествлять с энергией вакуума, за почти 27 процентов отвечает темная материя, а на обычное барионное вещество остается чуть менее 5 процентов.

Читать далее

Впервые изучено механическое колебательное движение иона иттербия под воздействием внешней периодической силы

Иллюстрация: Zhong-Hua Qian et al. / Physical Review Letters, 2021. Китайские физики применили оптическую микроскопию на основе истощенного основного состояния к одиночному иону иттербия, пойманному в ловушку. С помощью этого метода они смогли увидеть распределение этого иона в пространстве, и также изучить, как он колеблется под действием внешней периодической силы. Исследование опубликовано в Physical Review Letters. Холодные квантовые газы стали в последние годы одной из самых мощных физических платформ для квантовых симуляций и изучения новых квантовых явлений. Например, недавно с их помощью три разные группы экспериментально подтвердили предсказанный 30 лет назад эффект блокировки Паули при рассеянии света. Другим тонким квантовым эффектом, обнаруженным в холодном атомном газе, стала фрагментация конденсата Бозе — Эйнштейна. Во всех таких экспериментах насущной необходимостью становится визуализация самих атомов. В пределе речь идет об изображении одиночных атомов и ионов, и здесь методы могут зависеть от типа ловушки, в которой они пленены.

Читать далее

Впервые детально изучена динамика вылета электрона из молекулы при фотоионизации

Иллюстрация: Wenhai Xie et al. / Physical Review Letters, 2021. Китайские физики исследовали туннельную фотоионизацию молекулы азота методом фотоэлектронной голографии, чтобы извлечь информацию об области молекулы, из которой электрон проникает в потенциальный барьер. Они выяснили, что для молекулы, ориентированной вдоль направления поляризации мощного лазерного поля, эта точка отстоит от ее середины на расстоянии 95±21 пикометров. Исследование опубликовано в Physical Review Letters. Понимание процесса фотоионизации сильно изменилось с момента открытия и объяснения фотоэффекта, послужившего стартовой точкой в наших представлениях о корпускулярной природе света. Существенную роль в этой эволюции отведена прогрессу в экспериментальной оптике. Доступ к мощным лазерам помог подтвердить гипотезу о том, что механизмы фотоионизации могут существенно различаться.

Читать далее

Впервые исследована магнон-фононная связь в кристалле дифторида кобальта при наложенном терагерцовом излучении

Иллюстрация: Evgeny Mashkovich et al. / Science, 2021. Российские и нидерландские физики подробно исследовали магнон-фононную связь в кристалле дифторида кобальта, усиленную терагерцовым излучением. Они показали, что в резонансных условиях накачка фононных мод излучением опосредована магнонными возбуждениями и поэтому происходит нелинейно. Исследование опубликовано в Science. Концепция квазичастиц — это одна из самых плодотворных идей, придуманных в физике. Без нее невозможно представить изучение объектов, состоящих из большого числа атомов, в первую очередь конденсированных сред. Квазичастицы не только позволили углубить наше понимание процессов, происходящих в них, но и послужили драйвером развития теоретической физики как таковой, включая физику элементарных частиц. Чаще всего квазичастицы появляются в виде каких-либо счетных элементарных возбуждений в средах, находящихся в основном состоянии, обычно упорядоченном.

Читать далее

Предложно искать частицы легкой темной материи с помощью детекторов гравитационных волн

На иллюстрации: Галактика, окруженная гало темной материи в представлении художника. Источник: ESO / L Calçada. Физики предложили новый метод обнаружения частиц легкой темной материи с помощью детекторов гравитационных волн. Учеными были проанализированы данные, собранные немецкой гравитационной обсерваторией GEO600, но не нашли в них сигнала темной материи, установив таким образом более строгие ограничения на интенсивность ее взаимодействия с обычным веществом. Исследование опубликовано в Nature.  В лабораторных экспериментах на Земле до сих пор не удалось зарегистрировать частицы темной материи, но на ее существование указывают астрономические наблюдения. Из них следует, что на долю темной материи приходится около 80 процентов массы всего вещества во Вселенной, а во многих галактиках ее в сотни раз больше, чем барионной материи. Обычно считается, что темная материя состоит из массивных частиц, называемых вимпами (WIMP, Weakly Interacting Massive Particle), которые участвуют только в слабых и гравитационных взаимодействиях с частицами Стандартной модели.

Читать далее

Постулаты гравитационного взаимодействия общей теории относительности нашли подтверждение в многолетнем наблюдении за парой пульсаров

На иллюстрации: Пара пульсаров в представлении художника. Источник: Wikimedia Commons. Недавно астрофизики проверили предсказания Общей теории относительности с рекордной точностью и измерили не наблюдавшиеся ранее релятивистские эффекты, использовав известные результаты шестнадцатилетних наблюдений семи телескопов за одной парой пульсаров. Исследователи также выяснили, что предсказания некоторых популярных альтернативных теорий гравитации противоречат результатам их наблюдений. Исследование опубликовано в Physical Review X. Общая теория относительности (ОТО) очень хорошо описывает гравитационное взаимодействие, корректируя ньютоновскую теорию гравитации для сильных гравитационных полей или высоких скоростей движения взаимодействующих тел. Все проведенные на настоящий момент проверки этой теории подтвердили ее правильность. Несмотря на то, что существуют экспериментальные подтверждения теории Эйнштейна для очень сильных гравитационных полей, как, например, измерение красного смещения света звезды, движущейся вблизи сверхмассивной черной дыры, обычно ее предсказания проверяются для сравнительно слабых полей.

Читать далее

Обнаружена тепловая индуктивность в проводящей пластине при распространении тепловых потоков, вызванных эффектом Пельтье

Иллюстрация: Kenjiro Okawa et al. / Communications Physics, 2021. Японские физики обнаружили тепловую индуктивность в проводящей пластине, прикладывая к ее концам переменное напряжение и изучая тепловые потоки, вызванные эффектом Пельтье. Индуктивность выражалась в отставании фазы тепловых волн от фазы напряжения, из-за чего в образце появлялся инвертированный градиент температуры. Исследование  опубликовано в  Communications Physics. Если какое-то одно физическое явление похоже на другое, то, скорее всего, оно будет описываться сильно схожей математикой. Можно найти множество примеров этого, но, пожалуй, самым понятным из них оказались законы, описывающие электрический ток и течение воды в трубах. В этом случае можно получить понятную аналогию, если сопоставить электрическое напряжение с давлением, а электрический ток — с потоком воды. Оказывается, похожим образом можно поступить, если рассматривать процессы теплопереноса.

Читать далее

Впервые удалось произвести необратимую передачу энергии с помощью эффекта Казимира

Иллюстрация: Zhujing Xu et al./ Nature Nanotechnology, 2021. Американские физики экспериментально реализовали необратимую передачу энергии между двумя механическими резонаторами с помощью модуляции силы Казимира, возникающей между ними. Они показали, что обход по замкнутой петле в пространстве параметров модуляции вблизи исключительной точки позволяет создать энергетический диод. Исследование опубликовано в Nature Nanotechnology. В канонической квантовой механике спектр системы (то есть набор разрешенных энергий) определяет оператор полной энергии — гамильтониан, которому предписано быть эрмитовым. Это свойство напрямую связано с требованием того, чтобы собственные значения этого оператора — все возможные энергии, которые можно измерить в эксперименте, — были вещественны. Но сравнительно недавно физики поняли, что гамильтонианы с неэрмитовыми членами также могут обладать вещественным спектром. Для этого они должны коммутировать с PT-оператором или, другими словами, взаимодействие в системе должно быть симметрично относительно одновременной инверсии времени и четности.

Читать далее

Российские ученые разработали импульсную технологию формирования кристаллов для твердотельных лазеров

Ученые из РХТУ вместе с коллегами из Института общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Курчатовского института и НИИ «Полюс» работают над созданием систем охлаждения твердотельных лазеров, используемых в медицине, косметологии и других областях. Исследователи разрабатывают технологию надежного соединения двух кристаллов и предлагают использовать для этого фемтосекундную лазерную сварку. В недавней работе в журнале Optics and Laser Technology они показали, что в месте образования сварных швов после воздействия интенсивных световых импульсов появляются наноразмерные аморфные области, которые служат мостиками, надежно соединяющими отдельные кристаллы. Эту же технологию можно применять для соединения самых разных материалов. Твердотельные лазеры на кристаллах алюмо-иттриевого граната с примесями ионов неодима (Nd:YAG) активно используют в разных областях: косметологии, медицине, научных исследованиях, промышленности и даже оборонном комплексе — например, для лазерных видоискателей.

Читать далее