Условия невесомости на МКС позволили изучить свойства пузырей холодного газа

Иллюстрация: R. A. Carollo et al. / Nature, 2022. Американские физики смогли придать холодному атомному газу форму пузыря, отправив компактную лабораторию на борт Международной космической станции. Они исследовали, как такая форма влияет на свойства газа, а также увидели интерференцию его плотности после снятия удерживающего потенциала. Условия для микрогравитации позволили устранить главное препятствие на пути к созданию пузырей из бозе-эйнштейновского конденсата. Исследование опубликовано в Nature. Придание определенной формы веществу часто в корне меняет его свойства. Типичным примером такого изменения можно назвать поведение жидкости в тонких пленках, которое сильно отличается от такового в объемном образце. Иной баланс поверхностных сил меняет механические свойства пленочных структур, самая известная из которых — пузырь. Физика жидких пузырей достаточно сложная и интересная, поэтому ей часто уделяют внимание ученые. Например, они пытаются сделать так, чтобы пузыри как можно дольше не лопались.

Читать далее

Специальная комбинация двух лазерных лучей смогла намагнитить газ из атомов гелия

Иллюстрация: Jonas Wätzel et al. / Physical Review Letters, 2022. Физики навели наносекундную намагниченность на газ атомов гелия с помощью света. Для этого они использовали комбинацию двух лазерных лучей, один из которых имел кольцевой профиль интенсивности и переносил орбитальный момент. Данное исследование  опубликовано в Physical Review Letters. За способность взаимодействовать с электрическим полем отвечает главным образом электрический заряд. У него нет магнитного аналога, хотя физики его активно ищут. Вместо этого мерой способности создавать и воспринимать магнитное поле стал магнитный момент. В классической электродинамике магнитным моментом обладает любой замкнутый контур с током. В квантовой механике магнитными моментами могут обладать отдельные атомы, а мера их взаимодействия с магнитным полем определяется сложным балансом между спиновыми и орбитальными квантовыми числами.

Читать далее

Обнаружена возможность замедления вращения молекул дейтерия с помощью слабого магнитного поля

Иллюстрация: Helen Chadwick et al. / Nature Communications, 2022. Европейские физики исследовали возможность управления исходом вращательно-неупругой дифракции молекул дейтерия на монокристалле меди с помощью магнитного поля. Они выяснили, что вероятность потери молекулами своего вращения достигает пика уже при очень малых значениях поля. Примечательно, что потеря молекулами энергии при этом на девять порядков больше, чем характерная энергия магнитных манипуляций. Исследование опубликовано в Nature Communications. Дифракцией называется способность волн огибать препятствия, сопоставимые по размеру с длиной волны. Ее замечательной особенностью стало то, что от длины волны зависит и дальнейшее распространение волны. В дифракционных решетках этот принцип позволяет эффективно сортировать световые лучи по разным направлениям в зависимости от их цвета, что сделало спектроскопические методы очень точными.

Читать далее

Создана металинза для генерации и фокусировки когерентного излучения в области вакуумного ультрафиолета

Иллюстрация: Ming Lun Tseng et al. / Science Advances, 2022. Физики изготовили металинзу, которая одновременно генерирует и фокусирует когерентное излучение в области вакуумного ультрафиолета. Для этого они использовали метаатомы на основе оксида цинка, генерирующие вторую гармонику. Исследование опубликовано в Science Advances. Свет — это распространенный инструмент исследования или воздействия на маленькие объекты и материалы. Однако оптические методы ограничивает дифракционный предел, который не позволяет сжать луч света в пятно, меньшее, чем длина волны. Из-за этого эффекта в микроскоп невозможно увидеть наночастицы и атомы, а оптическая литография не способна создавать наноструктурированные паттерны. Очевидным выходом из этой ситуации стало использования излучения с меньшей длиной волны. На смену видимому диапазону, таким образом, пришел ультрафиолетовый.

Читать далее

Эксперименты с древесными опилками привели к модификации молекулярно-кинетической модели влияния гравитации на температуру газов

Иллюстрация: Han Mo Jeong & Sangyoun Park / Scientific Reports, 2022. Корейские физики сообщили об измерении градиента температуры в столбе воздуха, вызванного гравитацией. Чтобы уменьшить влияние окружения, ученые защитили контейнер с воздухом несколькими слоями термоизоляции, а для борьбы с конвекцией наполнили его сосновыми опилками. Результат их опыта оказался на несколько порядков больше, чем у их предшественников. Для объяснения такого отличия, авторы модифицировали молекулярно-кинетическую теорию движением в поле гравитации. Исследование опубликовано в Scientific Reports. В изолированной системе любая неоднородность макропараметров, таких, как температура или давление, со временем неизбежно сглаживается, что приводит к увеличению энтропии.

Читать далее

Открыто влияние структуры мыльной пленки на процесс ветвления световых лучей и степень пространственной когерентности света

Иллюстрация: Anatoly Patsyk et al. / Physical Review X, 2022. Израильские физики исследовали ветвление световых лучей в мыльных пленках. Они показали, что на этот процесс существенное влияние оказывает степень пространственной когерентности света. При ее исчезновении, однако, ветвление не исчезает, что свидетельствует о сложном механизме его формирования. Исследование  опубликовано в Physical Review X. Распространение волн можно на качественном уровне понять с помощью принципа Гюйгенса — Френеля. В его рамках все точки волнового фронта рассматриваются в качестве когерентных вторичных источников. Источники испускают сферические волны, участвующие в многолучевой интерференции, на основании которой формируется следующий волновой фронт. С помощью таких построений можно объяснить, почему в пустом пространстве или в оптически однородной среде сферический фронт волны будет оставаться таковым, а плоский фронт конечной длины — расширяться и расфокусироваться.

Читать далее

Физика остывания гранулированного газа в условиях невесомости изучена на МКС

Иллюстрация: Sebastian Pitikaris et al. / npj Microgravity, 2022. Немецкие физики совместно с астронавткой Самантой Кристофоретти провели исследование того, как остывает гранулированный газ в условиях, когда ему не мешает гравитация. Для этого на МКС отправили драже M&M’s, чьи блуждания в контейнере снимала камера. Исследование опубликовано в журнале npj Microgravity. Многие эксперименты, проводимые учеными на космических станциях, обусловлены долгосрочными перспективами, связанными с возможностью колонизации космоса. Мы уже рассказывали, как ученые исследуют влияние долгосрочного пребывания в космосе на качество мышиной спермы, а также выращивают на станции салат. Другой тип экспериментов использует физические условия, которые невозможно или сложно получить на Земле. В первую очередь это касается долгосрочной микрогравитации, вакуума и космического излучения.

Читать далее

Исследование механизмов возникновения звука “поющей пилы” указало на неизвестные ранее эффекты топологической защиты

Иллюстрация: Suraj Shankar et al. / Proceedings of the National Academy of Sciences, 2022. Физики из Гарвардского университета подробно разобрались с тем, как формируется звук в поющей пиле. Проведя экспериментальное, аналитическое и численное исследование, они пришли к выводу, что за это ответственны неизвестные ранее эффекты топологической защиты. Исследование опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences. В основе любого музыкального инструмента лежит его способность какое-то время поддерживать подведенную к нему энергию в виде колебаний. В неэлектронных музыкальных инструментах механическая энергия запасается в резонаторах различного типа, например, струне или воздушном объеме, в которых стоячая волна формируется за счет отражения от стенок или краев. На этом фоне явно выделяются музыкальные пилы (их еще часто называют поющими).

Читать далее

Создана система нейтральных атомов, способная производить квантовые алгоритмы вычислений

Иллюстрация: T. M. Graham et al. / Nature, 2022. Физики собрали систему нейтральных атомов, способную генерировать запутанные состояния и реализовывать квантовые алгоритмы. В отличие от своих близких  предшественников, новый вычислитель оказался намного более стабильным и масштабируемым благодаря использованию долгоживущих атомов – кубитов. Работа  опубликована  в журнале  Nature. Сложность масштабирования квантовых вычислителей таится не только в том, чтобы готовить стабильные и корректные кубиты, но и совершать операции над ними с высокой точностью. В гейтовой модели за последнее отвечают квантовые вентили, которые довольно сложно сделать идеальными, поэтому наращивать число кубитов помогает коррекция ошибок. Ученым уже удавалось реализовывать одно- и двухкубитные вентили в системе нейтральных атомов, а сами атомы получалось хорошо выстраивать в двумерные массивы и измерять.

Читать далее