Что Вы знаете о кристалле времени: физическая симметрия и совершенно новое состояние вещества

Редко выпадает такая удача, что физическая идея возникает на кончике пера, а затем подтверждается экспериментально, спустя считанные годы. Наиболее известным примером такого рода является позитрон, первая античастица. Поль Дирак предсказал существование позитрона в 1930 году, и уже в 1931 Карл Андерсон получил и описал такую античастицу – за что в 1932 году Поль Дирак был удостоен Нобелевской премии по физике. Совсем недавно схожая история произошла с Фрэнком Вильчеком, который в 2012 году задумался о существовании кристаллов времени. Фрэнк Вильчек (род. 1951) – один из крупнейших физиков нашего времени, тот, кто остается не только «ныне живущим», но и активно работающим много после обретения заслуженной Нобелевки «за открытие асимптотической свободы в теории сильных взаимодействий» (в 2004, совместно с Дэвидом Гроссом и Дэвидом Политцером). Вильчек продолжает преподавать теоретическую физику, ныне в Массачусетском технологическом институте, пишет отличный научпоп – причем, я был непосредственным вдохновителем и куратором издания «Тонкой физики» на русском языке в 2018 году.

Читать далее

Впервые удалось исследовать динамику холодных атомов с помощью отраженного от них микроволнового излучения

Иллюстрация: W. Dubosclard et al / Communications Physics, 2021. Физики научились отслеживать населенности уровней холодных атомов рубидия, измеряя сигнал отраженного от них микроволнового излучения. Они показали, что такой способ отличается от традиционных техник, связанных с измерением спектров излучения или поглощения, тем, что он почти не разрушает когерентность состояния. Работа опубликована в Communications Physics. Активное изучение того, как атомы и молекулы взаимодействуют с электромагнитным излучением, привело физиков к возможности когерентного контроля и управления их состояниями. Ученые могут с высокой точностью предсказать квантовую динамику внутри холодных атомов и связывать ее с условиями, в которые атомы помещены. Этот принцип реализуется в сверхточных акселерометрах, гравитометрах, атомных часах и других устройствах. Главная характеристика атомных ансамблей, которой обычно интересуются физики, — это населенность их уровней, которая напрямую связана с вероятностями найти атомы в том или ином состоянии.

Читать далее

Что Вы знаете о распространении звука под водой: популярно о самом главном

Представьте, каким был бы наш мир, если бы условия распространения звука в нем были бы несколько иными. Например, иногда ваш крик был бы не слышен на расстоянии десяти метров, но становился бы вполне различим на сотне-другой и, скажем, на паре километров? А иногда, негромкий разговор или даже шепот разносился бы на километры от вас. Уверен, что пословица «слово – не воробей..» – заиграла бы совершенно новыми красками! А еще, все эти эффекты сильно зависели бы от времени года и суток, погоды и даже наклона вашей головы. Как бы нам жилось в таком мире? К счастью, нам даже не придется напрягать воображение, потому что такой мир существует рядом с нами и сегодня я немного расскажу о нем. Для тех, кто услышал мой «шепот» в современном потоке информации – добро пожаловать, у нас сегодня не только ликбез и культпросвет, но модель с красивыми картинками, исходным кодом на двух языках и онлайн-симулятором, а также видео, где за 15 минут отображаются все научные морские экспедиции с 1961 по 2010 год.

Читать далее

Найдено объяснение резкого снижения скользкости льда при приближении его температуры к температуре плавления

Физики установили, что на скользкость льда влияет не только тонкий слой жидкости, возникающий на поверхности, но и ряд других факторов: твердость льда, форма скользящего предмета и сила, с которой он давит на поверхность. Им удалось объяснить, почему при температурах, близких к температуре плавления, лед резко становится значительно менее скользким. Статья опубликована в журнале Physical Review X. При отрицательных температурах вода замерзает и превращается в лед, по которому можно скользить. Это физическое явление кажется очень простым, но на самом деле физики еще с середины 19 века пытаются описать все факторы, влияющие на скользкость льда. Скольжение предметов по льду объясняют появлением тонкого слоя воды под ними. Долгое время считалось, что давление на лед приводит к понижению его температуры плавления, и он начинает таять даже при отрицательных температурах. Но чтобы заставить лед таять хотя бы при минус пяти градусах, нужно приложить давление в 610 атмосфер. Это примерно эквивалентно тысяче слонов, поместившихся на катке площадью один квадратный метр. Поэтому позже физики стали связывать появление слоя воды не с давлением, а с нагреванием из-за трения предметов о лед.

Читать далее

Впервые с помощью пучка каонов зафиксировано образование короткоживущего гиперядра с двумя странными кварками

Иллюстрация: Samuel Hayakawa et al. / Physical Review Letters, 2021. Физики зафиксировали процесс с образованием короткоживущего гиперядра, содержащего два странных кварка. Они использовали пучок каонов, чтобы вызвать рождение Ξ-гиперонов в алмазной мишени, а после пропускали гипероны через фотоэмульсионный материал, позволяющий отследить треки частиц. В обнаруженном событии впервые удалось однозначно определить энергию связи Ξ-гиперона с ядром азота. Статья опубликована в журнале Physical Review Letters. Обычные ядра состоят из нуклонов: протонов и нейтронов, взаимодействующих посредством ядерных сил. Физики достаточно хорошо изучили эти взаимодействия, анализируя характеристики ядер и проводя эксперименты по нуклон-нуклонному рассеянию. Но нуклоны — лишь малая часть всех барионов, то есть частиц, состоящих из трех кварков. Другая группа барионов — гипероны, содержащие странные кварки. Изучение нуклон-гиперонных взаимодействий — важная задача современной физики. Считается, что это может пролить свет на внутреннее устройство нейтронных звезд.

Читать далее

Разработан метод создания голографических изображений на съедобных сахарных пластинках из кукурузного сиропа и ванильного экстракта

Иллюстрация: Bader AlQattan et al. / ACS Nano, 2021. Физики разработали методику создания голографических изображений на съедобных сахарных пластинках из кукурузного сиропа и ванильного экстракта. Для оптимизации созданной техники ученые исследовали оптические свойства сахарных дифракционных решеток, а также продемонстрировали возможный вид получаемых таким образом голограмм. Потенциально такая технология может быть использована в пищевой промышленности в целом ряде задач: к примеру, как в качестве украшения кондитерских изделий, так и для проверки состава продукта. Статья опубликована в журнале ACS Nano. Оптическая голограмма, в отличие от обычной фотографии, хранит в себе информацию не только о цвете и интенсивности регистрируемого света, но и фазах волн, приходящих от интересующего нас объекта. Это возможно благодаря тому, что в ходе записи голограммы на регистрирующую пластинку направляются одновременно две волны света от одного источника: одна (опорная) сразу же попадает на фотопластинку или иной регистрирующий материал, а другая (объектная) предварительно отражается от предмета, который хочется запечатлеть.

Читать далее

Обнаружена аномально быстрая скорость таяния высоких и узких ледяных айсбергов

Иллюстрация: Eric W. Hester et al. / Physical Review Fluids, 2021. Физики экспериментально показали, что форма айсбергов влияет на скорость таяния. Высокие и узкие айсберги с большой подводной частью тают гораздо быстрее, чем широкие, в основном расположенные над поверхностью воды. Этот параметр не учитывался в геофизических моделях ранее, так что для некоторых айсбергов скорость таяния может оказаться намного больше, чем считалось. Статья опубликована в журнале Physical Review Fluids. Таяние ледниковых щитов в Гренландии и Антарктиде — важный климатический фактор. Этот процесс обеспечивает постоянный приток пресной воды в океаны. Помимо общего повышения уровня воды, это также снижает ее соленость, из-за чего меняется движение океанических течений. Это, в свою очередь, вызывает нарушения в температурном режиме и на суше. Около 45 процентов талой воды высвобождается не напрямую из ледников, а из айсбергов, отколовшихся от них. Поэтому количество пресной воды и картина ее распространения в первую очередь зависят от того, как быстро тают айсберги.

Читать далее

Квантовый компьютер впервые превзошел стандартный вычислитель при решении тестовой задачи

Иллюстрация: Federico Centrone et al. / Nature communications, 2021. Квантовый вычислитель опередил классический в решении новой задачи, а точнее в проверке этого решения. Физики экспериментально реализовали протокол проверки решения задачи, которую нельзя решить на классическом компьютере за полиномиальное время. Они показали, что для проверки квантовой машине требуется в тысячу раз меньше информации. Работа опубликована в Nature Communications. Квантовый компьютер сильнее и мощнее классического не в любой задаче. Пока ученым удалось продемонстрировать квантовое превосходство на задачах генерации случайной строки и бозонного сэмплинга. С прикладной точки зрения эти задачи не представляют какой-то ценности — они показывают возможности квантовых вычислителей и их будущего в целом. Демонстрация решения более применимых и реальных задач упирается в маленькое число кубитов вычислителя. Выбор задач, которые учатся решать на квантовых вычислителях, неслучаен. Квантовый компьютер должен справиться с задачами, решение которых занимает у классического неограниченное время.

Читать далее

Впервые удалось записать и переместить световой пакет в пространстве на один миллиметр

Фото: Wei Li, Parvez Islam, and Patrick Windpassinger / Physical Review Letters, 2020. Физики из Германии и Китая впервые осуществили запись и транспортировку света на расстоянии более миллиметра. Для этого ученые использовали в качестве памяти ансамбль холодных атомов рубидия. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters. Для построения систем квантовых коммуникаций необходим полный контроль над квантовой информацией: запись, сохранение и считывание. Коммуникация с использованием фотонов — это один из самых перспективных способов быстрой и секретной передачи информации. Для создания полноценной памяти необходимо уметь сохранять свет, перемещать его и извлекать из него информацию, что является трудными задачами. Квантовая память для света на основе холодных атомов в качестве носителя информации потенциально имеет высокую эффективностью и когерентность, что делает ее хорошим решением для внедрения в сети квантовой коммуникации. Однако, до сих пор ученым не удавалось экспериментально показать процедуру хранения или транспортировки света с помощью холодных атомов.

Читать далее