Иллюстрация: Jeremy Schnittman / NASA’s Goddard Space Flight Center. Группа физиков-гравитонистов проделала масштабную работу по исследованию устойчивости черных дыр Керра с малым угловым моментом. Результаты исследования, изложенные в работе объемом 912 страниц, содержат доказательство ряда важных теорем, связанных с постановкой задачи Коши для всех основных вакуумных уравнений Эйнштейна. Авторы также разработали для решения этой задачи новый формализм. Препринт статьи доступен на сайте arxiv.org. Задача Коши в математике и физике формулируется следующим образом: зная состояние системы в определенный момент времени, можно ли предсказать ее дальнейшее развитие? Если да, то как это развитие зависит от начального состояния? Конкретное развитие системы для заданных начальных данных называется решением задачи Коши. Задача Коши считается корректно поставленной, если она имеет единственное и устойчивое решение.
Архив рубрики: Наука
Российские ученые построили высокоточную мультиоператорную математическую модель вихрей в жидкости
Иллюстрация представлена A.Tolstykh, M. Lipavskii / Mathematics and Computers in Simulation. Два перспективных физика из Центра “Информатика и управление” при Российской академии наук недавно создали инновационный численный метод для решения уравнений Навье-Стокса. Данный метод способствует получению точных моделей разных нелинейных процессов, протекающих в газообразных или жидких средах (к примеру, вихрей Ренкина), и может способствовать уменьшению шума от обтекания крыла самолета воздухом. Результаты исследования опубликованы в журнале “Mathematics and Computers in Simulation”, как недеавно сообщалось в пресс-релизе Российского научного фонда. Уравнения Навье-Стокса используются для описания движения вязкой несжимаемой жидкости или газа. Это сложная система из четырех дифференциальных уравнений: три уравнения описывают проекции уравнения движения сплошной среды, а четвертое – уравнение непрерывности. Основной проблемой решения данной системы является ее нелинейность и высокая чувствительность к начальным и граничным условиям.
Оптический пинцет позволил управлять взаимодействием между двумя левитирующими наночастицами
Иллюстрация от Jakob Rieser et al./ Science. Физики недавно применили лазерный пинцет для управления взаимодействием между двумя левитирующими наночастицами с сильным связыванием. Изменяя параметры лазерного луча, исследователи хорошо контролировали позиционирование частиц, амплитуду и фазу их колебаний, а также силу взаимодействия между ними. Данный метод открывает возможности для изучения топологических фаз и моделирования квантовых систем. Оптическая ловушка, создаваемая лазерным пучком, позволяет удерживать в неподвижном состоянии микроскопические частицы размером от 10 нанометров до 10 микрометров. Использование нескольких разделенных лазерных лучей позволяет удерживать сразу несколько частиц в отдельных ловушках. Захваченные частицы мощно поляризуются и электростатически взаимодействуют друг с другом, образуя связанную систему. По сути, полученная структура напоминает систему шариков на пружинках (осцилляторов), а сам эффект называется оптическим связыванием — воздействие на одну частицу приводит к изменению состояния других.
Впервые рассчитана толщина защитной нейтронной оболочки ядра изотопа свинца-208
Иллюстрация: Baishan Hu et al. / Nature Physics. Физики осуществили расчет толщины нейтронной оболочки ядра изотопа свинца-208, определив ее значение в диапазоне от 0,14 до 0,20 фемтометров. Для достижения этой цели исследователи применили комбинированный подход, интегрировавший расчеты из первых принципов, простые статистические методы и очень эффективные алгоритмы машинного обучения. Предложенная схема демонстрирует более высокую эффективность по сравнению с прямыми симуляциями и, как отмечают авторы в публикации Nature Physics, в перспективе может быть использована для описания как легких, так и тяжелых ядер. В ядрах тяжелых элементов, характеризующихся избытком нейтронов по отношению к протонам, распределение нуклонов носит неоднородный характер. Излишек нейтронов концентрируется в периферийной области, формируя “нейтронную кожу” – наружную оболочку с повышенным содержанием нейтронов.
Обстрел жидкого водорода ядрами гелия-8 обнаружил тетранейтрон и позволил измерить его основные свойства
Иллюстрация от M. Duer et al. / Nature. Международная группа в виде коллаборация SAMURAI, объединившая физиков из 23 стран, опубликовала в журнале Nature результаты достоверного обнаружения и измерения всех свойств тетранейтрона – экзотического ядра, состоящего из четырех связанных нейтронов. Ученые достигли успеха путем облучения жидкого водорода ядрами гелия-8 и последующего анализа продуктов ядерной реакции. Оказалось, что тетранейтрон представляет собой резонансное состояние с временем жизни, равным приблизительно 4 × 10−22 секунд. Открытие подчеркивает сложности точного прогнозирования структуры атомных ядер. В отличие от атомной физики, где электронная структура атомов предсказывается с высокой точностью, ядерная физика сталкивается с большими трудностями в силу сложной природы сильного взаимодействия, определяющего свойства ядер. Подобно атомам нуклоны могут формировать замкнутые оболочки, формируя стабильные магические ядра.
Впервые проведена фотоионизация атома водорода в циркулярном ридберговском состоянии с помощью интенсивного лазерного излучения
Иллюстрация от Lindblom et al. / Phys. Rev. A. Физики провели исследование возможности применения полурелятивистского метода для моделирования процессов фотоионизации в условиях воздействия интенсивных лазерных полей. В ходе этой работы была выполнена весьма детальная симуляция облучения атома водорода, находящегося в предельно простом циркулярном ридберговском состоянии, путем воздействия мощного импульса инфракрасного лазерного излучения. Результаты исследования показали, что ионизация атома преимущественно обусловлена давлением света, а не воздействием электрического поля, индуцированного лазерным импульсом. Данные работы опубликованы в журнале Physical Review A. Развитие лазерных технологий открыло новые возможности для генерации света в различных режимах. Особое внимание уделяется генерации сверхкоротких лазерных импульсов, поскольку вся энергия в таких импульсах концентрируется в очень малом интервале времени. На сегодняшний день достигнута рекордная интенсивность лазерного излучения, равная 2×1022 ватт на квадратный сантиметр.
