Из чего состоит протон: субатомарный конструктор для любознательных или как устроена Вселенная

В одной из моих публикаций я затрагивал тему распада протона. Суть проблемы: до сих пор не зафиксировано ни одного самопроизвольного распада свободного протона, хотя искусственно «расколоть» протон не составляет труда. Более того, свободные нейтроны вне атома распадаются очень быстро (период полураспада – около 15 минут). Чрезвычайная стабильность протона – залог существования Вселенной и, в частности, залог горения звезд, состоящих в основном из водородной плазмы, то есть, из свободных протонов и свободных электронов (ни те, ни другие частицы в свободном виде не распадаются). При этом не менее интересно, что протон не является подлинно элементарной частицей, а состоит из кварков и глюонов. И здесь у физиков возникают большие вопросы о природе массы протона. С одной стороны, масса протона гораздо больше, чем суммарная масса входящих в него кварков и глюонов.

Читать далее

Метаповерхности на основе массивов кремниевых резонаторов научили генерировать запутанные фотоны

Иллюстрация: Tomás Santiago-Cruz et al. / Science, 2022. Американские и немецкие физики изготовили тонкие метаповерхности, состоящие из массивов кремниевых нанорезонаторов, в которых наблюдается спонтанное параметрическое рассеяние. Они показали, что такие структуры способны генерировать запутанные фотоны. В отличие от традиционных сред, используемых для этого, метаповерхности обладают большей гибкостью, что позволяет менять длину волны рождающихся фотонов изменением длины волны накачки. Предложенные структуры могут быть также полезны при генерации запутанных многокубитных состояний. Исследование опубликовано в Science.  Оптические квантовые технологии зачастую базируются на использовании света, чьи свойства невозможно получить с помощью классических источников. Это могут быть сжатые световые поля, поля, состоящие из одиночных фотонов или фотонов, переносящих классическую и квантовую информацию необычным способом, а также поля, состоящие из запутанных фотонов.

Читать далее

Обнаружена аномально сильная флуоресценция при комнатной температуре легированных лантанидами наночастиц

Иллюстрация: Kai Huang et al. / Nature Photonics, 2022. Американские физики смогли вызвать антистоксову сверхфлуоресценцию одной и нескольких наночастиц, легированных лантанидами, при комнатной температуре. Скорость коллективного излучения ионов оказалась на четыре порядка больше, чем обычная люминесценция. Проведенное исследование открывает широкую дорогу к использованию одиночных наночастиц в создании оптических процессоров. Исследование опубликовано в Nature Photonics. О том, что атомы могут излучать коллективно, впервые задумался Роберт Дикке. В 1954 году он предсказал этот эффект, названный сверхизлучением, для атомов, расстояние между которыми меньше, чем длина волны. Чтобы оно стало возможным, отдельные излучающие диполи должны быть согласованы в когерентный макроскопический диполь. В этом случае время испускание света уменьшается линейно, а пиковая интенсивность увеличивается квадратично с числом согласованных диполей.

Читать далее

Симбиоз антилазера и вырожденного резонатора позволил создать идеальную поглотительную оптическую систему для линий связи

Иллюстрация: Yevgeny Slobodkin et al. / Science, 2022. Физики скомбинировали идею когерентного идеального поглотителя (антилазера) с концепцией вырожденного резонатора. Построенная оптическая система эффективно поглощает свет, падающий на нее под различными углами, а ее работа оказалась устойчивой к типичным помехам оптических линий связи. Исследование  опубликовано в Science. Поглощение — важная часть любой технологии, использующей свет. Для эффективной работы фотосинтеза, солнечных панелей и детекторов поглощение должно быть максимальным, чего, однако, сложно добиться из-за особенностей электромагнитного взаимодействия, а именно малости константы связи между светом и веществом. Физики пытаются преодолеть эту трудность различными способами. Один из них — структурирование самого материала с целью увеличения его коэффициента поглощения.

Читать далее

Вселенная как глобальный эксперимент высшего разума: размышления с опорой на известные факты

Распределение скоростей межзвёздного газа в скоплении галактик, выполненное при помощи компьютерного симулятора IllustrisTNG. Чёрные области, спокойные галактические нити, имеют малую скорость, белые – сверхмассивные чёрные дыры — имеют скорость более 1000 км/с. Эти чёрные дыры сдувают газ, не давая формироваться звёздам. Сегодня – уникальное время как для астрофизиков и космологов, так и для философов. В ближайшие годы будут введены в строй новые поколения наземных и космических телескопов. Их передовые технологии вкупе с машинным обучением позволят нам прозондировать самые отдалённые участки космоса. И если нам хоть немного повезёт, мы сможем разрешить наиболее упрямые вопросы о происхождении как жизни, так и всей Вселенной. К сожалению, один такой вопрос в принципе может вообще остаться без ответа: если Вселенная появилась в результате Большого взрыва, что было до него?

Читать далее

Куда пропали майорановские фермионы и при чем здесь Microsoft: запутанные научные истории

Этторе Майорана предсказал существование частиц, которые должны быть античастицами сами себе. А потом таинственно пропал. В 2018-м году компания Microsoft пообещала вскоре представить первый в истории топологический кубит на базе предсказанных Майораной частиц. Но на дворе вот уже 2022-й, но ни про майораны, ни про кубиты на них ничего достоверного сказать нельзя. Рассказываем, почему пять лет назад в Microsoft с таким оптимизмом смотрели в будущее и куда подевались частицы, которые придумал Майорана незадолго до своей пропажи. В 2021 журнал Nature отозвал статью группы Лео Коувенховена о полупроводниковых нанопроволоках, покрытых слоем сверхпроводника. В 2022 году — еще одну статью той же группы на ту же тему. Виноваты в этом ученики Коувенховена — Сергей Фролов и Винсент Моурик, которые показали, что результаты, заявленные в обеих статьях, нельзя считать достигнутыми. Более того, они уже составили список работ в этой области, к которым, по их мнению, также следует отнестись с подозрением.

Читать далее

Земля рекордно ускорила свое вращение: секреты происходящего с точки зрения небесной механики

Наша планета поставила рекорд скорости вращения: сутки оказались короче эталонных на 1,6 миллисекунды. С 1962 года, когда время стали измерять с помощью атомных часов, дней короче не было. Геофизики говорят, что вращаться быстрее Земля начала еще в 2016 году, и не исключено, что длина какого-то из дней следующего лета окажется еще меньше. Одновременно с сокращением суток идет и другой процесс — почти погасли чандлеровские колебания, циклическое смещение земных полюсов. Ученые пока не могут сказать, связаны ли эти события. Возможно, они оба — проявления какого-то пока неизвестного процесса в нашей планете. Мы, заинтригованные этими событиями, попросили объяснить, что происходит с вращением Земли, Леонида Зотова, профессора Высшей школы экономики и сотрудника лаборатории гравиметрии Астрономического института имени Штернберга МГУ (ГАИШ).

Читать далее

Эксперименты в невесомости на МКС подтвердили хорошую работоспособность теории колебаний свободных капель

Американские физики снова исследовали собственные колебания водных капель на гидрофобных подложках в условиях микрогравитации. Для этого они отправили на МКС необходимые материалы и оборудование. Снимая дрожание капель на камеру, ученые смогли подтвердить, что развитая ими ранее теория колебаний свободных капель работает хорошо. Исследование  опубликовано в Physical Review Letters. Движение капель на подложке характерно для многих промышленных процессов и технологий, начиная от производства полупроводников и заканчивая сборкой автономных флюидных машин. Это объясняет большой интерес ученых к физике происходящих при этом процессов, в понимании которой до сих пор находят белые пятна. При классификации динамики смачивания выделяют относительно свободно движущиеся капли, неподвижные капли, а также промежуточные варианты.

Читать далее

Впервые рассчитана толщина защитной нейтронной оболочки ядра изотопа свинца-208

Иллюстрация: Baishan Hu et al. / Nature Physics, 2022. Физики рассчитали толщину нейтронной оболочки в ядре изотопа свинца-208 — она находится в диапазоне от 0,14 до 0,20 фемтометра. Для этого ученые объединили расчет из первых принципов, статистические методы и машинное обучение. Такая схема работает быстрее прямых симуляций и в будущем ее можно будет использовать для описания как легких, так и тяжелых ядер, пишут ученые в Nature Physics. В тяжелых ядрах, в которых число нейтронов превышает число протонов, нуклоны распределены неравномерно: избыток нейтронов концентрируется снаружи, из-за чего у ядра появляется «нейтронная кожа» — внешняя оболочка, в которой нейтронов больше, чем протонов. Этот эффект связан с обменной энергией между протонами и нейтронами, от него зависит размер и форма тяжелых ядер. Похожее взаимодействие нейтронов происходит и в нейтронных звездах, поэтому экспериментальные исследования и моделирование нейтронных оболочек в ядре помогут ученым разобраться и со структурой нейтронных звезд.

Читать далее