Sibrand

Физика, математика

В теме 104 сообщения

ВПЕРВЫЕ ПОЛУЧЕНЫ ЛЕВИТОНЫ

 

Французские физики реализовали предсказание Леонида Левитова, которое было сделано 17 лет назад, получив при этом квазичастицу, названную ими «левитон». Хочется верить, что это достижение подтолкнёт вперёд квантовые компьютеры.

 

Кристиан Глаттли (Christian Glattli) из Исследовательского центра Комиссариата атомной энергии в Салке (Франция) вместе с коллегами сумел поднять единственную заряженную частицу из моря электронов на наноцепи, создав стоячую электронную волну (солитон). 

39b9354b7a5e2f4ebb218939b368694f_resized

Хотя это и не совсем солитоны, многие их черты у левитонов налицо. (Здесь и ниже иллюстрации SPEC CEA Saclay.)

Физики использовали предсказание, сделанное 17 лет назад теоретикомЛеонидом Левитовым из Массачусетского технологического института (США). Группа г-на Левитова показала, что приложение напряжения, варьирующегося со временем, к наноцепи в норме будет возбуждать море электронов в проводах, создавая сложное квантовое состояние. В результате должен возникнуть «выступ» возбуждённых электронов, а также набор дырок, когда отсутствие электрона оставит за собой положительно заряженные в атомной решётке провода.

 

Если же напряжение со временем будет варьироваться согласно распределению Коши, то есть по единственному симметричному пику, то вместо этого в «электронном море» возбудится лишь один электрон — и не будет никаких дырок.

 

Коллектив г-на Глаттли использовал именно этот подход для наноцепи из двух электродов, соединённых узким проводящим «мостиком». Все элементы схемы были охлаждены до 35 мК — что должно было исключить ненужные движения со стороны «подопытных» электронов.

 

Затем на один электрод по описанному методу подавалось напряжение, и на другом всякий раз регистрировался «отклик» — стоячая волна из одного электрона. Эти стоячие волны Кристиан Глаттли и Ко назвали солитонами Левитова — левитонами. В отличие от схем возбуждения электронов на основе квантовых точек, генерация левитонов не требует создания тонких структур методом нанолитографии и легко может быть масштабирована до более крупных систем.

 

3a94e932f32035cb16a43a0b62e7fc6b_resized

Крохотные волны, которые возбуждает один электрон за раз, могут стать основой для будущих квантовых компьютеров.

Уже сейчас ясно, что генерация левитонов в любой момент сыграет большую роль в фундаментальной науке, но, похоже, не только в ней. Левитоны могут вести себя как переносчики квантовой информации в твердотельных квантовых компьютерах; более того, уже появилась работа, описывающая метод такого применения левитонов.

 

Всё, что делается сегодня в квантовой оптике при помощи одиночного фотона или их пары (в частности, квантовое запутывание, квантовая телепортация и квантовая криптография), может быть хотя бы испробовано для левитонов. И теоретических причин, которые помешали бы такой их эксплуатации, пока не видно...

 

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Nature.

 

Подготовлено по материалам Nature News.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

ПЯТЬ САМЫХ НАСУЩНЫХ ПРОБЛЕМ ФИЗИКИ

 

Вопросы без ответа, которые, по собственному признанию физиков, лишают их сна.

 

Журнал Symmetry Magazine (издаваемый двумя американскими физическими лабораториями с государственным финансированием) попросил специалистов по физике элементарных частиц назвать вопросы, на которые они больше всего хотели бы получить ответы. Вот что из этого получилось. 

69c799f704cfd8b1b95522b9022ead32_resized

Иллюстрация smokeybacon.

Каким будет конец Вселенной? 

 

Поэт Роберт Фрост однажды поинтересовался, во льду или в пламени погибнет мир, и физики до сих пор не могут ответить на этот вопрос. Стив Уимпенни из Калифорнийского университета в Риверсайде замечает, что разгадка во многом зависит от тёмной энергии, которая остаётся неизвестным членом уравнения. Тёмная энергия ответственна за ускоряющееся расширение Вселенной, но ее происхождение — тайна, покрытая мраком. Если тёмная энергия постоянна в течение долгого времени, нас, вероятно, ждёт «большое замораживание»: Вселенная продолжит расширяться всё быстрее, и в конечном счёте галактики настолько удалятся друг от друга, что нынешняя пустота космоса покажется детской забавой. Если тёмная энергия возрастает, расширение станет настолько быстрым, что увеличится пространство не только между галактиками, но и между звёздами, то есть сами галактики будут разорваны; этот вариант называется «большим разрывом». Ещё один сценарий состоит в том, что тёмная энергия уменьшится и уже не сможет противодействовать силе тяжести, что заставит Вселенную свернуться («большое сжатие»). Ну а суть в том, что, как бы ни разворачивались события, мы обречены. До этого ещё, впрочем, миллиарды или даже триллионы лет — достаточно, чтобы разобраться в том, как же всё-таки погибнет Вселенная. 

 

Бозон Хиггса не имеет абсолютно никакого смысла. Почему же он существует? 

 

Этот вопрос предложен Ричардом Руисом из Питсбургского университета. За шуточной формой стоит реальная нехватка понимания природы частицы, обнаруженной в прошлом году на Большом адронном коллайдере. Бозон Хиггса объясняет, как все остальные частицы приобретают массу, но в то же время поднимает множество новых вопросов. Например, почему бозон Хиггса взаимодействует со всеми частицами по-разному? Так, t-кварк взаимодействует с ним сильнее, чем электрон, из-за чего масса первого намного выше, чем у второго. «Это единственный пример "неуниверсальной" силы в Стандартной модели», — подчёркивает г-н Руис. Кроме того, бозон Хиггса — первая элементарная частица с нулевым спином. «Перед нами совершенно новая область физики элементарных частиц, — говорит учёный. — Мы понятия не имеем, какова её природа». 

 

Почему Вселенная сбалансирована таким образом, что жизнь может существовать? 

 

Если бы Вселенную сотворил не Бог, а слепой случай, нас просто не было бы. В этом высказывании есть доля истины. Действительно, галактики, звёзды, планеты, люди возможны только во Вселенной, которая первое время расширялась со строго определённой скоростью. За расширение отвечает центробежное давление тёмной энергии, которое противостоит направленной внутрь силе тяготения, определяемой массой Вселенной, основную долю коей составляет нечто невидимое, названное тёмной материей. Если бы соотношение этих сил было иным (если бы толчок тёмной энергии вскоре после рождения Вселенной оказался чуть более сильным) — пространство расширялось бы слишком быстро, и ни галактики, ни звёзды просто не смогли бы образоваться. Если бы тёмная энергия давила чуть слабее, Вселенная вновь свернулась бы. Так почему же, спрашивает Эрик Рамберг из Национальной ускорительной лаборатории им. Энрико Ферми, они настолько хорошо уравновешены, что возникла та Вселенная, в которой мы живём? «Нам неизвестна фундаментальная причина этого баланса, — подчёркивает специалист. — Нет сомнений, что количество тёмной энергии во Вселенной — наиболее точно настроенный показатель во всей физике». 

 

Откуда берутся астрофизические нейтрино? 

 

Теория предсказывает, что чрезвычайно высокоэнергетические нейтрино порождаются столкновениями быстрых заряженных частиц (космических лучей) с частицами света (фотонами) в космическом микроволновом фоновом излучении, которым пронизана вся Вселенная. Но что приводит этот процесс в движение и как космические лучи ускоряются — неизвестно. Ведущая гипотеза, у которой нет никаких доказательств, состоит в том, что начало космическим лучам даёт вещество, попадающее в голодные сверхмассивные чёрные дыры в центрах галактик. Возможно, получившиеся в результате нейтрино летят настолько быстро, что у каждой крошки столько же энергии, сколько в бейсбольном мяче, хотя в последнем миллиарды миллиардов атомов. «Мы ничего не знаем об их природе, — говорит Абигейл Вирегг из Института космологической физики им. Кавли Чикагского университета, предложившая вопрос. — Вот когда узнаем, тогда и наведём справки об источниках, которые разгоняют эти частицы до чрезвычайно высоких энергий». 

 

Почему случилось так, что Вселенная состоит из материи, а не антиматерии? 

 

Антиматерия — та же материя: она обладает точно такими же свойствами, как вещество, из которого состоят планеты, звёзды, галактики. Отличие только одно — заряд. Согласно современным представлениям, в новорождённой Вселенной того и другого было поровну. Вскоре после Большого взрыва материя и антиматерия аннигилировали друг друга. Спрашивается, как так вышло, что некоторое количество материи всё-таки осталось? Почему именно материя добилась успеха, а антивещество проиграло «перетягивание каната»? Чтобы объяснить это неравенство, учёные усердно ищут примеры нарушения CP-инвариантности, то есть процессов, при которых частицы предпочитают распадаться с образованием материи, но не антиматерии. «Прежде всего хотелось бы понять, различаются ли нейтринные осцилляции между нейтрино и антинейтрино, — говорит поделившаяся вопросом Алисия Мэрино из Колорадского университета. — Ничего подобного до сих пор не наблюдалось, но мы надеемся на следующее поколение экспериментов». 

 

Подготовлено по материалам Scientific American.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

КАК «УВИДЕТЬ» ФОТОН, НЕ ПОГЛОЩАЯ ЕГО?

 

Используя атом в суперпозиции состояний, немецкие физики зарегистрировали фотон, не оказав на него никакого влияния.

 

Одним из краеугольных камней квантовой физики можно назвать постулат о том, что вы не можете измерить параметры объекта без того, чтобы не повлиять на него при такой операции. «Обходные манёвры», которые позволяют хоть отчасти избежать такого воздействия, разумеется, есть, и они применяются. Однако теперь учёные отыскали принципиально новый путь обнаружения одиночных фотонов без внесения каких бы то ни было изменений в переносимую ими информацию.

Обычно, чтобы зарегистрировать один фотон, его «ловят» сенсором, который поглощает его энергию, но уничтожает при этом саму частицу. К счастью, так называемое слабое измерение, детали которого вам уже известны, позволяет извлечь из частицы только часть переносимой ею информации, избегая при этом её полного уничтожения.

 

55f298b68630c25fde8c5c006c25a6ce_resized

Так как же увидеть фотон, не поглощая его? (Иллюстрация MPQ, Quantum Dynamics Division.)

Это многообещающий подход, но если мы собираемся создавать квантовые сети, использующие квантовую же криптографию, то потребуется переносить фотоны даже без слабого воздействия на них. Любое внешнее возмущение заставит обычный квантовый бит стать либо «1», либо «0», и тогда кубит прекратит своё квантовое существование.

 

Стефан Риттер (Stephan Ritter) и его коллеги по Институту квантовой оптики Общества Макса Планка (Германия) предлагают для решения этой проблемы нечто вроде чтения конверта кубита и его соответствующей переадресации без узнавания того, что находится внутри «конверта», то есть без воздействия на фотон.

 

Для этого учёные использовали оптический резонатор из двух зеркал, расположенных на расстоянии полумиллиметра и смотрящих друг на друга. Фотоны со специфической «резонансной» энергией, соответствующей расстоянию между зеркалами, при попадании в такой резонатор будут удерживаться в нём. Внутри резонатора размещался атом, находящийся в суперпозиции двух состояний, одно из которых было резонансным по отношению к данному резонатору. Разумеется, в этом состоянии атом не позволял фотонам с той же резонансной энергией проникать в полость между зеркалами.

 

Затем по резонатору «выстреливали» фотоном, после чего атом с «раздвоением личности» (в суперпозиции) приводил к реализации сразу двух одновременных событий. Во-первых, в одной из «параллельных вселенных» (то есть его состояний) фотон не вошёл в резонатор, потому что атом в том состоянии обладал резонансной энергией, которая не позволяла сделать это. Фотон просто «отскочил» от поверхности одного из зеркал. Во второй «параллельной вселенной» (втором суперпозиционном состоянии) атом позволил фотону войти в резонатор, где фотон отразился от одного зеркала к другому и покинул полость так же, как зашёл в неё.

 

Общее квантовое состояние фотона осталось тем же, а вот состояние атома, напротив, было изменено. Сдвиг между его связанным и несвязанным состояниями изменился на 180°. Учитывая это, физики смогли зарегистрировать прохождение фотона, буквально «видя» его без факта воздействия.

 

Подобное уже делалось, но этот «трюк» удавался только в отношении микроволн, применение которых для квантовых сетей затруднено по практическим соображениям. Теперь же на этой основе вполне можно ждать создания квантового репитера — весьма важного элемента сети будущего «Квантернета».

 

Чтобы подтвердить описанный выше потенциал новой техники, остаётся продемонстрировать её работоспособность для фотонов, которые также находились бы в суперпозиции. Этим авторы работы и займутся в ближайшее время.

 

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Science.

 

Подготовлено по материалам Nature News.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты
Мильнер и Цукерберг учредили крупнейшую премию для математиков
1387112034_large_6b26f7004e.jpg
Основатель Facebook Маркм Цукерберг и российский предприниматель Юрий Мильнер совместно создали премию по математике. Общая сумма премиальных составит около трех миллионов долларов.
 
 
Ожидается, что каждая команда и победитель конкурса будет, получат три миллиона долларов. Новая премия считается самой большой в области математики. Ранее в данном направлении вознаграждение Нобелевской премии составляло 1,2 миллиона долларов.
 
 
Таким образом, организаторы такой инициативы надеются, что новая премия стимулирует для более серьезного изучения этой науки.
 
 
Победители будут отбираться самими учредителями, которых будут консультировать эксперты в области математики.

http://piter-piter.ru/high-tech/12630-milner-i-cukerberg-uchredili-krupneyshuyu-premiyu-dlya-matematikov.html

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

НОВАЯ РАЗНОВИДНОСТЬ СВЕРХПРОВОДИМОСТИ ОБЕЩАЕТ СЕРЬЁЗНО ПРОДВИНУТЬ КВАНТОВЫЕ КОМПЬЮТЕРЫ

 
В норме сверхпроводимость и магнитные поля — соперники. Сильное магнитное поле просто разрушает сверхпроводящее состояние. И тем страннее открытие, сделанное европейскими физиками, которые показали, что как минимум для одного материала мощное магнитное поле способно включить новое состояние сверхпроводимости.
Группа физиков во главе с Михелем Канцельманом (Michel Kenzelmann) изИнститута Поля Шерера (Швейцария) выяснила, что у CeCoIn5 есть два сверхпроводящих состояния. При приближении индукции магнитного поля к 12 Тл (что всего в 8 раз меньше рекордного показателя для земных установок и чуть меньше необходимого для начала левитации живого существа) в этом материале происходили важные структурные перестройки, когда к обычному сверхпроводящему состоянию добавлялось второе, ранее не изученное.

3e86e81c3a36c7ae6401a358428dac61_resized

Михель Канцельман настраивает установку, использованную для управления сверхпроводимостью изменением ориентации магнитного поля. (Здесь и ниже фото Paul Scherrer Institute / Markus Fischer, Simon Gerber.)

В материале устанавливался антиферромагнитный порядок магнитных моментов атомов, который оказалось возможным зарегистрировать при помощи нейтронного обследования образца проводника. Если для CeCoIn5 вне магнитного поля сверхпроводимость существовала благодаря обычному свободному движению куперовских пар электронов, то в новом виде сверхпроводимости магнитные моменты атомов («элементарные магнитики») внезапно начинали приобретать противоположную ориентацию. Следовательно, помимо d-волновой сверхпроводимости, там возникает p-волновая, подобная той, что имеет место для оксидов стронция и рутения.

 

«Наблюдавшееся состояние материала явилось для нас неожиданностью. Несомненно, это вызвано не одним лишь магнитным эффектом, — поясняет г-н Канцельман. — Это чёткое указание: в данном материале новое сверхпроводящее состояние возникает одновременно со спиновой волной плотности». Особой чертой найденной экзотической разновидности сверхпроводимости стала её тесная связь с магнитным порядком: по мере усиления внешнего магнитного поля новое состояние тоже развивается. Таким образом, просто контролируя внешнее магнитное поле, вы можете управлять и квантовым состоянием, ведущим к вновь открытому типу сверхпроводимости.

 

e7fce667a4a09e46954201bf07d5733f_resized

Симон Гербер и установка, с помощью которой было проведено нейтронное обследование образца сверхпроводника в мощных магнитных полях.

А это значит, что перед нами не только новый вид сверхпроводимости, причём довольно перспективный для сильных магнитных полей, но и (что куда важнее) потенциально новый метод контроля квантовых состояний для будущих квантовых компьютеров, заметно отличающийся от используемых сегодняшними разработками компании D-Wave. Причём управление здесь возможно не только самим включением магнитного поля, но и сменой его ориентации.

 

«Даже если этот материал и не пригодится из-за того, что работает лишь при низких температурах и сильных магнитных полях, наш эксперимент продемонстрировал собственно новый тип контроля [над квантовыми процессами]», — объясняет значимость открытия Симон Гербер (Simon Gerber), ведущий автор работы, посвящённой эксперименту. 

 

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Nature Physics.

 

Подготовлено по материалам Института Поля Шерера.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

ЛУЧ ТЬМЫ СДЕЛАЕТ ПРЕДМЕТЫ НЕВИДИМЫМИ

 

Сингапурские исследователи нашли метод маскировки объектов при помощи луча света с искусственно изменёнными параметрами: увидеть в нём что-то намного труднее, чем без него.

 
Если вы хотите подсветить что-то, то направите на объект своего внимания луч света в видимом диапазоне. А если этого мало, можно использовать оптические системы с различными ухищрениями, усиливающими яркость и резкость изображения.

 

А вот учёные из Национального университета Сингапура поступили ровно наоборот и создали устройство, которое применяет методику улучшения качества изображения для его ухудшения.

 

4bd3aedaa25475ddf3132d02d81d8eda_resized

Обработка сравнительно простой линзой лазерного излучения позволила превратить облучаемую букву N из видимой (B) в нечто неуловимо расплывчатое (с). (Здесь и ниже иллюстрации Cheng-Wei Qiu et al.)

Как именно? Всё просто: исследователи обратили использование функции рассеяния точек. Как известно, любое изображение складывается из изображений точки. Однако даже при самом совершенном объективе яркость в её районе распределена неравномерно: в центре — пик освещённости, так называемый диск Эйри, а вокруг него яркость постепенно сходит на нет (тёмное кольцо), после чего вновь нарастает (светлое кольцо), что зачастую ведёт к слиянию разных точек для стороннего наблюдателя и большей размытости картинки. Чтобы добиться максимального разрешения при наблюдении объекта, центральный пик функции — то есть диск Эйри — надо сузить и интенсифицировать, а внешнюю часть — подавить. Это повышает яркость и позволяет получить резкое изображение с правильными краями его элементов. 

 

Используя функцию рассеяния точек для создании линзы, искажающей излучение лазера так, что центральная часть светового пятна, которое образуется на облучаемом объекте, подавляется, а внешняя — усиливается, группа во главе с Чао Ваном (Chao Wan) из Национального университета Сингапура сумела расположить в центральной тёмной области такого луча 40-микрометровую букву N. Благодаря деструктивной интерференции световых волн в центральном пятне буква оказалась почти в полной темноте и не могла быть обнаружена в подобном искусственном освещении: не удавалось получить разрешение, которое позволяло бы её зафиксировать. Разработчики называют эту особенность модифицированной ими оптической схемы «антиразрешением».

 

Отдельно подчёркивается, что линза, модифицирующая излучение лазера, проста в изготовлении и, по сути, является прозрачной пластинкой с концентрическими кругами стандартных диэлектриков. Кроме того, в отличие от метаматериалов, маскировка таким способом возможна и без помещения соответствующих объектов между наблюдателями и маскируемым объектом, простым облучением последнего когерентным лучом на расстоянии. 

162abe99e6e08199653606e3b074ee30_resized

Если для получения «суперразрешения» центральный пик надо «вытягивать», а боковые — подавлять, то для «антиразрешения» подавляется уже центральный пик и усиливаются боковые.

Поскольку в рассматриваемом опыте трёхмерный объект маскировался лишь лазером с фиксированной длиной волны (630 нм, красный), схема потенциально имеет значительные заделы для дальнейшего роста. «Этот новый метод управления светом создаёт огромное количество возможностей для оптических систем, включая как видение предметов, находящихся за каким-то препятствием [оборотная сторона техники, интересующая тех же военных], так и маскировку объектов, окружённых подобным полем высокой интенсивности», — заявляет Чао Ван. 

 

Ну а в будущем, используя более значительную часть видимого спектра, говорят, можно будет «прятать» объекты с размерами, заметно превышающими микрометровые, по сути, создавая «пушку невидимости», наведение света от которой на некий предмет скроет его во тьме даже при существенном постороннем освещении.

 

С препринтом отчёта об этом исследовании можно ознакомиться здесь.

 

Подготовлено по материалам Wired UK. Изображение на заставке принадлежитShutterstock.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты
Казахский математик решил математическую задачу тысячелетия

 

eb82f57b4bd396d01717fd10f385874e.jpg

 

Директор математического института Евразийского национального университета Мухтарбай Отелбаев опубликовал решение математической проблемы тысячелетия - уравнения Навье-Стокса. Это одна из 7 самых сложных задач математики.

Работа Отелбаева опубликована под названием «Существование сильного решения уравнения Навье-Стокса» вышла в «Математическом журнале». Задача была включена математиками в 7 самых сложных математических задач, называемых проблемами тысячелетия, и за решение каждой из задач назначена Математическим институтом Клэя награда в 1 млн долларов США. В настоящее время решена только одна из задач, гипотеза Пуанкаре, доказательство которой нашел российский математик Григорий Перельман.

Уравнение Навье-Стокса описывает движение ньютоновской жидкости, вязкость которой зависит от скорости.

 

argumentiru

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

ПОЧЕМУ ПРЕДМЕТЫ, КОТОРЫЕ ТЯНУТ ВНИЗ, МОГУТ ПОЛЕТЕТЬ ВВЕРХ?

 

Помнится, во времена Ньютона видеокамер ещё не продавали. И это избавило учёного мужа от одного мучительного вопроса: если яблоки всегда падают вниз, то почему некоторые шарики, перед тем как сделать это, напротив, поднимаются вверх?

 

Легко видеть, что речь идёт о реальном физическом феномене, и, казалось бы, его легко объяснить. Стив Молд (Steve Mould), представивший это вирусное видео, так и сделал: падающая цепь имеет момент, направленный вниз, поэтому шарики, покидающие ёмкость под действием цепи, сначала идут вверх просто по инерции, делая это до тех пор, пока гравитация не останавливает их.

Типичное логичное, красивое и неправильное объяснение, замечает Джон Биггинс (John Biggins) из Кембриджского университета (Великобритания). Если бы всё было так гладко и логично, то самая верхняя часть цепи оставалась бы в одной и той же точке кривой, подобно тому как мяч, подбрасываемый в воздух, поднимается лишь до определённой высоты. На видео же такого поведения нет: после начала движения верхняя точка траектории шариков явно со временем поднимается.

 

На самом деле, утверждает учёный, импульс шарики получают от ёмкости, из которой их разматывает цепь, — поскольку ёмкость эту тянут. С его точки зрения, цепь — это не гибкая последовательность изолированных шариков, а, напротив, последовательность сравнительно жёстких на небольших временных отрезках участков. В такой модели каждый участок состоит из трёх шариков и двух соединений между ними. Размер «жёсткого» участка соотносится как один к двум к количеству шариков, которые помещаются в секцию цепи, поворачивающуюся сверху донизу на 180° (шесть шариков).

 

Когда цепь забирает трёхшариковый отрезок из ёмкости, прикладывая направленную вверх силу к одному концу отрезка, происходят две вещи. Нижняя часть участка подниматься «не собирается» и действует на него в обратном направлении, что в итоге и ведёт к образованию «фонтана» из её звеньев.

 

Как доказать, что эта точка зрения верна, а первый сценарий ошибочен? Г-н Биггинс вместе со своим коллегой Марком Уорнером (Mark Warner) поставили эксперимент, в котором шарики в цепи были соединены волокнами — а следовательно, почти полностью закрывалась возможность жёсткой связи. В итоге «фонтан» из шариков так и не образовался.

 

Впрочем, нельзя сказать, что это объяснение полностью снимает проблему. Из исследования вытекает, что цепь, падающая с определённой высоты, должна давать «фонтан» устойчивого размера. Между тем высота последнего на практике подвержена значительным вариациям, которые, в свою очередь, требуют своего объяснения, подчёркивает Джеймс Ханна (James Hanna) из Политехнического университета Виргинии (США).

 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Ребята, как представить себе трехмерную сферу? Кто-нибудь может описать или ссылку дать?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Ребята, как представить себе трехмерную сферу? Кто-нибудь может описать или ссылку дать?

Hypersphere_coord.PNG

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Я видал эту картинку, но все равно слабо понятно. Можешь описать в двух предложениях именно это изображение?

По определению вроде как двухмерная сфера получается стягиванием одномерной к точке, а трехмерной - двухмерной то же самое. Но понять не получается.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

@Гpифон

Да я книгу читаю про Перельмана) интересно, пытаюсь понять, там основы топологии написаны, но что-то как то не въехал с первого раза в описании именно многобразий трехмерного пространства)

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

 

 

Да я книгу читаю про Перельмана

книга Арсенова ?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Ученым из CERN удалось получить антиводород

 

antioxygen.jpg

 

Ученым из CERN (Европейского центра ядерных исследований) впервые удалось получить антиводород, сообщается на официальном сайте центра.

 

Вещество было получено в рамках эксперимента ASACUSA, в котором охлажденные до температуры 200 кельвинов антипротоны из замедлителя AD смешивают в специальной ловушке с антиэлектронами (позитроны, до 40 кельвинов). Во время этой реакции и образуются атомы антиводорода. Всего специалистам удалось зарегистрировать 80 атомов антиводорода.

 

Отметим, что это не первый случай получения антиводорода, однако именно сейчас ученые смогли доставить атомы антиводорода в регион для проведения спектроскопического анализа, что является довольно непростой задачей ввиду того, что антиводород аннигилирует (превращается в излучение) от соприкосновения с любой обычной материей.

 

Как правило, для управления атомами применяют сильное переменное магнитное поле, но в данном случае в регионе измерения это поле было крайне малым.

 

Полученный результат, говорят ученые, является первым шагом к изучению спектральных свойств этого вещества, и изучение спектра антиводорода станет точнейшей на сегодня экспериментальной проверкой так называемой CPT-симметрии (спектры атомов водорода и антиводорода должны быть идентичны). В случае даже малейшего нарушения данной симметрии можно будет говорить о том, что существующие в настоящее время представления о материи неверны. 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

«ТЯЖЁЛЫЕ СОЛИТОНЫ» ОКАЗАЛИСЬ ВИХРЕВЫМИ КОЛЬЦАМИ

 

В 2013 году в Массачусетском технологическом институте был провёден эксперимент по изучению газа, состоящего из холодных атомов, который показал довольно загадочные результаты: в газе существовали долгоживущие волны, путешествовавшие сквозь него неожиданно медленно — так, как теория «не разрешала». Их назвали «тяжёлыми солитонами», но проблемы с теорией это решить не помогло.

 

Физики Аурель Булгак (Aurel Bulgac) и Майкл Форбс (Michael Forbes) из Вашингтонского университета (США) вместе с коллегами смоделировали процессы в подобном газе при помощи суперкомпьютера Titan и пришли к следующему выводу: странности волн были кажущимися — их просто неверно идентифицировали.

Так называемые тяжёлые солитоны — скорее всего, вихревые кольца, что-то вроде квантового эквивалента обычных колец дыма, пускаемых иными курильщиками.

 

0b251d22886d762b49be104055c639d2_resized

Стандартное вихревое кольцо (тороидальный пузырь) в эксперименте (иллюстрация University of Washington).

Это структуры, чем-то напоминающие обычный пончик, где потоки жидкости или газа связаны между собой и вращаются в виде замкнутого кольца. Физика таких колец та же, что и у торнадо, вулканических извержений и грибовидного облака атомного взрыва. Явление это довольно частое, его можно создать и искусственно, до некоторой степени контролируя его размеры и положение в пространстве. К примеру, вот как это делает дельфин:

 

 

«Используя самые современные методы моделирования, мы продемонстрировали, что все аспекты результатов, полученных в МТИ, могут быть объяснены вихревыми кольцами», — подчёркивает Майкл Форбс. Более того, говорят учёные, модели позволяют настолько детально анализировать процессы в холодных газах, что в будущем это «может революционизировать методы решения определённых физических проблем».

 

a961abb50b36046554a3ff5fedd2ca5b_resized

Фрагмент суперкомпьютера Titan (фото ORNL).

В частности, полагают авторы исследования, благодаря подобным симуляциям можно моделировать ядерные реакции без необходимости в натурных испытаниях. Среди прочего аналогичные методы способны прояснить и природу «глитчей» нейтронных звёзд — странных колебаний в обычно предельно строгой периодичности сигналов, исходящих из окрестностей нейтронных звёзд.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВ РАЗНЫХ ТИПОВ ПОЗВОЛЯЕТ ПОЛУЧАТЬ ГИБРИДНЫЕ ПОЛЯРИТОНЫ

 

Фотон и связку органических и неорганических полупроводников в возбуждённом состоянии можно использовать для повышения эффективности фотоэлементов и светодиодов будущего.

 

Специалисты Мичиганского университета (США) сообщают об устойчивом возникновении гибридных поляритонов при взаимодействии органических и неорганических полупроводников в одном устройстве.

511744ba1d671bce99833c610b58d588_resized

При взаимодействии входящего фотона и двух экситонов от разных типов полупроводников образуется гибридный поляритон. (Иллюстрация Tal Galfsky / CUNY.)

Неорганические материалы давно составляют основу современной электроники, в то время как органические полупроводники обещают намного более низкую цену на сырьё и сравнительно высокую гибкость при хорошей механической прочности. Чтобы изучить возможный потенциал гибридизации этих двух типов материалов, исследователи попробовали получить на их основе гибридныйполяритон.

 

«Мы скомбинировали возбуждённые состояния двух принципиально разных материалов и получили при этом новое квантовомеханическое состояние, сочетающее все сильные стороны обоих классов», — говорит Стивен Форрест (Stephen Forrest).

 

Представленное командой г-на Форреста демонстрационное устройство состоит из нановолокон оксида цинка, окружённого тетракарбоксильным диангидридом нафталина (NTCDA). «Эти материалы были выбраны потому, что их возбуждённые состояния наблюдаются при почти одинаковых энергиях. То есть они находятся в резонансе друг относительно друга», — поясняет учёный. Слоёные конструкции из двух материалов были размещены между парой зеркал, что позволило создать оптический резонатор, улавливающий поступающие извне фотоны, которые направляют туда исследователи. Поскольку их энергия была выбрана точно такой же, как та, что характеризует возбуждённые состояния обоих веществ, итогом стало возникновение поляритона.

 

Исследователи уподобляют получившуюся полость двум качелям, соединённым пружиной: качелями в данном случае выступают экситоны, то есть пары электрон — дырка, а пружиной — фотон. 

 

В упомянутом оптическом резонаторе фотон, по сути, «склеивает» вместе пары электрон — дырка органического и неорганического полупроводников, формируя гибридный поляритон, являющийся здесь особо эффективным средством переноса энергии от одного материала к другому.

 

Благодаря появлению гибридного поляритона, подчёркивают учёные, такие конструкции, объединяющие разнородные полупроводники, можно будет использовать для повышения эффективности фотоэлементов, светодиодов «органика — неорганика» и оптического переключения состояний, применяемого во многих областях современной электроники.

 

Особо отмечается, что, в отличие от предшествующих опытов такого рода, гибридные поляритоны возникают не только вне зависимости от угла входящего света (который для тех же солнечных батарей нельзя отрегулировать), а изменение оптических параметров резонатора позволяет легко управлять параметрами системы.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

СДАСТ ЛИ КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА БОЛЬШИЕ ТЕЛЕСКОПЫ В УТИЛЬ?

 

Если мы хотим добиться решающих успехов в изучении звёзд, нужно либо строить телескопы совершенно циклопических размеров, либо научиться многократно использовать каждый попадающий в них фотон.

 

Крупные телескопы — основа наших знаний об окружающей Вселенной, причём основа громоздкая, сложная и недешёвая. Скажем, Большой Канарский телескопс первичным зеркалом диаметром в 10,4 м строился семь лет и обошёлся в €130 млн. Самое печальное, однако, даже не это, а то, что для составления детальной картины хотя бы ближайших к нам звёздных систем нужны куда более крупные инструменты, причём космические. А в космосе, легко догадаться, размещение многотонных циклопических телескопных зеркал обойдётся в копеечку и будет стоить пару Нобелевских за выдающиеся инженерные достижения.

f044c19391ad7325a4e426db8f801af6_resized

Большой Канарский телескоп — гигантское сооружение. Впрочем, по сравнению с космическими телескопами относительное дешёвое. Нет ли способа резко поднять разрешающую способность телескопов без дальнейшего роста их размеров и стоимости? (Иллюстрация GCT.)

Почему телескопные зеркала такие огромные? Когда фотон попадает в апертуру телескопа, неопределённость его расположения уменьшается радиусом этой самой апертуры. Согласно принципу неопределённости Гейзенберга, мы можем знать точно либо координаты фотона в пространстве, либо его импульс. Чем больше апертура, тем выше неопределённость положения фотона по координатам и тем определённее его импульс, а отсюда уже выводится и начальное направление распространения фотона. Следовательно, чем больше неопределённость по координатам, тем выше определённость наблюдаемой картины и ниже дифракционный предел по угловому размеру.

 

Аглае Келлерер (Aglaé Kellerer) из Даремского университета (Великобритания) задумалась над тем, может ли квантовая механика как-то разорвать жёсткую связь между апертурой и качеством снимков.

 

На первый взгляд, изменить что-то здесь трудно: куда деть принцип неопределённости? С другой стороны, дело в том, что вышеописанное влияние телескопной апертуры верно для одиночных фотонов. Но что если идентичные, «клонированные» фотоны будут прибывать в апертуру в одно и то же время? И тогда дифракционный предел по угловому размеру должен уменьшаться пропорционально квадратному корню из числа таких «клонов-фотонов». Но как их получить? 

 

Чтобы добиться этого, г-жа Келлерер предлагает применить «неразрушающее измерение» в отношении каждого из фотонов, проходящего через «зрачок» телескопа. Такое измерение, конечно, не выявит какой-то специфической информации о фотоне, лишь зарегистрирует сам факт его прохождения. А после измерения фотон будет клонирован тем, что ему позволят осуществить «обратное возбуждение» атомов: при взаимодействии с последними фотоны заставят их перейти с более высоких энергетических уровней на более низкие, и в результате атомы-цели спонтанно испустят несколько идентичных фотонов, которые, в свою очередь, будут записаны детекторами, определяющими средний сигнал от таких фотонов.

 

3a672384514ba6921314a6e289d1196b_resized

Схема предложенного активного телескопа: каждый входящий фотон стимулирует испускание возбуждёнными атомами внутри аппарата своих клонов, при этом пагубный эффект спонтанной эмиссии минимизирован использованием стартового сигнала, который отдаётся после неразрушающего квантового измерения входящего фотона. (Илл. A. Kellerer.)

Как видим, идея выглядит более или менее здраво. Но конкретные технические шаги по её реализации вряд ли могут быть выполнены в ближайшее время. Осознавая это, г-жа Келлерер предлагает эксперимент более скромных масштабов, призванный продемонстрировать принципиальную возможность такого использования квантовой механики для повышения разрешающей способности телескопов. Опыт, по её словам, может быть проведён в хорошей лаборатории, работающей с квантовой оптикой, вроде той, что существует в Институте квантовой оптики Общества Макса Планка (ФРГ).

 

Тут, вероятно, стоит заметить, что физик Шигеку Такеучи (Shigeki Takeuchi) из Осакского университета (Япония), впервые продемонстрировавший микроскоп, разрешающая способность которого увеличена с помощью квантового запутывания, называет эту идею «очень интересной».

  • Upvote 1
  • Downvote 1

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты
В каракулях да Винчи обнаружили открытый им закон трения

 

E2nOne9S.jpg

 

Тщательное изучение малоизвестных рукописей Леонардо да Винчи позволило историкам найти записанные им еще в 1493 году законы трения. Об открытии сообщается в пресс-релизе Кембриджского университета.

Профессор технологии машиностроения Йен Хатчингс (Ian Hutchings) обнаружил, что первые наброски законов трения да Винчи сделал на страницах блокнота шириной 92 на 63 миллиметра. Эти записи сейчас хранятся в лондонском Музее Виктории и Альберта.

«Заметки Леонардо показывают, что еще в 1493 году он знал, что сила трения, действующая между двумя скользящими телами, соразмерна с нагрузкой, сдавливающей эти тела, и не зависит от площади поверхности контакта между их поверхностями. Он сформулировал закон трения, открытие которого сейчас приписывают французскому физику XVII века Гийому Амонтону», — заявил Хатчингс.

Страница с записями уже привлекала внимание ученых в 1920-е годы благодаря наброску старухи и надписи «cosa bella mortal passa e non dura» (красота смертных быстро проходит). Исследователи спорили о том, кого изобразил Леонардо (возможно, пожилую Елену Троянскую), а остальные наброски и каракули сочли не представляющими интереса.

Однако Хатчингс выяснил, что выполненные красными чернилами схемы и диаграммы демонстрируют основы трибологии (науки о трении, износе и смазке). Геометрические фигуры показывают, как различные грузы протягиваются с помощью блока.

По словам профессора, да Винчи понимал, что трение негативно влияет на работу механизмов и зависит от природы поверхностей и смазки. Ученый применял законы трибологии, чтобы лучше понять функционирование колес и их осей, винтов, блоков и шкивов, а также с их помощью проектировал свои изобретения.

 

Lenta.ru

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Для публикации сообщений создайте учётную запись или авторизуйтесь

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать учетную запись

Зарегистрируйте новую учётную запись в нашем сообществе. Это очень просто!

Регистрация нового пользователя

Войти

Уже есть аккаунт? Войти в систему.

Войти