интересное в науке новое

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://www.youtube.com/watch?v=RokHAY4jkBY

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

5 самых интересных открытй в физике 2022 года

21 февраля
3,9K прочитали




Физика - это одна из наиболее интересных и быстроразвивающихся наук, которая изучает природу и ее законы. Каждый год, ученыеделают множество новых открытий в области физики, которые расширяют наше понимание Вселенной и ее устройства. В этой статье мы рассмотрим пять самых интересных открытий в области физики в 2022 году.
1. Открытие новой частицы в Большом адронном коллайдере (БАК)

Большой адронный коллайдер - это самый мощный ускоритель частиц в мире. Он был построен для изучения фундаментальных частиц и законов природы. В 2022 году, ученые из БАК объявили о новом открытии частицы, которая может помочь в понимании того, как частицы получают массу. Эта частица является бозоном Хиггса с массой значительно больше, чем у обычного бозона Хиггса, который является ключевым для понимания массы элементарных частиц.





2. Обнаружение планеты-суперземли в зоне обитаемости

В 2022 году была обнаружена новая суперземля, находящаяся в зоне обитаемости своей звезды. Это означает, что на этой планете могут существовать жизнь или, как минимум, условия для ее появления. Открытие этой планеты стало одним из наиболее важных открытий в области астрофизики в 2022 году, потому что оно расширяет наше понимание о том, насколько большие землеподобные планеты могут существовать в космосе.


3. Развитие квантовой телепортации

Квантовая телепортация - это процесс передачи информации о квантовом состоянии одной частицы на другую, расположенную на большом расстоянии. В 2022 году, ученые сделали важный шаг в развитии этой технологии. Они смогли телепортировать квантовые состояния между кремниевыми чипами на расстояние более 50 метров. Это может иметь большое значение для развития квантовых компьютеров и криптографии.


4. Квантовая сверхпроводимость при комнатной температуре

В январе 2022 года исследователи из Университета Рочестера объявили о создании материала, который является сверхпроводником при комнатной температуре. Это означает, что материал может передавать электроэнергию без потерь, что может иметь огромное значение для энергетической отрасли, а так же для развития многих технологий, на подобии аккумуляторов, обеспечивающих машину энергией на десятки тысяч километров пути.


5. Предсказывание будущего с помощью физики

Возможность предсказывать будущее всегда была одним из главных желаний человечества. И в 2022 году физики смогли приблизиться к реализации этой мечты. Команда ученых из Массачусетского технологического института (MIT) разработала алгоритм, который может прогнозировать динамику сложных систем, таких как финансовые рынки или движение транспорта в городе.
Алгоритм называется «нео-Эйнштейновским предиктором» и основывается на физическом законе сохранения энергии. Он позволяет создавать модели сложных систем, используя множество данных о прошлом поведении этой системы. Затем алгоритм использует эти данные для прогнозирования будущего поведения системы.
Этот алгоритм может иметь огромное значение для прогнозирования различных ситуаций в бизнесе, науке и политике.

Ставьте палец вверх и подписывайтесь на канал, чтобы видеть в своей ленте больше статей о космосе и науке!

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

Невидимое вещество — как ученым удалось сделать невозможное

17 декабря 2021
10K прочитали




Очень странный квантовый эффект, предсказанный еще три десятилетия назад, впервые удалось получить опытным путем. Вещество стало невидимым!
Почему мы видим
Объект или отражает свет или его испускает. Для того, чтобы что-то стало невидимым, надо исключить и то, и другое. Это смогли сделать физики из MIT, которые заставили атомы перестать излучать свет. Были опубликованы три научные работы об этом глобальном исследовании.
Как это работает
Атомы излучают свет, когда их электроны переходят с более высоких энергетических уровней на более низкие. Чтобы это случилось, надо сначала чем-то атом взбодрить.





Состояния атома. Источник: infourok.ru
Например светом, проходящим через него и придающим дополнительную энергию. Это переводит атом в возбужденное состояние, и электроны стремятся на верхние уровни с большей энергией, а затем спускаются обратно. Для того, чтобы это случилось, им нужно испустить лишнюю энергию — излучить те самые фотоны. То же самое случается, когда фотоны проходят через облако атомов. Свет испускается в разных направлениях и получается облако газа из атомов лития. Однако, если это облако охладить и сильно сжать, то частицам уже должно настолько не хватать места для рассеивания, что фотоны начнут проходить сквозь без пауз. Вплоть до полной прозрачности, то есть невидимости самого облака.
Эффект блокировки Паули
В начале 90-х годов прошлого века это было предсказано. Тогда феномен получил название эффект блокировки Паули. Ведь он мешает атому делать то, что для него естественно, — излучать свет. И до сих пор этот эффект не получалось наблюдать в реальном мире. Он работает благодаря одному из базовых принципов физики — принципа исключения.
Чтобы лучше это понять, можно представить электроны на их орбитах, как на авто на многоярусной стоянке. В каждый бокс вмещается только одна машина. А после того как все боксы на нижнем этаже стоянки заняты, машинам приходится в поисках свободного места проезжать на следующий этаж. Аналогично и электроны в атомах — на каждой орбите вокруг ядра их помещается не больше, чем там есть «парковочных» мест. После того как все места будут заняты, электрон ищет его себе на более высокой орбите. После этого электроны ведут себя так, будто вращаются вокруг своей оси. То есть наделены собственным моментом вращения, который принято называть «спином». Он может принимать лишь два значения: +½ или - ½. И вот два электрона с противоположным спином могут занимать одно место на орбите. Словно машины с правым и левым рулем на одном парковочном месте.


Визуализация атома. Источник: infourok.ru
Этот же принцип применим к атомам в газе. Однако, если его охлаждать и уплотнять, то атомы теряют энергию, а электроны пытаются «парковаться» на ярусах пониже. В итоге они находятся настолько плотно, что частицы не могут взаимодействовать со светом, принимать его энергию. Ведь для этого придется переходить на другой ярус орбиты, а это уже невозможно. И свет проходит сквозь них нетронутым.
Можно ли сделать вещи невидимыми? Едва ли. Для этого вещество нужно охлаждать до температуры близкой к абсолютному нулю.
Однако польза открытия огромна. У людей появилась возможность надежнее защищать квантовые компьютеры от потери данных, что сильно волнует создателей этих устройств.
Ранее мы рассказывали, что такое прозрачные звезды, и можно ли их увидеть.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://www.youtube.com/watch?v=UvZcou6C0tU

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://dzen.ru/a/ZrNF8xJirVneKPdt
Нейтроны нарушили неравенство Леггетта — Гарга


N+1; Elisabeth Kreuzgruber et al. / Physical Review Letters, 2024

Австрийские физики продемонстрировали нарушение неравенства Леггетта — Гарга. Для этого они провели идеальные отрицательные измерения в нейтронном интерферометре и подтвердили квантовую природу обнаруженных нарушений. Результаты работы опубликованы в журнале Phyaical Review Letters.
Неравенство Леггетта — Гарга выполняется во всех макрореалистических физических теориях. Оно формализует два макрореалистических постулата. Во-первых, любой макроскопический объект, который может находиться в двух или более различных состояниях обязательно находится в одном из них в любой момент времени. Во-вторых, всегда можно определить, в каком из этих состояний находится система, не влияя при этом ни на состояние, ни на динамику системы. Можно сказать, что неравенство Леггетта — Гарга — это временной аналог неравенств Белла для проверки локального реализма. Более подробно о том, что такое локальный реализм и как он нарушается в квантовой механике, читайте в нашем материале «Квантовая азбука: Нелокальность».
Квантовая механика предсказывает нарушение неравенств Леггетта — Гарга, поскольку противоречит обоим постулатам. Измеряя квантовую систему в разное время, можно получить корреляции, которые можно использовать для записи неравенства. Результаты этих корреляционных измерений либо подтверждают отсутствие макрореалистического описания системы, либо показывают принципиальную невозможность измерений системы без нарушения ее состояния. Ранее ученые уже наблюдали для квантовых систем нарушение этих неравенств. Однако в большинстве случаев второй постулат реализовался в предыдущих экспериментах путем слабых измерений или при помощи дополнительных систем, что приводит к неидеальной проверке неравенств.
Физики под руководством Стефана Спонара (Stephan Sponar) из Венского технического университета обнаружили нарушение неравенства Леггетта — Гарга при помощи идеальных отрицательных измерений в нейтронном интерферометре. Для этого ученые запускали пучок нейтронов в определенном известном состоянии в интерферометр и наблюдали за распространением расщепленных пучков нейтронов при помощи нейтронных детекторов. Поскольку регистрация нейтрона детектором — это безусловное вмешательство, физики регистрировали конечные состояния при учете, что нейтронный детектор, расположенный на пути одного из лучей интерферометра, не сработал. По словам ученых, это и есть идеальные отрицательные измерения, в которых наблюдается отсутствие объекта вместо его присутствия.


Elisabeth Kreuzgruber et al. / Physical Review Letters, 2024

В результате, комбинируя расположение нейтронного детектора и поглотителя, а также вводя дополнительный фазовый сдвиг, ученые обнаружили превышение значения корреляционной функции над единицей со значимостью около пяти стандартных отклонений с максимальным значением 1,12. При этом без поглотителя значение оказалось меньше единицы для всех фазовых сдвигов.


Elisabeth Kreuzgruber et al. / Physical Review Letters, 2024

Физики утверждают, что это нарушение неравенства Леггетта — Гарга невозможно объяснить макрореалистическими теориями, при этом результат согласуется с предсказанием квантовой механики. Отклонение экспериментального значения от расчетного ученые объяснили систематическими ошибками эксперимента.
Стоит отметить, что не все ученые склонны считать нарушение неравенства Леггетта — Гарга необходимым и достаточным условием проверки макрореализма системы. Ранее проверять макрореализм действительности предлагали «не-передачей» информации во времени.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://dzen.ru/a/ZsWaTlq3j2-nj82g
Конденсат Бозе — Эйнштейна: пятое состояние материи

Конденсат Бозе — Эйнштейна (БЭК) - это уникальное состояние материи, возникающее при температурах, близких к абсолютному нулю (-273,15 градуса Цельсия).



© TheSpaceway

В этих экстремальных условиях атомы вещества теряют свою индивидуальность и образуют единую квантовую систему, проявляющую макроскопические квантовые эффекты.
Ключевые свойства БЭК

1. Квантовая когерентность: атомы в БЭК находятся в одном квантовом состоянии, действуя как единое целое.
2. Макроскопические квантовые эффекты: БЭК демонстрирует квантовые явления на уровне, видимом невооруженным глазом.
3. Сверхтекучесть: конденсат может течь без трения, проходя через очень узкие каналы или поры.
4. Квантовое туннелирование: в БЭК этот эффект может проявляться на макроскопическом уровне, позволяя частицам преодолевать классически непреодолимые барьеры.
5. Интерференция: БЭК может демонстрировать волновые свойства материи, создавая интерференционные картины.

Эти свойства делают БЭК мощным инструментом для изучения фундаментальных квантовых явлений и разработки новых технологий.


© sites.ualberta.ca

История открытия

Возможность существования БЭК была предсказана Сатьендрой Натхом Бозе и Альбертом Эйнштейном еще в 1924-1925 годах. Однако экспериментально получить это состояние вещества удалось лишь 70 лет спустя.
Интересные факты:

1. Первый БЭК был получен в 1995 году группой ученых под руководством Эрика Корнелла и Карла Вимана. За это достижение они, вместе с Вольфгангом Кеттерле, получили Нобелевскую премию по физике в 2001 году.
2. В невесомости на МКС удалось создать конденсат размером с человеческий волос, видимый невооруженным глазом. На Земле из-за гравитации размеры БЭК обычно не превышают 100 микрометров.
3. БЭК используется для создания "атомных лазеров" - пучков когерентных атомов, открывающих новые возможности для высокоточных измерений и квантовых технологий.

© NIST/JILA/CU-Boulder

Применение и перспективы

Исследования БЭК могут привести к прорывам в различных областях:

• Создание сверхточных атомных часов;
• Разработка квантовых компьютеров и симуляторов*;
• Изучение фундаментальных вопросов физики (сверхпроводимость, темная материя);
• Создание новых типов сенсоров для измерения гравитации и других фундаментальных сил.

*Квантовые симуляторы позволяют изучать квантовую систему программируемым способом.
Конденсат Бозе — Эйнштейна демонстрирует, как квантовая механика проявляет себя на макроскопическом уровне, открывая новые горизонты для физики и технологий будущего.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://dzen.ru/a/ZsYtgm4NLi--1XU-
Новое исследование впервые включает все важные квантовые взаимодействия между излучением и плазмой вокруг чёрных дыр

198 прочтений
21 августа











Космос
17,5K интересуются


Физика
10,4K интересуются


Наука
126K интересуются


Ученые
2,3K интересуются










Учёные из Хельсинкского университета достигли значительного прорыва в понимании рентгеновского излучения, исходящего из окрестностей чёрных дыр. Этот успех является результатом десятилетий исследований и применения детального суперкомпьютерного моделирования.
Исследователи смогли смоделировать взаимодействие между излучением, плазмой и магнитными полями вокруг чёрных дыр, обнаружив, что хаотические движения магнитных полей нагревают плазму, заставляя её излучать.
Исследование, опубликованное в Nature Communications, представляет собой первую модель физики плазмы, которая включает все важные квантовые взаимодействия между излучением и плазмой.
Чёрные дыры образуются при коллапсе массивных звёзд, их гравитация так сильна, что не позволяет даже свету покинуть их сферу влияния. Поэтому чёрные дыры можно наблюдать только косвенно, через их воздействие на окружающую среду.
Большинство наблюдаемых чёрных дыр имеют звезду-компаньона, образующую двойную звёздную систему. В этой системе два объекта вращаются вокруг друг друга, а вещество звезды-компаньона медленно по спирали попадает в чёрную дыру. Этот медленно текущий поток газа часто образует аккреционный диск вокруг чёрной дыры, яркий, наблюдаемый источник рентгеновского излучения.
С 1970-х годов предпринимались попытки смоделировать излучение от аккреционных потоков вокруг чёрных дыр. В то время уже считалось, что рентгеновские лучи генерируются посредством взаимодействия локального газа и магнитных полей, подобно тому, как окрестности Солнца нагреваются его магнитной активностью посредством солнечных вспышек.


Визуализация показывающая, как турбулентная плазма движется в намагниченной короне аккреционного диска. Источник: Jani Närhi 📷

Исследователи из Хельсинкского университета, возглавляемые доцентом Йоонасом Няттиля (Joonas Nättilä), смоделировали взаимодействие между излучением, плазмой и магнитными полями вокруг чёрных дыр. Они обнаружили, что турбулентность вокруг этих объектов настолько сильна, что даже квантовые эффекты становятся важными для динамики плазмы.
Моделирование показало, что рентгеновское излучение может превращаться в электроны и позитроны, которые затем могут аннигилировать обратно в излучение при соприкосновении. Это явление является результатом чрезвычайно энергичного окружения чёрных дыр, которое делает возможным взаимодействие между электронами и позитронами.
Няттиля описывает, что электроны и позитроны, античастицы друг для друга, обычно не встречаются в одном и том же месте. Однако чрезвычайно энергичное окружение чёрных дыр делает даже это возможным. Излучение также не взаимодействует с плазмой. Однако фотоны настолько энергичны вокруг чёрных дыр, что их взаимодействия важны и для плазмы.
« В повседневной жизни такие квантовые явления, когда вместо чрезвычайно яркого света внезапно появляется материя, конечно, не наблюдаются, но вблизи чёрных дыр они проявляютс я», — говорит Няттиля.
Исследование также показало, что плазма вокруг чёрных дыр может находиться в двух различных равновесных состояниях в зависимости от внешнего поля излучения. В одном состоянии плазма прозрачна и холодна, а в другом — непрозрачна и горяча. Это соответствует наблюдаемым различ иями между так называемыми мягкими и ж ёсткими состояниями аккреционных дисков чёрных дыр.
«Рентгеновские наблюдения аккреционных дисков чё рных дыр показывают точно такие же различия между так называемыми мягкими и жёсткими состояниями» , — отмечает Няттиля.
Учёные отмечают, что их исследование является результатом многолетних усилий и добавления всех квантовых явлений в симуляцию. Они надеются, что эта работа будет способствовать дальнейшему пониманию чёрных дыр и их роли во Вселенной. « Нам потребовались годы, чтобы исследовать и добавить в симуляции все квантовые явления, происходящие в природе, но в конечном итоге это того стоило », — добавил Няттиля.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

https://dzen.ru/a/YqrRPLphjCBpLkLo
Квант времени обнаружен? Что такое кристаллы времени



Когда слышишь словосочетание кристалл времени первым делом на ум приходит - вау, наконец-то получилось найти то, из чего конкретно состоит временная часть пространственно-временного континуума. Кажется, что это понятие является результатом квантования и теперь наконец-то мы можем не считать время абстрактной величиной. Ведь оно подобно газу, состоящему из частиц, состоит из кристаллов времени.



Может быть кристалл выглядит так

Но радоваться рано. Понятие кристаллы времени куда ближе к материаловедению, нежели к голой квантовой физике и осознанию устройства времени как физической сущности.
Что называется кристаллом времени

Этот термин изначально родился как гипотетический. Все мы помним, что в нашем (понятном нам) пространственно-временном континууме существует 3+1 измерение. 3 - это длина, ширина, высота и 1 - это притянутое за уши время.
В 2012 году лауреат Нобелевской премии по физике Фрэнк Вильчек предположил, что самый обычный кристалл из мира материаловедения, который обычно тоже описывается тремя измерениями (что вполне логично, представьте себе кубик, он описывается и длиной, и высотой, и шириной), может существовать ещё и в четвертом измерении. Четвертое измерение - это время. В нём тоже что-то должно повторяться. Предполагалось, что кристалл в процессе существования может меняться/измеряться не только в трех измерениях, а ещё и в четвертом.

Если вы думаете о кристаллах в пространстве, то вполне естественно также подумать о классификации поведения кристаллов во времени

Так сказал Фрэнк.
Тут особое внимание нужно уделить слову "меняться". Это довольно сложно осознать. В плане геометрии всё легко представить - кристалл тупо повторяется во все три стороны и это можно померить линейкой. Как быть со временем?
Время тут выступает, в общем-то, как и время при движении велосипедиста по дороге. Помимо того, что элементы структуры кристалла повторяются в трёх направлениях и одинаково, их пространственное поведение ещё подчиняется стандартным движениям, происходящим за стандартное время. Вот только есть тут ключевая особенность.
Движение - это штука, к которой уже пора бы привыкнуть в мире кристаллов. Мы помним и про тепловое движение, и про столь сложное понятие, как спин. У каждой частицы есть спин, а квантовая физика заставляет эти спины регулярно меняться. Но теперь представьте, что при некоторых условиях (каких - это тема для докторской диссертации), спины группы частиц единожды выровнялись и больше не меняются, зато частицы регулярно пульсируют. Их состояние можно перевернуть, например, лазером. И они будут пульсировать, но с противоположными спинами.

Частицы кристалла времени движутся по регулярному повторяющемуся циклу, не сжигая никакой энергии. Это следует даже из механики, потому что работа не совершается.

Поэтому, в англоязычной Википедии можно найти такую характеристику кристалла времени:

Кристалл времени представляет собой систему частиц с наименьшей энергией, в которой частицы находятся в повторяющемся движении. Система не может потерять энергию и остановиться, потому что она уже находится в своем квантовом основном состоянии. Из-за этого движение частиц на самом деле не представляет кинетическую энергию, как другое движение.

От себя добавлю, что именно это уместно назвать пульсацией.


Хорошая схема. Источник https://content.onliner.by/news/1100...173fe8376.jpeg

Это обстоятельство отличает кристалл времени от обычного кристалла! Внимательно прочитайте цитату. Все частицы находятся в движении и мы это упомянули выше, но только кристаллы времени не испускают при этом энергию, а значит не тратят её.
Для понимания - представьте себе, что обычный кристалл работает как заводные часы и тратит энергию. Это приводит к остановке часов, а кристалл времени не тратит энергию :) Это вечные часы.
Идея эта сначала была воспринята как гипотеза, а некоторые особенно злые товарищи начали писать злые разоблачающие статьи. Но в 2018 году удалось в лабораторных условиях создать такой кристалл времени. В общем-то, ученые тогда отметили, что создание такого кристалла и его существование в реальности намного более простая штука, нежели предполагалось.
Чем нам полезен кристалл времени?

В общем-то, кристалл времени сродни вечному двигателю, работающему на специфической конструкции от самой природы.


Вечные часы

Мы уже сказали, что если кристалл времени запихнуть в часы, то такая штука будет работать неограниченно долго. По крайней мере, на данной стадии изучения этой специфической структуры складывается такое впечатление. Ведь по идее, вечный двигатель существовать не может. Правда и квантовая суперпозиция существовать не может, если исходить из здравого смысла :)
Из сказанного следует, что кристаллы времени вполне себе могут выполнять необходимые функции в квантовом компьютере или являться основной движущей силой в сверхточных квантовых часах.
#научпоп #квантовая физика #материаловедение