Архив рубрики ‘ Новости физики

До последнего времени физики-теоретики полагали, что в вакууме могут существовать виртуальные частицы, но к ним подходили как к некой абстракции, а не к чему-либо реальному. Однако финским физикам удалось опровергнуть такой подход к виртуальным частицам в вакууме. Они провели эксперимент с массивом из 250 СКВИДов – сверхпроводящих квантовых интерферометров и движущимся зеркалом.  С помощью изменения магнитного поля в СКВИДе , можно регулировать в нем скорость света, величина которой  согласуется с теорией относительности   Эйнштейна.

 

Экспериментальная установка для наблюдения рождающихся фотонов.

 

Ученые считают, что если действовать быстро, то можно не дать виртуальным частицам рекомбинировать и наблюдать превращение виртуальных частиц в реальные. Это удалось сделать финским физикам. При быстром изменении скорости распространения света в массиве СКВИДов удалось пока извлечь из вакуумного квантового шума фотоны микроволн. По-видимому, получение более коротковолновых фотонов ещё впереди. Проблема связана с увеличением скорости зеркала.

Чешские и британские физики разработали экспериментальный прототип притягивающего луча, способного захватывать микроскопические частицы и двигать их в произвольном направлении, что является серьезным шагом на пути создания подобного прибора для работы в космических условиях, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Photonics.

Особые притягивающие лучи, способные захватывать и манипулировать многотонными фрагментами материи, фигурируют во множестве фантастических фильмов и романов, в частности, в фантастическом сериале «Звездный путь» (Star Trek). Ученые неоднократно пытались создать подобные приборы, однако они не продвинулись дальше теоретических разработок и прототипов, крайне ограниченных в функциональности. Читать запись полностью »

Твердое, жидкое, асимметричное

   

   Фотография: qmatter.quantumlah.org

26.12.2012, 16:10 | Григорий Колпаков

Забудем, что вещество бывает либо жидким, либо твердым, либо газообразным: квантовые теоретики, используя новые математические методы, насчитали более 500 фазовых состояний материи.

Когда речь заходит о фазовых состояниях вещества, мы вспоминаем из школьной программы три главных (если забыть про «экзотику» наподобие плазмы) – твердое, жидкое и газообразное. Однако, если смотреть на мир с позиций квантовой механики, таких состояний оказывается более полутысячи. Так утверждают теоретики из Периметра, Института теоретической физики, расположенного в канадском городе Ватерлоо.

Квантовая механика описывается математическим аппаратом, зачастую лишенным «непосредственного» физического содержания, и в этом одна из основных трудностей, возникающих при интерпретации результатов. Читать запись полностью »

Спиновая жидкость

Теория, сорок лет назад предсказавшая новое магнитное состояние вещества — спиновую жидкость — нашла долгожданное подтверждение в эксперименте. Сегодня  к двум известным «классическим» типам магнетизма (ферромагнетизму и антиферромагнетизму) прибавился еще один, обусловленный не порядком магнитных моментов атомов, ионов или электронов (как, например, в кристаллах), а «жидким» поведением спинов — собственных, не связанных с движением в пространстве, моментов импульсов элементарных частиц. Феномен спиновой жидкости был впервые теоретически предсказан в 1973 году лауреатом Нобелевской премии по физике Филипом Андерсоном. С точки зрения классической физики и даже квантовой теории электромагнетизма спиновая жидкость — явление очень необычное, но поверять квантовомеханический мир (а лежащий в основе магнетизма спин имеет квантовую природу) привычными представлениями так же бесполезно, как мерить «Алису в Зазеркалье» категориями реалистичной прозы.

В отличие от классической, состоящей из молекул вещества жидкости, спиновая представляет собой совокупность находящихся в постоянном и неупорядоченном движении спинов элементарных частиц. Конечно, сравнение с жидкостью здесь условное и основано не на физическом сходстве феноменов, а на формальной аналогии, ведь в спиновой жидкости перемещаются не сами частицы, а их спины, или моменты импульсов.

Как такое возможно, ведь спин не связан с перемещением частицы в пространстве, а является ее внутренней квантовой характеристикой — ее собственным, не связанным с движением, моментом импульса?

Собственно, в этом и содержался смысл теоретического предсказания, описывающего новое магнитное состояние материи, которое характеризуется коллективным изменением — «перетеканием» — спинов. Это перетекание описывается с помощью виртуальных беззарядовых частиц — спинонов, ведущих себя как жидкость.

Несмотря на виртуальность (точнее, виртуальный способ описания), поведение спиновой жидкости может оказывать воздействие на измеряемые магнитные и прочие характеристики вещества, так как спин, хоть он и не связан с реальным вращением и перемещением частицы, порождает определенный магнитный момент. Но если магнитные моменты атомов, слагающих кристаллическую решетку ферромагнетиков, упорядочены, а в случае антиферромагнетика направлены противоположно, то в спиновой жидкости — третьем типе магнетизма — магнитная ориентация частиц не фиксирована, но постоянно изменяется, «течет», никогда не упорядочиваясь окончательно (хотя, согласно теории, группы упорядоченных магнитных моментов, «фрактальные магнитные узоры», в спиновой жидкости и возникают).

Немецкие физики создали квантовое облако атомов калия, распределение энергии в котором таково, что его температура имеет отрицательное абсолютное значение. Работа опубликована в журнале Science, а ее краткое содержание приводит ScienceNow.
Температура тела отражает среднюю энергию его отдельных атомов или молекул. Обычно большинство частиц имеет низкую энергию, а высокоэнергетичными является меньшинство. При повышении температуры количество более энергетичных молекул повышается, и в пределе (при бесконечной температуре) становится равномерным.
Классическое распределение энергий частиц в газе известно как распределение Больцмана. Ранее, в работах по квантовой физике было показано, что оно не всегда обязано выполняться. Теоретически, можно представить тело, в котором распределение энергий будет обратно распределению Больцмана, то есть большинство частиц будут находиться в высокоэнергетичном состоянии, а нижние уровни распределения энергии будут «пустовать». Такое тело будет обладать отрицательной абсолютной температурой, что и удалось продемонстрировать авторам.
Ученые при помощи лазерных лучей распределили атомы калия в узлах правильной решетки на специальной подложке. Частицы находились в вакууме и были охлаждены до температуры, близкой к абсолютному нулю (- 273 градуса Цельсия). Таким образом, энергия частиц «калиевого облака» также была близка к минимуму.
После того, как атомы были стабилизированы в низком энергетическом состоянии, исследователи резко поменяли локальное магнитное поле. В результате изменения, атомы вместо небольшого отталкивания стали сильно притягиваться друг к другу. Фактически, они единовременно оказались на вершине потенциальной энергии. Однако, благодаря действию лазеров, частицы не стали двигаться и терять энергию, а так и остались в этом состоянии.
Исследование тел с отрицательной температурой интересно не только с точки зрения термодинамики. Такие тела, по словам ученых, могут выступать в качестве модели темной энергии, которая «отвечает» за ускоренное расширение Вселенной.