Нови открития в квантовата физика. Физиците са надникнали в „пълната празнота“ и са доказали, че има нещо в нея. Експеримент с двоен прорез

Материалът е подготвен от Алексей Понятов, кандидат на физико-математическите науки

Гравитационни вълни от сливането на неутронни звезди

Сблъсък на неутронни звезди. Илюстрация: NSF/LIGO/Sonoma State University/A. Симонет.

Завършен ускорителен тунел. Снимка: European XFEL / Heiner Muller-Elsner.

Компактният детектор за неутрино, използван от физика Бьорн Шолц, прилича на обикновена бутилка по форма и размер. Снимка: Хуан Колар/uchicago.edu.

Планетите от системата TRAPPIST-1 в сравнение с планетите от Слънчевата система. Илюстрация: NASA/JPL-Caltech.

Изображение на пръстените на Сатурн, направено от космическия кораб Касини. Снимка: Институт за космически науки/JPL-Caltech/NASA.

Най-значимото откритие за 2017 г. беше първата регистрация на гравитационни вълни от сливането на две неутронни звезди. За първи път астрономите успяха едновременно да запишат гама-изблиците, възникнали по време на сливането, и след това да намерят и изследват мястото, където се е случила космическата катастрофа - на 100 милиона светлинни години от Земята.

Открит гравитационни вълниНа 17 август детекторите на гравитационни вълни LIGO (САЩ) и Virgo (Франция, Италия), а няколко секунди по-късно космическите обсерватории Integral (ESA) и Fermi (NASA) регистрираха кратки гама-изблици. В търсенето на източника на сигнала се включиха наземни и космически обсерватории, които след това наблюдаваха постепенно избледняващия остатък от „експлозията“ в продължение на няколко десетки дни. В работата участваха и руски изследователи от IKI RAS, SAI MSU и FTI. А. Ф. Йофе.

Това откритие е свързано с няколко проблема на астрофизиката едновременно. На първо място, към въпроса за произхода на мощните гама-лъчи, които излъчват повече енергия за част от секундата, отколкото Слънцето за милиарди години.

Астрофизиците отдавна предполагаха, че източникът на изблици може да бъде сливането на две неутронни звезди, но сега те получиха експериментално доказателство за валидността на развитата теория. В резултат на сблъсъка на звезди, едновременно с изблик на гама-лъчи, част от звездната материя се изхвърля с висока скорост в околното пространство. Това явление, открито през 2013 г., се нарича килонова. След това радиоактивните елементи от получения облак се разпадат на стабилни, генерирайки неговото излъчване. Астрономите са открили голямо количество тежки елементи в облака, като злато и платина, което ни позволява да разглеждаме звездните сливания като истински галактически фабрики от тежки елементи, които са отсъствали в младата Вселена.

Квантов компютър с 53 кубита

Квантовите компютри, с които се свързват големи очаквания, все още не са създадени, но през 2017 г. бяха направени важни стъпки към реализирането на тази идея. Квантовите изчислителни устройства работят с кубити - обекти, които съхраняват най-малкия елемент от информация, аналогичен на бит в конвенционален компютър. Броят на кубитите определя възможностите на квантовия компютър.

През ноември списанието Nature публикува статии за симулацията на квантови системи с помощта на квантови компютри от 51 и 53 кубита. Преди това такива универсални устройства бяха ограничени до 20 кубита. Увеличаването на броя на кубитите с 2,5 пъти увеличи възможностите на компютрите многократно. 51-кубитовият квантов компютър е създаден под ръководството на Михаил Лукин, който работи в Руския квантов център и Харвардския университет. На 28 юли такова устройство беше представено на Международна конференцияпо квантови технологии в Москва.

стабилен метален водород

През януари физици от Харвард съобщиха, че са получили, за първи път в историята, малко количество стабилен метален водород. Пробата имаше размери 1,5 х 10 µm. Теоретично съществуването на метален водород при високи налягания е предсказано през 1935 г. В природата такива условия се реализират във вътрешността на звезди и планети гиганти. От 1996 г. той е получен чрез шоково компресиране няколко пъти, но водородът е съществувал в това състояние за много кратко време.

За да произведе стабилен метален водород, екипът от Харвард използва съоръжение, където диамантените наковални развиват налягане от 495 гигапаскала, около пет милиона пъти нормалното атмосферно налягане.

Освен чисто научна стойност, този екзотичен материал може да има и практическо приложение – притежава високотемпературна свръхпроводимост (в случая това се е случило при -58°C).

Започна работа рентгенов лазер на свободни електрони

На 1 септември се състоя официалната церемония по откриването на най-големия в света европейски рентгенов лазер на свободни електрони XFEL (x-ray free electron laser), в създаването на който взе участие и Русия. Всъщност тази инсталация не е лазер, тоест източник на оптично лъчение от определен тип. При него рентгеновото лъчение, подобно по свойства на лазерното лъчение, създава електронен лъч, ускорен до скорост, близка до скоростта на светлината. XFEL използва за това най-големия в света свръхпроводящ линеен ускорител с дължина 1,7 км. Ускорените електрони попадат в ондулатор - устройство, което създава периодично променящо се магнитно поле в пространството. Движейки се в него по зигзагообразен път, електроните излъчват в рентгеновия диапазон. Новото уникално съоръжение ще генерира ултракъси рентгенови светкавици с рекордна честота от 27 000 пъти в секунда, а пиковата му яркост се очаква да бъде милиард пъти по-висока от съществуващите рентгенови източници.

Повече от 60 изследователски екипа вече са подали заявки за експерименти. С помощта на рекордно ярки и много къси рентгенови импулси изследователите ще могат да видят не само разположението на атомите в молекулите, но и протичащите там процеси. Това ще позволи достигане на ново ниво в изследванията в областта на физиката, химията, науката за материалите, науките за живота и биомедицината. Например, когато създават нови лекарства, специалистите, знаейки точното разположение на атомите в протеиновите молекули, ще могат да избират вещества, които да блокират или, обратно, да стимулират тяхната работа. Познаването на структурата на кристалите ще позволи разработването на материали с желани свойства.

Регистрация на неутрино чрез еластичен отскок

През септември 2017 г. голям международен екип от физици, включително и от Русия, обяви откриването на еластично кохерентно разсейване на неутрино върху ядрата на материята. Това явление е предсказано през 1974 г. от теоретика на MIT Даниел Фридман. Неутриното е неуловима частица и за да я уловят, изследователите изграждат огромни съоръжения, съдържащи десетки хиляди тонове вода. Фридман откри това вълнови свойстванеутриното ще взаимодейства по координиран начин с всички протони и неутрони на ядрото, което значително ще увеличи броя на разглежданите взаимодействия - неутриното отскача от ядрото. В продължение на 461 дни изследователите са наблюдавали 134 такива събития.

Това откритие няма да принуди учебниците да бъдат пренаписани. Значението му се състои в създаването от експериментатори на малък детектор, в който има само 14,6 kg кристали цезиев йодид. Малките преносими детектори за неутрино ще намерят различни приложения, като например наблюдение ядрени реактори. За съжаление, те не могат да заменят гигантските детектори във всички експерименти, тъй като детектор, базиран на кохерентно разсейване, не може да различи типовете неутрино.

Кристал на времето - два варианта

През март два екипа от изследователи от Съединените щати съобщиха за откриването на ново състояние на материята, наречено времеви кристал - темпорален кристал (виж "Наука и живот" № 6, 2017 г.). Това е нова идея във физиката, широко обсъждана в последните години. Такива кристали са вечно движещи се структури от частици, които се повтарят във времето. Една група използва верига от атоми на итербий, в която под действието на лазери проекцията на магнитния момент на системата осцилира. Друг разглежда кристал, съдържащ около милион произволни дефекта, всеки със собствен магнитен момент. Когато такъв кристал е бил подложен на импулси микровълново лъчениеза да обърнат завъртанията, физиците фиксираха реакцията на системата на честота, която беше само част от честотата на вълнуващото излъчване. Творбите предизвикаха дискусия: могат ли такива системи да се считат за временни кристали. В края на краищата теоретично системите трябва да се колебаят без външно влияние. Но във всеки случай такива временни кристали ще намерят приложение като свръхпрецизни сензори, например за измерване на най-малките промени в температурата и магнитните полета.

Земеподобни екзопланети

През последните години астрономите откриха много екзопланети - планети, обикалящи около други звезди. Но находките на земеподобни планети в зоната, където може да съществува течна вода, а оттам и живот (обитаемата зона), не са толкова чести. През февруари астрономите на НАСА обявиха откриването на седем екзопланети в системата на червените джуджета TRAPPIST-1 (три планети бяха открити през 2016 г.), от които пет са близки по размер до Земята, а две са малко по-малки от Земята, но по-големи от Марс. Това е повече от всяка друга система. Най-малко три планети, а вероятно и всички, са в обитаемата зона.

TRAPPIST-1 е ултрастудена звезда джудже с температура около 2500 K, с маса само 8% от масата на Слънцето (т.е. малко по-голяма от планетата Юпитер), разположена на около 40 светлинни години от Земята. Планетите са много близо до звездата, а орбитата на най-отдалечената от тях е много по-малка от орбитата на Меркурий. През август астрономи, използващи космическия телескоп Хъбъл, съобщиха за първите намеци за водно съдържание в системата TRAPPIST-1, което прави възможно съществуването на живот там.

През април астрономите съобщиха за откриването на скалиста планета, 1,4 пъти по-голяма от повече земяв обитаемата зона на друго червено джудже - LHS 1140. То получава наполовина по-малко светлина от Земята. Авторите на откритието го смятат за добър кандидат за търсене на извънземен живот.

През декември американски астрономи обявиха откриването на осма планета в звездната система Кеплер-90, разположена на около 2500 светлинни години от Земята. Тази система, по отношение на броя на планетите, е най-близо до слънчева система. Вярно е, че намерената планета се намира твърде близо до звездата, а температурата на повърхността й е повече от 400 ° C. Интересното е, че планетата е открита при обработка на данни от телескопа Kepler с помощта на невронна мрежа.

Завършване на мисията на Касини

На 15 септември 13-годишната мисия на космическата сонда "Касини" приключи с падане на повърхността на Сатурн. Стартиран през 1997 г., той изследва седмата планета от 2004 г. насам, като предава огромно количество данни и уникални снимки на Земята. Последният етап от живота му - "Големият финал" започна на 26 април 2017 г. Касини направи 22 прелитания между планетата и вътрешния пръстен. Такива дълбоки "гмуркания" дадоха много нова информация, по-специално за електрическата и химическата връзка на йоносферата на Сатурн с пръстените.

Въз основа на данните от сондата през 2017 г. астрономите заключиха, че пръстените на Сатурн са много по-млади от планетата, която е на около 4,5 милиарда години. Възрастта на пръстените е оценена на 100 милиона години, така че те са съвременници на динозаврите.

Изследователите решават да „пуснат“ сондата на планетата, така че да не донесе случайно земни бактерии на луните на Сатурн Титан и Енцелад, където може да има местни микроорганизми.

Сливане на кварк

През ноември в списание Nature се появи статия, в която двама физици от САЩ и Израел теоретично предполагат възможността за реакция на ниво кварк, подобна на термоядрената, но с много по-голямо освобождаване на енергия. Както знаете, при термоядрена реакция леките елементи се сливат с освобождаването на енергия. Подобна реакция може да възникне и при сблъсък на елементарни частици, които според съвременните представи се състоят от кварки. В този случай кварките на сблъскващите се частици ще взаимодействат и ще се прегрупират. В резултат на това ще се появи нова частица с различна енергия на свързване на кварките и ще се освободи енергия.

Изследователите са идентифицирали две възможни реакции. В първия от тях при сливането на два очаровани кварка ще се освободи енергия от 12 MeV. При сливането на два низходящи кварка трябва да се отделят 138 MeV, което е почти осем пъти повече, отколкото при отделен синтез на деутерий и тритий при термоядрена реакция (18 MeV). Практическа употребатези предположения все още не са разгледани поради малкия живот на кварките.

Екситоните успяха да кондензират

През декември екип от физици от САЩ, Обединеното кралство и Холандия обявиха откриването на нова форма на материя, която нарекоха екситоний. Екситонната квазичастица, специално възбудено състояние на кристал, което може да бъде представено като комбинация от електрон и дупка, подобно на водороден атом, е предсказано през 1931 г. от съветския физик Яков Илич Френкел.

Екситонът принадлежи към бозоните, частици с цяло числово въртене и при достатъчно ниска температура система от бозони преминава в специално състояние, наречено кондензат, в което всички частици са в едно и също квантово състояние и се държат като една голяма квантова вълна. Поради това течността на Bose става свръхтечна или свръхпроводяща. Изследователите успяха да открият Бозе кондензат от екситони в кристали 1T-TiSe 2.

Откритието е важно за по-нататъшното развитие на квантовата механика и на практика свръхпроводимостта и свръхфлуидността на екситония могат да намерят приложение.

Според специална теорияОтносителността на Айнщайн, скоростта на светлината е постоянна - и е приблизително 300 000 000 метра в секунда, независимо от наблюдателя. Това само по себе си е невероятно, като се има предвид, че нищо не може да пътува по-бързо от светлината, но все пак чисто теоретично. Има една интересна част от специалната теория на относителността, наречена „разширяване на времето“, която казва, че колкото по-бързо се движите, толкова по-бавно се движи времето за вас, за разлика от заобикалящата ви среда. Ако шофирате за един час, ще остареете малко по-малко, отколкото ако просто седите пред компютъра си у дома. Допълнителните наносекунди е малко вероятно да променят значително живота ви, но все пак фактът остава.

Оказва се, че ако се движите със скоростта на светлината, времето като цяло ще замръзне на място? Това е вярно. Но преди да се опитате да станете безсмъртни, имайте предвид, че движението със скоростта на светлината е невъзможно, ако нямате късмета да се родите лек. От техническа гледна точка движението със скоростта на светлината би изисквало безкрайно количество енергия.

Току-що заключихме, че нищо не може да се движи по-бързо от скоростта на светлината. Ами... да и не. Въпреки че това остава технически вярно, има вратичка в теорията, която е открита в най-невероятния клон на физиката, квантовата механика.

Квантовата механика по същество е изучаване на физиката в микроскопични мащаби, като например поведението на субатомните частици. Тези видове частици са невероятно малки, но изключително важни, тъй като те са градивните елементи на всичко във Вселената. Можете да ги мислите като малки въртящи се електрически заредени топки. Без излишни усложнения.

Така че имаме два електрона (субатомни частици с отрицателен заряд). е специален процес, който свързва тези частици по такъв начин, че да станат идентични (имат еднакъв спин и заряд). Когато това се случи, от този момент нататък електроните стават идентични. Това означава, че ако промените един от тях - да речем, смените въртенето - вторият ще реагира незабавно. Независимо къде се намира. Дори и да не го докосвате. Въздействието на този процес е удивително – разбирате, че на теория тази информация (в случая посоката на въртене) може да бъде телепортирана навсякъде във Вселената.

Гравитацията влияе на светлината

Да се ​​върнем към светлината и да поговорим за общата теория на относителността (също на Айнщайн). В тази теория е включена концепция, известна като отклонение на светлината - пътят на светлината може да не винаги е прав.

Колкото и странно да звучи, това е доказано многократно. Въпреки че светлината няма никаква маса, нейният път зависи от неща, които имат тази маса, като слънцето. Така че, ако светлината от далечна звезда премине достатъчно близо до друга звезда, тя ще я заобиколи. Как ни се отразява това? Просто е: може би звездите, които виждаме, са на напълно различни места. Не забравяйте, че следващия път, когато погледнете звездите, всичко може да е просто трик на светлината.

Благодарение на някои от теориите, които вече обсъдихме, физиците разполагат с доста точни начини за измерване на общата маса, присъстваща във Вселената. Те също имат доста точни начини за измерване на общата маса, която можем да наблюдаваме - но лош късмет, тези две числа не съвпадат.

Всъщност обемът на общата маса във Вселената е много по-голям от общата маса, която можем да изчислим. Физиците трябваше да потърсят обяснение за това и резултатът беше теория, включваща тъмната материя - мистериозно вещество, което не излъчва светлина и поема приблизително 95% от масата във Вселената. Въпреки че съществуването на тъмна материя не е официално доказано (защото не можем да я наблюдаваме), има много доказателства в полза на тъмната материя и тя трябва да съществува под една или друга форма.

Нашата вселена се разширява бързо

Концепциите стават все по-сложни и за да разберем защо, трябва да се върнем към теорията за Големия взрив. Преди да се превърне в популярно телевизионно шоу, теорията за Големия взрив беше важно обяснение за произхода на нашата вселена. Казано по-просто: нашата вселена е започнала с експлозия. Отломки (планети, звезди и т.н.) се разпространяват във всички посоки, движени от огромната енергия на експлозията. Тъй като отломките са доста тежки, очаквахме това експлозивно разпространение да се забави с времето.

Но това не се случи. Всъщност разширяването на нашата Вселена се случва все по-бързо и по-бързо с времето. И е странно. Това означава, че пространството непрекъснато расте. Единственият възможен начин да се обясни това е тъмната материя или по-скоро тъмната енергия, която причинява това постоянно ускорение. Какво е тъмна енергия? За теб .

Цялата материя е енергия.

Материята и енергията са само двете страни на една и съща монета. Всъщност винаги сте знаели това, ако някога сте виждали формулата E = mc 2 . E е енергия и m е маса. Количеството енергия, съдържащо се в определено количество маса, се определя чрез умножаване на масата по квадрата на скоростта на светлината.

Обяснението за това явление е доста вълнуващо и се дължи на факта, че масата на обект се увеличава, когато се доближава до скоростта на светлината (дори времето да се забавя). Доказателството е доста сложно, така че можете просто да повярвате на думата ми. Вижте атомните бомби, които превръщат сравнително малки количества материя в мощни изблици на енергия.

Двойственост вълна-частица

Някои неща не са толкова ясни, колкото изглеждат. На пръв поглед частиците (като електрон) и вълните (като светлината) изглеждат напълно различни. Първите са твърди парчета материя, вторите са лъчи от излъчена енергия или нещо подобно. Като ябълки и портокали. Оказва се, че неща като светлина и електрони не са ограничени само до едно състояние - те могат да бъдат и частици, и вълни едновременно, в зависимост от това кой ги гледа.

Сериозно. Звучи смешно, но има конкретни доказателства, че светлината е вълна, а светлината е частица. Светлината е и двете. Едновременно. Не някакъв посредник между две държави, а именно двете. Върнахме се в областта на квантовата механика, а в квантовата механика Вселената обича по този начин, а не по друг начин.

Всички обекти падат с еднаква скорост

За мнозина може да изглежда, че тежките предмети падат по-бързо от леките - това звучи разумно. Със сигурност топка за боулинг пада по-бързо от перо. Това е вярно, но не е по вина на гравитацията - единствената причина да се случва така е, че земната атмосфера оказва съпротивление. Още преди 400 години Галилей за пръв път осъзнава, че гравитацията действа по един и същи начин върху всички обекти, независимо от тяхната маса. Ако бяхте с топка за боулинг и перо на Луната (която няма атмосфера), те щяха да паднат едновременно.

Ами всичко. В този момент можете да раздвижите ума.

Мислите, че самото пространство е празно. Това предположение е съвсем разумно - затова е космос, космос. Но Вселената не търпи празнотата, следователно в космоса, в космоса, в празнотата постоянно се раждат и умират частици. Те се наричат ​​виртуални, но всъщност са реални и това е доказано. Те съществуват за част от секундата, но това е достатъчно дълго, за да наруши някои от основните закони на физиката. Учените наричат ​​това явление "квантова пяна", защото прилича ужасно на газовите мехурчета в безалкохолна напитка.

Експеримент с двоен прорез

По-горе отбелязахме, че всичко може да бъде както частица, така и вълна едновременно. Но тук е уловката: ако ябълка е в ръката, ние знаем точно каква е формата. Това е ябълка, а не някаква ябълкова вълна. Какво определя състоянието на една частица? Отговор: ние.

Експериментът с двоен прорез е просто невероятно прост и мистериозен експеримент. Това е, което е. Учените поставят екран с два процепа срещу стената и изстрелват лъч светлина през процепа, за да видим къде ще удари стената. Тъй като светлината е вълна, тя ще създаде определен дифракционен модел и ще видите ивици светлина, разпръснати по цялата стена. Въпреки че имаше два слота.

Но частиците трябва да реагират по различен начин - летейки през два слота, те трябва да оставят две ивици на стената точно срещу слотовете. И ако светлината е частица, защо тя не проявява това поведение? Отговорът е, че светлината ще прояви това поведение - но само ако ние решим. Като вълна светлината преминава през двата процепа едновременно, но като частица тя ще премине само през единия. Всичко, от което се нуждаем, за да превърнем светлината в частица, е да измерим всяка частица светлина (фотон), преминаваща през процепа. Представете си камера, която прави снимка на всеки фотон, преминаващ през процепа. Същият фотон не може да премине през друг процеп, без да е вълна. Интерференционният модел на стената ще бъде прост: две ленти светлина. Ние физически променяме резултатите от дадено събитие просто като ги измерваме, наблюдаваме.

Това се нарича "ефект на наблюдателя". И въпреки че това добър начинза да завърши тази статия, тя дори не надраска повърхността на абсолютно невероятните неща, които физиците откриват. Има много вариации на експеримента с двоен процеп, които са още по-луди и по-интересни. Можете да ги търсите само ако не се страхувате, че квантовата механика ще ви засмуче с главата.

„Можем да анализираме квантовите състояния, без да ги променяме при първото наблюдение“, коментира Лайтенсторфер.

Като правило, когато искате да проследите въздействието на квантовите флуктуации върху конкретни частици светлина, първо трябва да откриете и изолирате тези частици. Това от своя страна ще премахне "квантовата сигнатура" на тези фотони. Подобен експеримент беше проведен от екип учени през 2015 г.

В новия експеримент, вместо да наблюдават промени в квантовите флуктуации чрез абсорбиране или усилване на фотони от светлина, изследователите наблюдават самата светлина по отношение на времето. Може да звучи странно, но във вакуум пространството и времето работят по такъв начин, че наблюдението на едното незабавно ви позволява да научите повече за другото. Провеждайки такова наблюдение, учените открили, че когато вакуумът е бил „компресиран“, това „компресиране“ се е случило точно по същия начин, както се случва, когато балонът е компресиран, само придружен от квантови флуктуации.

В един момент тези колебания станаха по-силни от фоновия шум на некомпресиран вакуум, а на някои места, напротив, по-слаби. Leitenstorfer дава аналогията на задръстване, което се движи през тясно пространство на пътя: с течение на времето колите в собствените си ленти се преместват в една и съща лента, за да преминат през тясното място, и след това се връщат обратно в своите ленти. Същото нещо, до известна степен, според наблюденията на учените, се случва във вакуум: компресията на вакуума на едно място води до разпределение на промените в квантовите флуктуации на други места. И тези промени могат да се ускорят или забавят.

Този ефект може да бъде измерен в пространство-време, както е показано на графиката по-долу. Параболата в центъра на изображението показва точката на "изстискване" във вакуум:

Резултатът от тази компресия, както може да се види на същото изображение, е известно "увисване" във флуктуациите. Не по-малко изненадващо за учените беше наблюдението, че нивото на мощност на флуктуация на някои места се оказа по-ниско от нивото на фоновия шум, което от своя страна е по-ниско от това на основното състояние на празното пространство.

„Тъй като новият метод на измерване не улавя или усилва фотони, има възможност за директно откриване и наблюдение на електромагнитен фонов шум във вакуум, както и контролирани отклонения на състояния, създадени от изследователите“, се казва в проучването.

В момента изследователите тестват точността на техния метод за измерване, както и се опитват да разберат на какво наистина е способен. Въпреки вече повече от впечатляващите резултати от тази работа, все още съществува възможност учените да са стигнали до така наречения „неубедителен метод на измерване“, който може да не наруши квантовите състояния на обектите, но в същото време не е в състояние да каже на учените повече за определена квантова система.

Ако методът наистина работи, тогава учените искат да го използват за измерване на "квантовото състояние на светлината" - невидимото поведение на светлината върху квантово нивокоето тепърва започваме да разбираме. По-нататъшната работа обаче изисква допълнителна проверка - репликация на резултатите от откритието на екип от изследователи от университета в Констанц и по този начин демонстриране на пригодността на предложения метод за измерване.

Декември е време за равносметка. Редакторите на проекта Vesti.Science (nauka.site) подбраха за вас десетте най-интересни новини, с които физиците ни зарадваха през изминалата година.

Ново състояние на материята

Технологията принуждава молекулите да се самосглобяват в желаните структури.

Състоянието на материята, наречено екситоний, беше теоретично предсказано преди почти половин век, но едва сега беше възможно да се получи чрез експеримент.

Това състояние е свързано с образуването на бозе-кондензат от екситонни квазичастици, които са двойка електрон и дупка. Ние сме това, което означават всички тези трудни думи.

Компютър Поларитон

Новият компютър използва поляритонни квазичастици.

Тази новина дойде от Сколково. Учените от Сколтех внедриха принципно нова схема на работа на компютъра. Може да се сравни с следния методпотърсете долната точка на повърхността: не се занимавайте с тромави изчисления, а преобърнете чаша вода върху нея. Само че вместо повърхност имаше поле с необходимата конфигурация, а вместо вода - поляритонни квазичастици. Нашият материал в тази квантова мъдрост.

Квантова телепортация "Земя-сателит"

Квантовото състояние на фотона за първи път е "изпратено" от Земята до сателит.

И тук отново на помощ на физиците се притече Големият адронен колайдер. "Новини. Наука", какво са успели да постигнат изследователите и какво общо имат оловните атоми.

Взаимодействие на фотони при стайна температура

Феноменът е наблюдаван за първи път при стайна температура.

Има много фотони различни начинивзаимодействат помежду си и една наука, наречена нелинейна оптика, се занимава с тях. И ако разсейването на светлина от светлина е наблюдавано съвсем наскоро, ефектът на Кер е отдавна познат на експериментаторите.

Въпреки това през 2017 г. той беше възпроизведен за първи път за отделни фотони при стайна температура. Говорим за това интересно явление, което в известен смисъл може да се нарече и "сблъсък на светлинни частици", и за технологичните перспективи, които се откриват във връзка с него.

Времеви кристал

Творението на експериментаторите демонстрира "кристална" подреденост не в пространството, а във времето.

В празното пространство никоя точка не е различна от друга. В кристала всичко е различно: има повтаряща се структура, която се нарича кристална решетка. Възможни ли са подобни структури, които се повтарят не в пространството, а във времето без изразходване на енергия?

"Звездни" термоядрени реакции на Земята

Физици пресъздадоха условия в недрата на звездите в термоядрен реактор.

Промишлен термоядрен реактор е съкровената мечта на човечеството. Но експериментите продължават повече от половин век, а жадуваната практически безплатна енергия я няма.

И все пак през 2017 г. беше направена важна стъпка в тази посока. За първи път изследователите почти точно пресъздадоха условията, преобладаващи в дълбините на звездите. как са го направили.

Да се ​​надяваме, че 2018 ще бъде също толкова богата на интересни експерименти и неочаквани открития. Следете новините. Между другото, направихме и преглед на изминалата година за вас.

Швейцарски физици демонстрираха за първи път парадокса на Айнщайн-Подолски-Розен (парадокс EPR) върху квантова система, състояща се от 600 рубидиеви атома. Учените успяха да разбият местния реализъм, като заплитаха две части на облак от свръхохладен газ и доказаха възможността за управление, когато състоянието на една част от квантовата система може да бъде предсказано от състоянието на втората. Статията на учените е публикувана в списание Science, съобщава Science Alert.

Съгласно парадокса на EPR, предложен през 1935 г., две частици могат да взаимодействат една с друга по такъв начин, че тяхната позиция и импулс могат да бъдат измерени с точност, по-голяма от тази, позволена от принципа на неопределеността на Хайзенберг. Например, общият импулс на две частици (A и B), които са се образували в резултат на разпадането на третата, трябва да бъде равен на началния импулс на последната, така че измерването на импулса на частица A ви позволява да намерете импулса на частица B, докато в движението на втората частица не се въвеждат смущения. След това координатите на частица B могат да бъдат определени точно, като по този начин се нарушава принципът на неопределеността на Хайзенберг.

Тъй като принципът на неопределеността се запазва във всеки случай, измерването на импулса на частица А неизбежно смущава координатите на частица В, правейки ги несигурни, независимо колко далеч е първата частица от последната. Айнщайн смята, че това нарушава реализма на света и физическите обекти в рамките на квантовата механика престават да съществуват обективно. Той смята, че подобно тълкуване е неправилно и че вероятностният характер на поведението на частиците всъщност се обяснява със съществуването на някои скрити параметри. В момента обаче теорията за скритите променливи не е получила експериментално потвърждение.

Учените създадоха кондензат на Бозе-Айнщайн от около 600 атома рубидий-87. Кондензатът е газ, охладен до свръхниски температури, в който всички атоми заемат възможно най-ниските квантови състояния, тоест стават почти неразличими един от друг. С помощта на лазер атомите бяха приведени в компресирано състояние, при което флуктуациите на една променлива (в този случай един от компонентите на въртенето, т.е. "оста на въртене") стават много малки, а другата - голяма. Така се създава квантова връзка между атомите.

Изследователите са успели да разделят облака на два различни региона - А и В. С помощта на лазери е измерено колективното въртене на атомите в кондензата и компонентите на "оста на въртене". В същото време, на базата на неравенства, които отчитат тези параметри, беше доказано заплитане между атоми за компресирано състояние и даден колективен спин. Корелацията се оказа толкова силна, че възникна EPR парадокс и беше възможно да се предскаже квантовото състояние на атомите в регион B чрез измерване на въртенето в регион A (предсказанието е възможно само в една посока).