Наступает новая эра в теоретической ядерной физике. Новости квантовой физики
квантовая физика. Все новости квантовая физика на сайте Korrespondent.net
Большой адронный коллайдер вышел из зимней спячки
Каждую зиму БАК прерывает свою работу для технического обслуживания и обновления систем ускорителя и детекторов. Физики провели порядка 10 тысяч тестов, и только после их завершения протоны попали в Большой адронный коллайдер.
Новости науки - 1 апреля 2018, 09:43Стивен Хокинг рассказал, что было до Большого взрыва126
Начало Вселенной можно представить в виде Южного полюса Земли - как точку, в которой действуют обычные законы физики, пояснил известный ученый.
Новости науки - 4 марта 2018, 21:51В России заявили о создании квантового телефона108
Оказалось, что у квантовой связи есть свои недостатки.
Технологии - 13 декабря 2017, 15:43В Гарварде создали рекордно сложный квантовый компьютер
Физики заявили о создании программируемого 51-кубитного квантового компьютера.
Американские физики охладили объект до рекордной температуры72
Теоретически технология позволяет так снизить температуру, что она достигнет абсолютного нуля.Новости науки - 14 января 2017, 12:50В Китае запустили самую длинную в мире линию квантовой связи
Линия станет одним из отрезков аналогичной магистрали связи между Пекином и Шанхаем.Технологии - 20 ноября 2016, 10:05Ученые создали первый "кристалл времени"
Физики создали объект, представляющий собой группу ионов иттербия, расположенных друг относительно друга в форме кольца.
Новости науки - 7 октября 2016, 11:22"Кота Шредингера" сняли на видео
Ученым впервые удалось отследить состояние кота Шредингера на примере внутреннего устройства молекулы.
Новости науки - 29 сентября 2016, 12:12Осуществлена телепортация на рекордные 30 км65
Квантовая телепортация на дальние расстояния технически возможна, доказали исследователи.
Новости науки - 20 сентября 2016, 14:23БАК подтвердил существование "дьявольской" частицы
Обнаружение пентакварка дает надежду ученым на открытие "новой физики" в ближайшее время.
Китай запустил первый в мире спутник квантовой связи
Аппарат проведет тестовую квантовую телепортация между наземной станцией в Тибете и спутником.
Новости космоса - 16 августа 2016, 10:14Ратиотон квант идеи
Ратиотон – квант идеи не подчиняется законам физики и не описан с помощью математических инструментов.Новости науки - 21 июля 2016, 21:22Россия намерена внедрить телепортацию к 2035 году610
Также российские власти планируют разработать свой язык программирования, новые беспилотные системы и другие технологии.
Новости России - 22 июня 2016, 10:08 при причинно-следственные связиНовости науки - 14 июня 2016, 21:40IBM открыла доступ к квантовому компьютеру
Новая облачная платформа называется Quantum Experience.
Гаджеты - 5 мая 2016, 14:15Ученые создали прототип квантовых денег137
Копирование таких денег невозможно без согласования с владельцем.Новости науки - 24 апреля 2016, 22:22Ученые научились телепортировать в "обычном" макромире
Создан квантовый компьютер, который взломает любую систему
Устройству под силу распознать большинство современных систем шифрования.Новости науки - 4 марта 2016, 16:21Физики нашли гравитационные волны Эйнштейна111
"Рябь пространства-времени" была предсказана Эйнштейном.
Новости науки - 11 февраля 2016, 18:10Ученые создали модель зеркальной Вселенной
В модели мира, предложенной американскими учеными, время течет вспять.
Новости науки - 20 января 2016, 16:59korrespondent.net
За гранью: физик рассказал, как обойти законы квантовой механики
МОСКВА, 20 мая — РИА Новости. Профессор физики Института Нильса Бора в Копенгагене, один из пионеров квантовой телепортации Юджин Ползик объяснил РИА Новости, где граница между "реальным" и "квантовым" миром, почему нельзя телепортировать человека и как ему удалось создать материю с "отрицательной массой".
Недавно он возглавил международный консультативный совет Российского квантового центра (РКЦ), заменив Михаила Лукина, создателя одного из самых больших квантовых компьютеров мира и мирового лидера в области квантовых вычислений. По словам профессора Ползика, он сосредоточится на развитии и реализации интеллектуального потенциала молодых российских ученых и усилении международного участия в работе РКЦ.
— Юджин, сможет ли человечество когда-либо телепортировать нечто большее, чем одиночные частицы или некий набор атомов или других макроскопических объектов?
— Вы не представляете, как часто мне задают этот вопрос, — спасибо, что вы не спрашиваете меня, можно ли телепортировать человека. Если говорить в очень общих чертах, то дело обстоит следующим образом.
Вселенная — это гигантский объект, "запутанный" на квантовом уровне. Проблема в том, что мы не способны "видеть" все степени свободы этого объекта. Если мы возьмем крупный объект в такой системе и попытаемся рассмотреть его, то тогда взаимодействия этого объекта с другими частями мира породят то, что называют "смешанным состоянием", в котором запутанность отсутствует.
В квантовом мире действует так называемый принцип моногамности. Он выражается в том, что если у нас есть два идеально запутанных объекта, то они оба не могут иметь столь же сильные "незримые связи" с любыми другими объектами окружающего мира, как друг с другом.
Юджин Ползик, профессор Института Нильса Бора в Копенгагене и глава международного консультативного совета РКЦ
Возвращаясь к вопросу о квантовой телепортации, это означает, что в принципе нам ничто не мешает запутать и телепортировать объект размером хоть со всю Вселенную, однако на практике помешает то, что мы не видим все эти связи одновременно. Поэтому нам приходится изолировать макрообъекты от всего остального мира, когда мы проводим подобные эксперименты, и позволять им взаимодействовать только с "нужными" объектами.
К примеру, в наших экспериментах удалось осуществить это для облака, содержавшего в себе триллион атомов, благодаря тому, что они находились в вакууме и удерживались в специальной ловушке, изолировавшей их от внешнего мира. Эти камеры, кстати, разработали в России — в лаборатории Михаила Балабаса в Санкт-Петербургском государственном университете.
Российские физики сделали квантовую телепортацию двусторонней Позже мы перешли к опытам на более крупных объектах, которые можно увидеть невооруженным глазом. А теперь мы проводим эксперимент по телепортации колебаний, возникающих в тонких мембранах из диэлектрических материалов размерами миллиметр на миллиметр.
Сейчас, с другой стороны, мне лично больше интересны другие области квантовой физики, в которых, как мне кажется, в ближайшее время произойдут настоящие прорывы. Они точно удивят всех.
— Где именно?
— Мы все хорошо знаем, что квантовая механика не позволяет нам узнать все, что происходит в окружающем мире. Благодаря принципу неопределенности Гейзенберга, мы не можем одновременно измерить все свойства объектов с максимально высокой точностью. И в данном случае телепортация превращается в инструмент, позволяющий нам обойти это ограничение, передавая не частичную информацию о состоянии объекта, а сам объект целиком.
Эти же законы квантового мира мешают нам точно измерять траекторию движения атомов, электронов и других частиц, так как можно узнать или точную скорость их движения, или положение. На практике это означает, что точность работы всевозможных датчиков давления, движения и ускорения жестко ограничивается квантовой механикой.
Физики научились телепортировать информацию на небольшие расстояния Недавно мы поняли, что это не всегда так: все зависит от того, что мы вкладываем в понятия "скорость" и "положение". К примеру, если мы используем во время таких замеров не классические системы координат, а их квантовые аналоги, то тогда эти проблемы исчезнут.
Иными словами, в классической системе мы пытаемся определить положение той или иной частицы относительно, грубо говоря, стола, стула или какой-то другой точки отсчета. В квантовой системе координат нулем будет служить другой квантовый объект, с которым взаимодействует интересующая нас система.
Научный сотрудник в Российском квантовом центре производит юстировку оптической схемы на установке по исследованию свойств квантового света
Оказалось, что квантовая механика позволяет измерить оба параметра — и скорость движения, и траекторию — с неограниченно высокой точностью при определенной комбинации свойств точки отсчета. В чем заключается эта комбинация? Облако атомов, служащее нулем системы квантовых координат, должно иметь эффективную отрицательную массу.
На самом деле, конечно же, эти атомы не имеют "проблем с весом", но они ведут себя так, как если бы они обладали отрицательной массой, благодаря тому, что особым образом расположены относительно друг друга и находились внутри особого магнитного поля. В нашем случае это приводит к тому, что ускорение частицы понижает, а не повышает ее энергию, что абсурдно с точки зрения классической ядерной физики.
Физики из Китая и Канады провели "городскую" телепортацию Это помогает нам избавиться от случайных изменений в положении частиц или скорости их движения, которые возникают, когда мы измеряем их свойства при помощи лазеров или других источников фотонов. Если поместить облако атомов с "отрицательной массой" на пути этого луча, то он сначала провзаимодействует с ними, затем пролетит через изучаемый объект, эти случайные возмущения ликвидируют друг друга, и мы сможем измерить все параметры с неограниченно высокой точностью.
Все это далеко не теория — несколько месяцев назад мы уже проверили эти идеи экспериментальным путем и опубликовали результат в журнале Nature.
— Есть ли какие-то практические применения у этого?
— Год назад я уже рассказывал, выступая в Москве, что подобный принцип "удаления" квантовой неопределенности можно использовать для улучшения точности работы LIGO и других гравитационных обсерваторий.
Тогда это было просто идеей, а сейчас она начала обретать конкретные очертания. Мы работаем над ее воплощением вместе с одним из пионеров квантовых измерений и участником проекта LIGO, профессором Фаридом Халили из РКЦ и МГУ.
Конечно, речь об установке подобной системы на самом детекторе пока не идет — это очень сложный и длительный процесс, и у самого LIGO есть планы, в которые мы просто не сможем вклиниться. С другой стороны, они уже заинтересовались нашими идеями и готовы нас слушать и дальше.
Физик: сжатый свет поможет LIGO перешагнуть квантовый предел В любом случае сначала нужно создать рабочий прототип подобной установки, который покажет, что мы действительно можем перешагнуть через ту границу по точности измерений, которую накладывают принцип неопределенности Гейзенберга и другие законы квантового мира.
Первые опыты такого рода мы проведем на десятиметровом интерферометре в Ганновере, уменьшенной копии LIGO. Сейчас мы собираем все необходимые компоненты для этой системы, в том числе стенд, источники света и облако атомов. Если у нас все получится, то я уверен, что наши американские коллеги прислушаются к нам, — других способов обойти квантовый предел пока не существует.
— Будут ли сторонники детерминистических квантовых теорий, полагающие, что случайностей в квантовом мире не существует, считать подобные опыты доказательством правоты своих идей?
— Если честно, я не знаю, что они об этом подумают. В следующем году мы организуем конференцию в Копенгагене, посвященную границам между классической и квантовой физикой и подобным философским вопросам, и они могут посетить ее, если хотят изложить свое видение этой проблемы.
Сам я придерживаюсь классической копенгагенской интерпретации квантовой механики и признаю, что волновые функции не ограничены в размерах. Пока мы не видим никаких признаков того, что ее положения где-то нарушаются или расходятся с практикой.
Лаборатория квантовой оптики в Российском квантовом центре
За последние годы физики выполнили бесчисленное множество проверок неравенств Белла и парадокса Эйнштена — Подольски — Розена, которые полностью исключают возможность того, что поведением объектов на квантовом уровне могут управлять какие-то скрытые переменные или другие вещи, выходящие за рамки классической квантовой теории.
К примеру, несколько месяцев назад был еще один эксперимент, который закрыл все возможные "дыры" в уравнениях Белла, используемые сторонниками теорий скрытых переменных. Нам остается только, если перефразировать Нильса Бора и Ричарда Фейнмана, "заткнуться и вести эксперименты": как мне кажется, мы должны задавать себе лишь те вопросы, на которые можно получить ответ через опыты.
— Если вернуться к квантовой телепортации — учитывая те проблемы, которые вы описали: найдет ли она применение в квантовых компьютерах, спутниках связи и других системах?
— Уверен, что квантовые технологии будут все больше проникать в системы связи, и они довольно быстро войдут в нашу повседневную жизнь. Как именно, пока непонятно — информацию, к примеру, можно передавать как посредством телепортации, так и через обычные оптоволоконные линии при помощи систем квантового распределения ключей.
Квантовая память, в свою очередь, полагаю, тоже станет реальностью через некоторое время. Как минимум она понадобится для создания повторителей квантовых сигналов и систем. С другой стороны, как и когда все это реализуют, пока сложно предсказать.
Рано или поздно квантовая телепортация станет не экзотикой, а обыденной вещью, которой сможет воспользоваться каждый человек. Конечно, мы вряд ли увидим этот процесс, но результаты его работы, в том числе безопасные сети передачи данных и спутниковые системы связи, будут играть огромную роль в нашей жизни.
— Насколько далеко квантовые технологии проникнут в другие сферы науки и жизни, которые не касаются IT или физики?
— Это хороший вопрос, на который ответить еще сложнее. Когда появились первые транзисторы, многие ученые считали, что они найдут применение разве что в слуховых аппаратах. Так и случилось, хотя сейчас лишь крайне малая доля полупроводниковых приборов используется подобным образом.
Все же мне кажется, что квантовый прорыв действительно произойдет, но далеко не везде. К примеру, любые гаджеты и приборы, взаимодействующие с окружающей средой и как-то замеряющие ее свойства, неизбежно дойдут до квантового предела, о котором мы уже говорили. И наши технологии помогут им обойти этот предел или хотя бы минимизировать помехи.
Ученые смогли "разрезать" кота Шредингера на две половины Более того, мы уже решили одну из подобных задач, используя тот же подход с "отрицательной массой", усовершенствовав квантовые датчики магнитных полей. Такие приборы могут найти вполне конкретное биомедицинское применение — их можно использовать для наблюдений за работой сердца и мозга, оценивая шансы заполучить инфаркт и другие проблемы.
Чем-то похожим занимаются мои коллеги из РКЦ. Сейчас мы вместе обсуждаем то, чего нам удалось достичь, пытаемся объединить наши подходы и получить что-то более интересное.
ria.ru
Физика — Новости науки
Наше понимание Вселенной и сил, которые ею управляют, основано на Стандартной модели физики частиц. Эта модель также помогает понять пространство-время и фундаментальные силы, удерживающие все … Подробнее →
Метки Квантовая механика, Физика
Ученые из университета Пурду (Purdue University) создали систему из наночастиц, которые вращаются со скоростью порядка миллиарда оборотов в секунду, что является на сегодняшний день своего … Подробнее →
Метки Квантовая механика, Физика
Спустя шесть лет после открытия бозона Хиггса ученые наблюдали примерно 30% его распада, предсказанных в Стандартной модели. Однако им никак не удавалось изучить распад частицы … Подробнее →
Метки Квантовая механика, Физика
Известно, что магниты, имеющие форму шара, прямоугольника или подковы, всегда имеют по два магнитных полюса. И если разделить магнит на две части, вы получите два … Подробнее →
Метки Квантовая механика, Физика
Один из самых невероятных аспектов квантовой механики можно объяснить не менее невероятной идеей о том, что причинная связь может идти как вперед во времени, так и вспять. … Подробнее →
Метки Квантовая механика, Физика
РИА Новости. Гравитационные волны, открытые детекторами обсерватории LIGO, могли возникнуть не в ходе слияний черных дыр, а в результате «схлопывания» так называемых кротовых нор, тоннелей в ткани пространства-времени, … Подробнее →
Метки Квантовая механика, Физика
Ученые-физики Европейской организации ядерных исследований CERN, работающие на Большом Адронном Коллайдере, самом мощном ускорителе частиц в мире на сегодняшний день, еще раз «поймали за руку» … Подробнее →
Метки Квантовая механика, Физика
Нейтрино является одной из самых загадочных элементарных частиц, второй из наиболее распространенных частиц во Вселенной после фотонов, частиц света. Согласно Стандартной Модели физики элементарных частиц … Подробнее →
Метки Квантовая механика, Физика
Основываясь на результатах сложнейшего моделирования квантовых хронодинамических (QCD) процессов, выполненного на суперкомпьютере K Computer, на одном из самых мощных в мире суперкомпьютеров, группа японских ученых … Подробнее →
Метки Квантовая механика, Физика
Ученые из МГУ им. М.В. Ломоносова совместно с рядом зарубежных коллег предложили новый способ обнаружения гравитационных волн особо низкой частоты. С его помощью, полагают исследователи, можно … Подробнее →
Метки Астрономия, Космология, Физика
РИА Новости. Швейцарские ученые впервые в истории смогли разделить воду на две разные жидкости, состоящие из двух типов молекул воды. Методика этого процесса отражена в журнале Nature Communications.
Метки Физика, Химия
Ученые из Московского физико-технического института и университета Тохоку (Япония) смогли объяснить парадоксальное явление взаимного уничтожения частиц и античастиц в графене, которое известно специалистам как Оже-рекомбинация. … Подробнее →
Метки Квантовая механика, Физика
РИА Новости. Ученые из проекта OPERA заявили об открытии десятого превращения мюонного нейтрино в тау-нейтрино и закрыли последний пробел в изучении их свойств, точно измерив особый «заряд», отличающий тау-нейтрино от тау-антинейтрино. … Подробнее →
Метки Квантовая механика, Физика
РИА Новости. Ученые развернули на Байкале третий кластер нейтринного телескопа Baikal-GVD, который позволит изучать элементарную частицу нейтрино, а также историю и состояние Вселенной, сообщает Иркутский государственный университет (ИГУ).
Метки Квантовая механика, Технологии, Физика
Нам, живущим в макроскопическом мире, многое, происходящее в микроскопическом мире, где царят законы квантовой механики, кажется странным и бессмысленным. Взять, к примеру, квантовую запутанность, явление, … Подробнее →
Метки Квантовая механика, Физика
РИА Новости. Сразу три команды физиков из Венгрии, Швейцарии и Австрии поставили новый рекорд по числу частиц, объединенных в единое целое на квантовом уровне – им удалось запутать сразу несколько … Подробнее →
Метки Квантовая механика, Физика
Ученые-физики из Ливерморской национальной лаборатории провели эксперименты, наведя лучи множества мощных лазеров на небольшую железную частичку. Условия, которые возникли при этом на очень короткое время, … Подробнее →
Метки Астрономия, Планеты, Физика
Международная группа физиков, среди которых были и исследователи из Университета ИТМО, впервые зарегистрировала переход между двумя принципиально разными состояниями. Одно из них — распространяющийся поляритонный солитон, … Подробнее →
Метки Квантовая механика, Физикаsci-dig.ru
Квантовая механика — Новости науки
Наше понимание Вселенной и сил, которые ею управляют, основано на Стандартной модели физики частиц. Эта модель также помогает понять пространство-время и фундаментальные силы, удерживающие все … Подробнее →
Метки Квантовая механика, Физика
Международная группа исследователей, в состав которой входят учёные из лаборатории терагерцовой спектроскопии МФТИ, напрямую экспериментально наблюдала моттовский переход — превращение проводника в изолятор, обусловленное межэлектронным … Подробнее →
Метки Квантовая механика, Технологии, Физика Ученые из университета Пурду (Purdue University) создали систему из наночастиц, которые вращаются со скоростью порядка миллиарда оборотов в секунду, что является на сегодняшний день своего … Подробнее →
Метки Квантовая механика, Физика Спустя шесть лет после открытия бозона Хиггса ученые наблюдали примерно 30% его распада, предсказанных в Стандартной модели. Однако им никак не удавалось изучить распад частицы … Подробнее →
Метки Квантовая механика, Физика Известно, что магниты, имеющие форму шара, прямоугольника или подковы, всегда имеют по два магнитных полюса. И если разделить магнит на две части, вы получите два … Подробнее →
Метки Квантовая механика, Физика Один из самых невероятных аспектов квантовой механики можно объяснить не менее невероятной идеей о том, что причинная связь может идти как вперед во времени, так и вспять. … Подробнее →
Метки Квантовая механика, Физика РИА Новости. Гравитационные волны, открытые детекторами обсерватории LIGO, могли возникнуть не в ходе слияний черных дыр, а в результате «схлопывания» так называемых кротовых нор, тоннелей в ткани пространства-времени, … Подробнее →
Метки Квантовая механика, Физика Ученые-физики Европейской организации ядерных исследований CERN, работающие на Большом Адронном Коллайдере, самом мощном ускорителе частиц в мире на сегодняшний день, еще раз «поймали за руку» … Подробнее →
Метки Квантовая механика, Физика Нейтрино является одной из самых загадочных элементарных частиц, второй из наиболее распространенных частиц во Вселенной после фотонов, частиц света. Согласно Стандартной Модели физики элементарных частиц … Подробнее →
Метки Квантовая механика, Физика Основываясь на результатах сложнейшего моделирования квантовых хронодинамических (QCD) процессов, выполненного на суперкомпьютере K Computer, на одном из самых мощных в мире суперкомпьютеров, группа японских ученых … Подробнее →
Метки Квантовая механика, Физика Ученые из Московского физико-технического института и университета Тохоку (Япония) смогли объяснить парадоксальное явление взаимного уничтожения частиц и античастиц в графене, которое известно специалистам как Оже-рекомбинация. … Подробнее →
Метки Квантовая механика, Физика РИА Новости. Ученые из проекта OPERA заявили об открытии десятого превращения мюонного нейтрино в тау-нейтрино и закрыли последний пробел в изучении их свойств, точно измерив особый «заряд», отличающий тау-нейтрино от тау-антинейтрино. … Подробнее →
Метки Квантовая механика, Физика РИА Новости. Ученые развернули на Байкале третий кластер нейтринного телескопа Baikal-GVD, который позволит изучать элементарную частицу нейтрино, а также историю и состояние Вселенной, сообщает Иркутский государственный университет (ИГУ).
Метки Квантовая механика, Технологии, Физика Нам, живущим в макроскопическом мире, многое, происходящее в микроскопическом мире, где царят законы квантовой механики, кажется странным и бессмысленным. Взять, к примеру, квантовую запутанность, явление, … Подробнее →
Метки Квантовая механика, Физика РИА Новости. Сразу три команды физиков из Венгрии, Швейцарии и Австрии поставили новый рекорд по числу частиц, объединенных в единое целое на квантовом уровне – им удалось запутать сразу несколько … Подробнее →
Метки Квантовая механика, Физика Международная группа физиков, среди которых были и исследователи из Университета ИТМО, впервые зарегистрировала переход между двумя принципиально разными состояниями. Одно из них — распространяющийся поляритонный солитон, … Подробнее →
Метки Квантовая механика, Физика
Физики из России, Великобритании и Германии смогли создать аналог традиционного кубита на джозефсоновских переходах, но только без разрывов, используемых для реализации эффекта туннелирования электронов. Роль … Подробнее →
Метки Квантовая механика, Компьютеры, Технологии, Физика
В нашей Вселенной существует три пространственных измерения, которые способны воспринимать органы чувств человека. Однако, согласно некоторым из существующих теорий, может существовать еще множество других измерений, … Подробнее →
Метки Квантовая механика, Физикаsci-dig.ru
Физика — Новости науки
Наше понимание Вселенной и сил, которые ею управляют, основано на Стандартной модели физики частиц. Эта модель также помогает понять пространство-время и фундаментальные силы, удерживающие все … Подробнее →
Метки Квантовая механика, Физика Международная группа исследователей, в состав которой входят учёные из лаборатории терагерцовой спектроскопии МФТИ, напрямую экспериментально наблюдала моттовский переход — превращение проводника в изолятор, обусловленное межэлектронным … Подробнее →
Метки Квантовая механика, Технологии, Физика
Сегодня исследователи входят в Квантовую эпоху – вместо того, чтобы использовать кремний для развития технологий, они находят новые квантовые материалы, проводники, способные использовать и хранить энергию на … Подробнее →
Метки Технологии, Физика
Защита человека от электромагнитных излучений является необходимым и важным условием современной жизни. Один из способов защиты – использование радиопоглощающих строительных материалов. Именно такой материал разработан … Подробнее →
Метки Технологии, Физика
Исследователи разработали новый подход к электронной микроскопии – он не только позволяет увидеть отдельные атомы, но и в то же время узнать о некоторых их свойствах. Технологию назвали EMPAD (electron … Подробнее →
Метки Технологии, Физика Ученые из университета Пурду (Purdue University) создали систему из наночастиц, которые вращаются со скоростью порядка миллиарда оборотов в секунду, что является на сегодняшний день своего … Подробнее →
Метки Квантовая механика, Физика Спустя шесть лет после открытия бозона Хиггса ученые наблюдали примерно 30% его распада, предсказанных в Стандартной модели. Однако им никак не удавалось изучить распад частицы … Подробнее →
Метки Квантовая механика, Физика Известно, что магниты, имеющие форму шара, прямоугольника или подковы, всегда имеют по два магнитных полюса. И если разделить магнит на две части, вы получите два … Подробнее →
Метки Квантовая механика, Физика Один из самых невероятных аспектов квантовой механики можно объяснить не менее невероятной идеей о том, что причинная связь может идти как вперед во времени, так и вспять. … Подробнее →
Метки Квантовая механика, Физика
16 июня 1888 года родился физик Александр Фридман, который рано умер нелепой смертью, но успел заложить современные представления о Вселенной. О жизни и главной работе … Подробнее →
Метки Наука и общество, Общество, Физика РИА Новости. Гравитационные волны, открытые детекторами обсерватории LIGO, могли возникнуть не в ходе слияний черных дыр, а в результате «схлопывания» так называемых кротовых нор, тоннелей в ткани пространства-времени, … Подробнее →
Метки Квантовая механика, Физика Ученые-физики Европейской организации ядерных исследований CERN, работающие на Большом Адронном Коллайдере, самом мощном ускорителе частиц в мире на сегодняшний день, еще раз «поймали за руку» … Подробнее →
Метки Квантовая механика, Физика Нейтрино является одной из самых загадочных элементарных частиц, второй из наиболее распространенных частиц во Вселенной после фотонов, частиц света. Согласно Стандартной Модели физики элементарных частиц … Подробнее →
Метки Квантовая механика, Физика Основываясь на результатах сложнейшего моделирования квантовых хронодинамических (QCD) процессов, выполненного на суперкомпьютере K Computer, на одном из самых мощных в мире суперкомпьютеров, группа японских ученых … Подробнее →
Метки Квантовая механика, Физика Ученые из МГУ им. М.В. Ломоносова совместно с рядом зарубежных коллег предложили новый способ обнаружения гравитационных волн особо низкой частоты. С его помощью, полагают исследователи, можно … Подробнее →
Метки Астрономия, Космология, Физика РИА Новости. Квантовый консорциум приступает к реализации «физической» части проекта по созданию многокубитного квантового компьютера, сообщили в компании «ВЭБ Инновации».
Метки Компьютеры, Технологии, Физика РИА Новости. Швейцарские ученые впервые в истории смогли разделить воду на две разные жидкости, состоящие из двух типов молекул воды. Методика этого процесса отражена в журнале Nature Communications.
Метки Физика, Химия
Ученые Южно-Уральского государственного университета в рамках Проекта 5-100 создали новейшую программу по оптимизации структуры фотонных кристаллов. Программа позволяет решить задачу по оптимальному расположению атомов и … Подробнее →
Метки Технологии, Физикаsci-dig.ru
Наступает новая эра в теоретической ядерной физике
Физикам впервые удалось вывести нуклон-нуклонное взаимодействие «из первых принципов» — то есть (в данном случае) исходя из теории квантовой хромодинамики. Свыше полувека свойства ядерных сил были известны только экспериментально. Теперь же на смену эмпирическим законам ядерной физики приходят точные — правда, пока только численные — расчеты. Когда выяснилось, что атомное ядро состоит из протонов и нейтронов (называемых вместе нуклонами), сразу же возник вопрос: какие силы удерживают нуклоны вместе? Для объяснения этого явления Хидеки Юкава в 1935 году предложил модель ядерных сил (она вскоре была подтверждена экспериментально), в которой притяжение нуклонов обеспечивается постоянным обменом новыми (на то время) частицами — пи-мезонами. Тот факт, что нуклоны в ядре не сливаются друг с другом, а держатся на расстоянии, означает, что при их чрезмерном сближении притяжение сменяется на сильное отталкивание. На своем жаргоне физики говорят, что в нуклоне есть некая «твердая сердцевина».
За более чем полвека, прошедшие с тех пор, теория сильного взаимодействия кардинально изменилась. Выяснилось, что нуклоны — вовсе не фундаментальные частицы, а состоят из более «мелких кирпичиков», кварков. Кварки внутри нуклонов (а также всех других сильно взаимодействующих частиц — адронов) связаны глюонами, переносчиками сильного взаимодействия. Силы, удерживающие нуклоны в ядрах, — это «вторичные» явления, суммарный результат коллективных процессов кварков и глюонов (см. рис. 2). В современной теории сильного взаимодействия — квантовой хромодинамике (КХД) — всё сводится к взаимодействию кварков и глюонов, которые считаются неделимыми частицами, и эта теория пока что очень хорошо описывает всю совокупность экспериментальных данных по столкновениям адронов при высоких энергиях.
В этой картине имеется, однако, одна трудность — в рамках КХД просто не получается вычислить силу притяжения нуклонов и объяснить, откуда в нуклоне берется «твердая сердцевина». В результате возникла странная ситуация: несмотря на многочисленные успехи КХД, ядерная физика по-прежнему базировалась на эмпирических (описательных) моделях полувековой давности с небольшими современными уточнениями. Связующего звена — то есть точного вычисления ядерных сил из КХД — так и не было.
С точки зрения настоящей теории с формулами и уравнениями (о фундаментальных и эмпирических теориях читайте в блоге автора заметки), эта задача чрезвычайно сложная. Исходные уравнения КХД записаны, однако решать их в области низких энергий физики не умеют и вряд ли в ближайшее время научатся.
Поясним на примере. В случае движения планет вокруг Солнца исходное уравнение — это второй закон Ньютона (ускорение есть сила делить на массу), в который в качестве силы надо подставить его же, Ньютона, закон всемирного тяготения. Решением уравнения будет закон движение планеты по орбите. В случае же КХД исходное уравнение — это закон, связывающий скорость «рождения», «перетекания» и «исчезновения» кварковых и глюонных полей в зависимости от текущего их распределения в пространстве. По сути, это одна формула. Его решением будут, соответственно, эти самые скорости «рождения», «перетекания» и «исчезновения». Особенный класс решений, в котором все такие перетекания замирают, отвечает стабильным частицам: протонам, нейтронам и т. д. Другой класс решений — это около-стабильные решения, в которых «перетекание» есть, но определенного толку. Например, перетекание полей туда и обратно между двумя нуклонами — это и есть ядерные силы.Здесь на помощь приходят численные методы решения этих уравнений, которые в теории сильного взаимодействия называются «КХД на решетках». Суть этого подхода заключается в следующем. Как и в любой квантовой задаче, кварки и глюоны являются не точечными частицами, а полями, как-то распределенными в пространстве. В кусочке пространства и времени, в котором предполагается изучить движение кварковых и глюонных полей и вычислить свойства нуклонов, строится четырехмерная кубическая решетка. В типичных расчетах используются решетки размером 324 узлов. Для того чтобы численно вычислить физические величины, приходится независимо интегрировать по характеристикам полей в каждом узле решетки — то есть выполнять многомиллионнократные интегралы. С одной стороны, это чрезвычайно ресурсоемкая задача даже для современных компьютеров, но с другой стороны — это единственный надежный способ выяснить, что предсказывает КХД там, где теоретики ничего пока сосчитать не могут.
Важно, что прогресс в этой области связан только с ростом компьютерных мощностей — никаких препятствий внутри теории для всё более точных расчетов нет. Если в конце 1980-х годов физикам удавалось получать на решетках лишь нечто похожее на адроны, то в 90-е годы уже стали появляться всё более точные вычисления масс адронов, а в последние годы предпринимаются попытки вычислить уже и динамические свойства адронов.
Чрезвычайно важной вехой в этом направлении исследований стала недавняя работа японских физиков N. Ishii, S. Aoki, T. Hatsuda, nucl-th/0611096 с говорящим за себя заголовком «Ядерные силы из КХД на решетке». Популярная заметка Particle physics: Hard-core revelations нобелевского лауреата Франка Вильчека (Frank Wilczek), посвященная этим исследованиям, появилась на днях в журнале Nature.
В этой работе решались уравнения КХД для группы из шести близко расположенных кварков. «Включив» глюонное поле, авторы проследили решение до тех пор, пока шесть кварков не организовались в двухнуклонное состояние. Изучив получившееся распределение двух нуклонов относительно друг друга, авторы и вычислили потенциал межнуклонного взаимодействия в зависимости от расстояния. Важно, что использованная в работе решетка была достаточно большая (около 4 фм; 1 фемтометр = 10–15 м), чтобы вместить в себя два нуклона.
Триумфом этой работы стала четкая демонстрация того, что все особенности межнуклонного взаимодействия, известные из опыта, воспроизводятся в этих расчетах (см. рис. 1). В частности, впервые в истории изучения ядерных сил существование «твердой сердцевины» в нуклоне было выведено из КХД.
Главное утверждение этой работы — ядерные силы наконец-то выводятся из КХД — открывает новую главу в теоретической ядерной физике. Сейчас физикам предстоит перепроверить все те свойства ядер, которые уже получены эмпирическим путем, а также попытаться обнаружить явления, еще не известные ядерной физике. Не исключено, что по следам этих численных расчетов теоретики предложат новую, более прозрачную и более физически мотивированную теорию ядерных явлений, переписывая при этом учебники ядерной физики.
Дальнейшие успехи в этой области скажут свое веское слово и в астрофизике. Точная и модельно-независимая теория ядерных сил позволит четко вычислить максимальный размер нейтронных звезд и понять механизм взрыва некоторых сверхновых.
Наконец, как подчеркивает Вильчек, эти вычисления дают физикам редчайшую возможность промоделировать ситуации, невозможные в нашей Вселенной. Например, можно изучить, как будут меняться свойства ядерных сил, а значит, и синтез элементов в Ранней Вселенной, при вариации массы кварков и силы их связи. Из этого, в свою очередь, можно узнать, насколько «случайно» было то, что законы физики позволили из «первичного бульона» Ранней Вселенной развиться таким сложным структурам, как галактики, планеты, жизнь. Это станет очень интересным аргументом в споре сторонников и противников антропного принципа.
См. также:Эмпирические и фундаментальные теории.
Игорь Иванов
elementy.ru
Наука: Наука и техника: Lenta.ru
Швейцарские физики впервые продемонстрировали парадокс Эйнштейна — Подольского — Розена (ЭПР-парадокс) на квантовой системе, состоящей из 600 атомов рубидия. Ученым удалось нарушить локальный реализм, осуществив запутывание между двумя частями облака сверхохлажденного газа и доказав возможность управления (англ. steering), когда состояние одной части квантовой системы можно предсказать по состоянию второй. Статья ученых опубликована в журнале Science, сообщает Science Alert.
Согласно ЭПР-парадоксу, предложенному в 1935 году, две частицы могут взаимодействовать между собой таким образом, что можно измерить их положение и импульс с точностью, превышающей ту, что разрешена принципом неопределенности Гейзенберга. Например, суммарный импульс двух частиц (А и В), которые образовались в результате распада третьей, должен быть равен исходному импульсу последней, поэтому измерение импульса частицы А позволяет узнать импульс частицы B, при этом в движение второй частицы не вносится никаких возмущений. Тогда можно точно определить координаты частицы В, нарушая таким образом принцип неопределенности Гейзенберга.
Материалы по теме
00:02 — 27 июля 2017
Поскольку принцип неопределенности в любом случае сохраняется, измерение импульса частицы А неизбежно вносит возмущения в координаты частицы В, делая их неопределенными, как бы далеко первая частица ни находилась от последней. Эйнштейн полагал, что тем самым нарушается реализм мира и физические объекты в рамках квантовой механики перестают объективно существовать. Он считал, что подобная интерпретация неверна и вероятностный характер поведения частиц на самом деле объясняется существованием неких скрытых параметров. Однако на настоящий момент теория скрытых параметров не получила экспериментального подтверждения.
Ученые создали конденсат Бозе — Эйнштейна из около 600 атомов рубидия-87. Конденсат представляет собой охлажденный до сверхнизких температур газ, в котором все атомы занимают минимально возможные квантовые состояния, то есть становятся почти неотличимыми друг от друга. С помощью лазера атомы привели в сжатое состояние, при котором флуктуации одной переменной (в данном случае одна из составляющих спина, то есть «оси вращения») становятся очень малы, а другой — велики. Таким образом, между атомами создавалась квантовая связь.
Исследователям удалось разделить облако на два различных региона — А и В. С помощью лазеров были измерены коллективный спин атомов в конденсате и составляющие «оси вращения». При этом на основе неравенств, учитывающих данные параметры, была доказана запутанность между атомами для сжатого состояния и данного коллективного спина. Корреляция оказалась настолько сильной, что возникал ЭПР-парадокс и можно было предсказать квантовое состояние атомов в регионе В, измеряя спин в регионе А (предсказание возможно только в одном направлении).
Больше важных новостей в Telegram-канале «Лента дня». Подписывайся!lenta.ru
