Добро пожаловать, Гость. Пожалуйста, выберите Вход или Регистрация
Я люблю тебя, Земля!
 
  ГлавнаяСправкаПоискВходРегистрация  
 
Переключение на Главную Страницу Страниц: 1
Послать Тему Печать
Квантовая физика (Прочитано 8656 раз)
Administrator
YaBB Administrator
*****
Вне Форума


I love The Earth!

Сообщений: 12476
The Land of HealPlanet
Квантовая физика
06.01.2015 :: 10:19:52
 
Ученые обнаружили новые квантовые частицы, являющиеся наполовину светом и наполовину материей


...

Дальнейшее развитие области квантовых вычислений и коммуникаций, базирующихся на квантовых свойствах частиц света и частиц материи, невозможно без открытий новых квантовых частиц, изучения свойств и разработки технологий их практического использования. Достаточно значимый шаг в этом направлении удалось сделать группе ученых-физиков из Городского колледжа Нью-Йорка (City College of New York), возглавляемой доктором Винодом Меноном (Dr. Vinod Menon). Эти ученые, проводя свои исследования, обнаружили абсолютно новые квантовые частицы, которые являются наполовину светом и наполовину материей.

Эти частицы были обнаружены учеными в тонкой пленке, толщина которой в миллион раз меньше толщины листа бумаги, полупроводникового материала дисульфида молибдена (молибденита, MoS2). Тонкий слой этого "плоского" материала был заключен внутри структуры специальной оптической ловушки, в которой и возникали эти загадочные сложные квантовые частицы.

К сожалению, новые частицы еще не получили названия и большинство их свойств еще неизвестно ученым. Но ученые достоверно зафиксировали сам факт возникновения таких частиц, которые, предположительно состоят из пары экситон-поляритон, и сейчас разрабатывают методы, при помощи которых эти квантовые образования будут изучены самым тщательным образом.

"Открытие новых квантовых частиц не только является прорывом в области фундаментальной физики. Оно дает нам возможность думать о создании принципиально новых устройств, которые работают на грани соприкосновения материи и света" - рассказывает доктор Менон.

"Можно предположить, что новые частицы смогут стать основой квантовых логических элементов и сигнальных процессоров, которые в своих целях будут использовать лучшие из сторон света и материи. И конечно, такие частицы, если нам удастся превратить в квантовые биты, кубиты, смогут способствовать быстрому развитию технологий квантовых коммуникаций и квантовых вычислений".

http://www.dailytechinfo.org/news/6598-uchenye-obnaruzhili-novye-kvantovye-chast...
Наверх
« Последняя редакция: 29.03.2017 :: 16:30:52 от Administrator »  

The Administrator.
WWW  
IP записан
 
Administrator
YaBB Administrator
*****
Вне Форума


I love The Earth!

Сообщений: 12476
The Land of HealPlanet
Субатомные частицы могут ускорять сами себя без воздействия внешних сил
Ответ #1 - 28.01.2015 :: 12:19:07
 
Ученые предположили, что субатомные частицы могут ускорять сами себя без воздействия внешних сил


...

Из Перового закона Исаака Ньютона, хорошо известного всем по школьному курсу физики, следует, что никакой объект не может изменить скорость своего движения без воздействия на него сил извне. С точки зрения классической механики Исаак Ньютон, безусловно прав, но когда дело касается не обычной физики, а таинственной квантовой механики, классические законы могут начать давать сбои. Это продемонстрировала команда ученых-физиков, которые выдвинули предположение о том, что субатомные частицы могут в некоторых случаях ускорять сами себя без оказания на них воздействия любых внешних сил.

Следует отметить сразу, что все, что было сказано выше и все, о чем пойдет речь дальше - является результатами теоретических исследований и анализа, проведенных учеными из Массачусетского технологического института и израильского Технологического института Technion (Technion Institute of Technology). Согласно полученным результатам, некоторые из субатомных частиц могут ускорить сами себя практически до скорости света, и если это предположение окажется верным, то данное открытие произведет революцию в области физики, в которой изучается движение элементарных частиц.

Столь громкие выводы были сделаны учеными на основе анализа так называемых уравнений Дирака, которые описывают релятивистское поведение элементарных частиц, таких, как электроны, с точки зрения их волновой структуры. Эта волновая составляющая субатомных частиц является одной из "причуд" квантовой механики и благодаря ее наличию квантовые частицы в некоторых условиях могут вести себя не как частицы материи, а как крошечные кванты электромагнитных волн. И эта волновая составляющая способна наделить электроны массой необычных и парадоксальных особенностей.

Одной из характеристик волновой составляющей субатомной частицы является фаза волны. Зная значение фазы волны каждой частицы, исследователи создают так называемую голографическую фазовую маску. Модель, созданная и рассчитанная учеными, показывает, что интерференция волновой составляющей частицы на этой маске наделяет электрон способностью ускоряться, при этом его поведение практически не отличается от поведения в магнитном поле, от эффекта, используемого в традиционных ускорителях частиц.

...

И самым интересным является то, что частица, самоускоряясь, не нарушает при этом базовых законов физики, ведь по мере ее ускорения увеличиваются ее физические размеры. "Волновой пакет электрона не просто ускоряется, он, при этом, еще и расширяется. Таким образом остается некоторая часть пакета, которая компенсирует ускорение частицы" - объясняет Идо Камин (Ido Kamine), один из ученых, - "Эта часть волнового пакета известна под названием его хвоста, который начинает двигаться в обратную сторону, сохраняя неизменным значение полного импульса движения. Другими словами, существует вторая часть волнового пакета электрона, которая "платит цену" за самостоятельное ускорение частицы".

Фактически данное теоретическое явление представляет собой основу описанных Альбертом Эйнштейном эффектов ускорения времени и сокращения пространства при движении со скоростью, приближающейся к скорости света. К сожалению, еще никому не удавалось наблюдать эти эффекты и факт их существования также является одной из больших загадок для современной науки.

В настоящее время группа ученых, сделавших столь значимое теоретическое открытие, работает над превращением своей теории в череду научных экспериментов, которые позволят подтвердить или опровергнуть предположения. Ученые из Массачусетского технологического института создают электронный микроскоп, снабженный фазовой маской, при помощи которой будет получена в 1000 раз большая разрешающая способность, чем та, которая используется для создания самых высококачественных голограмм на сегодняшний день. И ученые надеются, что фазовые голограммы, созданные в недрах их микроскопа, позволят ускорить электроны, не оказывая на них никакого воздействия, а дополнительные датчики микроскопа дадут возможность зарегистрировать и изучить столь экзотические эффекты, которые могут оказать сильное влияние на дальнейшее развитие некоторых областей физики.

http://www.dailytechinfo.org/news/6683-uchenye-predpolozhili-chto-subatomnye-cha...
Наверх
 

The Administrator.
WWW  
IP записан
 
Administrator
YaBB Administrator
*****
Вне Форума


I love The Earth!

Сообщений: 12476
The Land of HealPlanet
Re: Микромир
Ответ #2 - 04.03.2015 :: 15:46:14
 
Ученые создали и обнаружили экзотические квазичастицы, ротоны, в супержидкости из атомов цезия-133


...

Супержидкость (сверхтекучая жидкость), состоящая из охлажденных атомов гелия-4, является веществом с массой захватывающих свойств, некоторые из которых бросают вызов законам нормальной физики. Жидкий гелий-4 просачивается сквозь стекло, ее не может долго удерживать даже самый герметичный контейнер, она, эта супержидкость, может даже течь вверх по вертикальным поверхностям. Ко всем странностям сверхтекучего гелия-4 можно добавить теоретически обоснованную в 1941 году возможность существования в нем экзотических квазичастиц, получивших название ротон (roton). И после многолетних попыток обнаружения этих квазичастиц исследователям из Калифорнийского университета удалось искусственно создать и зарегистрировать ротоны в супержидкости, состоящей не из молекул гелия-4, а из сверхохлажденных атомов цезия-133.

На необычные свойства супержидкости гелия-4 пристальное внимание ученых было обращено в 1937 году. В те времена исследования в этой области проводились группой академика Петра Капицы в Москве, группой Джона Ф. Аллена и Дональда Мизенера из университета Торонто, а в 1941 году, будущий лауреат Нобелевской премии Лев Ландау подвел обоснование из теории квантовой механики под открытие, сделанное Капицей. Согласно теории Ландау свойство сверхтекучести гелию-4 придает некая единица коллективного вихреобразного движения атомов, которую можно рассматривать как единую квазичастицу, которая получила название ротон.

За многие десятилетия, прошедшие с момента теоретического обоснования возможности существования ротона, многие ученые, включая непосредственно Ландау, Ричарда Фейнмана и Филиппа Нозьера, разрабатывали различные варианты теоретической модели ротона, не имея возможности наблюдать его "вживую". "И даже в настоящее время, по прошествии семи десятилетий, ротон остается источником загадок и противоречий" - рассказывает Ченг Чин (Cheng Chin), профессор физики из Калифорнийского университета.

...

Пытаясь создать искусственный ротон для того, чтобы найти подтверждения существующих теорий, исследователи из Чикагского университета охладили цилиндрическую камеру до температуры в 15 наноКельвинов, т.е. к температуре, немного превышающей температуру абсолютного нуля. В этой камере была создана оптическая решетка из "переплетенных" лучей инфракрасных лазеров, в узлах которой находилось около 30 тысяч атомов цезия-133. И после этого ученые мягко "встряхнули" все атомы цезия.

"Нам потребовалось около 10 секунд, чтобы атомы цезия охладились до необходимой температуры, превратившись в сверхтекучую супержидкость" - рассказывает профессор Чин, - "А затем мы использовали совершенно новую идею, мы встряхнули всю оптическую решетку, что привело к появлению ротонов в жидкости".

Спустя несколько недель после открытия чикагских ученых, создать искусственные ротоны удалось и группе исследователей из Вашингтонского университета и Шанхайского университета науки и техники. Но в последнем случае ротоны были созданы несколько другим методом, ученые использовали лучи дополнительных лазеров, которые "взбаламутили" супержидкость сверхохлажденных атомов цезия.

В обоих случаях ученые судили о факте возникновения ротонов по особенностям спектра возбуждения атомов супержидкости. Анализ спектра позволил измерить энергетические показатели ротонов, а исследования того, как существование ротонов затрагивает свойства сверхтекучести жидкости проводились при помощи луча лазера с определенными характеристиками, который просвечивал образец атомарной супержидкости.

Пока еще ученые не знают, к каким последствиям может привести сделанное ими открытие, кроме как подтвердить некоторые из существовавших ранее теорий. Одно из применений новых знаний может находиться в сфере сверхпроводников, где некоторые аспекты поведения сверхпроводящих материалов перекликаются с аналогичными аспектами поведения сверхтекучих жидкостей.

http://www.dailytechinfo.org/news/6770-uchenye-sozdali-i-obnaruzhili-ekzotichesk...
Наверх
 

The Administrator.
WWW  
IP записан
 
Administrator
YaBB Administrator
*****
Вне Форума


I love The Earth!

Сообщений: 12476
The Land of HealPlanet
Пентакварки
Ответ #3 - 17.03.2016 :: 11:56:13
 
Пентакварки


Доктор физико-математических наук Виктор Петров, Петербургский институт ядерной физики им. Б. П. Константинова (ПИЯФ НИЦ КИ), Гатчина

Кварки — элементарные «кирпичики» протонов, нейтронов и других частиц — возникли в наших представлениях об устройстве мира чуть более полувека назад. Из кварков состоят все известные сильно взаимодействующие частицы — адроны. Достаточно быстро было экспериментально доказано, что мезоны состоят из кварка и антикварка, а барионы (протон и нейтрон) — из трёх кварков. Перед учёными встал вопрос: могут ли существовать адроны, устроенные иначе?

...
Визуализация распада пентакварка.

Никакие известные законы не запрещали существования адронов, составленных из двух кварк-антикварковых пар — тетракварков или трёх кварков и одной кварк-антикварковой пары — пентакварков и т. д. Количество кварков и дало название этим частицам (в переводе с греческого тетра — четыре, пента — пять). Их экспериментальное обнаружение должно было существенно расширить наши знания о структуре адронов и стать ещё одним подтверждением теории сильных взаимодействий — квантовой хромодинамики.

Однако обнаружение этих, названных экзотическими, частиц затянулось на несколько десятилетий. Они никак не давались физикам. Лишь в 2014 году на Большом адронном коллайдере был обнаружен тетракварк, а в 2015 году был наконец открыт пентакварк.

Эта история началась в 1964 году, когда американские физики Мюррей Гелл-Манн и Джордж Цвейг независимо друг от друга выдвинули гипотезу, что сильно взаимодействующие частицы построены из кварков — частиц с дробным электрическим и барионным зарядами. Цвейг называл их aces — тузы, но это название не прижилось. Все мезоны (частицы с нулевым барионным зарядом) можно построить из кварка и антикварка, а барионы — из трёх кварков. Такие комбинации приводили к экспериментально наблюдаемым частицам с целым барионным зарядом. Важно, что существуют кварки разных сортов (флэйворов), которые ведут себя почти одинаково. В те времена было известно три вида кварков — u, d, s (up, down, strange), теперь добавились ещё c (charm), b (beauty), t (top), но сильные взаимодействия всех шести совершенно одинаковы.

Из этого факта можно сделать далеко идущие выводы. Заменив в протоне (uud) одни кварки на другие, получим другие частицы: нейтрон, три разных сигма-гиперона и два разных кси-гиперона.

...
Открытые пентакварки состоят из с-кварка, с-антикварка и трёх лёгких кварков, таких же, как в протоне, — двух up и одного down. Илл.: CERN.

Все они должны иметь очень похожие свойства. Другими словами, сильно взаимодействующие частицы можно разбить на группы (мультиплеты) либо из восьми (октеты), либо из десяти (декуплеты) частиц, которые внутри одного мультиплета оказываются похожими. Эти предсказания Гелл-Манна и Цвейга очень хорошо подтверждаются экспериментом, они стали основой так называемой кварковой модели элементарных частиц.

В начале 1970-х годов физики поняли, что у кварков есть ещё одна характеристика и назвали её цветом. Каждый тип кварка может быть одного из трёх цветов. Именно цветной заряд служит источником взаимодействия между кварками. Переносят это взаимодействие глюоны (от англ. glue — клей) — безмассовые частицы (аналогично тому, как электромагнитное взаимодействие переносят фотоны). Глюонов восемь, все они разных цветов.

Довольно быстро в сознании физиков мир десятков и сотен различных сильно взаимодействующих частиц (адронов) был заменён на гораздо более простой и логичный мир шести типов (флэйворов) кварков и восьми глюонов. Экспериментальные данные неизменно подтверждают выводы, сделанные на основе кварк-глюонной картины сильных взаимодействий, поэтому сейчас мы уже не сомневаемся, что она верна. Теория взаимодействия кварков и глюонов (квантовая хромодинамика) вошла составной частью в Стандартную модель элементарных частиц, последним подтверждением которой стало обнаружение бозона Хиггса в недавнем эксперименте на Большом адронном коллайдере (LHC) в ЦЕРНе (Женева).

...
Адронная молекула.

Однако кварков в свободном состоянии найти так и не удалось. Мы видим кварки связанными в адронах, мы видим их проявления при высоких энергиях, но никому не удавалось наблюдать одиночный изолированный кварк. Довольно быстро стало ясно, что это неслучайно и в природе имеет место явление невылетания (конфайнмент, от англ. confine — ограничивать свободу) кварков. В противоположность всему тому, что мы видели до сих пор, взаимодействие кварков, по-видимому, не убывает, а растёт с расстоянием. Внутри протона или нейтрона кварки ведут себя как свободные частицы, но при попытке разбить нуклон между кварками возникает сила взаимодействия, которая растёт с увеличением расстояния между ними. Грубо говоря, это приводит к тому, что один кварк нельзя оторвать от другого. В природе наблюдаются только «белые» состояния, в которых полный цветовой заряд равен нулю. В частности, все адроны «белые».

Явление конфайнмента всё ещё не понято, несмотря на сорокалетнюю историю исследований. Да, многие его свойства изучены, надёжно доказано, что в квантовой хромодинамике явление существует, но его полная самосогласованная теория отсутствует. В современной физике есть только один пример такой загадки, столь же долго не поддававшейся объяснению, — явление сверхпроводимости. Она была открыта в 1912 году, а объяснена лишь в 1956-м Бардиным, Купером и Шриффером. Боюсь, что конфайнмент имеет все шансы перекрыть этот рекорд…

Кварковая модель Гелл-Манна — Цвейга без проблем вписалась в квантовую хромодинамику. Состояния из кварка и антикварка (мезоны) и из трёх кварков или трёх антикварков (барионы) как раз «белые», именно они и должны были наблюдаться. Это же утверждает и кварковая модель.

Однако ещё в первых работах по кварковой модели был задан вопрос: а почему бы не существовать состояниям, в которых к обычному адрону добавлена кварк-антикварковая пара? При этом возникли бы адроны, «сделанные» из двух кварков и двух антикварков или даже из четырёх кварков и одного антикварка. У последних барионный заряд был бы равен единице, как у протона. С 1987 года по предложению Г. Липкина их стали называть пентакварками. Очевидно, что из четырёх кварков и одного антикварка легко сделать «белое» состояние, так что существование пентакварков конфайнменту не противоречит. Пентакварки — представители так называемых экзотических частиц, то есть тех, которых не относятся ни к обычным мезонам (кварк-антикварк), ни к барионам (три кварка). В рамках квантовой хромодинамики можно представить много таких частиц — пентакварки, тетракварки, глюболлы (частицы, состоящие только из глюонов) и т. п.

...
Адро-чармониум: чармониум (связанное состояние с-кварка и антикварка малого размера) расположен в центре протона, и вокруг него, как электроны в атоме вокруг ядра, расположены лёгкие кварки.

Пентакварки стали искать сразу после публикации работ Гелл-Манна и Цвейга в конце 1960-х годов. История этих поисков — одна из наиболее драматических страниц современной физики элементарных частиц.

Довольно быстро нашлись признаки существования связанного состояния пяти кварков с квантовыми числами, которые нельзя было получить для адрона только из трёх кварков. В те времена предсказания простейшей кварковой модели выглядели очень просто: пентакварк, сделанный из лёгких кварков, должен иметь массу около двух масс протона или больше и быть слабосвязанным, короткоживущим состоянием. Соответственно ожидалось, что пентакварк должен проявиться как широкий пик в реакциях рассеяния мезонов на барионах.

Такие пики видели не один раз, их авторы объявляли об открытии пентакварка (их тогда называли Z-барионами). Однако достоверность экспериментов была низкой, и со временем эти пики рассасывались или (если квантовые числа не были экзотическими) находили интерпретацию как обычные трёхкварковые барионы. Исследовав всю область, где ожидались пентакварки, физики сделали вывод, что по какой-то непонятной причине пентакварки не существуют. Это мнение в конце 1970-х годов стало общепризнанным. Более того, почему-то не желали открываться и экзотические состояния другого вида, вроде бы не противоречащие квантовой хромодинамике, так что стали даже раздаваться голоса, что, быть может, таково уж свойство конфайнмента, что экзотические состояния в природе невозможны, и всё ограничивается обычными адронами.

Новое развитие история пентакварков получила после вышедшей в 1997 году работы сотрудников теоретического отдела ПИЯФ Д. И. Дьяконова, М. В. Полякова и автора настоящей статьи. В этой работе предсказывались пентакварки, хотя и из лёгких кварков, но с совершенно другими свойствами. Они должны были быть гораздо легче тех частиц, которые искали до сих пор, а главное — жить гораздо дольше (конечно, только по ядерным масштабам). Предсказания сделаны со всей определённостью, указаны масса и ширина частиц, все моды их распада. Кроме того, речь шла не об одном барионе, а сразу о десяти (экзотический антидекуплет). Работу провели на основе новой теории, которая учитывала опыт квантовой хромодинамики и должна была, по мнению авторов, подменить наивную кварковую модель. Предсказания этой теории сперва проверили на обычных барионах и доказали её жизнеспособность.

Однако неверие в пентакварки оказалось настолько велико, что прошло около пяти лет, прежде чем удалось уговорить экспериментаторов проверить предсказание. И вот, в 2003 году группа японских физиков во главе с профессором Накано объявила об открытии пентакварка (по предложению Д. Дьяконова его назвали Θ-барион) точно в предсказанном месте. Время жизни группе определить не удалось, но было ясно, что оно необычайно велико. Практически одновременно с ними барион с теми же свойствами и в том же месте наблюдали в Москве, в ИТЭФ. И пошло… В течение следующего года Θ наблюдали по крайней мере в полутора десятках экспериментов в разных странах мира. Почти сразу стало ясно, что не все они надёжны, некоторые имели недостаточную точность или набор данных. Тем не менее большое число положительных экспериментальных данных в совокупности давали уверенность, что пентакварк действительно существует, и Θ включили в официальный список открытых частиц, издаваемый Particle Data Group.

Со временем, однако, стали появляться и отрицательные результаты: в некоторых экспериментах пентакварки в предсказанных местах не наблюдались, хотя зачастую имели большую статистику и точность. Наконец, в 2007 году после очень точного эксперимента группы из Джефферсон Лаб (США) (которые перед тем в 2004-м подтверждали наличие пентакварка), не обнаружившего Θ, мировое общественное мнение опять склонилось к тому, что пентакварков не существует в природе, и Θ выкинули из таблиц элементарных частиц. Впрочем, результаты экспериментов с наблюдением пентакварков ряда групп не опровергнуты и продолжают публиковаться.

Но история пентакварков на этом отнюдь не закончилась. 13 июля 2015 года коллаборация LHCb, одна из четырёх больших коллабораций, работающих на Большом адронном коллайдере, сообщила об открытии двух новых адронов, предположительно пентакварков. Резонансы (короткоживущие возбуждённые состояния адронов) наблюдались в канале J/ψ + протон — один довольно широкий (то есть эта частица — короткоживущая) с массой 4380 Мэв (примерно 4,65 массы протона), а другой с массой 4450 Мэв, значительно уже. Если в существовании первой частицы ещё можно сомневаться, то открытие второго пентакварка выглядит чрезвычайно убедительным: пик возвышается над фоном по крайней мере на 12 стандартных отклонений!

...
Открытие пентакварков коллаборацией LHCb.

J/ψ мезон, открытый лет 40 назад, состоит из двух тяжёлых кварков — c и анти-с (масса одного с-кварка более полутора масс протона), протон — из трёх лёгких кварков — uud. Резонанс в системе J/ψ + протон обязательно означает пентакварк, если только с и анти-с не аннигилировали. Вероятность этого, однако, очень мала, а соответствующие резонансы должны быть намного легче. Поэтому остаётся предположить, что открытый адрон действительно состоит из пяти кварков. Он уже получил название Pc. Пентакварки такого типа до сих пор никто не рассматривал и в указанном месте не предсказывал. Пока неясно, как он устроен и вообще — истинный ли это пентакварк. Если для пентакварка, «сделанного» только из лёгких кварков, ясно, что все они равноправны, а потому, грубо говоря, размазаны по всему объёму частицы, то здесь совершенно другая ситуация. Несмотря на то что внутреннее устройство вновь открытого пентакварка неизвестно, мыслимы по крайней мере два варианта, отличающиеся тем, на каких расстояниях находятся тяжёлые с-кварк и с-антикварк.

Первый из них отвечает тому, что три кварка и кварк-антикварк группируются в два адрона, расположенных сравнительно далеко один от другого. Мезон, состоящий из u и с-антикварка, известен — это D-мезон; барион, состоящий из трёх кварков — cdu — известен тоже и носит имя Σ-бариона. Можно сказать, что в этом случае пентакварк представляет собой адронную молекулу, «собранную» из этого мезона и бариона, подобно тому, как два атома водорода объединяются в слабо связанную молекулу H2. Однако здесь связь осуществляется не за счёт электромагнитного взаимодействия, а за счёт сильного, того же самого, которое связывает протоны и нейтроны в ядра. Беда, однако, в том, что нам почти ничего неизвестно о таком взаимодействии между D-мезоном и Σ-барионом.

Второй вариант расположения тяжёлых кварков изображён на другом рисунке. В центре пентакварка с-кварк и антикварк находятся близко один к другому, образуя компактное связанное состояние — чармониум. На удалении от них вращаются лёгкие кварки. Аналогом служит атом, причём чармониум играет роль ядра, а кварки — электронов. Заметим, что три оставшихся лёгких кварка — как раз те, которые составляют протон. Этот вариант (а его называют адро-чармониум) можно описать как J/ψ-мезон, забравшийся в центр протона и образующий с ним связанное состояние за счёт взаимодействия с его материей. Ясно, что этот вариант гораздо лучше отвечает тому, что мы называем пентакварк.

Существуют и другие гипотезы по поводу внутреннего устройства вновь открытого пентакварка. Какая из них окажется правильной, покажут дальнейшие исследования. Важно другое — мы теперь знаем, что пентакварки почти наверняка существуют. Я надеюсь, что психологический барьер сломан и вскоре будут открыты ещё и другие пентакварки, в том числе, возможно, состоящие только из лёгких кварков. Мы вступаем в новую эру адронной спектроскопии, где экзотические частицы должны занять важное место, которое давно их ожидает.

***

Сравнение цвета кварка с обычным цветом имеет определённый смысл. Представим себе, что кварки бывают синими, зелёными и красными. Смесь трёх этих цветов (вспомните, как работает цветной телевизор!) действительно даёт белый цвет. Кварк и антикварк — это ещё проще. Кварк красного цвета даёт красный цвет, а красный антикварк этот цвет стирает. В итоге у нас опять остаётся белый цвет.

***

Барионный заряд. Каждому кварку приписывается барионный заряд 1/3, а антикварку — минус 1/3. Для известных взаимодействий барионный заряд точно сохраняется во всех реакциях. Именно сохранение барионного заряда объясняет, почему протон, как легчайшая частица с барионным зарядом единица, абсолютно стабилен.

Стандартное отклонение, σ — среднеквадратичное отклонение в различных измерениях. Оно характеризует ошибку эксперимента. Если отклонения распределены нормальным образом и ошибка определена правильно, то вероятность появления на эксперименте отклонения, превышающего σ, равна 33%. Это число очень быстро падает. Отклонения 2σ появляются не более чем в 5% случаев, а 3σ — не более чем в 0,3%. Появление случайного отклонения в 9, а тем более 12 σ с точки зрения статистики совершенно невероятно.

Ширина — имеется в виду ширина пика в графике сечения процесса, в котором рождается данная частица. Как следует из квантовой механики (принцип неопределённости), ширина непосредственно связана со временем жизни частицы ?=ħ/T (T — время жизни, ħ — постоянная Планка, ? — ширина).

Детальное описание иллюстрации

● Адронная молекула: D-мезон и ΣC-барион, связанные силами, аналогичными тем, что связывают протон и нейтрон в ядрах. Мезон и барион находятся на расстояниях, больших по сравнению с расстоянием между кварками внутри них.

● Открытие пентакварков коллаборацией LHCb: Исследовался распад тяжёлого бариона Λb (состоящего из одного тяжёлого b-кварка и двух лёгких) на Λb→p+J/ψ+K (протон, K-мезон и J/ψ-мезон, состоящий из с-кварка и с-антикварка). Рисунок показывает зависимость числа событий как функцию от массы p+J/ψ — системы. Виден высокий узкий пик, отвечающий пентакварку Pc(4450), и более широкий, отвечающий Pc(4380). Рисунок из статьи: R. Aaij et al. [LHCb Collaboration]. Phys. Rev. Lett., v. 115, 72001 (2015).


Подробнее см.: https://www.nkj.ru/archive/articles/28303/ (Наука и жизнь, Пентакварки)
Наверх
 

The Administrator.
WWW  
IP записан
 
Administrator
YaBB Administrator
*****
Вне Форума


I love The Earth!

Сообщений: 12476
The Land of HealPlanet
Физики связали корпускулярно-волновой дуализм и принцип неопределенности
Ответ #4 - 29.03.2017 :: 16:34:44
 
Физики связали корпускулярно-волновой дуализм и принцип неопределенности


Приятный сюрприз: квантовая физика менее сложна, чем кажется. Международная команда ученых доказала, что две своеобразных особенности квантового мира, которые ранее считались разными, оказались различными проявлениями одного и того же. Результаты работы были опубликованы 19 декабря в Nature Communications.

Патрик Коулз, Жедржей Канивски и Стефани Венер пришли к своим выводам, работая в Центре квантовых технологий Национального университета Сингапура. Они обнаружили, что «корпускулярно-волновой дуализм» — это просто замаскированный квантовый «принцип неопределенности», сведя две загадки в одну.

«Связь между неопределенностью и корпускулярно-волновым дуализмом оказывается вполне естественной, когда вы подразумеваете под ними вопросы о том, какую информацию можете получить о системе. Наш результат подчеркивает силу мышления в физике с точки зрения информации», — говорит Венер, нынче доцент квантовой механики в Университете Делфта в Нидерландах.

Это открытие углубляет наше понимание квантовой механики и может породить поток идей для новых применений корпускулярно-волнового дуализма.

Корпускулярно-волновой дуализм — это идея о том, что квантовый объект ведет себя как волна, но волновое поведение исчезает, если вы пытаетесь обозначить место объекта. Лучше всего он проявляет себя в эксперименте с двумя щелями, когда единичные частицы, скажем, электроны, пропускают через экран с двумя узкими щелями. Частицы образуют интерференционную картину на задней стенке за щелями, даже если их выпускать по одиночке, но если ученые пытаются проследить, через какую щель пролетают частицы, они попадают только в одно место. Возникает ощущение, что частицы дурачат нас, запрещая нам подглядывать, как они творят свою волновую магию.

Принцип квантовой неопределенности — это идея того, что невозможно точно знать две вещи о частице одновременно. К примеру, чем точнее вы знаете положение атома, тем менее точно вы можете определить скорость, с которой он движется. Это ограничение лежит в основе самой природы и не зависит от качества измерений. Новая работа показывает, что количество информации, которое вы можете узнать о волновом поведении частицы (а не о точечной частице) в системе, ограничено ровно настолько же, насколько позволяет принцип неопределенности.

Корпускулярно-волновой дуализм и принцип неопределенности были фундаментальными концепциями квантовой физики с 1900-х годов.

...

«Мы нутром чуяли, и только нутром, что между ними должна быть связь», — говорит Коулз.

Есть возможность записать уравнения, которые показывают, как много можно узнать о паре свойств, вытекающих из принципа неопределенности. Коулз, Канивски и Венер — эксперты в видах таких уравнений, которые известны как «энтропийные соотношения неопределенностей» — обнаружили, что вся математика, которая раньше описывала корпускулярно-волновой дуализм, может быть переписана в терминах этих соотношений.

«Мы будто бы обнаружили «розеттский камень», который объединил два разных языка, — говорит Коулз. — Литература корпускулярно-волнового дуализма была иероглифами, которые мы теперь можем перевести в родной язык. У нас было несколько моментов с «эврика!», когда мы наконец поняли это».

Поскольку энтропийные соотношения неопределенностей используются в сфере квантовой криптографии — схемах шифрования с использованием квантовых частиц — ученые предполагают, что их работа вдохновит инженеров на создание новых протоколов шифрования.

В более ранних работа Венер и коллеги нашли связь между принципом неопределенности и другой физикой — квантовой «нелокальностью» и вторым законом термодинамики. Следующей целью исследователей будет осмысление того, как эти части пазла можно собрать воедино и образовать общую картину строения природы.

http://econet.ru/articles/64144-fiziki-svyazali-korpuskulyarno-volnovoy-dualizm-...
Наверх
 

The Administrator.
WWW  
IP записан
 
Administrator
YaBB Administrator
*****
Вне Форума


I love The Earth!

Сообщений: 12476
The Land of HealPlanet
Физики нашли способ незаметно следить за квантовыми частицами
Ответ #5 - 05.01.2018 :: 16:10:36
 
Физики нашли способ незаметно следить за квантовыми частицами


Специалистам Кембриджского университета удалось то, что раньше считалось невозможным в мире квантовой физики: наблюдать за движением квантовых частиц незаметно для них. Сделать это удалось через измерение их взаимодействия с окружающей средой.

...

Одной из фундаментальных предпосылок квантовой теории является то, что квантовые объекты могут существовать и как волны, и как частицы, и что они не существуют в каком-либо из этих состояний, пока не будут измерены. Это доказал Эрвин Шредингер в своем известном эксперименте с котом в коробке.

До сих пор эта предпосылка, известная как волновая функция, существовала скорее как математический инструмент, поэтому Дэвид Арвидссон-Шукур вместе со своими коллегами, соавторами опубликованной в журнале Physical Review A статьи, решил разработать метод слежения за «тайными» движениями квантовых частиц.

Основатели современной физики не объяснили, что делает квантовая частица, когда на нее не смотрят. Ученые Кембриджа предположили, что всякая частица, движущаяся в пространстве, будет взаимодействовать со своим окружением. Эти взаимодействия, которые кодируют информацию в частицах, они назвали «метками» частицы. Их можно расшифровать в конце эксперимента, во время измерения частицы.

Исследователи обнаружили, что информация, зашифрованная в частицах, напрямую связана с волновой функцией, которую Шредингер постулировал сто лет назад. Ранее волновая функция считалась абстрактным инструментом вычислений для предсказаний результатов квантовых экспериментов, пишет Phys.org.

«Наш результат наводит на мысль, что волновая функция тесно связана с актуальным состоянием частиц, — говорит Арвидссон-Шукур. — Так что мы смогли исследовать „запретную область“ квантовой механики: отметить путь движения квантовых частиц, который они проходят, пока никто на них не смотрит».

Петр Громов

https://hightech.fm/2017/12/25/quantum-movement
Наверх
« Последняя редакция: 09.01.2018 :: 09:30:32 от Administrator »  

The Administrator.
WWW  
IP записан
 
Administrator
YaBB Administrator
*****
Вне Форума


I love The Earth!

Сообщений: 12476
The Land of HealPlanet
Re: Квантовая физика
Ответ #6 - 22.01.2018 :: 10:25:26
 
Квантовое превосходство достигнуто. Что дальше?


...

По своему значению соревнование квантовых технологий сравнивают с космической гонкой или борьбой за обладание ядерным оружием. Попробуем разобраться, кто оказался в лидерах этой гонки в 2017, за счет каких технологий и, главное, что эта победа несет человечеству.

Квантовое превосходство достигнуто в 2017 году. Это значит, что компьютер, использующий кубиты (и в перспективе способный демонстрировать мощность, которую придется записывать цифрой с 90 нулями), впервые стал эффективнее современных устройств, оперирующих битами. Граница пролегла на отметке 50 кубитов.

Кто


О создании квантового компьютера на 51 кубит объявили в Москве, на Международной конференции по квантовым технологиям (ICQT-2017). Вместо сверхпроводников разработчики использовали так называемые холодные атомы и убедились, что они могут служить кубитами, если эти атомы удерживать лазерами и охлаждать до сверхнизких температур. Авторами разработки стали физики из Гарварда и Российского квантового центра.

Невероятный прогресс произошел меньше чем за один год. Так, в марте IBM анонсировала создание коммерческого квантового компьютера с 50 кубитами. А до тех пор максимальная мощность, достигнутая компанией, составляла 5 кубитов. И только в начале года разработчики заговорили о десятках квантовых бит.

В мае рекордсменом считался компьютер IBM на 17 кубитов.

В ноябре 2017 года ученые этой же компании представили прототип процессора с 50 квантовыми разрядами. Впрочем, критики тут же отметили, что никто не видел данные о новой системе в рецензируемых научных изданиях. Остается только верить работникам корпорации на слово.

Google тоже обещал представить к концу года чип на 49 кубит. В середине года эта компания лидировала со своим 20-кубитным процессором. Теперь разработчики думают, как сделать эту разработку практически применимой. Основной вариант — открыть другим лабораториям доступ к квантовым компьютерам компании.

Еще один мировой рекорд поставили китайские ученые. Частота обработки сигналов у разработанного ими устройства в 24 раза превысила лучшие достижения европейских и американских ученых. Также сотрудники Китайской академии наук добились лучших результатов в контроле максимального количества запутанных сверхпроводящих кубитов.

Как


Очевидно, что кубиты это квантовые разряды, а реализовать их могут самые разные объекты, имеющие два квантовых состояния. Например, фотоны или ионы. И от того какие частицы мы применим, во многом будет зависеть результат, к которому так стремятся в лабораториях разных стран и компаний.

Например, ученые из Йельского университета предложили хранить квантовую информацию в звуковых волнах. Частица звука, фонон, может существовать достаточно долго, если будет отскакивать от сапфировых зеркал. А долговечность и стабильность работы — одна из главных проблем квантовых компьютеров. Пока рекорд по поддержанию квантового состояния не превышает 90 микросекунд.

Швейцарские исследователи попытались стабилизировать кубиты при помощи графена. На его основе был сделан конденсатор, который обеспечивает нелинейность, необходимую для генерации квантовых битов.

Инженерам из австралийского Университета Нового Южного Уэльса удалось сохранить кубиты связанными на расстоянии сотен нанометров — а это очень много для квантовых технологий. Предполагается, что новая архитектура позволяет масштабировать чипы, делает их дешевле и проще в изготовлении.

Но самая интересная разработка уходящего года, пожалуй, принадлежит исследователям из Северо-Западного университета (США). Им удалось создать квантовую запутанность внутри биологической системы. Ученые взяли белки водорослей, и запутали фотоны, генерируемые флуоресцирующими молекулами, подвергая их спонтанному четырехволновому смешению.

В результате эксперимента была достигнута поляризация пары фотонов — доказательство того, что квантовое запутывание возможно и в биологических объектах. Теперь ученые намерены создать субстрат для квантовой машины и определить, будет ли он работать эффективнее, чем синтетический. Возможно, самый совершенный компьютер будущего окажется живым.

Зачем


Сферой применения мощных квантовых компьютеров чаще всего называют биологию и медицину. Например, фармакологический концерн Biogen заключил с несколькими компаниями договор о создании квантовой системы, которая сможет сравнивать лекарства на молекулярном уровне; обсчитывать их свойства и предсказывать воздействие на конкретные организмы. Возможно, это приблизит открытие средств для борьбы с рассеянным склерозом, болезнями Альцгеймера и Паркинсона.

Онкологи надеются, что квантовые вычисления помогут победить рак. А в лабораториях IBM реконструируют взаимодействие субатомных компонентов гидрида бериллия, сегодня это самая сложная молекула, которая подверглась квантовому моделированию. Ученые воссоздают каждый электрон в каждом атоме, учитывают все воздействия и надеются, что точная модель позволит найти наиболее стабильную конфигурацию соединения. Если метод оправдает себя, он позволит прогнозировать поведения атомов во многих химических веществах.

И еще одно практическое исследование: сотрудники Google обещают, что в начале этого года чип, разработанный корпорацией, приступит к вычислению задачи, решение которой на классическом компьютере заняло бы несколько миллиардов лет. При этом речь об устройстве на 22 кубита, а мы уже обсуждаем 50-кубитные модели.

И это уже не будущее, это настоящее.

Петр Громов

https://hightech.fm/2018/01/08/2017-quantum
Наверх
 

The Administrator.
WWW  
IP записан
 
Administrator
YaBB Administrator
*****
Вне Форума


I love The Earth!

Сообщений: 12476
The Land of HealPlanet
Re: Квантовая физика
Ответ #7 - 13.02.2024 :: 15:35:40
 
Квантовая тайна: существуют ли вещи только тогда, когда мы с ними взаимодействуем?


Центральное уравнение квантовой механики, уравнение Шредингера, отличается от уравнений классической физики.

Чем больше физики понимали природу квантовой механики, тем более причудливой она становилась.

Возможно, самое странное в квантовом мире то, что исчезает само понятие объекта. За пределами мира молекул, атомов и элементарных частиц мы имеем очень четкое представление об объекте как о вещи, которую мы можем увидеть или потрогать. Это относится к двери, автомобилю, планете и песчинке. Если перейти на микроуровень, то эта концепция по-прежнему применима к клетке, вирусу и такой крупной биомолекуле, как ДНК.

Но именно здесь, на уровне молекул и расстояний меньше миллиардной доли метра, начинаются проблемы. Если мы продолжаем двигаться ко все меньшим и меньшим расстояниям и продолжаем спрашивать, что представляют собой существующие объекты, в дело вступает квантовая физика. “Вещи” становятся нечеткими, их формы неясными, а границы неопределенными. Объекты превращаются в облака, такие же неуловимые в своих очертаниях, как и слова для их описания. Мы все еще можем думать о кристаллах как об атомах, расположенных в определенном порядке – как всем знакомая кухонная соль, которая состоит из кубической решетки атомов натрия и хлора.

Но стоит погрузиться в сами атомы, и простые понятные картинки исчезнут как дым.

...

Квантовое колебание

Немецкий физик Вернер Гейзенберг объяснил эту нечеткость неотъемлемому свойству материи, которое он описал с помощью того, что он назвал принципом неопределенности. Говоря простым языком, этот принцип гласит, что мы не можем определить положение объекта с произвольной точностью. Чем больше мы пытаемся определить, где он находится, тем более неуловимым он становится, поскольку неопределенность в его скорости возрастает.

Этот эффект незначителен для крупных объектов, таких как человек, песчинка или даже крупная биомолекула. Но он становится решающим, когда мы рассматриваем такие объекты как атом или электрон. Мы можем с уверенностью сказать: “Да, моя ручка находится здесь, прямо передо мной на моем столе”. В действительности, даже это утверждение является приблизительным, поскольку все колеблется. Это колебание настолько ничтожно для больших объектов, что мы можем им пренебречь. Но оно определяет, что значит быть электроном, протоном или фотоном.

...

Такая нечеткость стала страшным ударом для многих архитекторов квантовой физики, включая Эрвина Шредингера, Альберта Эйнштейна, Макса Планка и Луи де Бройля. Эти блестящие физики были своего рода старой гвардией квантовой теории. Они изо всех сил старались вернуть в картину мироздания классические представления о детерминизме. Но электроны действительно перескакивают в атомах с одной орбиты на другую. И они не маленькие шарики, движущиеся вокруг атомного ядра, как Луна вокруг Земли. Теперь мы знаем, что это облака вероятности. Новая квантовая механика предсказывала вещи, но не определяла их. 

Разочарование Шредингера вылилось в ссору, когда он посетил Нильса Бора в Копенгагене:

Шредингер: “Если мы все еще будем вынуждены мириться с этими чертовыми квантовыми переходами, то я сожалею, что вообще имел отношение к квантовой теории”.

Бор: “Но остальные из нас очень благодарны за нее, и ваша волновая механика в ее математической ясности и простоте является гигантским прогрессом по сравнению с предыдущими формами квантовой механики”.

Разочарование привело Шредингера к нервному срыву. И хотя миссис Бор проявила некоторое сострадание к Шредингеру, пока он лежал в постели, профессор Бор не выказал ни малейшего милосердия. Он продолжал бомбардировать ослабевшего Эрвина аргументами в пользу реальности квантовых переходов.

В конечном итоге, Бор и его последователи победили. Уютное, конкретное понятие объекта изменилось. Вместо этого укрепилось понятие нечеткого квантового объекта, хотя оно явно опирается на парадоксальное выражение. Квантовый объект является объектом только тогда, когда наблюдатели или их машины просят его быть таковым. Радикальные мыслители, такие как Паскуаль Джордан, утверждали, что квантовые вещи существуют только тогда, когда мы взаимодействуем с ними.

Причина загадки

Циник может отбросить все это как пустую трату времени. “Какая разница? Важно то, что мы наблюдаем в лаборатории, а не то, что что-то где-то “есть”, – могут сказать они. – Физика – это данные, а не метафизические домыслы”.

И наш циник будет прав. Если вам важны только данные, то не имеет значения, что происходит с электроном до того, как его обнаружит какой-то прибор. Математика квантовой механики работает невероятно хорошо, предсказывая, какими должны быть эти данные. Она не даст вам уверенности, но она даст вам надежные вероятностные предсказания.

Причина загадки заключается в том, что центральное уравнение квантовой механики, уравнение Шредингера, отличается от обычных уравнений, встречающихся в классической физике. Когда вы хотите вычислить путь, который пролетит камень при броске, уравнение Ньютона прекрасно описывает, как меняется положение камня во времени от его начального положения до конечной точки покоя. Можно было бы ожидать, что уравнение движения электрона также описывает изменение его положения во времени. Но ничего подобного.

...

Дело в том, что в уравнении Шредингера вообще нет электрона. Вместо него есть волновая функция электрона. Это квантовый объект, который заключает в себе нечеткость. Сама по себе она даже не имеет значения. А вот что имеет значение, так это ее квадратичное значение – абсолютное значение, поскольку она является сложной функцией.

Это значение определяет вероятность того, что электрон может оказаться в том или ином положении в пространстве, когда он будет обнаружен. Волновая функция представляет собой суперпозицию возможностей. В ней присутствуют все возможные пути, ведущие к различным результатам. Но как только производится измерение, преобладает только одно положение.

Существенная борьба в мире физики

В этом и заключается суть квантовой суперпозиции: она содержит все возможные исходы, каждый из которых с определенной вероятностью реализуется при измерении. Именно поэтому ученые говорят, что электрон находится “нигде” до того, как его измерят. Не существует уравнения, которое могло бы указать его точное местоположение. До измерения он находится везде, где только может быть, учитывая ограничения ситуации – такие факторы, как силы, взаимодействующие с ним, и количество измерений, в которых он движется. Квантовая механика рассказывает историю, которая имеет только начало и конец. Все, что находится в середине сюжета, размыто и не определено.

Тогда вопрос, что с этим делать. Мы можем занять позицию циника и принять прагматический подход, согласно которому все, что нас волнует, – это результат измерений. И надо сказать, многих физиков это устраивает. Но если вы верите, что наука должна глубже проникать в природу реальности, то вы захотите узнать больше.

Вы захотите убедиться, что за квантово-механическими вероятностями не скрывается никакой тайны. Вы захотите проникнуть глубже, надеясь найти скрытый источник квантовой нечеткости, причину этой очевидной потери детерминированности в физике.

Именно этого хотели Эйнштейн, Шредингер, де Бройль и позднее Дэвид Бом. Ставки были высоки – выяснить истинную сущность реальности. Тем временем Бор, Гейзенберг, Джордан, Паули и другие призывали принять странную природу квантов. Начиналась борьба между столкнувшимися мировоззрениями. Эта борьба продолжается и сегодня.

https://etm-club.site/kvantovaya-tajna-sushhestvuyut-li-veshhi-tolko-togda/
Наверх
 

The Administrator.
WWW  
IP записан
 
Переключение на Главную Страницу Страниц: 1
Послать Тему Печать