С беспрецедентной точностью измерена ширина протона

На сегодняшний день квантовая электродинамика (КЭД) является наиболее успешной теоретической моделью для описания взаимодействия света и материи на фундаментальном уровне. Для того чтобы любая теория в физике оставалась жизнеспособной, её предсказания должны быть подтверждены реальными экспериментами. Один из таких тестов включает измерение ширины протона, или "радиуса заряда". Немецкие физики провели самое точное на сегодняшний день измерение ширины протона. Изучив ранее неисследованный энергетический переход в атоме водорода, Лотар Майзенбахер и его коллеги из Института квантовой оптики им. Макса Планка показали, что Стандартная модель продолжает выдерживать чрезвычайно строгую проверку, оставляя еще меньше места для конкурирующих теорий понимания поведения Вселенной. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Обнаружено, что электрон-фононные взаимодействия в кристаллах квантуются фундаментальной константой

Исследование, опубликованное в журнале Chemical Physics Impact под руководством Масаэ Такахаси из Университета Тохоку, показывает, что сила электрон-фононной связи всегда является целым кратным постоянной тонкой структуры, умноженной на постоянную Больцмана. Другими словами, в ходе каждого взаимодействия передаётся примерно одна из 137 частей энергии фонона. Высокая точность измерений электрон-фононной связи была достигнута благодаря передовой терагерцовой спектроскопии, которая исследует колебания в диапазоне энергий от инфракрасного до микроволнового. Данное исследование раскрывает универсальное квантовое правило, управляющее взаимодействием электронов с колебаниями решетки внутри кристаллов.

Получены доказательства кулоновской жидкой фазы в каплях с малым количеством электронов

Трех электронов достаточно, чтобы вызвать сильное взаимодействие между частицами. Это продемонстрировали ученые из CNRS и l'Université de Grenoble Alpes в сотрудничестве с командами из Германии и Латвии в исследовании, опубликованном в журнале Nature.

Неразрушающий контроль вращательно-колебательного основного состояния одиночного молекулярного иона водорода в ловушке Пеннинга

Учёные из Института ядерной физики Общества Макса Планка представили новый метод точного контроля и неразрушающего измерения основного колебательно-вращательного состояния одного молекулярного иона водорода в ловушке Пеннинга. Этот метод, описанный в статье, опубликованной в Physical Review Letters, может открыть новые возможности для манипулирования и измерения богатых квантовых состояний в отдельных молекулярных ионах.

Связь между спином электронов и переносом протонов в хиральных биологических кристаллах

Протоны являются основой биоэнергетики. Способность перемещать их через биологические системы необходима для жизни. Новое исследование в Proceedings of the National Academy of Sciences впервые показывает, что перенос протонов напрямую зависит от спина электронов при измерении в хиральных биологических средах, таких как белки. Другими словами, движение протонов в живых системах не является чисто химическим; это также квантовый процесс, включающий спин электрона и молекулярную хиральность.

Зафиксирован переворот молекул воды перед расщеплением

Ученые Северо-Западного университета впервые наблюдали в режиме реального времени за молекулами воды, готовящимися отдать электроны для образования кислорода. В решающий момент перед образованием кислорода молекулы воды совершили неожиданный трюк: они перевернулись. Поскольку эти акробатические трюки энергоемки, наблюдения помогают объяснить, почему расщепление воды потребляет больше энергии, чем предполагают теоретические расчеты. Исследование опубликовано в журнале Science Advances.

Физики сгенерировали электронные пучки с самым высоким током и пиковой мощностью

Группа физиков из Национальной ускорительной лаборатории SLAC в Менло-Парке, Калифорния, сгенерировала электронные пучки с самым высоким током и пиковой мощностью, когда-либо созданные. Группа опубликовала свою статью в Physical Review Letters. Основная идея — упаковать как можно больше заряда в кратчайший промежуток времени. В эксперименте учёные генерировали 100 килоампер тока всего за одну квадриллионную секунды.

Ускорение положительных мюонов радиочастотным резонатором

Команда инженеров и физиков, работающих в Японском исследовательском комплексе протонных ускорителей, продемонстрировала ускорение положительных мюонов от тепловой энергии до 100 кэВ — впервые мюоны были ускорены стабильным образом. Группа опубликовала документ, описывающий свою работу над сервером препринтов arXiv. К сожалению, такие усилия сдерживаются чрезвычайно короткой продолжительностью жизни мюонов — примерно 2 микросекунды, — после которой они распадаются на электроны и нейтрино. Еще больше усложняет задачу их склонность беспорядочно перемещаться. Используя новую технику, учёные преодолели подобные препятствия.

Модификация кварк-глюонного распределения в ядрах с помощью коррелированных пар нуклонов

До сих пор существовало два параллельных описания атомных ядер: одно на основе протонов и нейтронов, которые мы можем видеть при низких энергиях, а другое, для высоких энергий, на основе кварков и глюонов. В дан6ной работе физикам удалось вывести эти два до сих пор разделенных мира вместе. Этот давний тупик был преодолен только сейчас в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters. Ее основными авторами являются ученые международной коллаборации nCTEQ по кварк-глюонным распределениям, в том числе из Института ядерной физики Польской академии наук (IFJ PAN) в Кракове. Результаты столкновений атомных ядер с электронами достаточно хорошо воспроизводятся с использованием моделей, предполагающих существование только нуклонов для описания низкоэнергетических столкновений и только партонов для высокоэнергетических столкновений. Однако до сих пор эти два описания не удалось объединить в целостную картину. В своей работе физики из IFJ PAN использовали данные о столкновениях высоких энергий, в том числе собранные на ускорителе БАК в лаборатории ЦЕРН в Женеве. Основная цель заключалась в изучении партонной структуры атомных ядер при высоких энергиях, которая в настоящее время описывается партонными функциями распределения. Новый подход позволил учёным определить для 18 исследованных атомных ядер функции распределения партонов в атомных ядрах, распределения партонов в коррелированных парах нуклонов и даже количество таких коррелированных пар. Результаты подтвердили наблюдение, известное из экспериментов с низкими энергиями, о том, что большинство коррелирующих пар представляют собой пары протон-нейтрон (этот результат особенно интересен для тяжелых ядер, например, золота или свинца).

Терагерцовая спектроскопия динамики волны коллективной плотности заряда на атомном уровне позволяет увидеть электроны в замедленной съемке

Физики из Штутгартского университета под руководством профессора Себастьяна Лота разрабатывают квантовую микроскопию, которая впервые позволяет им регистрировать движение электронов на атомном уровне с чрезвычайно высоким пространственным и временным разрешением. Исследователи опубликовали свои выводы в Nature Physics. Ученые изучили материал, состоящий из элементов ниобия и селена, в котором один эффект можно наблюдать относительно ненарушенным образом: коллективное движение электронов в волне плотности заряда. Было изучено как одна примесь может остановить это коллективное движение. Для этого применяют к материалу чрезвычайно короткий электрический импульс, который длится всего одну пикосекунду. Волна плотности заряда прижимается к примеси и посылает нанометровые искажения в коллектив электронов, которые вызывают очень сложное движение электронов в материале на короткое время. Экспериментаторам приходится очень часто повторять эти измерения, чтобы получить значимые результаты. Исследователи смогли оптимизировать свой микроскоп таким образом, что он повторяет эксперимент 41 миллион раз в секунду и, таким образом, достигает особенно высокого качества сигнала.