Определение показателя преломления на релятивистских скоростях

Учёные определили механический показатель преломления путем сравнения волнового уравнения Гельмгольца для света в оптической среде и независимого от времени уравнения Клейна-Гордона для релятивистской частицы в потенциале. Расчеты механического показателя преломления для частиц, движущихся с разными скоростями, вплоть до скорости света, точно совпадают с результатом Декарта в нерелятивистском пределе и результатом Ферма в ультрарелятивистском пределе.

Вязкость богатой барионами кварк-глюонной плазмы по данным сканирования энергии пучка

Столкновение тяжелых атомных ядер создает жидкий суп из фундаментальных строительных блоков видимой материи — кварков и глюонов. Этот суп имеет очень низкую вязкость. Теоретики провели первое систематическое исследование того, меняется ли и как эта вязкость в широком диапазоне энергий столкновения. В работе учитываются изменения, происходящие при прохождении сталкивающихся ядер друг через друга. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters. Расчеты предсказывают, что вязкость жидкости увеличивается с увеличением чистой барионной плотности — относительного содержания барионов (частиц, состоящих из трех кварков, таких как нейтроны и протоны, составляющие сталкивающиеся ядра) по сравнению с антибарионами (которые рождаются при столкновении).

Томские физики-теоретики объяснили механизм электрического пробоя в вакууме

Научные сотрудники Института сильноточной электроники СО РАН (Томск) объяснили электродинамический механизм ускорения ионов в начальной стадии вакуумного пробоя. Разработанная теория позволяет не только упорядочить полученные ранее экспериментальные данные, но и решить проблему вакуумной изоляции космических аппаратов и промышленной сильноточной электроники. Катодная плазма, образующаяся за счет взрыва микроскопических неровностей катода или лазерного инициирования, расширяется с огромными скоростями, при этом аномальный характер носит само ускорение ионов. До недавнего времени это явление связывалось с формированием фазовых переходов, локализованных в областях электромагнитных и гидродинамических разрывов, или с опосредованным влиянием на ионы различной зарядности электрон-ионных и ион-ионных упругих рассеивающих столкновений. В ходе работы над проектом с помощью методов математического моделирования томские ученые смогли доказать, что на аномальное ускорение ионов на начальной стадии вакуумного пробоя главным образом влияют электрические поля, а другие факторы второстепенны и существенного воздействия на этот процесс не оказывают. Результатом нескольких лет работы физиков-теоретиков стало создание замкнутой согласованной кинетической теории, объясняющей природу разлета многокомпонентной плазмы в вакуумном разряде.

Создание мозгового синапса как экспериментальное доказательство существования компьютера, похожего на мозг из воды и соли

Физикам удалось построить искусственный синапс, который работает с водой и солью и является первым доказательством того, что система, использующая ту же среду, что и наш мозг, может обрабатывать сложную информацию. Устройство, получившее название ионтронный мемристор, представляет собой микроканал конической формы, заполненный раствором воды и соли. При получении электрических импульсов ионы внутри жидкости мигрируют через канал, что приводит к изменению концентрации самих ионов. В зависимости от интенсивности (или продолжительности) импульса проводимость канала корректируется, отражая усиление или ослабление связей между нейронами. Степень изменения проводимости служит измеримым представлением входного сигнала. Длина канала влияет на продолжительность, необходимую для исчезновения изменений концентрации. Это даёт возможность адаптации каналов для сохранения и обработки информации.

Метод плавающего блока для квантового моделирования Монте-Карло

Квантовые системы многих тел — это атомные ядра, которые состоят из множества крошечных частиц, движущихся сложным образом. Из-за этого чрезвычайно сложно предсказать, как поведут себя системы при взаимодействии частиц. Для расчета атомных ядер, соответствующих двум разным гамильтонианам, и того, как они перекрываются, был использован особый квантовый подход Монте-Карло, называемый «методом плавающего блока». Метод позволяет использовать квантовое моделирование Монте-Карло для создания быстрых и точных эмуляторов квантовых систем. Он работает путем вычисления данных для нескольких различных значений конкретных параметров, которые определяют квантовую систему. Вычислительная эффективность метода на несколько порядков выше, чем у других подходов, причем вычислительное преимущество становится еще больше с увеличением размера системы.

Связанные состояния глубоких нейтронов в μeV в нанокристаллах

Исследователи из Массачусетского технологического института обнаружили, что нейтроны на самом деле можно заставить цепляться за частицы, называемые квантовыми точками, которые состоят из десятков тысяч атомных ядер, удерживаемых там только сильным взаимодействием. Работа была опубликована на этой неделе в журнале ACS Nano. Поскольку нейтрон не имеет заряда, взаимодействие происходит через короткодействующее сильное взаимодействие, которое эффективно на расстоянии 10 в минус 15 степени. Данная работа основана на теоретических расчетах и компьютерном моделировании. Для демонстрации сильного взаимодействия захвата нейтронов квантовой точкой с минимальным радиусом 13 нанометров была использована функция Грина.

Спектральная асимметрия вызывает возвратный квантовый эффект Холла в топологическом изоляторе

Физики-экспериментаторы и теоретики из Вюрцбургского института топологических изоляторов наблюдали возвратный квантовый эффект Холла в устройстве из теллурида ртути и идентифицировали его как признак аномалии четности. В устройстве из теллурида ртути электроны на верхней и нижней поверхностях ведут себя как релятивистские частицы Дирака, которые (как предсказано) должны подвергаться так называемой аномалии четности. В твердотельных экспериментах аномалия четности приводит к эффекту, называемому спектральной асимметрией, который можно измерить как необычное изменение электрического сопротивления.

Борьба моделей внутренней части струи в M87 и сопоставление морфологии струи с теорией

Моделирование внутренней части струи сверхмассивной черной дыры в центре галактики M87 показало, что модель «извлечения энергии вращения черной дыры» точно предсказала наблюдаемые струи, а модель «извлечения энергии вращения аккреционного диска» расходится с результатами наблюдений. Учёные применили крупномасштабные методы численного моделирования для решения уравнений общей релятивистской магнитогидродинамики и получили аккреционный поток вокруг черной дыры и струи. Анализ физического механизма магнитного пересоединения обнаружил, что излучающие электроны ускоряются за счет магнитного пересоединения в струях черных дыр, что вызвано «магнитными извержениями» в аккреционном диске.

Решена 100-летняя физическая проблема — представлена работающая теория линий плавления

Исследование, опубликованное в журнале Physical Review E, раскрывает общую теорию предсказания температуры плавления — фундаментального свойства, понимание которого ставит учёных в тупик уже более столетия. Линии плавления, обозначающей переход между твердым телом и жидкостью, не хватало универсального описания. Теория профессора Траченко устраняет этот пробел. Разработав новую модель, включающую последние достижения в теории жидкостей, он демонстрирует, что простое параболическое уравнение может описывать линии плавления. Это не только предлагает практический инструмент для прогнозирования температур плавления, но и демонстрирует удивительную универсальность для разных типов материалов.

Несохраняющаяся модифицированная теория гравитации

Общая теория относительности основана на концепции искривленного пространства-времени. Для описания того, как энергия и импульс полей распределяются в пространстве-времени, а также как они взаимодействуют с гравитационным полем, используется тензор энергии-импульса (аналог энергии и импульса в обычной механике). В общей теории относительности тензор энергии-импульса считается неизменным или сохраняющимся. Так же, как, например, в обычной механике выполняется закон сохранения энергии. Однако это предположение не всегда оправдано. Например, при достаточно высоких энергиях возникает так называемая проблема неперенормируемости. Технически это означает, что появляются математические ошибки, которые невозможно устранить. Астрофизик РУДН построил новую теорию гравитации, в которой не требуется «закон сохранения» тензора энергии-импульса. Исследование опубликовано в Европейском физическом журнале C.