21.02.21 09:30
Данные, полученные в результате совместных наблюдений за Солнцем ракетного зонда CLASP2 и японского научного спутника Hinode, позволили ученым измерить напряженность магнитного поля в хромосфере Солнца над одной из активных областей. Впервые силовые линии магнитного поля проследили вплоть до верхних слоев солнечной атмосферы. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.
Несмотря на то, что Солнце — самый яркий объект на небе, многие процессы, протекающие на его поверхности, остаются загадкой для ученых. В частности, до сих пор не изучен механизм чрезвычайно высокого нагрева верхних слоев атмосферы Солнца: короны (до 1 миллиона Кельвинов) и лежащей под ней хромосферы (до 10 000 Кельвинов) по сравнению с солнечной поверхностью, температура которой составляет около 6000 Кельвинов.
Принято считать, что в нагреве солнечной короны ведущую роль играют магнитные поля, но, чтобы разобраться в деталях процесса, необходимо понять распределение силовых линий магнитного поля в хромосфере — слое, зажатом между короной сверху и фотосферой, видимой поверхностью Солнца, снизу.
Чтобы ответить на этот вопрос, ученые из Японии, США и Европы разработали прибор CLASP2 — спектрополяриметр хромосферного слоя, который был запущен в космос 11 апреля 2019 года с помощью зондовой ракеты NASA.
В течение шести с половиной минут CLASP2 наблюдал в ультрафиолетовом излучении, исходящем из солнечной хромосферы, поляризацию самых сильных спектральных линий — водорода, магния и марганца. Уникальные высокоточные измерения прибора позволили определить составляющие магнитного поля в нижней, средней и верхней частях хромосферы над активной областью и ее окрестностями. Синхронные наблюдения японского спутника Hinode предоставили информацию о магнитном поле в плазме фотосферы на поверхности.
Обработав совмещенные данные, ученые под руководством Рёхко Исикавы (Ryohko Ishikawa), доцента Национальной астрономической обсерватории Японии (NAOJ), и Хавьера Трухильо-Буэно (Javier Trujillo Bueno), профессора Астрофизического института Канарских островов (IAC), обнаружили, что магнитное поле, сильно структурированное в фотосфере, в хромосфере быстро расширяется, распространяясь по горизонтали, а замкнутые силовые каналы, разбросанные по поверхности звезды, соединяются между собой по мере подъема. Причем самые сильные магнитные поля располагаются в нижней хромосфере.
Исследователи составили первую карту магнитного поля Солнца для одной из ярких областей, которые образуются около солнечных пятен. Проследив линии этого поля от светоизлучающей внешней оболочки звезды, фотосферы, до верхних пределов газового слоя, хромосферы, ученые обнаружили высокую корреляцию между плотностью энергии и интенсивностью магнитного поля.
По мнению авторов, это открытие дает понимание того, как энергия передается между внешними оболочками Солнца и доказывает, что верхнюю атмосферу Солнца нагревает его магнитное поле, которое и стимулирует солнечную активность.
21.02.21 09:30
Российские астрофизики отследили направления прихода из космоса нейтрино с высокими энергиями и пришли к неожиданному выводу: все они рождаются вблизи квазаров — мощных источников радиоизлучения в центрах далеких активных галактик. Результаты исследования опубликованы в журнале The Astrophysical Journal.
Считается, что в центрах активных галактик — объектов со светимостью в сотни миллионов солнц — располагаются сверхмассивные черные дыры, которые поглощают окружающее вещество. Эти активные галактики, или квазары, хорошо видны с Земли как оптическими, так и радиотелескопами.
Ученые из Московского физико-технического института (МФТИ), Физического института имени П. Н. Лебедева РАН (ФИАН) и Института ядерных исследований РАН (ИЯИ РАН) установили, что квазары служат источниками всех космических нейтрино с энергиями свыше триллиона электронвольт (ТэВ).
Нейтрино — мельчайшие элементарные частицы, у которых масса едва отлична от нуля, зато они могут пересекать Вселенную, практически не взаимодействуя с веществом и не встречая никаких препятствий на своем пути. Триллионы нейтрино в секунду проходят сквозь каждого человека на Земле, оставаясь совершенно незамеченными.
Для фиксации потока нейтрино авторы исследования использовали построенный в Антарктиде подледный детектор нейтрино IceCube объемом один кубический километр льда. Проанализировав данные, собранные за семь лет, ученые первоначально выбрали для анализа диапазон выше 200 ТэВ и выяснили, что все эти нейтрино родились в квазарах, точнее, в их центрах, где расположены массивные черные дыры, питающие аккреционные диски далеких галактик, а также создающие сверхбыстрые выбросы очень горячего газа.
Более того, они обнаружили связь между мощными вспышками радиоизлучения в этих квазарах и регистрацией нейтрино на черенковском детекторе IceCube. Поскольку нейтрино распространяются по Вселенной со скоростью света, они приходят к нам одновременно со вспышками. Теперь в своей новой статье исследователи утверждают, что все высокоэнергетические нейтрино, даже имеющие энергию десятки ТэВ, порождаются квазарами.
"Массовое рождение нейтрино в квазарах — теперь факт, с которым приходится считаться другим исследователям-астрофизикам. Это крайне важно для детального понимания процессов внутри активных галактик, которые приводят к выделению огромного количества энергии", — приводятся в пресс-релизе МФТИ слова первого автора статьи Александра Плавина, научного сотрудника МФТИ и ФИАН.
"Результат удивителен, поскольку для рождения нейтрино с энергиями, различающимися в сто — тысячу раз, нужны разные физические условия. Обсуждавшиеся ранее механизмы рождения нейтрино в активных галактических ядрах работали только при высоких энергиях. Мы предложили новый механизм рождения нейтрино в квазарах, который объясняет полученные результаты. Пока это приближенная модель, над ней надо работать, проводить компьютерное моделирование", — рассказывает соавтор открытия, главный научный сотрудник ИЯИ РАН, член-корреспондент Российской академии наук Сергей Троицкий.
В ближайшее время в России и зарубежных странах стартуют проекты, направленные на систематическое изучение космических источников нейтрино. В частности, в 2021 году российские ученые планируют получить первые данные с Байкальского подводного нейтринного телескопа Baikal GVD. Авторы исследования надеются, что новые наблюдения подтвердят их гипотезу о том, что источником почти всех нейтрино, которые попадают на Землю из космоса, служат сверхмассивные черные дыры.
21.02.21 09:30
Физики из Германии, Италии и США экспериментальным путем получили минимальное время, необходимое для перемещения атома из одного места в другое без изменения его квантового состояния. Результаты важны в том числе для определения предельного времени сложных операций в квантовых компьютерах. Исследование опубликовано в журнале Physical Review X.
Нарушения, связанные с воздействием окружающей среды, ухудшают производительность квантовых компьютеров, поэтому один из способов снижения внешних эффектов — производить расчеты как можно быстрее. Но в квантовом мире тоже есть свои ограничения скорости — слишком быстрое выполнение вычислений приводит к потере информации.
Для простых двухуровневых квантовых систем, таких как электрон, который может иметь два направления вращения, теоретический предел скорости был предсказан двумя советскими физиками Леонидом Мандельштамом и Игорем Таммом более 60 лет назад. Они показали, что максимальная скорость квантового процесса зависит от неопределенности энергии, то есть от того, насколько "свободна" управляемая частица по отношению к ее возможным энергетическим состояниям: чем больше у нее энергетической свободы, тем быстрее она может перемещаться.
Однако некоторые квантовые технологии, такие как атомные интерферометры, требуют, чтобы система перемещалась между многими квантовыми состояниями. Ограничения скорости таких многоуровневых систем до сих пор не были предсказаны или измерены.
Исследователи из Боннского университета вместе с коллегами из Массачусетского технологического института, университетов Гамбурга, Кельна и Падуи экспериментально выяснили, где именно находится этот предел. Для этого они использовали атом цезия и два лазерных луча, идеально наложенных друг на друга в противоположных направлениях. Такая суперпозиция, которую физики называют интерференцией, создала стоячую световую волну — последовательность возвышенностей и долин, которые никуда не двигаются.
"Мы загрузили атом в одну из этих долин, а затем привели в движение стоячую волну — это сместило положение самой долины, — приводятся в пресс-релизе Боннского университета слова руководителя исследования доктора Андреа Альберти (Andrea Alberti) из Института прикладной физики. — Наша цель состояла в том, чтобы доставить атом в нужное место в кратчайшие сроки, не выплеснув его из долины, образно говоря".
По словам авторов, чем глубже долина, в которой захвачен атом цезия, тем больше разброс энергий квантовых состояний в долине и, в конечном итоге, тем быстрее может переноситься атом. Однако энергетическая свобода частицы не может быть увеличена произвольно.
"Мы не можем сделать нашу долину бесконечно глубокой, это стоило бы нам слишком большого количества энергии, — объясняет Альберти. — Достичь ограничения Мандельштама — Тамма можно только в системах с двумя квантовыми состояниями: например, когда пункт отправления и пункт назначения очень близки друг к другу. Тогда материальные волны атома в обоих местах перекрываются и он может быть доставлен прямо к месту назначения за один раз, то есть без каких-либо промежуточных остановок, как телепортация".
Но когда расстояние увеличивается до нескольких десятков значений ширины волны, телепортация невозможна. В этом случае частица, чтобы достичь своего конечного пункта назначения, должна пройти несколько промежуточных состояний, и двухуровневая система становится многоуровневой.
Исследование показывает, что к таким процессам применим более низкий предел скорости, чем предсказывали два советских физика: он определяется не только неопределенностью энергии, но и числом промежуточных состояний, а его достижение связано не с максимальной скоростью, а с серией ускорений и замедлений.
Используя схемы с постоянной и переменной скоростью, авторы смогли перенести атомы цезия на расстояние 0,5 микрометра со скоростью примерно 17 миллиметров в секунду. При более высоких скоростях точность воспроизведения резко падала.
Ученые отмечают, что их выводы важны для квантовых вычислений и реализации проектов по созданию квантовых компьютеров, которые основаны на манипулировании многоуровневыми системами. Квантовые состояния очень хрупкие, они длятся лишь короткий промежуток времени, который физики называют временем когерентности. Поэтому важно упаковать в это время как можно больше вычислительных операций.
"Наше исследование показывает максимальное количество операций, которые мы можем выполнить за время когерентности. Это позволяет оптимально использовать его", — заключает Альберти.
rombell
21.02.21 17:44
Поскольку нейтрино распространяются по Вселенной со скоростью светаМихаилМ
22.02.21 08:53
Я напомню всем любителям физики, что открытие нейтрино было связано с фактическим нарушением одной их физических аксиом - закона сохранения энергии. Часть энергии стала уходить вникуда, нарушая закон. И при попытке найти куда эта энергия девается, открыли нейтрино.Alanv
22.02.21 18:36
МихаилМ
23.02.21 09:59
Alanv,Alanv
23.02.21 12:43
киборд
23.02.21 13:57
Догмат 2 * 2 = 4 пока ещё никому жить не мешалlaa
23.02.21 19:01
Alanv
24.02.21 10:10
киборд
24.02.21 12:46
Ошибаетесь. Это теорема с доказательством:Biv
24.02.21 13:13
Различных симметрий и комбинированых симметрий в Стандартной Модели рассматривается "относительно много". Закон сохранения одна из симметрий. Нарушения одной из комбинированных симметрий, сейчас основной кандидат на объяснение преобладания материи над антиматерией.МихаилМ
24.02.21 22:44
Alanv,