СМИ о нас
| 31.01.23 | 31.01.2023 Российская академия наук. Физики приблизились к точному измерению Лэмбовского сдвига в экзотическом мюонном атоме |
Группа ученых из Физического института им. П. Н. Лебедева РАН (ФИАН) и Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) под руководством профессора Паоло Кривелли (Paolo Crivelli) измерили частоту перехода между 2S и 2P подуровнями, лэмбовский сдвиг и 2S-расщепление в мюонии – экзотическом атоме, состоящем из мюона и электрона. Эта работа поможет ученым в поисках отклонений от главной физической теории – Стандартной модели, и путей к Новой физике. Результаты исследования опубликованы в Nature Communications.
Иллюстрация к описанию точного измерения Лэмбовского сдвига в экзотическом мюонном атоме. Источник: ФИАН имени Лебедева РАН.
«Мы показали возможность измерения перехода, который в перспективе, если увеличить статистику измерений и уменьшить ошибки, позволит наиболее точно измерить лэмбовский сдвиг в атоме мюония», – говорит старший научный сотрудник Лаборатории «Оптика сложных квантовых систем» ФИАН Артем Головизин.
Мюон – это фундаментальная частица, лептон, которая может обладать как положительным, так и отрицательным зарядом. Она похожа на электрон, обладает таким же спином 1/2, но в 207 раз тяжелее. При этом время жизни мюонов крайне мало – 2,2 • 10-6 с. Мюоны впервые были обнаружены в космическом излучении Андерсоном и Неддермайером в 1936 году.
Боровская модель устройства атомов говорит, что уровень энергии электронов в атоме задается номером его оболочки – так называемым главным квантовым числом. А электронная оболочка представляет собой симметричное распределение электронов по орбиталям вокруг ядра. При переходе с основного уровня на первый возбужденный уровень у электрона есть две возможных конфигурации того, как он будет распределен в атоме. Он может быть либо сферически распределен, либо гантелеобразно. Сферическое положение – это S-орбиталь. А гантелеобразное – это P-орбиталь. При этом на S-орбитали будет один электронный уровень 2S1/2, а электронный уровень P-орбитали будет состоять из двух подуровней 2P1/2 и 2P3/2. Число ½ здесь означает полный момент электрона, который обозначается буквой J и может быть равен 1/2, 3/2 и так далее.
Согласно теории Дирака уровни 2S1/2 и 2P1/2, то есть с одинаковым полным моментом электрона J=1/2, не должны отличаться по энергии. Однако в ходе экспериментов ученые обнаружили, что на самом деле 2P-уровень энергий разделен на два подуровня: 2P1/2 и 3P1/2. И оказалось, что когда орбиталь электрона имеет гантелеобразную форму, уровень ее энергии ниже, чем когда электрон имеет сферическую форму. Этот сдвиг энергий называется Лэмбовским сдвигом.
Когда были открыты мюоны, ученые обнаружили интересную особенность – их проще изучать, чем протон. Протон – это составная частица, состоящая из кварков. Чтобы описать его свойства нужно применять теорию квантовой электродинамики и квантовую хромодинамику – это требует сложных расчетов, которые трудно проверять в экспериментах. Для мюона – элементарной частицы, ситуация проще, в этом случае достаточно квантовой электродинамики.
Почти сразу после открытия ученые заметили аномалии в измерениях некоторых характеристик мюона. Все расчеты, которые делались в других системах с электроном, совпадали с экспериментами. То есть для электрона квантовая электродинамика работает. Но почему-то для мюона она дает заметное расхождение с результатами экспериментов. Недавние исследования G-2 в FermiLab подтвердили, что это расхождение усиливается. Это может означать, что есть какие-то неизвестные нам взаимодействия мюона с чем-то, например, с какой-то новой частицей, которая взаимодействует почему-то только с мюоном. Это одно из указаний, что Стандартная модель не полна.
Для высокой точности измерений требуется источник интенсивного пучка частиц мюония, чтобы уменьшить статистические ошибки. Такой источник есть в швейцарском в Институте Пола Шеррера. Именно там проводит исследования коллаборация Mu-Mass, в которую входят физики из Швейцарской высшей технической школы Цюриха и ФИАНа. В этом институте есть современный ускоритель, в котором протоны разгоняются до высоких скоростей и бомбардируют мишень, в результате чего рождаются мюоны.
«Уникальность нашего измерения обусловлена тем, что мы работаем на довольно интенсивном пучке мюонов, причем холодных. Этот факт позволил нам как раз улучшить, измерить частоту этого перехода за счет того, что мы получали значительно больше мюонов, чем до этого, или чем в каких-либо других лабораториях можно получить», – говорит Артем Головизин.
В своей работе ученые создавали пучок мюонов, который с помощью электромагнитных полей направлялся сквозь тонкую карбоновую фольгу толщиной 10 нанометров. Проходя через нее, некоторые мюоны захватывали электрон, образовывая таким образом мюоний. Он очень похож на атом водорода, только протон заменен на мюон. Примерно у 10 % мюониев электроны оказываются на подуровне 2S1/2. Именно такие атомы интересовали ученых.
Схема к описанию точного измерения Лэмбовского сдвига в экзотическом мюонном атоме. Источник: ФИАН имени Лебедева РАН.
Далее пучок направлялся через электромагнитное поле на частоте вблизи 580 МГц, что вызывало внутри мюония резонанс и переход 2S состояния в 2P – перескок из верхнего уровня на нижний уровень. Фиксируя этот переход, ученые измеряли резонансную частоту перехода, из чего в дальнейшем, используя вычисленные значения сверхтонких расщеплений 2S и 2P уровней (557,9 МГц и 186,1 МГц), пересчитывали значение лэмбовского сдвига, которое оказалось равным 1045,5 МГц.
Затем ученые измерили частоту перехода между подуровнями 2S1/2, F=0 и 2P1/2, F=1, где F - это номер сверхтонкого подуровня. Он оказался равен 580,6 МГц. Далее, взяв из предыдущей работы измерение частоты другого перехода между подуровнями 2S1/2, F=1 и 2P1/2, F=1, ученые по разнице частот этих двух переходов определили расщепление 2S уровня, равное 559,6 МГц.
«Мы прикладываем электромагнитное поле частотой вблизи 580 мегагерц. И когда мы прикладываем это поле, с какой-то вероятностью может произойти переход с верхнего уровня на нижний уровень. Если это произойдет, то нижний уровень очень быстро распадется в 1S состояние. Если этого не произойдет, то атом останется в 2S состоянии, и мы сможем его зарегистрировать. В зависимости от частоты прикладываемого радиочастотного поля, мы наблюдаем резонанс. Когда мы приближаемся к резонансу, мы видим, что часть атомов, которые летят в состоянии 2S, куда-то пропадают. И вот как раз из этих данных мы и можем определить резонансную частоту перехода», – поясняет Артем Головизин.
Так как протоны после разгона обладают высокой скоростью и энергией, то и мюоны имеют большую скорость. Однако чтобы эффективно производить мюоний, и тем более резонансно возбуждать переходы, нужно использовать медленные мюоны. Тогда больше шансов, что они захватят электрон и ученым удастся их измерить, иначе мюон может просто пролететь область возбуждения за очень короткое время, не захватив ни одного электрона. Поэтому ученые замедляют мюоны, чтобы сделать процесс захвата более эффективным. В эксперименте ученые тормозили мюоны с помощью неонового замедлителя, снижая их энергию с 28 мегаэлектронвольт до 20 электронвольт. Изначальная скорость мюонов составляет примерно четверть скорость света, а после замедления падает в 1000 раз.
Ученые надеются, что в будущем им удастся снизить статистическую погрешность и тогда измерение 2S1/2, F=0 -2P1/2, F=1 перехода поможет точно рассчитать лэмбовский сдвиг, так как именно этот переход лучше подходит для точных измерений. Пока что ученые сделали первый шаг в этом направлении. Тогда, если обнаружится расхождение экспериментальных результатов с теоретическими расчетами, и оно будет меньше погрешности измерений, это будет указывать на то, что ученые столкнулись с явлением, выходящим за пределы Стандартной модели.
«Мы пытаемся максимально точно измерить экспериментально это значение. И если не будет расхождения, то ничего интересного сказать не получится. Но если расхождение будет, это позволит что-то предполагать. Но чтобы понять, есть расхождение или нет, надо увеличивать точность измерений, потому что пока что ошибка измерений больше, чем возможное расхождение, которое есть между экспериментом и теорией», – говорит Артем Головизин.
Конечной целью ученых является определение массы мюона. Оно необходимо учёным для более точных расчетов, так как предсказать массу теоретическим путем невозможно.
Источник: Физический институт имени П. Н. Лебедева РАН.
| 31.01.23 | 31.01.2023 Селдон Новости. Физики приблизились к точному измерению Лэмбовского сдвига в экзотическом мюонном атоме |
Группа ученых из Физического института им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) и Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) под руководством профессора Паоло Кривелли (Paolo Crivelli) измерила частоту перехода между 2S и 2P подуровнями, лэмбовский сдвиг и 2S-расщепление в мюонии — экзотическом атоме, состоящем из мюона и электрона. Эта работа поможет ученым в поисках отклонений от главной физической теории — Стандартной модели и путей к Новой физике. Результаты исследования опубликованы в Nature Communications.
«Мы показали возможность измерения перехода, который в перспективе, если увеличить статистику измерений и уменьшить ошибки, позволит наиболее точно измерить лэмбовский сдвиг в атоме мюония», — говорит старший научный сотрудник Лаборатории «Оптика сложных квантовых систем» ФИАН Артем Головизин.
Мюон — это фундаментальная частица, лептон, которая может обладать как положительным, так и отрицательным зарядом. Она похожа на электрон, обладает таким же спином 1/2, но в 207 раз тяжелее. При этом время жизни мюонов крайне мало — 2,2 • 10-6 с. Мюоны впервые были обнаружены в космическом излучении Андерсоном и Неддермайером в 1936 году.
Боровская модель устройства атомов говорит, что уровень энергии электронов в атоме задается номером его оболочки — так называемым главным квантовым числом. А электронная оболочка представляет собой симметричное распределение электронов по орбиталям вокруг ядра. При переходе с основного уровня на первый возбужденный уровень у электрона есть две возможных конфигурации того, как он будет распределен в атоме. Он может быть либо сферически распределен, либо гантелеобразно. Сферическое положение — это S-орбиталь. А гантелеобразное — это P-орбиталь. При этом на S-орбитали будет один электронный уровень 2S1/2, а электронный уровень P-орбитали будет состоять из двух подуровней 2P1/2 и 2P3/2. Число ½ здесь означает полный момент электрона, который обозначается буквой J и может быть равен 1/2, 3/2 и так далее.
Согласно теории Дирака, уровни 2S1/2 и 2P1/2, то есть с одинаковым полным моментом электрона J=1/2, не должны отличаться по энергии. Однако в ходе экспериментов ученые обнаружили, что на самом деле 2P-уровень энергий разделен на два подуровня: 2P1/2 и 3P1/2. И оказалось, что когда орбиталь электрона имеет гантелеобразную форму, уровень ее энергии ниже, чем когда электрон имеет сферическую форму. Этот сдвиг энергий называется Лэмбовским сдвигом.
Когда были открыты мюоны, ученые обнаружили интересную особенность — их проще изучать, чем протон. Протон — это составная частица, состоящая из кварков. Чтобы описать его свойства, нужно применять теорию квантовой электродинамики и квантовую хромодинамику — это требует сложных расчетов, которые трудно проверять в экспериментах. Для мюона — элементарной частицы — ситуация проще, в этом случае достаточно квантовой электродинамики.
Почти сразу после открытия ученые заметили аномалии в измерениях некоторых характеристик мюона. Все расчеты, которые делались в других системах с электроном, совпадали с экспериментами. То есть для электрона квантовая электродинамика работает. Но почему-то для мюона она дает заметное расхождение с результатами экспериментов. Недавние исследования G-2 в FermiLab подтвердили, что это расхождение усиливается. Это может означать, что есть какие-то неизвестные нам взаимодействия мюона с чем-то, например, с какой-то новой частицей, которая взаимодействует почему-то только с мюоном. Это одно из указаний, что Стандартная модель неполна.
Для высокой точности измерений требуется источник интенсивного пучка частиц мюония, чтобы уменьшить статистические ошибки. Такой источник есть в швейцарском Институте Пола Шеррера. Именно там проводит исследования коллаборация Mu-Mass, в которую входят физики из Швейцарской высшей технической школы Цюриха и ФИАНа. В этом институте есть современный ускоритель, в котором протоны разгоняются до высоких скоростей и бомбардируют мишень, в результате чего рождаются мюоны.
«Уникальность нашего измерения обусловлена тем, что мы работаем на довольно интенсивном пучке мюонов, причем холодных. Этот факт позволил нам как раз улучшить, измерить частоту этого перехода за счет того, что мы получали значительно больше мюонов, чем до этого, или чем в каких-либо других лабораториях можно получить», — говорит Артем Головизин.
В своей работе ученые создавали пучок мюонов, который с помощью электромагнитных полей направлялся сквозь тонкую карбоновую фольгу толщиной 10 нанометров. Проходя через нее, некоторые мюоны захватывали электрон, образовывая таким образом мюоний. Он очень похож на атом водорода, только протон заменен на мюон. Примерно у 10% мюониев электроны оказываются на подуровне 2S1/2. Именно такие атомы интересовали ученых.
Далее пучок направлялся через электромагнитное поле на частоте вблизи 580 МГц, что вызывало внутри мюония резонанс и переход 2S состояния в 2P — перескок из верхнего уровня на нижний уровень. Фиксируя этот переход, ученые измеряли резонансную частоту перехода, из чего в дальнейшем, используя вычисленные значения сверхтонких расщеплений 2S и 2P уровней (557,9 МГц и 186,1 МГц), пересчитывали значение лэмбовского сдвига, которое оказалось равным 1045,5 МГц.
Затем ученые измерили частоту перехода между подуровнями 2S1/2, F=0 и 2P1/2, F=1, где F — это номер сверхтонкого подуровня. Он оказался равен 580,6 МГц. Далее, взяв из предыдущей работы измерение частоты другого перехода между подуровнями 2S1/2, F=1 и 2P1/2, F=1, ученые по разнице частот этих двух переходов определили расщепление 2S уровня, равное 559,6 МГц.
«Мы прикладываем электромагнитное поле частотой вблизи 580 мегагерц. И когда мы прикладываем это поле, с какой-то вероятностью может произойти переход с верхнего уровня на нижний уровень. Если это произойдет, то нижний уровень очень быстро распадется в 1S состояние. Если этого не произойдет, то атом останется в 2S состоянии, и мы сможем его зарегистрировать. В зависимости от частоты прикладываемого радиочастотного поля мы наблюдаем резонанс. Когда мы приближаемся к резонансу, мы видим, что часть атомов, которые летят в состоянии 2S, куда-то пропадают. И вот как раз из этих данных мы и можем определить резонансную частоту перехода», — поясняет Артем Головизин.
Так как протоны после разгона обладают высокой скоростью и энергией, то и мюоны имеют большую скорость. Однако чтобы эффективно производить мюоний, и тем более резонансно возбуждать переходы, нужно использовать медленные мюоны. Тогда больше шансов, что они захватят электрон и ученым удастся их измерить, иначе мюон может просто пролететь область возбуждения за очень короткое время, не захватив ни одного электрона. Поэтому ученые замедляют мюоны, чтобы сделать процесс захвата более эффективным. В эксперименте ученые тормозили мюоны с помощью неонового замедлителя, снижая их энергию с 28 мегаэлектронвольт до 20 электронвольт. Изначальная скорость мюонов составляет примерно четверть скорости света, а после замедления падает в 1000 раз.
Ученые надеются, что в будущем им удастся снизить статистическую погрешность, и тогда измерение 2S1/2, F=0 -2P1/2, F=1 перехода поможет точно рассчитать лэмбовский сдвиг, так как именно этот переход лучше подходит для точных измерений. Пока что ученые сделали первый шаг в этом направлении. Тогда, если обнаружится расхождение экспериментальных результатов с теоретическими расчетами, и оно будет меньше погрешности измерений, это будет указывать на то, что ученые столкнулись с явлением, выходящим за пределы Стандартной модели.
«Мы пытаемся максимально точно измерить экспериментально это значение. И если не будет расхождения, то ничего интересного сказать не получится. Но если расхождение будет, это позволит что-то предполагать. Но чтобы понять, есть расхождение или нет, надо увеличивать точность измерений, потому что пока что ошибка измерений больше, чем возможное расхождение, которое есть между экспериментом и теорией», — говорит Артем Головизин.
Конечной целью ученых является определение массы мюона. Оно необходимо учёным для более точных расчетов, так как предсказать массу теоретическим путем невозможно.
Информация и фото предоставлены отделом по связям с общественностью ФИАН
| 31.01.23 | 31.01.2023 Телеграм-канал РАН. Физики приблизились к точному измерению Лэмбовского сдвига в экзотическом мюонном атоме |
Приблизиться к точному измерению Лэмбовского сдвига в экзотическом мюонном атоме удалось группе ученых из ФИАН и Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) под руководством профессора Паоло Кривелли (Paolo Crivelli). Они измерили частоту перехода между 2S и 2P подуровнями, лэмбовский сдвиг и 2S-расщепление в мюонии – экзотическом атоме, состоящем из мюона и электрона. Работа поможет ученым в поисках отклонений от главной физической теории — Стандартной модели, и путей к Новой физике.
«Мы показали возможность измерения перехода, который в перспективе, если увеличить статистику измерений и уменьшить ошибки, позволит наиболее точно измерить лэмбовский сдвиг в атоме мюония», – пояснил старший научный сотрудник Лаборатории «Оптика сложных квантовых систем» ФИАН Артем Головизин.
| 30.01.23 | 30.01.2023 Атомная Энергия 2.0. Российский ФИАН и швейцарский ETH Zurich приблизились к точному измерению Лэмбовского сдвига в экзотическом мюонном атоме |
Группа ученых из Физического института им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) и Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) под руководством профессора Паоло Кривелли (Paolo Crivelli) измерили частоту перехода между 2S и 2P подуровнями, лэмбовский сдвиг и 2S-расщепление в мюонии — экзотическом атоме, состоящем из мюона и электрона. Эта работа поможет ученым в поисках отклонений от главной физической теории — Стандартной модели, и путей к Новой физике. Результаты исследования опубликованы в Nature Communications.
«Мы показали возможность измерения перехода, который в перспективе, если увеличить статистику измерений и уменьшить ошибки, позволит наиболее точно измерить лэмбовский сдвиг в атоме мюония», — говорит старший научный сотрудник Лаборатории "Оптика сложных квантовых систем" ФИАН Артем Головизин.
Мюон — это фундаментальная частица, лептон, которая может обладать как положительным, так и отрицательным зарядом. Она похожа на электрон, обладает таким же спином 1/2, но в 207 раз тяжелее. При этом время жизни мюонов крайне мало — 2,2 • 10-6 с. Мюоны впервые были обнаружены в космическом излучении Андерсоном и Неддермайером в 1936 году.
Боровская модель устройства атомов говорит, что уровень энергии электронов в атоме задается номером его оболочки — так называемым главным квантовым числом. А электронная оболочка представляет собой симметричное распределение электронов по орбиталям вокруг ядра. При переходе с основного уровня на первый возбужденный уровень у электрона есть две возможных конфигурации того, как он будет распределен в атоме. Он может быть либо сферически распределен, либо гантелеобразно. Сферическое положение — это S-орбиталь. А гантелеобразное — это P-орбиталь. При этом на S-орбитали будет один электронный уровень 2S1/2, а электронный уровень P-орбитали будет состоять из двух подуровней 2P1/2 и 2P3/2. Число ½ здесь означает полный момент электрона, который обозначается буквой J и может быть равен 1/2, 3/2 и так далее.
Согласно теории Дирака уровни 2S1/2 и 2P1/2, то есть с одинаковым полным моментом электрона J=1/2, не должны отличаться по энергии. Однако в ходе экспериментов ученые обнаружили, что на самом деле 2P-уровень энергий разделен на два подуровня: 2P1/2 и 3P1/2. И оказалось, что когда орбиталь электрона имеет гантелеобразную форму, уровень ее энергии ниже, чем когда электрон имеет сферическую форму. Этот сдвиг энергий называется Лэмбовским сдвигом.
Когда были открыты мюоны, ученые обнаружили интересную особенность — их проще изучать, чем протон. Протон — это составная частица, состоящая из кварков. Чтобы описать его свойства нужно применять теорию квантовой электродинамики и квантовую хромодинамику — это требует сложных расчетов, которые трудно проверять в экспериментах. Для мюона — элементарной частицы, ситуация проще, в этом случае достаточно квантовой электродинамики.
Почти сразу после открытия ученые заметили аномалии в измерениях некоторых характеристик мюона. Все расчеты, которые делались в других системах с электроном, совпадали с экспериментами. То есть для электрона квантовая электродинамика работает. Но почему-то для мюона она дает заметное расхождение с результатами экспериментов. Недавние исследования G-2 в FermiLab подтвердили, что это расхождение усиливается. Это может означать, что есть какие-то неизвестные нам взаимодействия мюона с чем-то, например, с какой-то новой частицей, которая взаимодействует почему-то только с мюоном. Это одно из указаний, что Стандартная модель не полна.
Для высокой точности измерений требуется источник интенсивного пучка частиц мюония, чтобы уменьшить статистические ошибки. Такой источник есть в швейцарском в Институте Пола Шеррера. Именно там проводит исследования коллаборация Mu-Mass, в которую входят физики из Швейцарской высшей технической школы Цюриха и ФИАНа. В этом институте есть современный ускоритель, в котором протоны разгоняются до высоких скоростей и бомбардируют мишень, в результате чего рождаются мюоны.
«Уникальность нашего измерения обусловлена тем, что мы работаем на довольно интенсивном пучке мюонов, причем холодных. Этот факт позволил нам как раз улучшить, измерить частоту этого перехода за счет того, что мы получали значительно больше мюонов, чем до этого, или чем в каких-либо других лабораториях можно получить», — говорит Артем Головизин.
В своей работе ученые создавали пучок мюонов, который с помощью электромагнитных полей направлялся сквозь тонкую карбоновую фольгу толщиной 10 нанометров. Проходя через нее, некоторые мюоны захватывали электрон, образовывая таким образом мюоний. Он очень похож на атом водорода, только протон заменен на мюон. Примерно у 10% мюониев электроны оказываются на подуровне 2S1/2. Именно такие атомы интересовали ученых.
Далее пучок направлялся через электромагнитное поле на частоте вблизи 580 МГц, что вызывало внутри мюония резонанс и переход 2S состояния в 2P — перескок из верхнего уровня на нижний уровень. Фиксируя этот переход, ученые измеряли резонансную частоту перехода, из чего в дальнейшем, используя вычисленные значения сверхтонких расщеплений 2S и 2P уровней (557,9 МГц и 186,1 МГц), пересчитывали значение лэмбовского сдвига, которое оказалось равным 1045,5 МГц.
Затем ученые измерили частоту перехода между подуровнями 2S1/2, F=0 и 2P1/2, F=1, где F - это номер сверхтонкого подуровня. Он оказался равен 580,6 МГц. Далее, взяв из предыдущей работы измерение частоты другого перехода между подуровнями 2S1/2, F=1 и 2P1/2, F=1, ученые по разнице частот этих двух переходов определили расщепление 2S уровня, равное 559,6 МГц.
«Мы прикладываем электромагнитное поле частотой вблизи 580 мегагерц. И когда мы прикладываем это поле, с какой-то вероятностью может произойти переход с верхнего уровня на нижний уровень. Если это произойдет, то нижний уровень очень быстро распадется в 1S состояние. Если этого не произойдет, то атом останется в 2S состоянии, и мы сможем его зарегистрировать.В зависимости от частоты прикладываемого радиочастотного поля, мы наблюдаем резонанс. Когда мы приближаемся к резонансу, мы видим, что часть атомов, которые летят в состоянии 2S, куда-то пропадают. И вот как раз из этих данных мы и можем определить резонансную частоту перехода», — поясняет Артем Головизин.
Так как протоны после разгона обладают высокой скоростью и энергией, то и мюоны имеют большую скорость. Однако чтобы эффективно производить мюоний, и тем более резонансно возбуждать переходы, нужно использовать медленные мюоны. Тогда больше шансов, что они захватят электрон и ученым удастся их измерить, иначе мюон может просто пролететь область возбуждения за очень короткое время, не захватив ни одного электрона. Поэтому ученые замедляют мюоны, чтобы сделать процесс захвата более эффективным. В эксперименте ученые тормозили мюоны с помощью неонового замедлителя, снижая их энергию с 28 мегаэлектронвольт до 20 электронвольт. Изначальная скорость мюонов составляет примерно четверть скорость света, а после замедления падает в 1000 раз.
Ученые надеются, что в будущем им удастся снизить статистическую погрешность и тогда измерение 2S1/2, F=0 -2P1/2, F=1 перехода поможет точно рассчитать лэмбовский сдвиг, так как именно этот переход лучше подходит для точных измерений. Пока что ученые сделали первый шаг в этом направлении. Тогда, если обнаружится расхождение экспериментальных результатов с теоретическими расчетами, и оно будет меньше погрешности измерений, это будет указывать на то, что ученые столкнулись с явлением, выходящим за пределы Стандартной модели.
«Мы пытаемся максимально точно измерить экспериментально это значение. И если не будет расхождения, то ничего интересного сказать не получится. Но если расхождение будет, это позволит что-то предполагать. Но чтобы понять, есть расхождение или нет, надо увеличивать точность измерений, потому что пока что ошибка измерений больше, чем возможное расхождение, которое есть между экспериментом и теорией», — говорит Артем Головизин.
Конечной целью ученых является определение массы мюона. Оно необходимо учёным для более точных расчетов, так как предсказать массу теоретическим путем невозможно.
| 30.01.23 | 30.01.2023 ТАСС. Физики раскрыли особенности структуры атома из антимюона и электрона |
МОСКВА, 30 января. /ТАСС/. Российские и зарубежные физики впервые получили точные данные о ключевых элементах энергетической структуры экзотических атомов, состоящих из нестабильных частиц антимюонов и электронов. Эти сведения помогут ученым приступить к масштабным поискам "новой физики" в свойствах мюонов, сообщила в понедельник пресс-служба Физического института РАН (ФИАН).
"Российские и зарубежные исследователи точно измерили частоту переходов между энергетическими подуровнями, а также лэмбовский сдвиг и расщепление одного из энергических уровней в мюонии - экзотическом атоме, состоящем из мюона и электрона. Эта работа поможет ученым в поисках отклонений от главной теории физики частиц, Стандартной модели", - говорится в сообщении.
За последние два десятилетия физики обнаружили множество намеков на существование "новой физики" за пределами Стандартной модели в поведении ряда элементарных частиц. Одной из самых первых и известных аномалий такого рода стал необычный характер "намагниченности" мюона, тяжелого собрата электрона. Предположительно, эти частицы взаимодействуют с магнитными полями не так, как на это указывают Стандартная модель и теоретические расчеты, построенные на базе замеров магнитных характеристик электронов.
Первые намеки на подобные расхождения были открыты свыше двух десятилетий назад, когда опыты на ускорителе AGS, установленном в американской Брукхевенской национальной лаборатории, указали на то, что мюоны вращаются в магнитном поле быстрее, чем это предсказывает теория. Последующие 20 лет физики потратили на перепроверку результатов этих замеров на других ускорительных установках.
Поиски "новой физики"
Недавно, как отмечает группа российских и зарубежных физиков под руководством Паоло Кривелли, профессора Федерального технологического института в Цюрихе (Швейцария), исследователи получили на установке Muon g-2 новые подтверждения того, что эти аномалии существуют, однако пока нельзя однозначно сказать, что они порождаются некими формами "новой физики". Для этого ученым необходимо точно измерить массу мюона, а также изучить характер его взаимодействий с электронами.
Профессор Кривелли и его коллеги сделали большой шаг к получению подобных сведений в рамках опытов, которые они проводили при помощи мощного источника мюонов и антимюонов SMuS, установленного в швейцарском Институте Пола Шеррера в Виллигене. Используя эту установку, ученые получили большое число экзотических "атомов", состоящих из положительно заряженных антимюонов и отрицательно заряженных электронов.
Используя эти короткоживущие искусственные "атомы", исследователи измерили то, как меняются энергетические свойства электрона при его переходе между энергетическими подуровнями 2S и 2P, а также измерили так называемый лэмбовский сдвиг и то, как расщепляется 2S-уровень в данных экзотических структурах. Все эти сведения, как объясняют физики, отражают то, как устроены мюоны и антимюоны и какой массой они обладают.
Полученные исследователями данные повысили точность замеров этих свойств мюонов и антимюонов, однако пока, как отметил старший научный сотрудник ФИАН Артем Головизин, их не хватает для полноценных поисков "новой физики" в аномальных свойствах этих тяжелых частиц. Дальнейшие опыты с антимюонными "атомами", как надеются ученые, позволят им получить эти данные уже в ближайшее время.
| 25.01.23 | 25.01.2023 ТАСС. Разработчика криомашины для обсерватории "Спектр-М" назовут в марте |
МОСКВА, 25 января. /ТАСС/. Российская компания, которая займется разработкой криогенной машины для астрофизической космической лаборатории "Спектр-М", будет названа в марте 2023 года. Об этом сообщила ТАСС заместитель директора Физического института им. П. Н. Лебедева Российской академии наук (ФИАН) Лариса Лихачева.
"В настоящее время продолжаются переговоры с двумя российскими компаниями, до какой температуры они смогут сделать криомашину. И в зависимости от этого или будем с ними сотрудничать или не будем. Думаю, что окончательно компания определится в марте", - сказала Лихачева. Ранее в ФИАН заявляли, что криогенная машина должна быть способна охлаждать зеркало аппарата до 60-70 градусов Кельвина.
Обсерваторию "Спектр-М" (проект "Миллиметрон") планируется запустить в начале 2030-х годов. "Сроки запуска пока никто не сдвигает, так и стоит 2030 год, потому что еще присутствует некая неопределенность. Мы ищем и анализируем варианты, выхода из сложившейся ситуации, чтобы не сдвигать сроки запуска. Это во многом как раз упирается в криогенную машину", - отметила Лихачева.
По ее словам, отечественный разработчик криомашины с большой долей вероятности будет использовать российские и китайские комплектующие. "Пока компании не разработали эскизный проект и конструкторскую документацию и, соответственно, не могут определить какие комплектующие будут необходимы для криомашины. Но на данный момент мы ориентируемся на Россию и на Китай", - подчеркнула зам. директора ФИАН.
Французский концерн Air Liquide, который проводил научно-исследовательскую работу по подготовке возможности создания криогенной машины для космического использования в соответствии с требованиями ФИАН, в сентябре 2022 года объявил об уходе из России. Еще на этапе научно-исследовательской работы французский концерн столкнулся с проблемами с поставкой комплектующих для своего варианта криомашины.
"Спектр-М"
Обсерватория "Спектр-М" предназначена для исследования объектов дальнего космоса в миллиметровом, субмиллиметровом и дальнем инфракрасном диапазонах спектра. С ее помощью ученые рассчитывают получить данные о глобальной структуре Вселенной, строении и эволюции галактик, их ядер, звезд, планетных систем, объектах со сверхсильными гравитационными и электромагнитными полями, а также об органических соединениях в космосе.
"Спектр-М" планируется запустить на расстояние 1,5 млн км, в район точки Лагранжа L2 системы Солнце - Земля, в которой уравновешиваются силы притяжения Солнца и Земли. Головная организация по созданию космического комплекса - НПО им. С. А. Лавочкина.
| 24.01.23 | 24.01.2023 Донецкий тормозок. Сияние Черенкова: как из прошлого заглянуть в реактор будущего |
Этот эффект — загадочное голубое свечение под слоем воды, в которую погружен радиоактивный предмет — был обнаружен советским физиком Павлом Черенковым. А случилось это в 1934 году, когда Сергей Вавилов организовал новый физический институт и вместе с ним переехал из Ленинграда в Москву.
Сияние Черенкова. / Александр Емельяненков
Теперь это широко известный ФИАН имени П.Л. Лебедева, давший стране и миру семь Нобелевских лауреатов. Уже в 1937 году советские физики Игорь Тамм и Илья Франк объяснили теоретически суть того, что обнаружил их коллега Павел Черенков. А двадцать лет спустя, 1958-м, все трое были отмечены Нобелевской премии по физике — за открытие и истолкование эффекта Черенкова.
Сергей Вавилов такой награды получить не мог, зато стал президентом Академии наук СССР и возглавлял ее с 1945-го до дня своей смерти 25 января 1951-го. А загадочное голубое свечение, открытое в только что созданном им Физическом институте, теперь называют излучением Вавилова-Черенкова.
Увидеть его воочию и получить объяснение, что называется, тут и сейчас довелось во время командировки в Димитровград и первого знакомства с НИИ атомных реакторов. Пояснения мне давал руководитель реакторного исследовательского комплекса Алексей Ижутов прямо у открытого технологического люка над работающим реактором РБТ-6.
Внутри установки мощностью 6 мегаватт, под светящимся слоем прозрачной воды, шла цепная ядерная реакция: урановые мишени облучались потоком нейтронов для получения изотопов…
Сейчас на территории Государственного научного центра НИИАР, который был создан по инициативе академика Курчатова в 1956 году, шесть действующих исследовательских реакторов: МИР, СМ, БОР-60, ВК-50, РБТ-6 и РБТ-10/2. И это без преувеличения крупнейший в Европе научно-технологический комплекс.
Чтобы он и впредь сохранял лидирующие позиции там же, в Димитровграде, развернуто строительство Многоцелевого исследовательского реактора на быстрых нейтронах — МБИР. Его уже сейчас называют самым мощным из действующих, сооружаемых и проектируемых исследовательских реакторов в мире.
Подробно об этом проекте — в номере «Российской газеты» от 25 января в разделе «Наука». А здесь и сейчас есть возможность заглянуть в реактор будущего и увидеть «сияние Черенкова».
Почему МБИР называют быстрым реактором? Как он устроен и какие исследования позволяет проводить? Почему такую установку строят именно в России? Ответ на вопросы «как?» и «почему?» — в следующем видео.
https://trmzk.ru/20230124-siyanie-cherenkova-kak-iz-proshlogo-zaglyanut-v-reaktor-budushhego.dzen
| 24.01.23 | 24.01.2023 Российская газета. Сияние Черенкова: как из прошлого заглянуть в реактор будущего |
Этот эффект - загадочное голубое свечение под слоем воды, в которую погружен радиоактивный предмет - был обнаружен советским физиком Павлом Черенковым. А случилось это в 1934 году, когда Сергей Вавилов организовал новый физический институт и вместе с ним переехал из Ленинграда в Москву.
Сияние Черенкова. / Александр Емельяненков
Теперь это широко известный ФИАН имени П.Л. Лебедева, давший стране и миру семь Нобелевских лауреатов. Уже в 1937 году советские физики Игорь Тамм и Илья Франк объяснили теоретически суть того, что обнаружил их коллега Павел Черенков. А двадцать лет спустя, 1958-м, все трое были отмечены Нобелевской премии по физике - за открытие и истолкование эффекта Черенкова.
Сергей Вавилов такой награды получить не мог, зато стал президентом Академии наук СССР и возглавлял ее с 1945-го до дня своей смерти 25 января 1951-го. А загадочное голубое свечение, открытое в только что созданном им Физическом институте, теперь называют излучением Вавилова-Черенкова.
Увидеть его воочию и получить объяснение, что называется, тут и сейчас довелось во время командировки в Димитровград и первого знакомства с НИИ атомных реакторов. Пояснения мне давал руководитель реакторного исследовательского комплекса Алексей Ижутов прямо у открытого технологического люка над работающим реактором РБТ-6.
Внутри установки мощностью 6 мегаватт, под светящимся слоем прозрачной воды, шла цепная ядерная реакция: урановые мишени облучались потоком нейтронов для получения изотопов…
Сейчас на территории Государственного научного центра НИИАР, который был создан по инициативе академика Курчатова в 1956 году, шесть действующих исследовательских реакторов: МИР, СМ, БОР-60, ВК-50, РБТ-6 и РБТ-10/2. И это без преувеличения крупнейший в Европе научно-технологический комплекс.
Чтобы он и впредь сохранял лидирующие позиции там же, в Димитровграде, развернуто строительство Многоцелевого исследовательского реактора на быстрых нейтронах - МБИР. Его уже сейчас называют самым мощным из действующих, сооружаемых и проектируемых исследовательских реакторов в мире.
Подробно об этом проекте - в номере "Российской газеты" от 25 января в разделе "Наука". А здесь и сейчас есть возможность заглянуть в реактор будущего и увидеть "сияние Черенкова".
Почему МБИР называют быстрым реактором? Как он устроен и какие исследования позволяет проводить? Почему такую установку строят именно в России? Ответ на вопросы "как?" и "почему?" - в следующем видео.
Почему МБИР называют быстрым реактором? Как он устроен и какие исследования позволяет проводить? / Авторы: Видео предоставлено ГНЦ НИИАР
https://rg.ru/2023/01/24/siianie-cherenkova-kak-iz-proshlogo-zaglianut-v-reaktor-budushchego.html
| 20.01.23 | 20.01.2023 Indicator. «Судьба Николая Геннадьевича Басова уникальна» |
В Доме Российского исторического общества 20 января открылась выставка «Николай Басов. Луч света». Она приурочена к 100-летию со дня рождения академика Басова — лауреата Нобелевской премии и автора мазерной-лазерной идеи, одного из создателей лазера. В круглом столе к открытию выставки приняли участие президент РАН Геннадий Красников, директор СВР и и по совместительству председатель РИО Сергей Нарышкин, директор ФИАН Николай Колачевский, зампред комитета Госдумы по науке и высшему образованию Владимир Кононов, специальный представитель по международному культурному сотрудничеству Михаил Швыдкой и другие деятели российской науки и образования. Роль ученого, связь науки и искусства, анонс мемориальной доски Николаю Басову и прочее, о чем говорили на круглом столе, — в нашем репортаже.
Николай Геннадьевич Басов — физик, лауреат Нобелевской премии. Он родился в деревне Усмань в нынешней Липецкой области. Юность Басова пришлась на Великую отечественную: будущий ученый пошел в армию, прошел подготовку на врача-ассистента в Самаре и в 1943 году он ушел на фронт. После войны Николай Басов поступил в МИФИ. Уже на третьем курсе — в 1948 году — он стал лаборантом в ФИАН под руководством М. А. Леонтовича и А. М. Прохорова. В 1953 году Басов защитил кандидатскую, а в 1956 — докторскую диссертацию.
Работы Басова посвящены квантовой электронике. Принцип усиления и генерации электромагнитного излучения квантовыми системами он вместе со своим научным руководителем Александром Прохоровым он установил в 1952 году. А в докторской диссертации уже Басов уже начал прорабатывать идею квантового генератора, которая легла в основу мазеров и лазеров. Эти работы и исследования американского физика Чарльза Таунса легли в основу нового направления в физике — квантовой электроники. Басов, Прохоров и Таунс в 1964 году получили Нобелевскую премию по физике.
Разница между мазером и лазером в том, какое излучение используется в генераторе — микроволновое или оптическое. Это аббревиатуры с английского: МASER, «Microwave amplification by stimulated emission of radiation’» переводится как усиление микроволн посредством вынужденного излучения, а LASER, «Light amplification by stimulated emission of radiation», — усиление света посредством вынужденного излучения. Уже к середине 1950-х в Лаборатории квантовой радиофизики ФИАН, которую возглавлял Басов, строили мазеры. После, на основе прошлых исследований, — и лазеры, которые сейчас применяются от медицины до термоядерного синтеза. А летчик-космонавт и член-корреспондент РАН Юрий Батурин, также участвовавший в круглом столе, отметил еще одно применение: «На сегодняшней выставке есть почти все, но нет космоса. При каждом выведении чего-либо на орбиту сжигается очень много горючего. Но, когда появились лазеры, появилась идея выведения чего-либо в космос с помощью лазера».
Мазер Басова
«История физики — один из приоритетов Российского исторического общества», — отметили его представители. Экспозицию организовал Политехническиймузей совместно МИФИ и ФИАН, РИО и Росархивом в рамках Десятилетия науки и технологий. Президент РАН академик Красников отметил: многие ученые не удостоены Нобелевской премии, но это не уменьшает значимость их достижений. Задача РИО — сохранять их память.
У РАН в 2024 году тоже юбилей — 300 лет с указа Петра I об основании Академии. Сейчас, как отметил Красников, необходимо воспитывать преемников. Фигура Басова — яркий пример: ученики его школы стали тогда выдающимися учеными, которые «отвечали на вызовы XX века»: «Басов со своим учителем Прохоровым заложил целый пласт развития науки и техники».
Юрий Батурин рассказал и о роли Басова как научного руководителя: «Басов придумал и реализовал в МИФИ высшую школу физиков, занятия в которой начинались в феврале, то есть с весеннего семестра. А до этого происходил отбор по всей стране среди самых талантливых студентов». Басов понимал, что очень много по стране талантливых людей, которые не доехали до Москвы, не смогли поступить — и он дал им возможность.
Член-корреспондент РАН Николай Колачевский, директор Физического института им. Лебедева (ФИАН), также отметил: «Юность Басова должна быть примером для современной молодежи». Родившись в небольшом городке, он сделал огромный вклад в науку. Колачевский рассказал: для Басова был важен и пережитый опыт войны. На фронте он как-то вырезал аппендицит — буквально «по книжкам» в полевых условиях. Уже будучи лауреатом «Нобелевки» Басов говорил, что гордится той операцией не меньше, чем премией. Поздний студент, Басов уже в 30 лет сформулировал идею мазера-лазера, а в 35 защитилдокторскую диссертацию.
ФИАН совместно с МИФИ провел в 2022 году выездные мероприятия в Воронеже памяти Басова. Ежегодно проходят Басовские чтения. Колачевский отметил и «издательские проекты»: книга к 100-летию — «по сути сборник его трудов». Также был снят фильм ФИАН к 100-летию Басова: «Очень трогательный. В нем важная фигура его вдовы, Ксении Тихоновны», — она же и передала многие материалы из личного архива в том числе для выставки. Колачевский проанонсировал и мемориальную доску памяти Басова, которая должна открыться в ФИАН в 2023 году.
Михаил Швыдкой, специальный представитель по международному культурному сотрудничеству, отметил: «Выдающиеся достижения науки в 1960-е сопряжены с достижениями в искусстве», — а «невероятное» общественное внимание к науке, триггер и толчок к тому, что в институты приходили молодые ученые, — могло создаваться даже поэтами. Швыдкой прочитал: «У Слуцкого вот: “Что-то физики в почете. // Что-то лирики в загоне. // Дело не в сухом расчете, // Дело в мировом законе”», — и подобные выставки обращены не столько в прошлое, сколько «дают импульс для будущего, для молодых». Одновременно Швыдкой отметил: судьба Басова примечательна для подобных мероприятий. По сути, это — «судьба социального лифта», когда этим лифтом становится наука.
Владимир Шевченко, ректор МИФИ, подчеркнул: сам Басов вспоминал, что очень большую роль в его становлении как ученого сыграла его тетя, которая была школьным учителем физики. «Нобелевские премии начинают создаваться еще в школе», — поэтому, как отметил Шевченко, важно поддерживать школьных учителей-преподавателей физики.
«Басов же как ученый повлиял на экономику», — многие достижения, подчеркнул Шевченко, которые только сейчас начинают подтверждаться экспериментально, начались с Басова. Выпускники МИФИ и члены научной школы Басова «вносят свой вклад»: развитие технологий приводит к новым открытиям, которые раньше технически были невозможны. Юрий Батурин позже рассказал, что Басов не делил физиков стереотипно на теоретиков и экспериментаторов. «У него было свое деление» на две группы: одни физики работают над новыми идеями и ставят по ним эксперименты, а вторая группа — и физиков, и теоретиков — работает над приборами и техникой для первых.
Ректор МФТИ Дмитрий Ливанов отметил два момента, которые привели ко взлету науки в 1960-е годы: высокий уровень школьного физического образования — «сеть физмат классов» — и популяризация научных знаний среди тех, кто профессионально не связан с наукой. «Ученые отдавали этому время», — Ливанов отметил, что Николай Басов был членом редколлегии журнала «Квант» и редактором журнала «Природа». Поддержка науки, по словам Ливанова, должна сопровождаться и развитием профильного школьного образования, и расширением системы популяризации научных знаний.
Замглавы Росархива Андрей Юрасов подчеркнул, что 100-летие Басова стало хорошим поводом для разговора о науке и истории о науке. «Никакая история не может быть без архива», — Юрасов рассказал о серии публикаций Росархива, посвященных космической отрасли. Также он поведал и о публикациях об отношениях АН СССР И ЦК компартии, о проблеме взаимоотношений науки и власти. А к юбилею Басова Росархив совместно с коллегами подготовил интернет-проект, который представляет Басова как и научного, и общественного, и партийного деятеля. В рамках проекта представлены документы вплоть до школьных аттестатов будущего лауреата Нобелевской премии.
Автор: Александра Абанькова
https://indicator.ru/physics/sudba-nikolaya-gennadevicha-basova-unikalna.htm
| 20.01.23 | 20.01.2023 Учительская газета. Основоположник квантовой электроники – в Москве открылась выставка к 100-летию физика Николая Басова |
Открытие выставки «Николай Басов. Луч света» состоялось сегодня, 20 января, в Доме Российского исторического общества (РИО). Ученый является одним из основоположников квантовой электроники.
Фото из архива НИЯУ МИФИ
Выставка приурочена к 100-летнему юбилею знаменитого ученого и лауреата Нобелевской премии по физике. В торжественном открытии экспозиции приняли участие председатель Российского исторического общества, директор Службы внешней разведки Сергей Нарышкин и глава Минобрнауки Валерий Фальков. Как отметил Нарышкин, «даже спустя десятилетия уникальные открытия Николая Басова делают мир все лучше и лучше в таких сферах, как медицина, космические и информационные технологии».
Валерий Фальков напомнил, что в России учреждены стипендии имени Басова, которые будут вручены в этом году пяти лучшим аспирантам. Глава Минобрнауки подчеркнул, что выставки, посвященные жизни выдающихся ученых, привносят значимый вклад в популяризацию науки.
Фото: пресс-служба Минобрнауки РФ
На выставке «Николай Басов. Луч света» представлены уникальные документы, фотографии и личные вещи знаменитого физика. Экспозиция выстроена так, что посетитель может проследить жизненный путь ученого: от маленького городка под Липецком до лабораторий физических институтов и ученых советов.
Николай Басов родился в небольшом городке Усмань Липецкой области. Вскоре его семья переехала в Воронеж, где отец, профессор, преподавал в Воронежском лесном институте. Николай Басов стал одним из тех выпускников, которые сразу после школы отправились на фронт. Его направили в Куйбышевскую медицинскую академию. В 1943-м он получил квалификацию фельдшера и попал на Первый Украинский фронт.
Уже после победы Николай Басов окончил Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ». В родном вузе он организовал и возглавил кафедру квантовой электроники, которая потом была переименована в кафедру лазерной физики.
Фото из архива НИЯУ МИФИ
Многие годы научная деятельность Басова была связана с Физическим институтом имени П. Н. Лебедева Российской академии наук (ФИАН). В середине 50-х годов он руководил лабораторией квантовой радиофизики ФИАНа. Именно там строили мазеры — квантовые генераторы микроволнового излучения, а затем и лазеры — генераторы оптического излучения.
Николай Басов является одним из основоположников квантовой электроники. В 1964 году был удостоен Нобелевской премии по физике, а в 1986-м получил премию Калинги, учрежденную ЮНЕСКО, за достижения в популяризации науки.
