СМИ о нас
| 13.02.23 | 13.02.2023 Атомная Энергия 2.0. Руководитель Троицкого обособленного подразделения ФИАН Андрей Наумов стал лауреатом конкурса «Человек года 2022» в Троицке |
По итогам конкурса на присуждение ежегодной премии за вклад в развитие городского округа Троицк «Человек года» лауреатом в номинации «Наука» стал руководитель Троицкого обособленного подразделения Физического института им. П.Н. Лебедева РАН, член-корреспондент РАН Андрей Витальевич Наумов.
Церемония прошла в 14-й раз и традиционно была приурочена к Дню российской науки. Лауреатов выбрали тайным голосованием конкурсного жюри, состоящего из руководителей организаций, почетных граждан города, лауреатов конкурса предыдущих лет.
В 2022 году Андрей Наумов получил значимые результаты в области физики новых перспективных материалов фотоники: опубликовано более 20 статей в высокорейтинговых изданиях, зарегистрированы два авторских свидетельства, подготовлены два патента на изобретения. Результаты уникальных для РФ экспериментов по трёхмерной флуоресцентной наноскопии опубликованы в ведущих международных журналах «Успехи физических наук», Journal of Chemical Physics, Membranes, Applied Sciences, Фотоника (Photonics Russia), «Известия РАН. Серия физическая».
Еще одно направление связано с развитием техники спектрохимического анализа веществ в предельно низких концентрациях с использованием эффекта поверхностно-усиленного комбинационного рассеяния света на наноструктурированных металлизированных метаповерхностях. Научный коллектив под руководством А.В. Наумова в 2022 году получил статус Ведущей научной школы РФ, поддержанной грантом Президента РФ.
| 13.02.23 | 13.02.2023 Российская академия наук. Члены РАН – лауреаты конкурса «Человек Года 2022» в наукограде Троицке |
10 февраля в наукограде Троицке (городской округ Троицк в городе Москве) прошла торжественная церемония награждения лауреатов конкурса «Человек Года 2022». Церемония проходит в 14-й раз и традиционно приурочена к Дню российской науки.
Лауреаты выбираются тайным голосованием конкурсного жюри, состоящего из руководителей организаций, почетных граждан города, лауреатов конкурса предыдущих лет. Конкурс проводится по нескольким номинациям: «Наука», «Культура», «Образование», «Физкультура и спорт», «Инновации и бизнес», «Городская среда», «Молодой ученый», «Город и общество».
Согласно положению о конкурсе победители выбираются среди номинантов, внесших наиболее значимый вклад в развитие Троицка в течение предыдущего года по соответствующему направлению. Имена лауреатов из тройки финалистов по каждому направлению оглашаются во время торжественной церемонии со сцены Троицкой детской школы искусств им. М. В. Глинки.
По итогам 2022 года победителями в наиболее значимой для наукограда номинации «Наука» стали сразу два представителя Российской академии наук (голоса членов жюри впервые за историю конкурса разделились поровну).
Член-корреспондент РАН, профессор РАН, д.ф.-м.н. Андрей Витальевич Наумов (руководитель Троицкого подразделения ФИАН им. П. Н. Лебедева, зав. отделом Института спектроскопии РАН, зав. кафедрой Московского Педагогического Государственного Университета). Результаты научной работы А. В. Наумова и возглавляемого им коллектива в области синтеза, исследования и приложений новых наноструктурированных материалов фотоники в 2022 году были опубликованы в ведущих научных журналах («Успехи физических наук», Journal of Chemical Physics и др.), легли в основу нескольких авторских свидетельств, монографии. В частности, значительный интерес вызывали работы по трехмерной флуоресцентной наноскопии с детектированием одиночных квантовых излучателей – молекул и полупроводниковых квантовых точек.
Еще одно направление связано с развитием техники спектрохимического анализа веществ в предельно низких концентрациях с использованием эффекта поверхностно-усиленного комбинационного рассеяния света на наноструктурированных металлизированных метаповерхностях. Научный коллектив под руководством А. В. Наумова в 2022 году получил статус Ведущей научной школы РФ, поддержанной грантом Президента РФ.
Член-корреспондент РАН, профессор РАН д.ф.-м.н. Сергей Вадимович Троицкий (главный научный сотрудник Института ядерных исследований РАН, профессор МГУ им. М. В. Ломоносова), автор более 320 научных работ, специалист в области квантовой теории поля, физики и астрофизики элементарных частиц, автор программы развития ИЯИ РАН в области астрофизики частиц, разработчик проекта федеральной целевой программы «Нейтрино и астрофизика частиц».
В 2022 году С. В. Троицким было открыто нейтринное излучение Галактики. На основе анализа публично доступных данных о наиболее высокоэнергичных нейтринных событиях, зарегистрированных экспериментом IceCube, Сергей Троицкий установил наличие галактической анизотропии в направлениях прихода нейтрино с энергиями выше 200 тераэлектронвольт, что с высокой статистической точностью доказывает наличие нейтрино в Млечном Пути. Результат опубликован в престижном журнале Astrophysical Journal Letters.
В номинации «Город и общество» лауреатом стал академик РАН Вадим Вениаминович Бражкин (директор Института физики высоких давлений им. Л. Ф. Верещагина РАН), специалист в области физики фазовых переходов, физики высоких давлений и физики неупорядоченных сред, физики конденсированного состояния, автор около 500 научных публикаций. В 2022 году при непосредственном участии В. В. Бражкина в Троицке была организована и проведена серия мероприятий, направленных на популяризацию науки и достижений ученых РАН.
В церемонии награждения также приняла участие заместитель академика-секретаря ОФН РАН д.ф.-м.н. Наталья Леонидовна Истомина, вручившая награды лауреату конкурса в номинации «Образование».
Фотографии: А. Рузаев, М. Федин.
| 10.02.23 | 10.02.2023 Телеграм-канал Новости Троицка. А.В. Наумов – лауреат премии «Человек года – 2022» в номинации «Наука» |
Сегодня в номинации «Наука» были награждены сразу два ученых.
Андрей Витальевич Наумов
Руководитель ТОП ФИАН, главный научный сотрудник и заведующий отделом спектроскопии конденсированных сред ИСАН, завкафедрой теоретической физики МПГУ. Член-корреспондент РАН по Отделению физических наук по специальности «физика».
В 2022 году учёный получил значимые результаты в области физики новых перспективных материалов фотоники: опубликовано более 20 статей в высокорейтинговых изданиях, зарегистрированы два авторских свидетельства, подготовлены два патента на изобретения. Результаты уникальных для РФ экспериментов по трёхмерной флуоресцентной наноскопии опубликованы в ведущем международном журнале «Успехи физических наук». Андрей Наумов организовывал и проводил научные, научно-образовательные и просветительские мероприятия, в том числе VI Троицкую школу повышения квалификации преподавателей физики.
| 08.02.23 | 08.02.2023 Российская газета. Как из прошлого заглянуть в реактор будущего |
Увидеть свечение Черенкова и взять интервью над реактором - это не страшно, если рядом профессионалы. / Александр Емельяненков
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.
Теперь это широко известный ФИАН, 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 20 лет спустя, в 1958-м, все трое были отмечены Нобелевской премией 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 созданном им 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 МВт, 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. Его уже сейчас называют самым мощным из действующих, сооружаемых и проектируемых исследовательских реакторов этого типа.
- МБИР - абсолютно уникальная машина, - убежденно заявляет вице-президент РАН академик Степан Калмыков. - Он не дублирует какие-то другие, уже созданные установки. И те люди, которые его разрабатывали, делали уникальную работу. Она будет востребована для решения самого широкого круга задач.
Важно и другое: концепция МБИР изначально предполагала организацию на его базе международной исследовательской программы в разных областях, где необходимы нейтроны.
- Реактор еще не запущен, а мы уже формируем научную программу, - рассказал академик Калмыков. - К консорциуму присоединился Узбекистан и его Институт ядерной физики, идут переговоры с Китаем. Свой интерес имеют коллеги в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне, а это еще несколько стран, которые используют нейтроны, атомное излучение в решении фундаментальных и прикладных задач.
https://rg.ru/2023/02/08/siianie-cherenkova-i-svet-kurchatova.html
| 03.02.23 | 03.02.2023 Новые округа. Необъяснимо, но факт |
Каким вы представляете современного ученого? Наверняка воображение рисует седовласого серьезного мужчину, который день и ночь сидит за чертежами и даже не улыбается... По крайней мере портреты таких людей всегда висели в вашей школе над классной доской. «НО» в честь 8 февраля — дня науки решили попытаться доказать, что ученые XXI века — люди творческие, которые точно не обделены чувством юмора.
ДОКАЗАТЕЛЬСТВО 1. Творческое
Чтобы выявить закон всемирного тяготения, на Ньютона должно было упасть яблоко. А Архимед для своего закона должен был просто искупаться в ванной... Один из наших троицких ученых, руководитель ТОП ФИАН Андрей Наумов в этом ничего удивительного не видит. Ему, конечно, никакие яблоки на голову не падали. Но для продвижения науки у нашего физика есть свои, менее опасные методы.
— И у каждого ученого находятся какие-то свои истории, — говорит Андрей Наумов. — А все потому, что никто не может понять, в какой момент рождается идея. Я, например, будучи школьником, если не мог решить какую-то сверхсложную олимпиадную задачу, начинал играть на баяне! И именно в этот момент приходило решение. А во взрослом возрасте... Скажу честно, когда мне нужно было написать программу для обработки данных, это неплохо получалось под классическую музыку и группу «ABBA», а вот сложные вещи, те же аналитические уравнения, хорошо решаются под Вагнера.
Необъяснимо... Но факт!
ДОКАЗАТЕЛЬСТВО 2. Житейское
А еще идеи приходят тогда, когда их совсем не ждешь. Чтобы продемонстрировать потенциал целого физического направления — внутрирезонаторной лазерной спектроскопии, коллегам Андрея Наумова — спектроскопистам понадобилась всего лишь бутылка... водки! Собирались ее пить ученые или нет, уже никто не скажет. Но то ли ради шутки, а может и всерьез, ученые решили определить, сколько в ней содержится метанола (метилового спирта), который опасен для организма.
— Причем не вскрывая бутылки! — рассказывает Андрей Витальевич. — И у коллег это прекрасно получилось, а их исследование легло в основу востребованной технологии, благодаря чему мы можем узнать, например, не содержится ли опасного красителя в той же газировке. А в США по такому принципу создали считывающее устройство для трасс, которое на расстоянии может измерять пары этанола в машине. А значит, определять людей в состоянии алкогольного опьянения до того, как машину остановит полиция
ДОКАЗАТЕЛЬСТВО 3. Признанное
А иногда ученым скучно сидеть за формулами. И они начинают доказывать странные вещи. Многие из нас слышали о Шнобелевской премии за необычные открытия в науке, которые заставляют посмеяться, а потом задуматься. Вот так получилось и с французским коллегой Андрея Наумова. Он просто наблюдал за кошкой. А потом...
— Опубликовал исследование под названием «Кошки: они скорее жидкие или твердые». И пришел к выводу, что кошка — существо аморфное и строго определенной формы нет, потому что может быть и твердой, и жидкой, — рассказывает Андрей Наумов.
Если не верите, предложите своему пушистому любимцу сесть в коробку — он прекрасно займет ее. А если найдете сосуд цилиндрической формы, котику будет удобно и в нем! К слову, из троицких ученых никто Шнобелевскую премию пока не получал.
В ТЕМУ
10 миллионов шведских крон (примерно 900 тысяч долларов) получает лауреат Шнобелевской премии. Также им полагается диплом и медаль. Последняя может быть сделана из фольги или, например, в виде челюстей на подставке. Ученому полагается сертификат, подтверждающий получение премии. Его подписывают три лауреата Нобелевской премии. В 21-м году среди победителей было за исследование изменения мяуканья, фырканья и мурлыканья кошек в ответ на перемены в интонации людей.
| 02.02.23 | 02.02.2023 Атомная Энергия 2.0. Международная группа учёных уточнила свойства атома мюония |
Ускоритель для получения мюонов в Институте Пола Шеррера
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. Об исследовании сообщила пресс-служба ФИАН.
«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 Артём 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 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 Артём 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 пропадает. И вот как раз из этих данных мы и можем определить резонансную частоту перехода», — поясняет Артём 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 Артём Головизин.
Конечной целью ученых является определение массы мюона. Оно необходимо для более точных расчетов, так как предсказать массу теоретическим путем невозможно.
| 01.02.23 | 01.02.2023 Science-digest. Мюонный атом и новая физика |
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. Об исследовании сообщила пресс-служба ФИАН.
Ускоритель для получения мюонов в Институте Пола Шеррера
© Paul Scherrer Institut
«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 Артём 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 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 Артём 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 пропадает. И вот как раз из этих данных мы и можем определить резонансную частоту перехода», — поясняет Артём 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 Артём Головизин.
Конечной целью ученых является определение массы мюона. Оно необходимо для более точных расчетов, так как предсказать массу теоретическим путем невозможно.
http://sci-dig.ru/physics/mjuonnyj-atom-i-novaya-fizika/| 04.04.23 | 31.03.2023 Троицк Информ. По пути Летохова |
Медаль имени Летохова, которую вручает раз в два года Оптическое общество им. Рождественского, – довольно молодая награда. Она была учреждена в 2012-м, и среди её обладателей немало физиков из троицких институтов. Это естественно – ведь выдающийся учёный, замдиректора Института спектроскопии Владилен Степанович Летохов жил и работал в нашем городе. А его работы в области лазерной физики дали начало множеству важных научных направлений и приложений, таких как лазерное разделение изотопов, и продолжаются до сих пор в ИСАНе и других организациях.
Медали присуждаются по двум направлениям исследований: фундаментальным и прикладным. Из 19 конкурсных работ жюри отметило пять: по прикладным исследованиям медали получили Максим Рахлин (ФТИ им. Иоффе, Петербург) и Максим Тригуб (Институт оптики атмосферы, Томск), фундаментальным – Артем Головизин (ФИАН, Москва), Владимир Румянцев (Институт физики микроструктур, Нижний Новгород) и Иван Рыжов (Санкт-Петербургский госуниверситет).
И хотя троичан в этом году среди лауреатов нет, в ИСАНе проходит центральное событие – награждение и семинар, на котором лауреаты рассказывают о своих работах. 23 марта в ИСАНе выступил Владимир Румянцев – кандидат физ.-мат. наук, специалист в области экспериментальной физики полупроводников, один из ведущих молодых физиков-экспериментаторов своего института.
Его работы не являются прямым развитием направлений, начатых Летоховым, но лежат в русле того, чем он активно занимался – теории лазеров. «Исследования оптических свойств дираковских фермионов в наноструктурах Hg(Cd)Te/CdHgTe, представляющих интерес для создания межзонных полупроводниковых лазеров из-за эффективного подавления безызлучательных каналов рекомбинации неравновесных носителей заряда», – гласит анонс доклада. Если просто, Румянцев изучает квантовые явления в наноструктурах ртуть-кадмий-теллур, которые могут быть активной средой для лазеров в среднем и дальнем ИК-диапазоне, прежде всего от 25 до 50 микрон.
«Среди полупроводниковых лазеров, отличающихся своей компактностью, приборов с такими длинами волн сейчас мало, – рассказывает Владимир. – За счёт дизайна структур на наноуровне мы смогли повысить к.п.д. потенциального устройства. Грубо говоря, заставили электроны и дырки в материале вести себя так, как они ведут себя в теории относительности. Была реализована междисциплинарность: то, что хорошо известно в физике частиц, мы реализовали в другом масштабе и в другом исполнении – внутри двумерного полупроводника». Синтезируют нужные структуры в Институте физики полупроводников СО РАН. «Это синергия технологий из Новосибирска, где умеют хорошо растить и контролировать очень тонкие слои, и наших экспериментальных возможностей, методик, подходов», – говорит Румянцев.
Работы носят фундаментальный характер, но уже сейчас переходят в прикладную плоскость. Создаётся прототип прибора, который сможет работать при температурах вблизи комнатной. Лазеры для спектроскопии могут найти применение в астрофизике – для лабораторного моделирования процессов в межзвёздной среде. А основные применения вполне «земные» – например, определение состава выдыхаемого воздуха, мониторинг окружающей среды, анализ нефтепродуктов, выявление утечек газа на магистралях. «Например, можно определять не только качество бензина, но и его марку, и даже завод, где его сделали, – говорит Румянцев. – Или такая задача: у метана есть линия 3,2 микрона, надо сделать датчик, который можно прикрепить на газопровод через каждые 100 м. Есть каскадный лазер, но он стоит 5 тысяч долларов, дорого, а если наш будет 5 тысяч рублей – другое дело! Сильной стороной того, что мы делаем, является принципиальная простота и потенциальная дешевизна».
Перед семинаром директор ИСАНа Виктор Задков вручил Владимиру Румянцеву диплом и медаль, а по завершению гостя пригласили в мемориальный кабинет Летохова. Экскурсию провёл ученик Владилена Степановича, завотделом лазерной спектроскопии Евгений Рябов. «Выдающийся теоретик, хороший организатор, он был генератором идей и имел отличный нюх на всё новое. Про него говорили: very creative!» – рассказывал он.
Летохова не стало в 2009 году, а в кабинете всё, как было при нём. Его труды на многих языках мира, обширная литература, дипломы и награды, в том числе Ленинская премия, подарки и фотографии друзей… Напротив – доска, у которой шли обсуждения. Книжные полки с научными журналами – все могли приходить сюда читать. Небольшая фотоэкспозиция есть у входа в кабинет, да и весь институт наполнен памятью о Летохове. ИСАН выпустил и биографию учёного, её получают в подарок все лауреаты медали. Вручили книгу и Владимиру Румянцеву.
| 29.03.23 | 29.03.2023 N+1. Физики создали криогенный детектор для обсерватории «Миллиметрон» |
Сотрудники Астрокосмического центра ФИАН разработали криогенный гетеродинный приемник излучения для использования на будущей космической обсерватории «Миллиметрон», а также, так и на наземных радиотелескопах. Элементы прибора выполнены из ниобия и охлаждаются жидким гелием, за счет получаемой сверхпроводимости достигается очень высокая чувствительность, частотное разрешение и малые потери сигнала. Приемник способен регистрировать радиосигналы на частотах 220-280 гигагерц.
Millimetron Space Observatory
«Миллиметрон» (или «Спектр-М») будет представлять собой 10-метровый космический телескоп, работающий в миллиметровом и инфракрасном диапазонах длин волн на орбите вокруг точки Лагранжа L2 в системе Солнце—Земля. Обсерватория может функционировать как одиночная антенна или как интерферометр вместе с наземными телескопами и будет исследовать межзвездную среду, тени черных дыр, спектральные искажения реликтового излучения и далекие галактики. Дата ее запуска в космос пока не определена.
| 29.03.23 | 29.03.2023 Хабр. В России создан уникальный детектор миллиметрового диапазона |
В Астрокосмическом центре Физического института им. П.Н. Лебедева РАН (АКЦ ФИАН) впервые в России создан криогенный приёмник, способный детектировать радиосигналы на частотах 220-280 ГГц. Его крайне высокая квантовая чувствительность и малый уровень потерь сигналов достигаются благодаря охлаждению до сверхнизких температур. В перспективе такие приборы предполагается использовать в работе как наземных, так и космических обсерваторий миллиметрового и субмиллиметрового диапазона.
Миллиметровый диапазон длин волн очень важен для космических исследований. Химия космоса, поиск сложных органических молекул в межзвёздной среде, исследования объектов ранней Вселенной и активных ядер галактик – неполный перечень областей его применения. Именно в миллиметровом диапазоне были получены изображения теней сверхмассивных чёрных дыр в нашей Галактике и в галактике M87. Однако сегодня космос всё ещё недостаточно хорошо изучен в миллиметровом диапазоне (от 30 ГГц до 300 ГГц). Отчасти это связано со сложностью изготовления приёмных антенн и детекторов, работающих на этих длинах волн, отчасти – с малой прозрачностью атмосферы Земли в миллиметровом диапазоне. Поверхность таких антенн должна быть намного более точной по сравнению с обычным радиотелескопом.
Для изготовления детекторов требуются элементы микроскопических размеров, поэтому технологически их изготовление – крайне сложная задача. Только несколько стран в мире способны изготовить миллиметровые приёмники достаточной для космических исследований чувствительности. Теперь в их число уверенно входит и Россия.
Новый российский приёмник работает на частотах 220-280 ГГц (длина волны около 1.2 мм). Для достижения сверхвысокой чувствительности его необходимо охладить до температуры кипения жидкого гелия – 4К. Благодаря столь низким температурам элементы микросхемы прибора, изготовленные из ниобия, переходят в сверхпроводящее состояние. Именно сверхпроводимость и делает параметры нового детектора уникальными. Она позволяет достичь квантовой чувствительности детектора и малых потерь сигналов в соединительных линиях.
«Стандартная полупроводниковая электроника ограничена по скорости и неэффективна для приёма очень слабых терагерцовых сигналов, – пояснил руководитель Лаборатории терагерцовых приборов и технологий АКЦ ФИАН Андрей Худченко. – Поэтому наш новый приёмник работает по гетеродинному принципу. Суть его в том, что измеряемый высокочастотный сигнал сравнивается с сигналом опорного генератора на чувствительном сверхпроводниковом элементе. Результат этого сравнения выпадает на низкие частоты порядка 1 ГГц и без потери качества обрабатывается стандартной электроникой. Более того, гетеродинные приёмники позволяют сохранять информацию как об амплитуде, так и о фазе сигнала. А значит, из телескопов, оснащённых такими приёмниками, можно создать интерферометр».
У детекторов этого типа есть ещё одна полезная особенность. Они обладают сверхвысоким частотным разрешением, что чрезвычайно ценно для космических исследований в миллиметровом диапазоне. Ведь именно здесь сосредоточено колоссальное количество узких спектральных линий, создаваемых сложными молекулами. Эти линии дают уникальную информацию о химическом составе, кинематике и физических параметрах межзвёздной среды.
Созданный в Астрокосмическом центре ФИАН прибор – самый чувствительный приёмник высокого разрешения в своём диапазоне частот на сегодняшний день в нашей стране. Эта разработка стала возможна в результате плодотворного сотрудничества ИРЭ РАН и АКЦ. Все компоненты смесителя, «сердца приёмника», изготовлены в России и соединены в работающий прибор в АКЦ.
Сейчас Лаборатория терагерцовых приборов и технологий продолжает работу по оптимизации приёмника и улучшению его базовых характеристик. В частности, в ближайшее время планируется кратно улучшить его чувствительность за счёт оптимизации параметров туннельных сверхпроводящих наноструктур и конструкции. Также ведётся работа по созданию более сложной и продвинутой модификации приёмника – детектора с разделением боковых полос. Эта версия прибора станет идеальным вариантом для использования как на борту космической обсерватории Миллиметрон, так и на наземных радиоастрономических телескопах.
