Новости физики нелинейных явлений

ссылки на статьи ученых, которые можно бесплатно скачать
Автор
Сообщение
marsdmitri
#42746 2021-06-12 04:54 GMT
Ученые впервые воспроизвели в лаборатории процесс, в результате которого происходит полярное сияние.

Подробнее на РБК:
https://trends.rbc.ru/trends/social/60c252dc9a7947f63cc51ca6
Ученые впервые воспроизвели в лаборатории процесс, в результате которого происходит полярное сияние.

Подробнее на РБК:
https://trends.rbc.ru/trends/social/60c252dc9a7947f63cc51ca6
Ученые впервые воспроизвели в лаборатории процесс, в результате которого происходит полярное сияние.

Подробнее на РБК:
https://trends.rbc.ru/trends/social/60c252dc9a7947f63cc51ca6

noscript

https://www.nature.com/articles/s41467-021-23377-5.pdf

Ученые впервые воспроизвели процесс который наблюдается в полярных сияниях- ускорение электронов

при помощи электромагнитных волн Альвена (https://ru.wikipedia.org/?curid=1807973&oldid=108056446).

«Bажные вопросы o полярном сиянии остаются без ответа. Как  электроны в полярном сиянии ускоряются перед столкновением с ионосферой и образуют свет полярного сияния. Мощные волны Альвена часто встречаются, путешествуя по Земле над полярными сияниями с достаточной энергией для генерации полярных сияний, но не было прямого измерения процессов, с помощью которых волны Альвена передают свою энергию электронам полярных сияний. Здесь мы показываем лабораторные измерения резонансного переноса энергии от волн Альфвена к электронам в условиях, соответствующих зоне полярного сияния. Эксперименты проводятся путем запуска волн Альвена и одновременной регистрации распределения скорости электронов. Численное моделирование и аналитическая теория подтверждают, что измеренный процесс передачи энергии производит ускоренные электроны, способные достигать  энергий, наблюдаемых в полярных сияениях. Эксперименты, теория и моделирование демонстрируют четкую причинно-следственную связь между волнами Альвена и ускоренными электронами, которые непосредственно вызывают полярные сияния».


отредактировал(а) marsdmitri: 2021-08-14 14:49 GMT
Anderis
#42748 2021-06-12 09:15 GMT
#42746 marsdmitri :
Ученые впервые воспроизвели в лаборатории процесс, в результате которого происходит полярное сияние.

Подробнее на РБК:
https://trends.rbc.ru/trends/social/60c252dc9a7947f63cc51ca6
Ученые впервые воспроизвели в лаборатории процесс, в результате которого происходит полярное сияние.

Подробнее на РБК:
https://trends.rbc.ru/trends/social/60c252dc9a7947f63cc51ca6
Ученые впервые воспроизвели в лаборатории процесс, в результате которого происходит полярное сияние.

Подробнее на РБК:
https://trends.rbc.ru/trends/social/60c252dc9a7947f63cc51ca6
авроральные электроны ускоряются перед столкновением с ионосферой и образуют авроральный свет.

Если бы ты немного знал физику, не ту, что в школе препода.т, а ту, что Природой написана, то понял бы какую чушь ты пишешь.

«Целкни кобылу в нос — она взмахнет хвостом.»

«Зри в корень»  К.Прутков С 

 

marsdmitri
#42877 2021-06-23 00:11 GMT

Я исправил свой перевод. Ученый этими загадками занимается много лет. За счет чего разогреваются атмосферы планет гигантов. НА СКОЛЬКО градусов РАЗОГРЕВАЕТСЯ АТМОСФЕРА ЗЕМЛИ от полярных сияний?

https://d2r55xnwy6nx47.cloudfront.net/uploads/2021/06/saturn_aurora_2880x1620_Lede.jpg

,, Как и в далеких, покинутых солнцем уголках Солнечной системы, Юпитер и Сатурн, газовые гиганты, и Уран и Нептун, ледяные гиганты, всегда должны были быть царствами мороза. Но когда космический корабль НАСА «Вояджер» проплыл мимо них в конце 1970 — х и 1980-х годах, ученые обнаружили, что во всех четырех мирах наблюдалась планетарная лихорадка-откровение столь же неприятное, как обнаружение костра в вашем морозильнике.

Последующие наблюдения, проведенные наземными телескопами и космическими аппаратами «Галилео» и «Кассини», показали, что их нагрев  всех планеты сохраняется на протяжении долгого времени. На более низких широтах Юпитера должно быть холодно -110С. Вместо этого атмосфера там варится при температуре +325С. Какой неизвестный процесс нагрева стоит за этим? И как этот неизвестный источник тепла согревает не только одну точку на планете, но и всю верхнюю атмосферу?

Ученые пытались объяснить этот “энергетический кризис”, но оставались “в замешательстве около 50 лет”, сказал Джеймс О'Донохью, планетарный астроном из Японского агентства аэрокосмических исследований. Теперь две статьи окончательно показали, откуда исходит все это тепло: северное и южное сияние Юпитера и Сатурна — их полярные сияния.

Результаты получены в результате детальных измерений верхних слоев атмосферы обоих газовых гигантов. Температура атмосферы Сатурна была измерена космическим аппаратом «Кассини» во время маневров, которые в конечном итоге погрузили его в планету; температура Юпитера была сшита с помощью телескопа на вершине гигантского гавайского вулкана. Оба показывают, что атмосфера наиболее горячая вблизи зон полярного сияния ниже обоих магнитных полюсов. По мере приближения к экватору температура падает. Очевидно, что полярное сияние приносит тепло — и, как и в случае с радиатором, это тепло уменьшается с расстоянием. Это композитное видео показывает полярные сияния Юпитера, видимые космическим телескопом Хаббла. Полярные сияния были сфотографированы в дальнем ультрафиолетовом свете и наложены на изображения планеты, сделанные в видимом свете.

НАСА, ЕКА, Дж. Николс (Университет Лестера) и Г. Бэкон (STScI);
Благодарность: А. Саймон (НАСА/GSFC) и команда OPAL
Решение энергетического кризиса может иметь далеко идущие последствия. Планеты — от планет нашей солнечной системы до планет, вращающихся вокруг далеких звезд, — не всегда сохраняют свою атмосферу. Многие газовые оболочки со временем разрушаются, в некоторых случаях превращая гигантские миры в крошечные, необитаемые оболочки. Исследователи хотят отличить их от обитаемых планет, похожих на Землю. Если мы надеемся сделать это, — говорит Зара Браун, исследователь из Университета Аризоны, — то одним из основных параметров, который вы хотели бы знать, является температура внешней атмосферы, поскольку именно там газ теряется в космосе.”

Чужеродные полярные сияния
Северное и южное сияния Земли еще не полностью изучены, но основы ясны.

Солнце выбрасывает в космос залпы магнитных полей и энергичных частиц. Когда эти залпы — более известные как солнечный ветер — достигают нашей планеты, они взаимодействуют с собственным магнитным пузырем Земли, который известен как магнитосфера. Затем энергетические частицы по спирали спускаются к северному и южному магнитным полюсам планеты. Там они отскакивают от атомов и молекул газа в верхних слоях атмосферы. Эти удары временно приводят в действие газы, которые испускают видимые вспышки света.

Полярные сияния требуют трех компонентов: источника энергетических частиц, магнитного поля и атмосферы. У Юпитера и Сатурна есть все три, но полярные сияния ни одной из планет не похожи на земные.

Магнитосфера Юпитера создается движением металлического водорода в ядре гигантской планеты.

В этой анимации линии магнитного поля видны золотого цвета.

https://youtu.be/yvFDh4E06ao?t=2 

Желтая стрелка указывает на солнце. Светло-синяя стрелка отмечает магнитный север, в то время как темно-синяя стрелка отмечает ось вращения. Красные и зеленые стрелки определяют систему координат.
Магнитосфера Юпитера создается движением металлического водорода в ядре гигантской планеты. В этой анимации линии магнитного поля видны в золоте. Желтая стрелка указывает на солнце. Светло-синяя стрелка отмечает магнитный север, в то время как темно-синяя стрелка отмечает ось вращения. Красные и зеленые стрелки определяют систему координат.

Магнитное поле Земли возникает из-за вспенивания жидких сплавов никель-железо глубоко под нашими ногами. Но у газовых гигантов нет жидких железных ядер.

(Я не согласен с этой фразой т.к. между Юпитером и, Марсом вращается огромное количество астероидов, в том числе железо-никелевых. Никель и сверхчистое  железо из за из падения должны быть внутри ядра Юпитера)

Вместо этого огромная гравитация планет сжимает колоссальные объемы жидкого водорода в их внешних ядрах так сильно, что электроны водорода высвобождаются. Этот процесс превращает водород в металл, генерирующий магнетизм.

Поскольку эти водовороты металлического водорода настолько огромны, магнитосферы газовых гигантов делают Землю похожей на лилипутов. Магнитосфера Юпитера “является самой большой структурой в солнечной системе", — сказал О'Донохью. — Его хвост спускается к Сатурну и, возможно, за его пределы.”

Газовые гиганты также не могут полагаться на обильное поступление энергетических частиц или плазмы от солнечного ветра, который рассеивается с увеличением расстояния от Солнца. Вместо этого они полагаются на акты вулканической алхимии.

Юпитер получает большую часть своей плазмы от своего спутника Ио, самого вулканического объекта, известного науке. Почти постоянные магматические извержения Ио выбрасывают обилие вулканического материала в космос. Tам он купается в солнечном свете, становится электрически возбужденным, а затем изливается на Юпитер. Большая часть плазмы Сатурна поступает с Энцелада, зеркальной ледяной луны, которая выпускает в космос впечатляющие струи холодной водной материи.

https://d2r55xnwy6nx47.cloudfront.net/uploads/2021/06/Enceladus_v2.jpg

Эта плазма выстреливает в расширяющиеся магнитосферы планет, которые ускоряют их к полюсам. Там заряженные частицы в плазме сталкиваются с молекулами газа в атмосфере.

Полярные сияния на Сатурне излучают в основном ультрафиолетовый свет; на Юпитере они имеют как ультрафиолетовую, так и инфракрасную длину волны. Но процессы, которые производят свет, не такие же, как те, которые производят тепло. В данном случае “все дело в трении", — сказал О'Донохью.

Плазма течет к магнитным полюсам планет через силовые линии — намагниченные усики, которые простираются далеко в космос. Эти усики и их потоки вращаются вместе с планетой. Но иногда они изо всех сил стараются не отставать. Юпитер, например, делает оборот за 10 часов. Когда эти потоки плазмы отстают от вращения планеты, мощные западные ветры Юпитера проталкиваются сквозь них. Сопротивление этих ветров медленным потокам плазмы создает трение. И это трение создает тепло — возможно, в случае Юпитера, в 125 раз больше тепла, чем планета получает от солнца. — Чушь какая-то, — сказал О'Донохью.

Поэтому неудивительно, что астрономы задавались вопросом, являются ли полярные сияния источником этих планетарных лихорадок. “В течение десятилетий было очевидно, что в полярном сиянии было много энергии”, — сказал Люк Мур, старший научный сотрудник Бостонского университета. Но для того, чтобы перейти от подозрений к уверенности, астрономам нужна была карта: в частности, тепловая карта верхних слоев атмосферы газовых и ледяных гигантов. С его помощью они могли увидеть, могут ли самые высокие температуры накладываться на полярные сияния и распространяется ли это тепло по всей планете.

 

Первая карта была взята из исследований планеты пролетающей обсерваторией. В апреле 2017 года, после 13 лет на орбите вокруг Сатурна, космическому аппарату НАСА «Кассини» было приказано сделат нечто замечательное: сделать 22 оборота вокруг планеты, неоднократно ныряя между ней и ее кольцами. Так называемый Грандиозный финал, который закончился 15 сентября 2017 года, когда космический корабль сгорел в облаках Сатурна, дал Кассини возможность увидеть мир крупным планом, как никто другой.

Когда «Кассини» проходил близко к Сатурну, он всматривался сквозь атмосферу планеты в яркие звезды за ней. Свет от этих звезд, по-видимому, менялся в зависимости от плотности атмосферы, через которую проходил свет. Плотность и температура газа взаимосвязаны, поэтому исследователи использовали десятки этих измерений, известных как звездные затмения, для создания подробных тепловых карт как для дневной, так и для ночной сторон верхней атмосферы Сатурна.

Опубликованные в прошлом году в журнале Nature Astronomy, тепловые карты показали тепловой всплеск вокруг полярных сияний и небольшое снижение температуры к экватору.

Определенно, казалось, что в этом виноваты полярные сияния. Но “если наша теория перераспределения энергии на Сатурне верна, она должна работать и на Юпитере”, — сказал Браун, который был ведущим автором исследования Сатурна.

Теперь, благодаря работе О'Донохью и его коллег, похоже, что это так.

Приписывание верхней атмосферной лихорадки Юпитера его собственным полярным сияниям также требовало тепловой карты. Но сделать такую карту далеко не просто. Хаотичная верхняя атмосфера планеты меняется от недели к неделе. Вы не можете просто провести измерение вблизи полюсов в одну ночь, а затем вернуться через несколько недель и сравнить его с измерением вблизи экватора. Со временем небо значительно изменится, и доказательства любых тепловых потоков будут потеряны.

Что исследователям было нужно, так это глобальная тепловая карта, составленная в течение относительно короткого момента времени, которая показывала поток тепла в течение нескольких часов.

О'Донохью, Мур и компания повернулись к обсерватории Кека на вершине спящего вулкана Мауна-Кеа на Гавайях. Они использовали его для наблюдения Юпитера в инфракрасном свете в течение двух ночей — 14 апреля 2016 года и 25 января 2017 года — по пять часов за каждую. В течение каждой ночи они создавали тепловую карту дневной стороны Юпитера с высоким разрешением. Обе карты четко показывали температуру, достигающую максимума в зонах полярного сияния, достигая ошеломляющих 730 градусов по Цельсию. Этот тепловой зенит постепенно снижался по мере приближения к экватору, где нагрев все еще достиг впечатляющих 325 градусов.

поверхность спутник Юпитера Ио. Видны вулканы ярко желтого и красного цвета

Их результаты, которые в настоящее время доступны в препринте, принятом в журнале Природа,

https://www.researchsquare.com/article/rs-275557/v1

https://www.researchsquare.com/article/rs-275557/v1.pdf?c=1614662684000

согласуются с тем, что Кассини видел на Сатурне. Результаты были приняты как убедительное доказательство того, что полярные сияния могут решить энергетический кризис. “Это большой шаг вперед, учитывая, что это авроральное нагревание”, — сказала Рози Джонсон, исследователь космической физики из Университета Аберистуита в Уэльсе, которая не участвовала ни в одной из работ.

Лисия Рэй, исследователь космической и планетарной физики из Ланкастерского университета в Англии, которая также не участвует ни в одной из работ, высоко оценивает строгий набор данных исследования Сатурна. Но ее меньше убеждает газета «Юпитер». “Они используют данные только за две ночи, и я считаю, что это проблема”, — сказала она. Но, несмотря на ее опасения, “я думаю, что результат температурного градиента [на Юпитере], вероятно, сохранится, потому что они видели это на Сатурне”, — сказала она.

Наличие сравнительно небольшого количества наблюдений является “справедливым беспокойством, потому что это очень динамичные места, эти гигантские планеты", — сказал Мур. Дополнительные ночи наблюдений за Юпитером были собраны и в настоящее время обрабатываются.

В любом случае, большинство независимых исследователей, похоже, убеждены, что нагрев по всей планете связана с полярными сияниями. Эти документы дают “действительно хорошее подтверждение того, что то, что мы подозревали, происходит на самом деле”, — сказал Ли Флетчер, планетолог из Университета Лестера в Англии, который не участвовал в этой работе. — Энергия просачивается из области полярных сияний в нижние широты.” Вопрос в том: как?

Злые Западные ветры


Большинство моделей циркуляции атмосферы изо всех сил пытаются переместить тепло от полярного сияния через пронзительные западные ветры Юпитера и Сатурна к экватору — и все же их тепловые карты показывают, что эти бурные препятствия каким-то образом преодолеваются.

Одно из возможных решений было вдохновлено наблюдениями Кассини. Кассини обнаружил, что иногда возмущение нижнего слоя атмосферы Сатурна может привести к тому, что этот слой мигрирует в верхние слои атмосферы. Такая инверсия может нарушить и замедлить мощные западные ветры в верхних слоях атмосферы — возможно, достаточно, чтобы позволить авроральному теплу просочиться сквозь них.

полярное сияние на северном полюсе Сатурне

Теоретически этот механизм может быть применим и к Юпитеру. Но в верхних слоях атмосферы газовых гигантов отсутствуют облака — четкие маркеры движения, — что делает изучение ветров там “дьявольски сложным”, сказал Флетчер. На данный момент эта часть энергетического кризиса остается загадкой без разрешения.

Команда О'Донохью подозревает, что второй процесс может помочь распределить тепло вокруг Юпитера. Иногда интенсивная активность солнечного ветра будет оказывать давление на магнитосферу Юпитера, сжимая ее. Предыдущие работы показали, что при таком сжатии плазменные потоки Ио могут быстро вытесняться в верхние слои атмосферы. Дополнительная плазма дает этим мощным западным ветрам больше возможностей для прорыва, что может привести к всплеску нагрева.

Такой всплеск, возможно, наблюдался во время недавних наблюдений. Примерно во время наблюдения 25 января 2017 года, когда активность солнечного ветра была относительно высокой, и без того жаркая верхняя атмосфера резко нагрелась. Команда одновременно заметила любопытную высокотемпературную структуру, движущуюся из полярных зон к экватору. Эти явления не были замечены во время наблюдения 14 апреля 2016 года, когда активность солнечного ветра была относительно спокойной.

Команда предполагает, что всплеск активности солнечного ветра в начале 2017 года, возможно, сжал магнитосферу планеты. Но могут быть задействованы и другие факторы. Рэй предполагает, что всплеск вулканической активности на Ио может дать альтернативное объяснение. Без дополнительных наблюдений они не могут быть уверены в том или ином, сказал О'Донохью.

Несмотря на эти затяжные затруднения, окончательная идентификация полярных сияний как поджигателей атмосферы Юпитера и Сатурна значительно укрепила наше понимание этих миров. Уран и Нептун, однако, остаются окутанными густым туманом неопределенности. У них разные атмосферы, магнитные поля и поведение вращения — “они дурацкие”, — сказал Браун, — что означает, что то, что работает для газовых гигантов, может не работать для ледяных гигантов. Они так далеко, что мы с трудом можем разглядеть их в деталях с помощью земных телескопов. Похоже, что в обозримом будущем их не посетит другой космический корабль. До тех пор, пока этот день не наступит, эти далекие царства будут оставаться чужими, страдающими планетарными лихорадками, которые нам еще предстоит понять."

перевод из https://www.quantamagazine.org/cassini-data-solves-jupiter-and-saturns-energy-mystery-20210622/


отредактировал(а) marsdmitri: 2021-08-14 14:53 GMT
marsdmitri
#42935 2021-06-27 23:40 GMT

Интересная схема нового радара для отслеживания космического мусора с частицами 1 мм

https://nauka.tass.ru/nauka/11751477

https://www.nature.com/articles/s41467-021-24219-0.pdf

marsdmitri
#43075 2021-07-13 22:25 GMT

  В Китае ученые и инженеры создали самый быстрый в мире квантовый суперкомпьютер.

Масштабирование до большого числа кубитов с высокоточным управлением имеет важное значение для демонстрации преимуществ квантовых вычислений, чтобы экспоненциально опережать классические аппаратные и алгоритмические усовершенствования.
Здесь мы разрабатываем двумерный программируемый сверхпроводящий квантовый процессор Zuchongzhi, состоящий из 66 функциональных кубитов в перестраиваемой архитектуре связи. Чтобы охарактеризовать производительность всей системы, выполнена выборка случайных квантовых схем для сравнительного анализа, размер системы до 56 кубитов и 20 циклов. Вычислительная стоимость классического моделирования этой задачи оценивается на 2-3 порядка выше, чем в предыдущей работе над 53-кубитным процессором Sycamore [Nature 574, 505 2019]. По нашим оценкам, задача выборки, выполненная Цзучунчжи примерно за 1,2 часа, займет у самого мощного суперкомпьютера не менее 8 лет. Наша работа устанавливает однозначное квантовое вычислительное преимущество, которое неосуществимо для классических вычислений за разумное количество времени. Высокоточная и программируемая платформа квантовых вычислений открывает новые возможности для изучения новых явлений во многих телах и реализации сложных квантовых алгоритмов.

https://arxiv.org/abs/2106.14734

https://www.kommersant.ru/doc/4899499

 


отредактировал(а) marsdmitri: 2021-07-13 22:32 GMT
marsdmitri
#43168 2021-08-01 04:14 GMT

Изучените завихренности нелинейных волн (вихрей) в воде

https://science.sciencemag.org/content/357/6350/487/tab-pdf

 

Неожиданный поворот Раскрывает Секреты Турбулентности

https://www.quantamagazine.org/an-unexpected-twist-lights-up-the-secrets-of-turbulence-20200903/
Дэвид Х. Фридман
3 сентября 2020 года

Разгадав главную загадку о “вихревости” торнадо и других типов вихрей, Уильям Ирвин обратил свое внимание на турбулентность, белого кита классической физики.

Турбулентные потоки, как известно, трудноразрешимы.


Пришло время покормить каплю. Бурлящий и прожорливый, он поглощает восемь порций размером с обеденную тарелку каждые несколько секунд.

Капля представляет собой облако турбулентности в большом резервуаре для воды в лаборатории физика Уильяма Ирвина из Чикагского университета. В отличие от любого другого случая турбулентности, который когда-либо наблюдался на Земле, капля Ирвайна-это не грязное пятно в потоке жидкости, газа или плазмы или у стены. Скорее, капля самодостаточна, представляет собой бурлящую комковатую сферу, которая оставляет воду вокруг себя в основном неподвижной. Чтобы создать его и поддерживать, Ирвин и его аспирант Такуми Мацузава должны неоднократно снимать “вихревые петли” — по сути, водную версию дымовых колец — по восемь петель за раз. “Мы создаем турбулентность кольцо за кольцом”, — сказал Мацузава.

Ирвин и Мацузава тщательно контролируют петли, которые являются строительными блоками капли, и изучают возникающую в результате ограниченную турбулентность вблизи и подробно. Капля может дать представление о турбулентности, за которой физики гонялись в течение двух столетий — в поисках, которые привели Ричарда Фейнмана к тому, что он назвал турбулентность самой важной нерешенной проблемой в классической физике. (Квантовая турбулентность также стала важной проблемой.) Распутывание турбулентности также может оказаться чрезвычайно эффективным, учитывая, что она играет огромную роль в звездах, авиации, ядерном синтезе, погоде, изменениях в ядре Земли, ветряных турбинах и даже в здоровье человека — артериальный поток может стать опасно турбулентным.

Если капля действительно приведет к большим достижениям в области турбулентности, это добавит к растущей череде удивительных и влиятельных прорывов, которые Ирвин и его ученики совершили в физике того, что можно было бы свободно назвать вращающимся веществом — системами, состоящими из вращающихся объектов, жидкостей и даже полей.

Особое внимание среди открытий Ирвина привлек вклад лаборатории в гидродинамику, область, которая была печально известна болезненно медленным прогрессом, отчасти из-за трудностей сбора хороших данных. Самый выдающийся прорыв связан с доказательством фундаментального нового закона, регулирующего торнадоподобные трубки потоков, известные как вихри. Закон освещает, как эти фундаментальные явления формируются, взаимодействуют, развиваются и распадаются. “Наука часто включает в себя поиск способа исправить или заполнить небольшой пробел в том, что было сделано”, — сказал Дэниел Лэтроп, физик из Университета Мэриленда, специализирующийся на нелинейной динамике, который знаком с работами Ирвина. “Уильям спрашивает, что он может сделать, что совершенно отличается от того, что было сделано. Это та работа, которая может открыть новые области”.

Но теперь, когда его мастерство в вихрях привело его к капле, Ирвин чувствует еще большую — и более опасную — добычу в воде. “Из-за отсутствия надежных данных и теории турбулентность считалась местом, где погибают карьеры”, — сказал Ирвин. “Я ловлю себя на том, что все больше и больше погружаюсь в это”.

Новый Поворот

К 2006 году, в возрасте 26 лет, Ирвин, уроженец Италии, уже получил две отдельные докторские степени в области квантовой оптики: одну по экспериментальной физике в Оксфордском университете, а другую по экспериментам и теории в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре. Затем он решил, что с него хватит небольших достижений в эзотерических (тайных доступных немногим) областях физики, и он приготовился стать постдоком в Принстонском университете в более широкой области нейробиологии. Но потом один мой друг случайно упомянул о работе, которую физик из Нью-Йоркского университета Пол Чайкин проводил с “мягкой материей”, такой как пены, коллоиды, гели, жидкие кристаллы и другие менее типичные типы твердого вещества.

Портрет Уильяма Ирвина

Уильям Ирвин, физик из Чикагского университета, совершил ряд прорывов в изучении того, что можно было бы свободно назвать вращающимся веществом.

Любезно предоставлено Уильямом Ирвином

Чайкин и другие специалисты в зарождающейся области заставляли материалы проявлять свойства, которые никогда раньше не наблюдались, такие как самовоспроизведение и самосборка, и, в отличие от обычных физиков конденсированных сред, они работали со своими материалами при комнатной температуре в стаканах прямо у них на глазах, а не в холодильниках, близких к абсолютному нулю. Что еще более важно, с точки зрения Ирвина, они совершали большие скачки на почти неисследованную территорию. “Это область, в которой люди все еще могут делать фундаментальные открытия”, — сказал он. “Это место, где вы проводите эксперименты не для того, чтобы подтвердить ответ, а потому, что никто не знает, каков ответ”.

Ирвин пришел в лабораторию Чайкина в качестве постдока, работая над коллоидами или частицами, взвешенными в жидкости. Но однажды, во время прогулки по центру Манхэттена, Ирвин заметил, что кто-то пускает кольца дыма, и он сразу же бросился обратно в лабораторию, чтобы попытаться построить устройство, которое могло бы создавать более сложные структуры из дыма. Он не ушел далеко и отложил проект в сторону. Но он не забыл об этих кольцах, и когда он поступил на факультет Чикагского университета, он начал работать над вихревыми петлями в воде, не смущаясь — действительно, заряжаясь энергией — тем, что ничего не знал об этом предмете. “Я даже никогда не проходил курс по механике жидкости”, — признался он. “Я научился этому здесь, когда мне пришлось учить этому”.

Он узнал, что вихрь-это в основном трубообразный закручивающийся поток в газовой, жидкой или другой среде, наиболее известным примером которого является торнадо. Вихри могут быть удивительно стабильными, и все же они также удивительно изменчивы. Как и в дымовом кольце, их концы могут быть соединены, образуя петлю, и несколько вихревых петель могут быть соединены, объединены и даже завязаны узлом. (Дельфины могут превзойти курильщиков в этом отношении, выдувая вихревые петли, очевидно, просто для развлечения.)

Одна из причин, по которой физики хотят узнать больше о свойствах вихрей, заключается в том, что вихри регулярно возникают во всех видах полей частиц, включая электрические и магнитные поля. Простой пример: ток, проходящий по проводу, создает вихрь магнитного поля вокруг провода-своего рода торнадо магнетизма, который заставил бы гипотетическую магнитную частицу вблизи провода вращаться вокруг провода, точно так же, как крошечный объем воды был бы перенесен вокруг водоворота. (Магнитная частица является гипотетической, потому что таких “монополей”, по-видимому, не существует в природе.)


Дельфины выдувают вихревые кольца, очевидно, потому, что им это нравится.

zerotwolab

Одним из ранних прорывов Ирвайна, с тогдашним аспирантом Хридешем Кедиа, было показать, как световые поля могут быть связаны в узлы. Но Ирвина особенно интересовала вода. Создать вихрь, подобный торнадо, в воде легко-любой может сделать это с помощью бутылки содовой. Но как сделать петли и более сложные формы и комбинации вихрей, включая узлы? Это имело бы решающее значение для решения давних вопросов о фундаментальном свойстве вихрей, называемом спиральностью. Спиральность вихря уже давно определяется как общее количество звеньев и узлов в вихре или в связанной группе вихрей. Связи и узлы являются топологическими характеристиками, поскольку они не изменяются, когда вихри растягиваются, сжимаются или иным образом деформируются.

В течение полувека было известно, что спиральность вихря сохраняется в идеальной жидкости — по сути, жидкости, которая не имеет вязкости, то есть не оказывает сопротивления проходящему через нее объекту. Если бы такая жидкость существовала, то независимо от того, какие изменения претерпел вихрь или группа связанных вихрей в жидкости, количество звеньев и узлов составило бы одно и то же число.

Вопрос о том, может ли та или иная форма этого закона применяться к жидкостям и газам реального мира, упорно не поддавался никакому анализу и эксперименту. Тем не менее, такой закон сохранения был бы чрезвычайно полезен метеорологам и другим, кто имеет дело с вихрями, — тому же широкому спектру исследователей, которые имеют дело с турбулентностью.

Поиск понимания сохранения спиральности был связан с другим фундаментальным вопросом: куда девается “извилистость” вихрей, когда они в конечном итоге распадаются, как это всегда бывает? Энергия вращения и импульс должны быть сохранены, но не было ясно, как макро-завихрение вихря переносится на все меньшие и меньшие масштабы, в конечном счете рассеиваясь на молекулярном уровне. Понимание этого механизма, вероятно, прольет свет на сохранение спиральности, и наоборот.

Чтобы придумать экспериментальную платформу, которая могла бы дать некоторые ответы, Ирвин воспользовался одним из своих увлечений. У него там очень богатая жилка: он говорит на четырех языках, играет на средней виолончели (и изучил три других инструмента), является умеренно опытным скалолазом, плавает под парусами и является пилотом самолета с коммерческим рейтингом, который выполняет фигуры высшего пилотажа для развлечения. (“Если вы делаете что-то действительно хорошее в науке, — объяснил он, — это, вероятно, потому, что вы были осторожны, чтобы потратить время на игру”.) Именно это последнее времяпрепровождение подтолкнуло его к идее создания водяных вихрей. Пилоты хорошо знают, что сильные вихри образуются на концах крыльев разгоняющихся самолетов и отделяются оттуда. Почему бы не попробовать сделать их в воде в форме крыла или на подводных крыльях?

специально разработанные подводные крылья
Подборка специально разработанных подводных крыльев Ирвайна.

Уильям Ирвин

marsdmitri
#43169 2021-08-01 04:14 GMT

Изучените завихренности нелинейных волн (вихрей) в воде

https://science.sciencemag.org/content/357/6350/487/tab-pdf

 

Неожиданный поворот Раскрывает Секреты Турбулентности

https://www.quantamagazine.org/an-unexpected-twist-lights-up-the-secrets-of-turbulence-20200903/
Дэвид Х. Фридман
3 сентября 2020 года

Разгадав главную загадку о “вихревости” торнадо и других типов вихрей, Уильям Ирвин обратил свое внимание на турбулентность, белого кита классической физики.

Турбулентные потоки, как известно, трудноразрешимы.


Пришло время покормить каплю. Бурлящий и прожорливый, он поглощает восемь порций размером с обеденную тарелку каждые несколько секунд.

Капля представляет собой облако турбулентности в большом резервуаре для воды в лаборатории физика Уильяма Ирвина из Чикагского университета. В отличие от любого другого случая турбулентности, который когда-либо наблюдался на Земле, капля Ирвайна-это не грязное пятно в потоке жидкости, газа или плазмы или у стены. Скорее, капля самодостаточна, представляет собой бурлящую комковатую сферу, которая оставляет воду вокруг себя в основном неподвижной. Чтобы создать его и поддерживать, Ирвин и его аспирант Такуми Мацузава должны неоднократно снимать “вихревые петли” — по сути, водную версию дымовых колец — по восемь петель за раз. “Мы создаем турбулентность кольцо за кольцом”, — сказал Мацузава.

Ирвин и Мацузава тщательно контролируют петли, которые являются строительными блоками капли, и изучают возникающую в результате ограниченную турбулентность вблизи и подробно. Капля может дать представление о турбулентности, за которой физики гонялись в течение двух столетий — в поисках, которые привели Ричарда Фейнмана к тому, что он назвал турбулентность самой важной нерешенной проблемой в классической физике. (Квантовая турбулентность также стала важной проблемой.) Распутывание турбулентности также может оказаться чрезвычайно эффективным, учитывая, что она играет огромную роль в звездах, авиации, ядерном синтезе, погоде, изменениях в ядре Земли, ветряных турбинах и даже в здоровье человека — артериальный поток может стать опасно турбулентным.

Если капля действительно приведет к большим достижениям в области турбулентности, это добавит к растущей череде удивительных и влиятельных прорывов, которые Ирвин и его ученики совершили в физике того, что можно было бы свободно назвать вращающимся веществом — системами, состоящими из вращающихся объектов, жидкостей и даже полей.

Особое внимание среди открытий Ирвина привлек вклад лаборатории в гидродинамику, область, которая была печально известна болезненно медленным прогрессом, отчасти из-за трудностей сбора хороших данных. Самый выдающийся прорыв связан с доказательством фундаментального нового закона, регулирующего торнадоподобные трубки потоков, известные как вихри. Закон освещает, как эти фундаментальные явления формируются, взаимодействуют, развиваются и распадаются. “Наука часто включает в себя поиск способа исправить или заполнить небольшой пробел в том, что было сделано”, — сказал Дэниел Лэтроп, физик из Университета Мэриленда, специализирующийся на нелинейной динамике, который знаком с работами Ирвина. “Уильям спрашивает, что он может сделать, что совершенно отличается от того, что было сделано. Это та работа, которая может открыть новые области”.

Но теперь, когда его мастерство в вихрях привело его к капле, Ирвин чувствует еще большую — и более опасную — добычу в воде. “Из-за отсутствия надежных данных и теории турбулентность считалась местом, где погибают карьеры”, — сказал Ирвин. “Я ловлю себя на том, что все больше и больше погружаюсь в это”.

Новый Поворот

К 2006 году, в возрасте 26 лет, Ирвин, уроженец Италии, уже получил две отдельные докторские степени в области квантовой оптики: одну по экспериментальной физике в Оксфордском университете, а другую по экспериментам и теории в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре. Затем он решил, что с него хватит небольших достижений в эзотерических (тайных доступных немногим) областях физики, и он приготовился стать постдоком в Принстонском университете в более широкой области нейробиологии. Но потом один мой друг случайно упомянул о работе, которую физик из Нью-Йоркского университета Пол Чайкин проводил с “мягкой материей”, такой как пены, коллоиды, гели, жидкие кристаллы и другие менее типичные типы твердого вещества.

Портрет Уильяма Ирвина

Уильям Ирвин, физик из Чикагского университета, совершил ряд прорывов в изучении того, что можно было бы свободно назвать вращающимся веществом.

Любезно предоставлено Уильямом Ирвином

Чайкин и другие специалисты в зарождающейся области заставляли материалы проявлять свойства, которые никогда раньше не наблюдались, такие как самовоспроизведение и самосборка, и, в отличие от обычных физиков конденсированных сред, они работали со своими материалами при комнатной температуре в стаканах прямо у них на глазах, а не в холодильниках, близких к абсолютному нулю. Что еще более важно, с точки зрения Ирвина, они совершали большие скачки на почти неисследованную территорию. “Это область, в которой люди все еще могут делать фундаментальные открытия”, — сказал он. “Это место, где вы проводите эксперименты не для того, чтобы подтвердить ответ, а потому, что никто не знает, каков ответ”.

Ирвин пришел в лабораторию Чайкина в качестве постдока, работая над коллоидами или частицами, взвешенными в жидкости. Но однажды, во время прогулки по центру Манхэттена, Ирвин заметил, что кто-то пускает кольца дыма, и он сразу же бросился обратно в лабораторию, чтобы попытаться построить устройство, которое могло бы создавать более сложные структуры из дыма. Он не ушел далеко и отложил проект в сторону. Но он не забыл об этих кольцах, и когда он поступил на факультет Чикагского университета, он начал работать над вихревыми петлями в воде, не смущаясь — действительно, заряжаясь энергией — тем, что ничего не знал об этом предмете. “Я даже никогда не проходил курс по механике жидкости”, — признался он. “Я научился этому здесь, когда мне пришлось учить этому”.

Он узнал, что вихрь-это в основном трубообразный закручивающийся поток в газовой, жидкой или другой среде, наиболее известным примером которого является торнадо. Вихри могут быть удивительно стабильными, и все же они также удивительно изменчивы. Как и в дымовом кольце, их концы могут быть соединены, образуя петлю, и несколько вихревых петель могут быть соединены, объединены и даже завязаны узлом. (Дельфины могут превзойти курильщиков в этом отношении, выдувая вихревые петли, очевидно, просто для развлечения.)

Одна из причин, по которой физики хотят узнать больше о свойствах вихрей, заключается в том, что вихри регулярно возникают во всех видах полей частиц, включая электрические и магнитные поля. Простой пример: ток, проходящий по проводу, создает вихрь магнитного поля вокруг провода-своего рода торнадо магнетизма, который заставил бы гипотетическую магнитную частицу вблизи провода вращаться вокруг провода, точно так же, как крошечный объем воды был бы перенесен вокруг водоворота. (Магнитная частица является гипотетической, потому что таких “монополей”, по-видимому, не существует в природе.)


Дельфины выдувают вихревые кольца, очевидно, потому, что им это нравится.

zerotwolab

Одним из ранних прорывов Ирвайна, с тогдашним аспирантом Хридешем Кедиа, было показать, как световые поля могут быть связаны в узлы. Но Ирвина особенно интересовала вода. Создать вихрь, подобный торнадо, в воде легко-любой может сделать это с помощью бутылки содовой. Но как сделать петли и более сложные формы и комбинации вихрей, включая узлы? Это имело бы решающее значение для решения давних вопросов о фундаментальном свойстве вихрей, называемом спиральностью. Спиральность вихря уже давно определяется как общее количество звеньев и узлов в вихре или в связанной группе вихрей. Связи и узлы являются топологическими характеристиками, поскольку они не изменяются, когда вихри растягиваются, сжимаются или иным образом деформируются.

В течение полувека было известно, что спиральность вихря сохраняется в идеальной жидкости — по сути, жидкости, которая не имеет вязкости, то есть не оказывает сопротивления проходящему через нее объекту. Если бы такая жидкость существовала, то независимо от того, какие изменения претерпел вихрь или группа связанных вихрей в жидкости, количество звеньев и узлов составило бы одно и то же число.

Вопрос о том, может ли та или иная форма этого закона применяться к жидкостям и газам реального мира, упорно не поддавался никакому анализу и эксперименту. Тем не менее, такой закон сохранения был бы чрезвычайно полезен метеорологам и другим, кто имеет дело с вихрями, — тому же широкому спектру исследователей, которые имеют дело с турбулентностью.

Поиск понимания сохранения спиральности был связан с другим фундаментальным вопросом: куда девается “извилистость” вихрей, когда они в конечном итоге распадаются, как это всегда бывает? Энергия вращения и импульс должны быть сохранены, но не было ясно, как макро-завихрение вихря переносится на все меньшие и меньшие масштабы, в конечном счете рассеиваясь на молекулярном уровне. Понимание этого механизма, вероятно, прольет свет на сохранение спиральности, и наоборот.

Чтобы придумать экспериментальную платформу, которая могла бы дать некоторые ответы, Ирвин воспользовался одним из своих увлечений. У него там очень богатая жилка: он говорит на четырех языках, играет на средней виолончели (и изучил три других инструмента), является умеренно опытным скалолазом, плавает под парусами и является пилотом самолета с коммерческим рейтингом, который выполняет фигуры высшего пилотажа для развлечения. (“Если вы делаете что-то действительно хорошее в науке, — объяснил он, — это, вероятно, потому, что вы были осторожны, чтобы потратить время на игру”.) Именно это последнее времяпрепровождение подтолкнуло его к идее создания водяных вихрей. Пилоты хорошо знают, что сильные вихри образуются на концах крыльев разгоняющихся самолетов и отделяются оттуда. Почему бы не попробовать сделать их в воде в форме крыла или на подводных крыльях?

специально разработанные подводные крылья
Подборка специально разработанных подводных крыльев Ирвайна.

Уильям Ирвин

marsdmitri
#43199 2021-08-03 03:44 GMT

впервые обнаружен свет, и рентгеновское излучение, испускаемое с обратной стороны черной дыры

https://arxiv.org/pdf/2107.13555

Это было предсказано теорией гравитации А.Эйнштейна

https://smotrim.ru/article/2593979?utm_source=vesti_left

Самые внутренние области аккреционных дисков вокруг черных дыр сильно облучаются рентгеновскими лучами, которые испускаются из сильно изменяющейся компактной короны в непосредственной близости от черной дыры.(корону создает газ, который непрерывно втягивает в себя черная дыра. Корона выглядит как вращающаяся волна солитон  или вихрь. )

Рентгеновские лучи, которые видны отраженными от акреционного диска, и c временными задержками, поскольку изменения в рентгеновском излучении отражаются или отражаются от диска, обеспечивают представление об окружающей среде сразу за горизонтом событий. I Zwicky 1 (I Zw 1)- ближайшая узкая линия галактики Сейферта 1. Предыдущие исследования реверберации рентгеновских лучей от его аккреционного диска показали, что корона состоит из двух компонентов; протяженный, медленно изменяющийся компонент на поверхности внутреннего аккреционного диска и коллимированное ядро с флуктуациями яркости, распространяющимися вверх от его основания, которое доминирует над более быстрой изменчивостью. Здесь мы сообщаем о наблюдениях рентгеновских вспышек, испускаемых вокруг сверхмассивной черной дыры в I Zw 1. Отражение рентгеновского излучения от аккреционного диска регистрируется через релятивистски расширенную линию железа К и комптоновский горб в спектре рентгеновского излучения.

Анализ рентгеновских вспышек показывает короткие вспышки фотонов, соответствующие повторному появлению излучения из-за черной дыры. Энергетические сдвиги этих фотонов определяют их происхождение из разных частей диска. Это фотоны, которые отражаются от дальней стороны диска, изгибаются вокруг черной дыры и усиливаются сильным гравитационным полем. Наблюдение фотонов, изогнутых вокруг черной дыры, подтверждает ключевое предсказание Общей теории относительности.

marsdmitri
#43244 2021-08-09 13:38 GMT

Сверхпроводимость по связи Берри из волновых функций многих тел: возврат к отражению Андреева-Сент−Джеймса и эффекту Джозефсона

https://arxiv.org/abs/2103.00805

Хироясу Коидзуми

Хотя стандартная теория сверхпроводимости, основанная на теории BCS, является успешной, несколько экспериментальных результатов указывают на необходимость фундаментального ее пересмотра. Мы утверждаем, что пересмотр касается происхождения фазовой переменной для сверхпроводимости.

Эта фаза появляется как следствие спаривания электронов в стандартной теории, но ее происхождение-связь Берри, возникающая из волновых функций многих тел. Когда эта связь(соединение) Берри нетривиально, оно порождает коллективный режим, который генерирует сверхток; этот коллективный режим создает операторы изменения числа для частиц, участвующих в этом режиме, и эти операторы изменения числа стабилизируют сверхпроводящее состояние, используя нестабильность Купера.

В новой теории роль электронного спаривания заключается в стабилизации нетривиальной связи Берри. Это не является причиной сверхпроводимости. Однако в сверхпроводниках BCS происходит одновременное появление нетривиальной связи Берри и электронного спаривания. Следовательно, амплитуда спаривания электронов может быть использована в качестве параметра порядка для сверхпроводящего состояния. Мы возвращаемся к размышлению Андреева−Сент-Джеймса и эффекту Джозефсона. Они объясняются как следствие наличия связи Берри. Квазичастицы Боголюбова заменяются возбуждениями Боголюбова, сохраняющими число частиц, которые описывают перенос электронов между коллективной модой и модой одиночных частиц.

и пример расчета https://arxiv.org/abs/2105.02364

Связь Берри с волновыми функциями многих тел и сверхпроводимостью: расчеты по числу частиц, сохраняющим уравнения Боголюбова-де Геннеса
Хироясу Коидзуми, Альто Исикава
Настоящие авторы выдвинули принципиально пересмотренную версию теории сверхпроводимости, поскольку стандартная теория сверхпроводимости, основанная на теории BCS, не может объяснить сверхпроводимость в купратах, открытых в 1986 году, и повторные проверки нескольких экспериментальных результатов на обычных сверхпроводниках указывают на необходимость фундаментального пересмотра.
Пересмотр сделан в отношении происхождения сверхпроводящей фазовой переменной, которая объясняется связью Берри, возникающей из волновых функций многих тел. С помощью этого пересмотра теория может быть преобразована в формализм, сохраняющий число частиц.
Мы разработали метод расчета сверхпроводящих состояний с соединением Берри, используя версию уравнений Боголюбова-де Геннеса с сохранением числа частиц. Пример расчета выполнен для модели, первоначально построенной для сверхпроводников из купрата.


отредактировал(а) marsdmitri: 2021-08-09 13:44 GMT
marsdmitri
#43246 2021-08-12 07:08 GMT

ccылки на статьи российских ученых по астрофизике http://press.cosmos.ru/neftyanoy-razliv-v-rayone-novorossiyska

Изучение создания молний из грозовых облаков с помощью очень короткого лазерного импульса в Швейцарии

https://www.epjap.org/articles/epjap/olm/2021/01/ap200243/ap200243.html  

https://www.unige.ch/gap/biophotonics/research/llr

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0378779611001982

https://www.osapublishing.org/DirectPDFAccess/41E6CB39-8B93-4636-BA7A1AFF5055782B_148709/oe-16-1-466.pdf?da=1&id=148709&seq=0&mobile=no

Можно ли создать для этого устройства систему накопления электроэнергии? Молнии примерно 100 раз ударяют в год в эту башню. Но огромная энергия теряется. Это более чем 60 Мегаватт.

Молния страшна.Один раз я оказался в грозу с зонтиком у ели в городе у шоссе. Вдруг вспыхнуло в  воздухе и примерно через 2 секунды почувствовал боль в правой руке.Она усиливалась и я непроизвольно  открыл рот, чтобы закричать. Вдруг страшная боль исчезла.Это было полсекунды. Ни фонари освещения рядом, ни деревья меня не защитили. Я стоял на небольшом холме.

Молния умеет извиваться и расщепляться у земли при сильном ветре.


отредактировал(а) marsdmitri: 2021-08-13 22:39 GMT
marsdmitri
#43334 2021-09-06 01:55 GMT

https://arxiv.org/pdf/2103.02459v1.pdf

Швейцарские физики экспериментально доказали существование новой частицы — парного поляритона, то есть объединенного возбуждения поля (ее волны) и пары атомов. Для этого они поместили ферми-газ в сильном режиме взаимодействия в оптический резонатор.

https://nplus1.ru/news/2021/08/31/2-atoms-1-photon

Мне непонятно, может ли образоваться квазичастица из  глюона и пары кварка и  антикварка?

marsdmitri
#43357 2021-09-10 00:42 GMT

1. атомные часы на атоме Тулия

https://www.nature.com/articles/s41467-021-25396-8.pdf

Simultaneous bicolor interrogation in thulium optical clock providing very low systematic frequency shifts

Artem A. Golovizin , Dmitry O. Tregubov , Elena S. Fedorova , Denis A. Mishin , Daniil I. Provorchenko , Ksenia Yu. Khabarova , Vadim N. Sorokin, Nikolai N. Kolachevsky

2. атомные часы на оптической ловушке, H. Katori,

https://www.researchgate.net/profile/H-Katori

https://nplus1.ru/news/2021/09/09/break-prize-2022

https://www.nature.com/articles/nature03541

https://www.researchgate.net/profile/H-Katori/publication/7839842_An_optical_lattice_clock/links/0c96052784e8cea0cb000000/An-optical-lattice-clock.pdf

Jun Ye, National Institute of Standards and Technology and University of Colorado

https://www.nist.gov/news-events/news/2021/09/nistjila-fellow-jun-ye-wins-breakthrough-prize-fundamental-physics

 


отредактировал(а) marsdmitri: 2021-09-10 00:55 GMT
marsdmitri
#43369 2021-09-11 16:08 GMT

Получен в России новый материал для квантовых приборов

https://www.researchgate.net/publication/353281427_Hydrothermal_Synthesis_and_a_Composite_Crystal_Structure_of_Na_6_Cu_7_BiO_4_PO_4_4_ClOH_3_as_a_Candidate_for_Quantum_Spin_Liquid

Hydrothermal Synthesis and a Composite Crystal Structure of Na 6Cu7BiO4(PO4)4[Cl,(OH)]3 as a Candidate for Quantum Spin Liquid