Том 193, № 11 (2023)
Обзоры актуальных проблем
Начальные эпизоды химической эволюции межгалактической среды
Аннотация
Обсуждается современное состояние проблемы происхождения и транспорта “тяжёлых” ($A>4$) химических элементов во Вселенной. Начало звёздного нуклеосинтеза (ЗНС) относится, по-видимому, к эпохам с красным смещением $z\gtrsim 20$ (возраст Вселенной $t_U\lesssim 180$ млн лет). В настоящее время следы ЗНС видны в отдельных случаях в галактиках на красных смещениях $z\sim 10-15$ ($t_U\sim 500-270$ млн лет). Массовое перераспределение тяжёлых элементов из галактик по Вселенной в основном под действием мощных взрывных процессов стало возможным в период реионизации на $z\lesssim 6$ {($t_U\gtrsim 940$ млн лет). Корректная интерпретация наблюдательных данных требует детального понимания динамики переноса и перемешивания химических элементов во Вселенной. Теоретические модели предсказывают их крайне неоднородное распределение начиная от межзвёздной среды на шкале расстояний в несколько сотен световых лет до межгалактической среды в десятки миллионов световых лет. Это проявляется в наблюдениях абсорбционных спектров квазаров вплоть до красных смещений $z\sim 6$ и приводит к наблюдательной селекции. Обзор посвящён обсуждению ранних стадий истории химического обогащения Вселенной, как она воспринимается нами сейчас с учётом эффектов наблюдательной селекции. Кратко описаны наблюдательные данные и теоретические представления, составляющие основу современного понимания сложного процесса химической эволюции Вселенной.
Успехи физических наук. 2023;193(11):1137-1161
1137-1161
Физика наших дней
Квантовая запутанность, телепортация и случайность: Нобелевская премия по физике 2022 года
Аннотация
Прецизионный контроль над индивидуальными квантовыми системами, такими как отдельные фотоны, атомы или ионы, открывает возможность для реализации ряда квантовых технологий. Задача этого направления — создание приборов, которые за счёт квантовых эффектов смогут решать задачи обработки данных, защищённой передачи информации и высокоточного измерения параметров окружающего мира более эффективно по сравнению с существующими подходами. Ключевым шагом для создания квантовых технологий стали пионерские работы второй половины XX века, которые, во-первых, показали парадоксальность и корректность квантово-механического описания природы и, во-вторых, заложили и создали базовые экспериментальные подходы, ставшие основой современных квантовых технологий. Нобелевская премия по физике 2022 года присуждена Алену Аспе, Джону Клаузеру и Антону Цайлингеру за выдающиеся эксперименты, продемонстрировавшие квантовую запутанность и нарушение неравенств Белла, а также пионерский вклад в развитие новой области — квантовой информатики.
Успехи физических наук. 2023;193(11):1162-1172
1162-1172
Приборы и методы исследований
Лазерное восстановление оксида графена: локальное управление свойствами материала
Аннотация
Приводится подробный анализ данных по лазерному восстановлению оксида графена (ОГ). Рассмотрены вопросы синтеза ОГ, структурные модели, а также способы управления свойствами материала. Описаны химический и тепловой механизмы восстановления — два основных фотоиндуцированных механизма превращения диэлектрических плёнок ОГ в проводящие структуры, а также проиллюстрировано их совместное воздействие. Проведён критический анализ влияния параметров лазерного излучения на локальную функционализацию материала, которая определяет проявляемые им свойства. Приведена сводная таблица по имеющимся данным о лазерном воздействии на ОГ. Показаны различные области применения, такие как электроника, фотовольтаика, энергетика и гибкие сенсоры, в том числе медицинского назначения. Данное исследование систематизирует представленные в литературе результаты и способствует дальнейшему изучению вопросов взаимодействия лазерного излучения с углеродными материалами, их преобразования, управления свойствами и возможностями применения в полностью углеродной электронике.
Успехи физических наук. 2023;193(11):1173-1204
1173-1204
Методические заметки
Соотношение унитарности и унитарные ограничения для теории скалярных полей с разными скоростями звука
Аннотация
Мы рассматриваем теорию нескольких безмассовые скалярных полей с различными “скоростями звука”. Для таких теорий были получены соотношения унитарности для парциальных амплитуд процессов рассеяния “два в два” с учётом вклада промежуточных двухчастичных состояний. Также были получены унитарные ограничения как в самом общем случае, так и в случае, уже рассмотренном в литературе, со “скоростью звука”, равной единице. Однопетлевыми вычислениями (в первом нетривиальном порядке по константам связи) в модели двух скалярных полей с разными “скоростями звука” мы показываем, что полученные соотношения унитарности выполняются. В других эффективных теориях поля унитарные ограничения можно использовать, например, для оценки масштаба сильной связи.
Успехи физических наук. 2023;193(11):1205-1213
1205-1213
Ламинарные затопленные струи несжимаемой жидкости при больших числах Рейнольдса
Аннотация
Рассмотрены основополагающие теоретические работы по ламинарным осесимметричным затопленным струям. Исследованы задачи, связанные со струями с расходом через начальное сечение, с закрученными струями. Обнаружены и исправлены некоторые ошибочные результаты теории ламинарных струй.
Успехи физических наук. 2023;193(11):1214-1226
1214-1226
“Квантовые” значения экстремумов “классических” макроскопических величин
Аннотация
Фундаментальные константы играют важную роль в природе. Они определяют многие высокоэнергетические процессы. Оказывается, такие константы также задают границы для “обычных” свойств конденсированных сред, таких как вязкость, теплопроводность, упругие модули, скорость звука и др. Кинематическая вязкость имеет точку глобального минимума на $P,T$-диаграмме, то же верно и для температуропроводности веществ (за исключением критической точки). При этом минимальные значения данных величин определяются лишь постоянной Планка $\hbar$ и массами электрона $m$ и атома/молекулы $M$. Нетривиальным является вывод о близости по величине кинематической вязкости обычных флюидов и кварк-глюонной плазмы. Аналогично, экстремумы упругих характеристик веществ, механических свойств материалов и скорости звука также определяются лишь постоянной Планка, массами электрона и ионов, а также зарядом электрона. Использование фундаментальных констант позволяет сделать разумные оценки скоростей звука веществ и упругих характеристик низкоразмерных систем. Упоминается возможная связь экстремальных значений макроскопических величин с антропным принципом.
Успехи физических наук. 2023;193(11):1227-1236
1227-1236
Машинное обучение для поиска топологических спиновых структур
Аннотация
Представлен альтернативный метод численного моделирования топологических магнитных структур с использованием нейросетевого алгоритма. Обсуждаются модель локализованных спинов, где формирование топологических магнитных структур является результатом конкуренции между билинейными по спинам симметричным обменным взаимодействием и антисимметричным взаимодействием, обусловленным обменно-релятивистскими эффектами, а также модель зонного магнетика, где к возникновению некомпланарных спиновых конфигураций приводит учёт мультиспиновых взаимодействий. Применимость предложенного метода проиллюстрирована в случае двумерных и трёхмерных магнитных систем на примере образования решёток скирмионов и антискирмионов, магнитных ежей и скирмионных трубок соответственно.
Успехи физических наук. 2023;193(11):1237-1247
1237-1247
Новости физики в сети Internet: ноябрь 2023
Успехи физических наук. 2023;193(11):1248-1248
1248-1248