Ученые из МФТИ совместно с коллегами из Швейцарии, Дании и Японии разработали метод, который позволил им в режиме реального времени следить за процессами перестройки электронных оболочек в молекулах, длящимися десятки аттосекунд, то есть миллиардную долю миллиардной доли секунды. Статья о результатах исследования была опубликована в журнале Nature Communications.

Чтобы отследить явления, развивающиеся за столь короткое время, ученые сначала заставляют молекулы метилфторида и метилбромида принять определенную ориентацию в пространстве с помощью первого лазерного импульса. Затем исследователи ионизировали молекулу при помощи второго лазерного импульса.

Олег Толстихин, доцент кафедры теоретической физики МФТИ, который руководил теоретической частью работы, сообщает: «С помощью этого метода мы смогли проследить структурные изменения электронной оболочки молекул метилфторида (CH3F) и метилбромида (CH3Br). Это даже более быстрые процессы, чем химические реакции: там речь идет о движении атомных ядер, а в нашем случае мы смогли увидеть перестройку электронной оболочки». На сайте пресс-службы МФТИ сообщается, что результаты работы физиков сыграют значительную роль в дальнейшем развитии молекулярной биологии.

Физики, работающие над экспериментами LHCb и CMS на Большом Адронном Коллайдере, сообщают о первом достоверном наблюдении распада B0S-мезона на два мюона, чрезвычайно редкого (оно происходит в 4 случаях из миллиарда) события. Подробнее ознакомиться с работой можно в журнале Nature (статья находится в открытом доступе), а краткое изложение доступно на сайтах CERN и в пресс-релизе группы LHCb.

B0S-мезон — частица, состоящая из «прелестного» b-антикварка и «странного» s-кварка. Стандартная модель предполагает, что вероятность ее распада на мюон (тяжелый электрон) и антимюон очень мала. Гораздо более предпочтительным путем распада является превращение b-антикварка в таинственный c-антикварк и, соответственно, превращение B⁰_S-мезона в D^-_S-мезон. Однако существует ряд расширений для Стандартной модели, в частности, минимальная суперсимметричная Стандартная модель, которая увеличивает эту вероятность благодаря некоторым внутренним допущениям.

Данные о наблюдении этого типа распадов уже сообщались в декабре 2012 года, но на тот момент достоверность, полученная экспериментами LHCb и CMS по отдельности, не достигала важного порога в пять сигма. Именно такой порог необходим для подтверждения наблюдаемого эффекта. Поэтому коллаборации впервые объединили свои усилия в анализе общих данных и достигли общей статистической значимости 6.2 сигма. Полгода назад совместная статья коллективов появилась в виде препринта, но лишь вчера была опубликована в Nature, пройдя процедуру рецензирования.

За время работы коллайдера наблюдалось более 100 распадов такого типа, что соответствует десяткам миллиардов рождений B0S-мезона. Совместная работа коллабораций уточнила вероятность процесса до значения (2,8^+0,7_–0,6)·10^–9, что хорошо согласуется с теоретическим значением, предсказываемым Стандартной моделью — 3.66±0.23·10^–9.

Стоит отметить, что наряду с распадами B⁰_S-мезона исследователи наблюдают за таким же распадом еще одной частицы, нейтральным B⁰-мезоном. Вероятность его превращения в мюон-антимюонную пару еще меньше — один распад на десять миллиардов. Несмотря на то, что пока наблюдалось лишь порядка десяти таких распадов, их наблюдаемая частота в четыре раза выше ожидаемой. Это может послужить подтверждением существования какой-либо новой физики. Впрочем, статистическая значимость результата составляет пока лишь 3.2 сигма, поэтому говорить об окончательных результатах еще рано. Новые данные, которые получат в Большом адронном коллайдере в ходе второго сезона работы, могут изменить эту величину как в большую так и в меньшую сторону.

Стандартная модель — общепринятая физиками и подтвержденная в многочисленных экспериментах теория, описывающая электромагнитное, слабое и сильное взаимодействие всех элементарных частиц. Одной из важнейших задач является поиск отклонений в ней, позволяющих найти Новую физику, возможно, включающую в себя Стандартную модель и описывающую более широкий круг явлений. Существует ряд теоретических расширений, в частности, связанных с теорией суперсимметрии. Для их подтверждения существует два пути — обнаружить суперчастицы, предсказанные ею, или увидеть их проявление в изменении вероятностей распадов некоторых частиц. Считается, что наблюдение распада B-мезонов более продуктивно, чем прямой поиск скварков и глюино — суперпартнеров кварков и глюонов.

В городе Хэнфорд (штат Вашингтон, США) ученые торжественно открыли усовершенствованный центр исследования гравитационных волн Advanced Ligo. Об этом рассказывает BBC News.

Гравитационные волны — складки в «ткани» пространства-времени, которые, как предсказывает теоретическая физика, должны распространяться от масштабных космических катаклизмов, таких, как слияние черных дыр или мощный взрыв сверхновой звезды. Если новому исследовательскому центру действительно удастся зарегистрировать гравитационные волны, это будет важный прорыв в физике.

Advanced Ligo состоит из двух обсерваторий, одна из которых находится как раз в Хэнфорде, а вторая — на другом конце страны, в Ливингстоне (штат Луизиана). Обе обсерватории работают по одному принципу лазерной интерферометрии. Лазерные лучи распространяются вдоль двух взаимно перпендикулярных плеч интерферометра — вакуумных тоннелей длиной по 4 км каждый, чтобы детекторы могли зарегистрировать удлинение или сжатие одного из них по отношению к другому проходящей гравитационной волной.

Ранее Ligo не удавалось зарегистрировать гравитационные волны — как полагают ученые, из-за недостаточно чувствительного оборудования. Теперь оно существенно усовершенствовано. На эту работу ушло восемь лет и $200 миллионов, американским ученым помогали коллеги из 15 стран. Ожидается, что первые эксперименты на обновленном оборудовании начнутся уже в конце этого года.

«Advanced Ligo представляет собой чрезвычайно важный шаг вперед в наших продолжающихся попытках проникнуть в тайны Вселенной, — сказал на открытии исследовательского центра Франс Кордова (France Córdova), директор Национального научного фонда США. — Он дает ученым эффективный инструмент для регистрации гравитационных волн, которые, как мы считаем, будут нести в себе ценную информацию о своем происхождении и природе гравитации, и такую информацию невозможно получить с помощью традиционных астрономических инструментов».

Напомним, что сейчас в Германии тестируется еще один прибор для поиска гравитационных волн — разработанный в Великобритании исследовательский зонд, который будет размешен на спутнике Lisa Pathfinder. Его планируется запустить в космос с аэродрома Куру (Французская Гвиана) в сентябре.

Трое физиков, Девид Каплан (David Kaplan) из университета Джона Хопкинса, Питер Грахам (Peter Graham) из Стенфорда и Суржит Ражендран (Surjeet Rajendran) из Калифорнийского университета попытались объяснить, почему бозон Хиггса обладает очень малой массой. Они обратились к гипотетической частице — аксиону — и предположили, что в начале возникновения Вселенной аксионное поле было очень плотным, а масса бозона Хиггса — огромной. Постепенно Вселенная расширялась, и поле аксиона расслабилось, а с ним и масса бозона Хиггса. Статья с описанием этой модели опубликована в Arxive.org, а ее популярное изложение можно прочесть в Quanta magazine.

Согласно новой модели, аксионное поле пронизывает пространство и время. Его можно представить в виде надутого матраса. Точка в матрасе представляет собой результат параметров, показывающих, насколько он тугой.

Сначала, когда космос был маленьким, аксионное поле было плотным, то есть матрас хорошо надутым, а масса бозона Хиггса огромной. По мере расширения Вселенной матрас сдувался, то есть энергия аксионного поля уходила в окружающее пространство, а с ней уменьшалась масса бозона Хиггса. Дальше его масса хотела уйти в минус, но вместо этого аксионное поле перешло в поле Хиггса, наделив массой элементарные частицы, такие как электрон и кварк. Массивный кварк взаимодействовал с аксионным поле и оно зафиксировалось, а с ней и масса Хиггса.

Опрошенные изданием эксперты полагают, что новая модель имеет право на существование и что-то такого рода окажется верным. Но ее экспериментальное подтверждение займет десятилетия.

Проблема массы бозона Хиггса связана с проблемой иерархии. Масса частицы составляет 125 ГэВ, а расчет его гравитационной массы — на 17 порядков больше. Гипотеза суперсимметрии объясняла этот парадокс наличием у каждой элементарной частицы дублера, но эта гипотеза опровергается экспериментом. Так что решение приходится искать в рамках Стандартной модели.

Согласно классической физике, Вселенная стремится к равновесию, однако этот принцип неприменим к квантовым системам, которые «обречены» непрерывно принимать различные конфигурации, ни на мгновение не оставаясь в покое. В теоретическом исследовании, проведенном учеными из института СИССА, Италия, и Оксфордского университета, Соединенное Королевство, проиллюстрирована эта принципиальная разница и установлено, что для корректного описания одномерных квантовых систем следует определять эти системы лишь в дискретных точках пространства.

Квантовая система никогда не находится в состоянии покоя. Изолированная система (например, облако холодных атомов, удерживаемых в оптической решетке) будет бесконечно осциллировать между различными конфигурациями, «не успокаиваясь» ни на секунду. На практике такие типы систем не способны рассеивать энергию ни в одной из её форм. Это прямо противоположно тому, что утверждается в классической физике, в которой стремление достичь состояния равновесия является фундаментальной движущей силой естественных процессов, что нашло отражение в т.н. втором законе термодинамики, вводящем понятие энтропии.

Это глубокое различие двух научных подходов стало предметом нового исследования, проведенного группой ученых-теоретиков во главе с Джузеппе Муссардо, профессором университета СИССА. В этом теоретическом анализе исследователи продемонстрировали необычность одномерных квантовых систем, а также объяснили их нелокальную природу. Здесь же ученые показали, что для расчетов эволюции квантовых систем и их статистических характеристик, следует рассматривать такие системы не как объекты, определяемые в каждой точке пространства (а потому непрерывные), но как объекты, определенные лишь в отдельных, дискретных точках пространства.

Исследование было опубликовано в журнале Physical Review A.