Физики изучают темные силы и прочие темные явления

В последнее время заголовки научных публикаций по физике элементарных частиц запестрели словами «темные силы», «темный сектор», «темная радиация» и даже «темные пингвины». Такой всплеск интереса к целому ряду темных явлений может означать, что физика частиц находится на пороге крупнейшего за долгое время открытия.

Российские ученые создали общую теорию течения жидкости в микроканалах под действием электрического поля

Группа физиков-теоретиков из России создала расширенную теорию течений жидкости в микро- и наноканалах под действием электрического поля. Взяв за основу классическую теорию электроосмоса Смолуховского, ученые предложили новое граничное условие, учитывающее подвижность зарядов на поверхности «жидкость–газ». Это позволило описать результаты экспериментов по электроосмосу пен, которые противоречили ранним теориям.

Сверхпроводимость MnP под давлением

J.-G. Cheng (Институт физики Китайской академии наук, КНР) и др. впервые обнаружили, что фосфид марганца MnP становится сверхпроводником при температуре ниже ≈ 1 К и давлении около ≈ 8 ГПа. При малых давлениях магнитное поле разрушает куперовские пары, но с ростом давления магнитные свойства ослабевают, что ведет к появлению сверхпроводимости в узкой области фазовой диаграммы вблизи ≈ 8 ГПа, где имеется квантовая критическая точка. Ранее похожий эффект возникновения сверхпроводимости был обнаружен в соединении CrAs, которое так же как и MnP имеет спиральную магнитную структуру. MnP стал первым известным сверхпроводником на основе марганца. Его сверхпроводимость была зарегистрирована по уменьшению электрического сопротивления и изменению магнитной восприимчивости. Близость магнитного и сверхпроводящего состояний в MnP может свидетельствовать о нестандартном механизме спаривания электронов за счёт квантовых спиновых флуктуаций. Источник: Phys. Rev. Lett. 114 117001 (2015)

Поиск сигналов от аннигиляции тёмной материи

Карликовые сфероидальные галактики являются перспективными объектами для поиска сигналов от аннигиляции частиц тёмной материи, т.к. в них велико относительное содержание тёмной материи и малы фоновые излучения. С помощью космического гамма-телескопа Fermi-LAT в течение 6 лет исследовались 15 карликовых сфероидов -- спутников нашей Галактики в диапазоне энергий 500 МэВ — 500 ГэВ. Статистически значимого превышения гамма-сигналов от карликовых сфероидов над уровнем фона не обнаружено. Отсюда следует, что для частиц тёмной материи с массой менее 100~ГэВ с каналом аннигиляции в пары кварков b анти-b или лептонов τ+τ- сечение аннигиляции меньше величины ⟨σv⟩≈2,2 × 10-26 см2 с-1, требуемой для теплового рождения этих частиц в ранней Вселенной. Данное ограничение создаёт некоторые трудности для наиболее популярной модели тёмной материи в виде WIMP'ов (слабовзаимодействующих массивных частиц). Однако не исключены модели с каналами аннигиляции в лёгкие лептоны, т.к. в этих случаях ограничения по гамма-излучению слабее. Источник: arXiv:1503.02641 [astro-ph.HE]

Квантовая телепортация двух свойств частицы

Эффект квантовой телепортации уже был продемонстрирован в ряде экспериментов, однако ранее передавалось состояние только одной квантовой степени свободы частицы. Исследователи из Научно-технического университета (г. Хэфэй, Китай) впервые выполнили квантовую телепортацию одновременно двух степеней свободы единичного фотона, а именно, его спинового состояния и орбитального углового момента. В эксперименте использовались три пары фотонов в квантово-запутанных состояниях. Одна из пар была «гиперзапутана» (hyper-entangled), т.е. запутана как по состояниям поляризации, так и по состояниям орбитального углового момента фотонов. Эта пара служила квантовым каналом телепортации, а другие пары использовались для измерения и подготовки квантовых состояний. Результаты измерений, произведённых над начальным фотоном (состояние которого телепортировалось) совместно с измерением состояния одного из двух фотонов гиперзапутанной пары, передавались получателю по классическому каналу. С помощью этой информации получатель мог перевести второй фотон гиперзапутанной пары в квантовое состояние начального фотона, т.е. происходила телепортация. Квантовая точность (fidelity) уверенно превышала классический уровень, что свидетельствовало об успешности телепортации. Возможно, что квантовая телепортация сразу нескольких свойств найдёт полезные практические применения в квантовой коммуникации и квантовых вычислениях. Источник: Nature 518 516 (2015)

Поиск новой физики на LHC

В экспериментах CMS и ATLAS, выполняемых на Большом адронном коллайдере (LHC), ведётся поиск редких процессов за пределами Стандартной модели элементарных частиц. Cреди продуктов pp-столкновений с энергиями в системе центра масс 8 ТэВ отбирались и исследовались те события, в которых есть адронные струи и лептон-антилептонные пары l анти-l (e+e- или μ+μ-), а также зафиксирован «потерянный» поперечный импульс, т.е. дисбаланс между суммарным измеренным импульсом продуктов реакции и начальным импульсом pp. Дополнительный импульс мог бы уноситься нерегистрируемыми в эксперименте слабовзаимодействующими частицами. В частности, проверялись модели суперсимметрии с рождением Z-бозонов при распадах скварков и глюино. Для канала рождения пары l анти-l при распаде одного Z-бозона ATLAS получил небольшое, на уровне 3 σ, отклонение от расчётов в рамках Стандартной модели. Это отклонение, если оно действительно имеет место, может означать проявление эффектов суперсимметрии. В случае независимого рождения лептонов l и анти-l отклонений не зафиксировано. В эксперименте CMS, наоборот, для процесса Z → l анти-l отклонений нет, а во втором случае отмечено превышение сигнала над фоном на уровне 2,6 σ. Поскольку отклонения от Стандартной модели имеют малую статистическую значимость, и данные двух экспериментов расходятся, говорить об обнаружении новой физики пока рано, и требуются дальнейшие исследования. Источники: arXiv:1502.06031 [hep-ex], arXiv:1503.03290 [hep-ex]