Успехи физических наук

Поиски частиц темной материи

В.А. Рябов, В.А. Царев, А.М. Цховребов

Обсуждаются свидетельства в пользу существования темной материи Вселенной и наиболее популярные кандидаты на роль частиц, образующих эту материю. Основное содержание обзора составляет обсуждение многочисленных проводимых и планируемых экспериментов по поиску частиц темной материи. Рассматриваются различные экспериментальные методы, включающие в себя как регистрацию прямых взаимодействий частиц темной материи с веществом детектора, так и детектирование продуктов их аннигиляции или распадов.

Корональные магнитные арки

В.В. Зайцев, А.В. Степанов

Цель обзора — познакомить читателя с новыми идеями в физике корональных магнитных арок, которые являются фундаментальной структурой атмосфер Солнца и вспыхивающих звезд. С арками связаны процессы нагрева корон, вспышечного энерговыделения и ускорения заряженных частиц, модуляции оптического, радио- и рентгеновского излучения. Представление Альвена – Карлквиста о корональной арке как об эквивалентном электрическом контуре дает возможность понять физику происходящих в арках процессов. Описание арок как резонаторов объясняет разнообразные модуляции излучения при вспышках на Солнце и звездах. Представление арки в виде ловушки с магнитными пробками позволяет описать динамику энергичных частиц и генерируемое ими излучение. На основе этих подходов определяются параметры корональных арок и энергичных частиц, создаются модели вспышечного энерговыделения и нагрева корон звезд.

Сверхразрешение и сингулярности в фазовых изображениях

В.П. Тычинский

Критерий Рэлея и радиус Эйри $r_0$ не являются адекватными характеристиками пространственного разрешения в фазовых и в некоторых других функциональных изображениях. Одна из особенностей фазовых изображений состоит в возможности появления дислокаций волнового фронта, зависящих от положения в пространстве так называемых сингулярных линий $(I,(x,y,z)=0)$, в окрестности которых градиент фазы ${grad} \varphi \approx I^{-1/2}$ возрастает и интенсивность стремится к нулю. Эта зависимость градиента фазы использована для обоснования критерия разрешения в фазовых изображениях в виде минимального расстояния $L$, зависящего от отношения сигнал/шум $(S/N)$, и формулы для энергозависимого сверхразрешения $\Xi = r_0/L \cong 2(S/N)^{1/2}$. Измерения на когерентном фазовом микроскопе "Эйрискан" сферы из латекса диаметром 100 нм подтвердили возможность значительного $(\Xi \cong 5)$ сверхразрешения.

Некоторые вопросы гидродинамики, квантовой электродинамики и лазерной спектроскопии (Научная сессия Отделения физических наук Российской академии наук, 14 мая 2008 г.)

В.С. Давыдов, В.М. Шабаев, Н.Н. Колачевский

14 мая 2008 г. в конференц-зале Физического института им. П.Н. Лебедева РАН состоялась Научная сессия Отделения физических наук Российской академии наук. На сессии были заслушаны доклады:

1. Давыдов В.С. (Санкт-Петербургский электротехнический университет, С.-Петербург). Физико-математические основы многоальтернативного распознавания и идентификации гидролокационных полей тел сложной геометрической формы.
2. Шабаев В.М. (Санкт-Петербургский государственный университет, С.-Петербург). Квантовая электродинамика тяжелых ионов и атомов: статус и перспективы.
3. Колачевский Н.Н. (Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Московский физико-технический институт, Москва). Прецизионная лазерная спектроскопия холодных атомов и поиск дрейфа постоянной тонкой структуры.

Физико-математические основы многоальтернативного распознавания и идентификации гидролокационных полей тел сложной геометрической формы

В.С. Давыдов

14 мая 2008 г. в конференц-зале Физического института им. П.Н. Лебедева РАН состоялась Научная сессия Отделения физических наук Российской академии наук. На сессии были заслушаны доклады:

1. Давыдов В.С. (Санкт-Петербургский электротехнический университет, С.-Петербург). Физико-математические основы многоальтернативного распознавания и идентификации гидролокационных полей тел сложной геометрической формы.
2. Шабаев В.М. (Санкт-Петербургский государственный университет, С.-Петербург). Квантовая электродинамика тяжелых ионов и атомов: статус и перспективы.
3. Колачевский Н.Н. (Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Московский физико-технический институт, Москва). Прецизионная лазерная спектроскопия холодных атомов и поиск дрейфа постоянной тонкой структуры.

Квантовая электродинамика тяжелых ионов и атомов: статус и перспективы

В.М. Шабаев

14 мая 2008 г. в конференц-зале Физического института им. П.Н. Лебедева РАН состоялась Научная сессия Отделения физических наук Российской академии наук. На сессии были заслушаны доклады:

1. Давыдов В.С. (Санкт-Петербургский электротехнический университет, С.-Петербург). Физико-математические основы многоальтернативного распознавания и идентификации гидролокационных полей тел сложной геометрической формы.
2. Шабаев В.М. (Санкт-Петербургский государственный университет, С.-Петербург). Квантовая электродинамика тяжелых ионов и атомов: статус и перспективы.
3. Колачевский Н.Н. (Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Московский физико-технический институт, Москва). Прецизионная лазерная спектроскопия холодных атомов и поиск дрейфа постоянной тонкой структуры.

Об отражении и преломлении на границе среды с отрицательной групповой скоростью

С.Г. Раутиан

Анализируются соображения Л.И. Мандельштама о роли физических, неформальных аргументов при выводе геометрического закона преломления. Показано, что теорема Сивухина позволяет согласовать различные подходы к обоснованию выбора волнового вектора преломленной волны. Рассмотрено отражение и преломление волны в случае периодически неоднородного полупространства. Установлена некорректность аналогии между преломлением Снеллиуса – Декарта и свойствами волн в цепочке дискретных, взаимодействующих элементов и периодически неоднородном пространстве. Подчеркивается принципиальная роль однородности граничащих сред. Отрицательной рефракции в «чистом» виде отвечает только случай отрицательных диэлектрической и магнитной проницаемостей однородной преломляющей среды.

Спонтанное и вынужденное излучение электрона, электронного сгустка и электронного пучка в плазме

М.В. Кузелев, А.А. Рухадзе

Рассмотрены два фундаментальных механизма излучения электрона при его сверхсветовом движении в среде — эффект Вавилова – Черенкова и аномальный эффект Доплера. В случае одиночного электрона, а также электронного сгустка малого размера черенковское излучение является спонтанным. В процессе спонтанного черенковского излучения поступательное движение электрона замедляется, а энергия излучения линейно возрастает со временем. При увеличении числа излучающих электронов черенковское излучение становится вынужденным. Вынужденное черенковское излучение является резонансной пучковой неустойчивостью. Такое излучение сопровождается продольной группировкой электронов в пучке (или сгустке), а энергия излучения возрастает со временем по экспоненте. По продольному размеру электронного сгустка L_e между спонтанным и вынужденным черенковскими эффектами имеется переходная область λ < L_e < λδ₀^–1, где λ — средняя длина волны излучения, δ₀ — безразмерный (в единицах частоты излучения) инкремент черенковской пучковой неустойчивости. Левее указанной области лежит область спонтанного излучения, а правее — область вынужденного эффекта. В отличие от эффекта Вавилова – Черенкова аномальный эффект Доплера всегда, даже в случае одиночного электрона, должен считаться вынужденным эффектом, поскольку не может быть объяснен без учета обратного воздействия поля излучения на электрон. При излучении в условиях аномального эффекта Доплера электрон тормозится и «раскручивается», а энергия излучения возрастает со временем по экспоненте.

Новые рекомендованные значения фундаментальных физических постоянных (КОДАТА 2006)

С.Г. Каршенбойм

Представлен краткий обзор современных данных по фундаментальным физическим постоянным и результатов их совместной обработки, а именно, новых рекомендованных значений фундаментальных постоянных [Mohr P J, Taylor B N, Newell D B «CODATA Recommended values of the fundamental physical constants: 2006» Rev. Mod. Phys. 80 633 (2008)]. Следуя описанному ранее подходу (УФН 175 271 (2005)), все данные разбиты на блоки. Поблочно же обсуждаются как достигнутые оригинальные экспериментальные и теоретические результаты, так и их следствия для новых рекомендованных значений постоянных. Проведено сравнение с предыдущими наборами рекомендованных значений постоянных (1998, 2002 гг.).

Особенности концентрационно-капиллярной конвекции

А.Л. Зуев, К.Г. Костарев

Представлены результаты экспериментального изучения концентрационно-капиллярной конвекции Марангони, возникающей в тонком горизонтальном слое неоднородного раствора поверхностно-активного вещества (ПАВ) вблизи верхней свободной границы слоя или поверхности помещенных в него пузырьков воздуха. Разработана методика одновременной визуализации структуры конвективных течений и полей концентрации интерференционным методом. Описан ряд новых явлений: деформация и разрыв слоя жидкости при растекании по его поверхности капли ПАВ; самодвижение (дрейф) пузырьков в направлении увеличения концентрации ПАВ; автоколебания конвективного течения вокруг неподвижных пузырьков в жидкости с вертикальной стратификацией по концентрации, пороговый характер возникновения концентрационного течения Марангони в тонких слоях. Проведено сравнение концентрационно-капиллярных эффектов с термокапиллярными.

Новости физики в сети Internet (по материалам электронных препринтов)

Ю.Н. Ерошенко

О термоядерном синтезе при взрыве сферического заряда (проблема газодинамического термоядерного синтеза)

Н.А. Попов, В.А. Щербаков, В.Н. Минеев, Р.М. Зайдель, А.И. Фунтиков

Обсуждаются проблемы газодинамического термоядерного синтеза (ГДТС) — оригинального направления инерциального термоядерного синтеза, основанного на сферическом кумулятивном сжатии дейтерий-тритиевого газа с помощью заряда взрывчатого вещества. Приводятся основные направления исследований и рекордные результаты, достигнутые к середине 1980-х годов.

Синергические эффекты деформационного отклика в термодинамически открытых системах металл – водород

Л.В. Спивак

Проанализированы результаты исследования реакции поликристаллических и аморфных металлов на совместное действие высокоинтенсивного диффузионного потока водорода (дейтерия) и неоднородного силового поля. Показано, что деформационные эффекты в таких термодинамически открытых системах металл – водород во многом есть следствие фазовых превращений при изотермическом изменении концентрации водорода (дейтерия). Сформулированы критерии, необходимые и достаточные для наблюдения таких синергических эффектов. Показано, что деформационный отклик в неоднородном поле напряжений является весьма чувствительным индикатором структурно-фазовых переходов первого и второго рода в системах металл – водород (дейтерий).

Оптические свойства графена и полупроводников типа A₄B₆

Л.А. Фальковский

Рассмотрена частотная дисперсия динамической проводимости графена, многослойной системы графеновых слоев и полупроводников A₄B₆ в зависимости от температуры и концентрации носителей в области частот бóльших, чем частота релаксации носителей, но малых по сравнению с шириной зоны проводимости. Узкая запрещенная зона и линейность электронного спектра — общая черта этих материалов — приводят к особенности у диэлектрической проницаемости (логарифмической в вещественной части и конечному скачку в мнимой) на пороге прямых межзонных переходов и, соответственно, к аномально большой величине диэлектрической постоянной у полупроводников A₄B₆. Рассчитанные и измеренные значения диэлектрических констант находятся в очень хорошем согласии друг с другом. Коэффициент прохождения через графен в оптическом диапазоне не зависит от частоты, а его отличие от единицы дает значение постоянной тонкой структуры. Различие в размерности, равной трем у полупроводников и двум у графена, выражается в различном характере плазмонов, а также электромагнитных волн, которые могут существовать при высоком допировании (или в условиях эффекта поля) вблизи порога поглощения.

Новые нелинейно-лазерные эффекты в α-кварце: генерация двухоктавной гребенки стоксовых и антистоксовых частот и каскадный лазинг в спектральной области второй и третьей гармоник

А.А. Каминский, Л. Богати, П. Бекер, Г.Й. Эйхлер, Х. Рии

Кристаллы, являющиеся одновременно нелинейно χ⁽²⁾- и χ⁽³⁾-активными, предоставляют большое разнообразие возможностей для когерентной генерации света на новых длинах волн. В нецентросимметричном кристалле данного типа посредством каскадных лазерных χ⁽²⁾ ↔ χ⁽³⁾-процессов могут быть инициированы такие эффекты преобразования частоты, как вынужденное комбинационное рассеяние (ВКР), генерация второй и третьей гармоник, суммарных и разностных частот. В статье сообщается об обнаружении в давно известном нелинейно-лазерном кристалле α-кварца (α-SiO₂) при пикосекундном лазерном возбуждении ряда новых проявлений этих эффектов, среди которых — более чем двухоктавная генерация 45-компонентной гребенки стоксовых и антистоксовых длин волн (от 0,3692 мкм до 1,5142 мкм), многоступенчатое каскадное χ⁽²⁾ ↔ χ⁽³⁾-самопреобразование частот ВКР-генерации в частоты спектральной области второй и третьей гармоник одномикронной накачки.