Опрос
|
реклама
Быстрый переход
Квантовое распространение тепла рвёт шаблоны классической физики и открывает путь к охлаждению электроники будущего
25.08.2026 [12:42],
Геннадий Детинич
В классической физике тепло распространяется равномерно во все стороны, на чём строится всё охлаждение. В квантовом мире всё не так просто и тепло может сфокусировано распространяться волнами в строго заданном направлении. Такое наблюдалось при криогенном охлаждении вещества, что плохо применимо на практике. Теперь же учёные впервые наблюдали сфокусированное квантовое распространение тепла при комнатной температуре, а это совсем другие перспективы. 
Источник изображения: Nature Physics 2026 В современной физике за перенос тепла отвечают квазичастицы фононы. Это кванты колебаний кристаллической решётки, переносящие тепловую энергию. В обычном материале при 300 K они постоянно рассеиваются на других фононах, дефектах и границах кристалла, поэтому тепло от классического волнового быстро переходит к обычному диффузионному распространению — хаотичному и всенаправленному. Для наблюдения именно волновых особенностей распространения тепла исследователи взяли в качестве образца арсенид бора, у которого необычно слабое рассеяние, и поэтому фононы в нём способны сохранять волновые свойства на значительно больших расстояниях. Для обнаружения эффекта учёные разработали метод наноразмерного картирования температуры. В обычных материалах источник тепла создавал примерно круговую картину распространения. В кристалле арсенида бора вместо этого появились выраженные лучеобразные структуры. Причём их геометрия зависела от ориентации кристаллической решётки: на разных кристаллографических плоскостях наблюдались четырёх-, шести- и восьмилучевые картины. Что важно, экспериментальные результаты совпали с теоретическими расчётами. Чтобы получить настолько чёткие картины волнового распространения тепла в материал был внедрён нагреватель из золотой нанопроволоки, который также служил детектором.  Учёные впервые наблюдали явление волнового сфокусированного переноса тепла при температуре окружающей среды 27 °C. Пока это высокая наука, но она показывает, что переносом тепла можно точно управлять в обычных условиях. Исследователи не скрывают, что практический интерес открытия связан, прежде всего, с управлением теплом в электронике. Если научиться задавать направление движения фононов структурой материала, тепло можно будет не просто рассеивать, а направлять к определённому участку или отводить от наиболее важных компонентов. Такая возможность крайне необходима для охлаждения мощных чипов, AI-ускорителей и будущих квантовых компьютеров. Квантовая физика на заднем дворе — учёные впервые запутали солнечные фотоны
21.08.2026 [14:31],
Геннадий Детинич
Учёные впервые получили квантовую запутанность непосредственно из солнечного света, показав, что для создания запутанных фотонов необязательно использовать дорогие лазеры. Эксперимент провели исследователи из Университета Оттавы и Института науки о свете Общества Макса Планка в Германии. Работа обещает появление более энергоэффективных фотонных квантовых технологий, поскольку традиционные системы генерации запутанных состояний требуют мощных лазеров. 
Источник изображения: Optica 2026 В основе эксперимента лежал процесс спонтанного параметрического рассеяния света (SPDC), при котором фотон накачки в нелинейном кристалле превращается в пару фотонов с взаимосвязанными квантовыми состояниями (запутанностью). Традиционно в качестве источника накачки применяют когерентные лазеры, так как считалось, что высокая пространственная и временная когерентность необходима и обязательна для формирования запутанности. Обычный солнечный свет не когерентен и фотоны в нём хаотичны как по направлению, так и по длине волны. Найти в таком свете пару для запутывания — напрасный труд, считало большинство физиков. Поставившие новый эксперимент физики отчасти с этим были согласны, но были уверены, что даже у фотонов некогерентного света можно найти нечто общее и это поляризация — сохранение определённого порядка колебаний электрического поля в выбранном направлении. И у них всё получилось. Ключевым инженерным решением стала установка для концентрации рассеянного солнечного излучения до интенсивности, достаточной для работы с микроскопическим нелинейным кристаллом. Для этого команда создала стеклянный солнечный концентратор конической формы. Система собирала свет с площади около 1,4 м2 через крупную линзу Френеля, затем направляла его в оптическое волокно толщиной примерно с человеческий волос и фокусировала на кристалл. Эксперимент на заднем дворе одного из кампусов проводился с системой слежения за Солнцем, которая гарантировала стабильное поступление потока света в оптический тракт. Исследователи получили состояние фотонов с приближением около 94 % к идеальному запутанному состоянию, а измеренные корреляции нарушали неравенства Белла, что подтверждает их квантовую природу и невозможность объяснить явление классической физикой. В перспективе технология может найти применение в квантовой связи, например для спутниковых систем распределения ключей шифрования, где солнечный свет уже доступен в космосе и позволит уменьшить массу и энергопотребление оборудования за счёт отказа от лазеров накачки. Также это открывает возможность для квантовых экспериментов вне лабораторий с дорогим оборудованием, что расширит вовлечённость в эту науку специалистов и даже любителей. Первые настольные компьютеры появились в гаражах. Почему бы там не появиться первым квантовым настольным компьютерам? В загадочных сбоях Большого адронного коллайдера обвинили тёмную материю
31.07.2026 [15:31],
Геннадий Детинич
Пока учёные не обнаружили тёмную материю, на её счёт существует множество гипотез. Это неуловимое вещество может находиться в широком диапазоне энергий, а значит, и масс. Поэтому искать его можно где угодно. Например, в данных Большого адронного коллайдера. Это как искать ключи ночью под фонарным столбом, а не там, где они потерялись. По крайней мере, там светло и комфортно. Структурированные базы данных коллайдера — что может быть удобнее? 
Источник изображения: ИИ-генерация ChatGPT/3DNews Предпосылкой для поиска тёмной материи в данных экспериментов БАК стали загадочные сбои в его работе. Учёные называют такие события UFO, но они никак не связаны с НЛО — традиционной расшифровкой этой аббревиатуры. Речь идёт о неопознанных падающих объектах — время от времени в вакуумной трубе коллайдера появляются микроскопические пылинки, как будто кто-то встряхивает БАК и вытряхивает из него пыль, слетающую с его стенок, а ведь для этого нужна энергия и сравнительно большая. Просто так ей взяться неоткуда. За эту аномалию ухватились двое учёных — физики Сюнюй Лян (Xunyu Liang) и Ариэль Житницкий (Ariel Zhitnitsky) из Университета Британской Колумбии. Они предположили, что часть загадочных сбоев в работе Большого адронного коллайдера может быть косвенно связана с тёмной материей. Появление пылинок в трубе коллайдера вызывало разрушение протонного пучка, что фиксировали штатные датчики БАК. Вся эта информация есть в архивах БАК и может быть тщательно изучена. Сначала учёные предположили, что пылинки могут быть небольшими сгустками аксионной кварковой материи (AQN, axion quark nuggets). Это гипотетическое вещество, возникшее в эпоху сразу после Большого взрыва. Однако размеры пылинок — единицы микрон — не соответствовали описанию AQN. Масса сгустков этого вещества, согласно оценкам, в среднем составляет около 100 г и может достигать 1 кг. Тогда учёные рассчитали, что встряхивать пыль со стенок БАК могут килограммовые сгустки AQN, если они пролетают сквозь Землю на расстоянии не более 100 км от кольца коллайдера. Это могло бы породить подземную акустическую волну, энергии которой как раз хватило бы для сбивания пыли со стенок ускорителя. Главным признаком такого события должна стать не одиночная потеря пучка, а серия из трёх или более таких событий на разных участках 27-км кольца. Ударная волна, распространяющаяся в породе со скоростью около 4 км/с, должна последовательно встряхнуть оборудование, поэтому связанные сигналы появились бы с интервалами примерно от 6 мс до 2 с. Такие сигналы способны зарегистрировать около 4000 установленных вдоль коллайдера мониторов потерь пучка, а результат можно дополнительно сопоставить с данными сейсмической сети ЦЕРН, распределённых акустических датчиков и инфразвуковых станций. Авторы оценивают, что AQN могли бы вызывать от 1 до 10 % наблюдаемых UFO, а за 360 часов работы серия из трёх связанных событий создала бы сигнал, в пять раз превышающий уровень шума во всём рассматриваемом диапазоне масс. Однако это пока лишь теоретический прогноз: его подтверждение потребует повторного анализа архивных данных и обнаружения пространственно-временной корреляции, которую нельзя объяснить обычной пылью или механическими помехами. Работа не включает такой анализ и рекомендует заняться им заинтересованным научным коллективам. Китай запустил мощнейший ускоритель тяжёлых ионов — он сможет воссоздавать процессы внутри звёзд и сверхновых
23.07.2026 [11:34],
Геннадий Детинич
В китайском городе Хуэйчжоу, провинция Гуандун, завершено строительство ускорительного комплекса HIAF (High Intensity Heavy-ion Accelerator Facility), предназначенного для получения сверхинтенсивных пучков тяжёлых ионов. 21 июля установка прошла технологическую приёмку и перешла к опытной эксплуатации. Это первый в мире ускорительный комплекс, объединяющий сверхпроводящий линейный ускоритель и кольцевые ускорители, способный воспроизводить атомные процессы внутри звёзд. 
Источник изображений: HIAF Проект стоимостью около 2,6 млрд юаней ($385 млн) разрабатывался Институтом современной физики (Institute of Modern Physics in Lanzhou) Китайской академии наук с 2009 года, а непосредственное строительство продолжалось семь лет. На площадке площадью примерно 32 гектара проложено около 2 км вакуумных каналов, значительная часть которых находится на глубине 13 м. HIAF стал первым крупным исследовательским комплексом, объединившим сверхпроводящий линейный ускоритель длиной около 100 м, быстродействующий кольцевой синхротрон окружностью примерно 570 м и накопительные кольца. Установка способна ускорять широкий диапазон частиц — от протонов и лёгких ядер до ионов урана — до энергий от миллионов до миллиардов электронвольт на нуклон. В ходе наладки интенсивность пучка кислорода достигла 2,5 × 1011 ионов за импульс, а висмута — 3,2 × 1010 ионов за импульс. Эти показатели превысили прежние международные рекорды соответственно в три и 7,5 раза (до этого рекорд принадлежал ускорителю из США). Максимальная энергия пучка кислорода составила 4,25 ГэВ. Для удержания и разгона столь плотных пучков инженеры создали импульсные источники питания, способные изменять ток на тысячи ампер примерно за 100 мс, обеспечивая скорость нарастания магнитного поля до 12 Тл/с. Напряжённость ускоряющего электрического поля достигает 35 кВ/м. Ионы движутся внутри камеры с титановыми стенками толщиной всего 0,3 мм, где поддерживается сверхвысокий вакуум порядка 10-12 мбар. В комплекс входят шесть экспериментальных станций, где будут проводиться эксперименты и синтезироваться уникальные радиоизотопы. Уже во время наладки массу короткоживущего изотопа золота-202 измерили вдвое точнее прежнего рекорда и зарегистрировали два новых изотопа.  Учёные намерены использовать HIAF для поиска границ существования атомных ядер и получения тысяч разновидностей нестабильных нуклидов, многие из которых живут лишь доли секунды. Столкновения быстрых тяжёлых ионов с мишенями создают микроскопические области чрезвычайно высокой температуры и давления, позволяя моделировать условия внутри звёзд, при взрывах сверхновых и на ранних этапах развития Вселенной. Помимо фундаментальной ядерной физики установка будет применяться для испытаний космической электроники и материалов на радиационную стойкость, разработки ядерных технологий, медицинских радиоизотопов и методов терапии опухолей. HIAF планируется эксплуатировать как международный научный центр, доступный исследовательским группам из разных стран. В России ускоритель тяжёлых ионов подобной мощности также близок к началу научной работы — это установка NICA в Дубне. Но, в отличие от китайского HIAF, российская система предназначена для столкновения встречных пучков ионов, тогда как HIAF ориентирована главным образом на облучение мишеней. Большой адронный коллайдер остановили на четыре года для самой масштабной модернизации в его историю
30.06.2026 [08:38],
Геннадий Детинич
Европейской организации ядерных исследований (CERN) объявила об остановке Большого адронного коллайдера (БАК) на долгих четыре года. К 2030 году БАК претерпит третью и самую крупную модернизацию в своей истории. О масштабе изменений говорит даже то, что обновлённый коллайдер получит новое имя — БАК высокой светимости (High-Luminosity LHC). Это позволит собирать больше данных по столкновениям и расширит науку об истинном строении нашего мира. 
Источник изображения: CERN 29 июня 2026 года после финального физического сеанса БАК был остановлен и переведён в режим Long Shutdown 3 — длительной технической паузы для обслуживания, модернизации и подготовки к работе в конфигурации с повышенной светимостью. Это будет крупнейшее преобразование ускорительного комплекса со времени строительства самого БАК: коллайдер, ускорительные секции и основные датчики и приборы для проведения экспериментов должны быть отчасти или даже полностью разобраны и перестроены под новый режим с резко повышенной светимостью. За более чем 15 лет научной работы БАК стал одной из самых результативных научных установок в физике высоких энергий. Первые пучки прошли по кольцу в сентябре 2008 года, первые протонные столкновения были получены в 2009 году, а 4 июля 2012 года коллаборации ATLAS и CMS объявили об открытии бозона Хиггса — частицы, поле которой, как считается, отвечает за массу материи в нашей Вселенной. По данным ЦЕРН, за три завершённых периода работы установка только для ATLAS и CMS дала около 54 млн млрд протонных столкновений, а также примерно 300 млрд столкновений тяжёлых ионов. Результаты БАК уже легли в основу около 4500 рецензируемых публикаций и включают открытие более 85 адронов. Наиболее крупной операцией по модернизации БАК станет демонтаж и замена примерно 1,2 км магнитов и других компонентов в 27-километровом кольце коллайдера. Эти участки должны получить новое оборудование, включая элементы криогенной инфраструктуры, новые системы фокусировки пучков и узлы, связанные с повышением светимости — это датчики и их компоненты. Также в строй будут введены новые тоннели и новые эксперименты — длительная остановка коллайдера даст для этого достаточно времени. После модернизации БАК высокой светимости должен возобновить научную работу в 2030 году с примерно в 10 раз увеличенной светимостью по сравнению с исходным проектным уровнем. Это означает, что событий по столкновениям, а значит «сырых» данных, станет в 10 раз больше. Нелишне напомнить, что за 15 лет наблюдений БАК собрал один эксабайт (1 млн терабайт) экспериментальных данных. После модернизации и работы обновлённой установки к середине 30-х годов этих данных станет на порядок больше. Помимо постоянного дефицита накопителей, это обещает уточнить свойства бозона Хиггса (главного виновника реализации проекта БАК) и узнать много нового о фундаментальном строении Вселенной. Учёные создали простой регулируемый источник квантового света — его буквально можно подкрутить до нужного режима
20.06.2026 [12:00],
Геннадий Детинич
Учёные из Технологического университета Сиднея (UTS) показали, что квантовыми источниками света можно управлять не только подбором химического состава или внешними полями, но также изменяя геометрию самого материала — буквально поворачивая его слои друг относительно друга. Это важное открытие для твёрдотельных квантовых технологий, где нужны компактные и управляемые источники света для квантовых вычислений, защищённой связи и сверхчувствительных сенсоров. 
Источник изображения: ИИ-генерация ChatGPT/3DNews Эффект поворота на так называемый магический угол известен для графена, когда два его слоя поворачивают друг относительно друга. При этом атомарные решётки слоёв выстраиваются таким образом, что это радикально изменяет проводимость составного материала. Для квантовых источников света оказалось возможным что-то похожее, только работающее на ином принципе. В частности, эффект поворота слоёв с изменением оптических свойств материала обнаружен для гексагонального нитрида бора (hBN). Гексагональный нитрид бора — слоистый двумерный материал: его можно представить как стопку атомарно тонких пластин. Внутри таких слоёв существуют дефекты кристаллической решётки, которые работают как квантовые излучатели: они испускают свет с параметрами, чувствительными к локальному атомному окружению. В отличие от более жёстких трёхмерных решений вроде алмаза или карбида кремния, каждый слой hBN можно механически поднимать, заново укладывать и поворачивать относительно друг друга, меняя взаимодействие между ними уже после изготовления образца. В процессе эксперимента со слоями гексагонального нитрида бора учёные многократно разбирали, поворачивали и снова собирали многослойную структуру hBN. Обнаружилось, что при изменении угла взаимного поворота слоёв менялись цвет и длина волны излучения квантовых дефектов, причём спектральный сдвиг оказался заметно больше, чем обычно удаётся получить при управлении дефектами, скажем, в алмазах. По сути, угол поворота стал новой «ручкой настройки»: он меняет локальную электронную и межслоевую среду вокруг дефекта, а дефект отвечает изменением энергии оптического перехода. Работу можно отнести к направлению твистроники — программированию свойств двумерных материалов с помощью взаимного поворота атомных слоёв. Это обещает сделать источники квантового света с использованием гексагонального нитрида бора более управляемыми и пригодными для практических устройств. Пока речь идёт об экспериментальной демонстрации, но она показывает важный принцип: слоистая структура материала может быть не просто пассивной подложкой для дефектов, а активным механизмом настройки квантового излучения. Муравейник Шрёдингера: физики нашли квантовую запутанность в сантиметровом кристалле странного металла
19.06.2026 [00:01],
Геннадий Детинич
Трудно провести границу между явлениями квантовой и классической физики, но всегда хочется сделать это поближе к человеческому восприятию мира. Квантовый мир проявляет сказочные свойства. Было бы заманчиво привнести из него что-то в окружающую человека среду. Поэтому учёные всеми силами стремятся проявить квантовые эффекты в макроскопических объектах, чтобы их без преувеличения можно было бы пощупать своими руками. И надежда на это появилась. 
Источник изображения: Vienna University of Technology Около 40 лет физики изучают так называемые странные металлы. Это настолько малоизученные вещества, что для них даже нет нормальной страницы в «Википедии». На ней только отсылка к ферми-жидкости, свойства которой странные металлы на самом деле не проявляют — в этом их отличие от обычных металлов. В общем случае их можно охарактеризовать как что-то среднее между диэлектриками и проводниками — свободные электроны уже есть, а свойства проводников ещё не проявились. Но также надо понимать, что все свои странности эти металлы (как правило это сплавы) проявляют при температурах вблизи абсолютного нуля. Около двух лет назад выяснилось, что ток в странных металлах течёт неправильно. В обычных проводниках он переносится дробно в виде группового поведения квазичастиц — как бы всплесками. В странных металлах ток тёк без флуктуаций — плавно, словно вода в жёлобе. Новая работа, о которой мы поговорим ниже, возможно, нашла этому частичное объяснение. Но её ценность в другом — учёные впервые смогли обнаружить групповую квантовую запутанность в странных металлах, выявив ещё одно квантовое явление в довольно крупном куске условной «железки». Работу провели исследователи из Венского технического университета (Vienna University of Technology). Они синтезировали сантиметровый кристалл Ce3Pd20Si6 из церия, палладия и кремния. Как и положено странным металлам, при низких температурах проявляется его нестандартное металлическое состояние. В отличие от обычного металла, где при низких температурах сопротивление ведёт себя по закону ферми-жидкости, у странных металлов оно часто меняется почти линейно с температурой. Эксперимент провели на установке неупругого рассеяния нейтронов в Институте Лауэ — Ланжевена в Гренобле (ILL). Кристалл Ce3Pd20Si6 охлаждали до десятков милликельвинов и исследовали в магнитном поле около 1,73 Тл, направленном вдоль кристаллографической оси [001]. Облучение материала нейтронами выявило неожиданный эффект — вместо обычной передачи энергии от нейтрона одной частице с соответствующим откликом, система откликалась намного сильнее — как от группового воздействия. Это удалось выяснить при использовании квантовой информации Фишера — параметра в квантовой метрологии, который показывает, насколько сильна реакция системы состоящей из многих частиц. «В обычном материале можно было бы ожидать, что нейтрон передаст свою энергию отдельной частице, — поясняют учёные. — Но, проанализировав данные с помощью квантовой информации Фишера, мы обнаружили отклик, который нельзя объяснить с точки зрения независимых частиц. Вместо этого он указывает на то, что группы из как минимум девяти квантово-запутанных объектов действуют коллективно». Иначе говоря, кристалл проявил свойства групповой квантовой запутанности внутри себя, обладая при этом внушительными даже по макромеркам размерами. Относительно результатов эксперимента учёные пошутили, что от кошки Шрёдингера (в оригинале это кошка, а не кот) следует переходить к муравейнику Шрёдингера: тронул одного, возбудились девять запутанных с ним. Также эксперимент позволяет увязать физику твёрдого тела с квантовой физикой и, наконец, объяснить языком квантовой информации странные металлы, пропажу квазичастиц (плавное течение тока, о чём сказано в начале) и линейное по отношению к температуре сопротивление. NASA модернизировало квантовую лабораторию на МКС — эксперименты с холодными атомами выйдут на новый уровень
17.06.2026 [14:42],
Геннадий Детинич
После модернизации NASA вернуло к работе квантовую лабораторию Cold Atom Lab на борту Международной космической станции. Это единственная в мире орбитальная установка для экспериментов с ультрахолодными атомами. В условиях микрогравитации на МКС охлаждённые атомы дольше проявляют свои квантовые свойства, позволяя учёным глубже изучать квантовый мир и наш мир с их помощью. 
Источник изображений: NASA Оборудование размером примерно с мини-холодильник работает в автоматизированном режиме и управляется с Земли. Новый научный модуль был доставлен на МКС 11 апреля в рамках коммерческой грузовой миссии, а 8 мая астронавт Джессика Меир (Jessica Meir) завершила монтаж нового оборудования, включая оптические волокна и сопутствующие приборы. Установка Cold Atom Lab охлаждает атомы почти до абсолютного нуля (до -273 °C) — области температур, где обычные представления о веществе перестают работать. В таких условиях предварительно испарённые при нагреве атомы рубидия или калия образуют конденсат Бозе—Эйнштейна: коллективное квантовое состояние множества атомов, которое рассматривают как пятое состояние вещества наряду с твёрдым телом, жидкостью, газом и плазмой. В таком состоянии атомное облако ведёт себя не как набор отдельных частиц, каждая со своим квантовым состоянием, а как крупный квантовый объект, который чрезвычайно удобно изучать по сравнению с отдельными атомами. Кроме того, в условиях микрогравитации дольше проявляются волновые свойства частиц, включая облако атомов. Именно поэтому установка позволяет максимально подробно изучать эффекты, связанные с волновой природой материи, сверхточными измерениями времени, гравитации и движения.  Технически эксперимент начинается с нагрева металлических полосок рубидия или калия примерно до 400 °C, чтобы получить атомный газ в вакуумной камере. Затем лазеры, настроенные на строго заданные частоты, замедляют атомы, отбирая у них энергию колебаний и тем самым охлаждая облако. После лазерного охлаждения газ захватывается магнитной ловушкой, а ряд дальнейших манипуляций доводит атомное облако почти до неподвижного состояния. Микрогравитация при этом максимально увеличивает время его существования. На Земле такие облака быстро падают под действием силы тяжести, тогда как на орбите их можно изучать дольше, при более низких температурах и с более крупными квантовыми волнами. Нынешняя модернизация стала уже четвёртой с момента доставки Cold Atom Lab на МКС в 2018 году. Среди главных новшеств — новая магнитная ловушка, позволяющая изменять форму квантовых газовых облаков и проверять различные свойства атомных систем, а также переработанные металлические источники атомного газа. Помимо непосредственных экспериментов с атомами, в NASA в принципе проверяют готовность квантовых технологий к работе в космосе. В перспективе такие разработки могут лечь в основу волновых интерферометров для изучения фундаментальной физики, навигации, синхронизации времени и гравитационного зондирования Земли, Луны и других планет Солнечной системы. Учёные выяснили, насколько ещё можно уменьшать транзисторы
17.06.2026 [08:54],
Геннадий Детинич
Исследователи из Корейского передового института науки и технологий (KAIST) представили методику расчёта квантового предела уменьшения транзисторов. С определённого момента квантовый эффект туннелирования приводит к неконтролируемому росту утечек тока. Методика даёт количественное представление о методах противодействия этим процессам, чтобы производители чипов двигались к наименее возможному транзистору не на ощупь, а осознанно. 
Источник изображения: ИИ-генерация ChatGPT/3DNews Методика основана на широко используемой в квантовой физике теории функционала плотности. Научный мир с успехом использует её для моделирования электронных структур молекул материалов. При правильном подходе теория полностью годится для предварительной и довольно точной оценки предела масштабирования будущих полупроводниковых устройств. Эта задача становится особенно важной на фоне перехода индустрии к так называемым 2-нм техпроцессам, когда маркетинговое название функционального элемента уже не совпадает с реальными физическими размерами транзисторных структур, а сами элементы всё ближе подходят к квантово-механическим ограничениям. Главная проблема миниатюризации состоит в том, что при слишком малых размерах элементов электроны начинают проходить через энергетические барьеры, которые в классической физике должны были бы их остановить. Это явление известно как квантовое туннелирование. Для транзистора оно означает рост паразитных токов утечки и ухудшение управления током между истоком и стоком. Экспериментально нащупать такие пределы крайне сложно: область контакта между металлическим электродом и полупроводниковым каналом имеет атомарно ничтожные размеры, а её геометрию и электронную структуру трудно контролировать с достаточной точностью. В качестве модели для доказательства работы своей методики исследователи использовали однослойный дисульфид молибдена MoS2 — двумерный полупроводник, который рассматривается как один из кандидатов в базовые материалы для транзисторов следующего поколения. Для MoS2 были рассчитаны контакты с разными металлами, включая скандий, серебро, золото и палладий. Расчёты проводились для двух вариантов архитектуры: с верхним контактом и с краевым контактом. Моделирование показало, что критическая длина туннелирования не является постоянной величиной: она зависит от работы выхода металла (того, насколько легко электрон покидает металл) и геометрии контактной структуры. Иными словами, предел миниатюризации можно сдвигать подбором материала электрода и способом соединения металла с двумерным каналом. И это хорошая новость, которая даёт надежду на дальнейшее уменьшение размеров транзисторов. По расчётам KAIST, при оптимальном выборе металла и структуры контакта критическую длину туннелирования можно снизить до уровня менее 4 нм — настоящих, а не маркетинговых. Для транзисторов n-типа перспективной оказалась схема верхнего контакта с металлами с малой работой выхода, а для p-типа — краевой контакт с металлами с высокой работой выхода. Это не означает немедленного появления массовых транзисторов с такими размерами, но даёт инженерам новый инструмент проектирования: вместо дорогостоящего перебора опытных образцов можно заранее оценивать контактное сопротивление, режим туннельной утечки и предельную масштабируемость 2D-транзисторов на атомном уровне. Физики впервые запустили ядерные часы — они могут превзойти атомные по точности и помочь в поисках тёмной материи
14.06.2026 [15:57],
Андрей Созинов
Группа физиков впервые продемонстрировала работоспособные ядерные часы — устройство для измерения времени, основанное не на переходах электронов между энергетическими уровнями, как в современных атомных часах, а на переходах внутри атомного ядра. Идея таких часов была предложена ещё несколько десятилетий назад, однако реализовать её на практике удалось только сейчас. 
Источник изображения: ChatGPT Современные атомные часы считаются самыми точными измерительными приборами в мире. Они отслеживают частоту переходов электронов между энергетическими состояниями в атомах цезия или рубидия и способны ошибаться менее чем на одну секунду за сотни миллионов лет работы. Однако ядерные часы используют иной принцип: их «маятником» служат колебания атомного ядра. Ключевым элементом нового устройства стал изотоп тория-229. Его уникальная особенность заключается в наличии чрезвычайно низкоэнергетического ядерного перехода между основным и возбуждённым состояниями ядра. Энергия этого перехода составляет около 8,4 эВ, что позволяет возбуждать его с помощью ультрафиолетового лазера. Большинство известных ядерных переходов сопровождаются испусканием высокоэнергетических гамма-квантов, поэтому управлять ими при помощи лазеров невозможно. Торий-229 оказался редким исключением, благодаря чему исследователи смогли использовать его в качестве основы для нового устройства. В созданном прототипе часов лазер настраивается на строго определённую частоту, соответствующую переходу ядра тория-229. Поглощение и последующее переизлучение фотонов формируют стабильные колебания, которые выполняют роль «тиков» часов. В новом эксперименте ядра тория-229 были встроены в кристалл фторида кальция. Этот материал прозрачен для ультрафиолетового излучения нужной длины волны и надёжно фиксирует атомы в кристаллической решётке, снижая влияние тепловых колебаний. Сигнал часов формируется коллективными колебаниями большого количества ядер одновременно, что улучшает точность измерений. Учёные считают, что в перспективе ядерные часы смогут превзойти атомные по стабильности. Поскольку размеры атомного ядра в тысячи раз меньше размеров электронной оболочки, оно значительно слабее подвержено влиянию внешних электромагнитных полей и других факторов окружающей среды, способных вносить погрешности в измерения. Концепция ядерных часов была предложена ещё в 1970-х годах, однако долгое время её реализацию сдерживало отсутствие точных данных о характеристиках перехода в тории-229. Лишь в последние годы серия экспериментов позволила определить его параметры с необходимой точностью. В 2024 году исследователи из совместного института JILA, созданного при участии Университета Колорадо в Боулдере и Национального института стандартов и технологий США (NIST), смогли достаточно точно измерить частоту перехода для последующего лазерного возбуждения ядра. Авторы работы подчёркивают, что нынешний прототип пока уступает лучшим оптическим атомным часам по точности. Однако сам факт создания работоспособной архитектуры рассматривается как важнейший шаг вперёд. Дальнейшее совершенствование лазерных систем и повышение качества кристаллов должно значительно улучшить характеристики устройства. Помимо сверхточного измерения времени, ядерные часы могут стать новым инструментом фундаментальной физики. В отличие от атомных часов, чувствительных главным образом к электромагнитным взаимодействиям, ядро напрямую связано со слабыми и сильными ядерными взаимодействиями. Благодаря этому такие приборы способны регистрировать чрезвычайно малые изменения фундаментальных физических констант. Исследователи считают, что сравнение показаний ядерных и оптических атомных часов может помочь в поисках сверхлёгкой тёмной материи. Согласно ряду теоретических моделей, она способна вызывать едва заметные периодические изменения фундаментальных констант по мере движения Земли через соответствующие поля. Кроме того, новые часы могут использоваться для проверки гипотез о возможном изменении физических констант на космологических временных масштабах, что имеет непосредственное отношение к исследованиям тёмной энергии и эволюции Вселенной. Мечта о полёте к соседним звёздам на световых парусах столкнулась с суровой физикой
10.06.2026 [09:35],
Геннадий Детинич
Наиболее жизнеспособной идеей полёта к другим звёздам остаётся световой парус, который вместе с небольшим зондом можно с помощью лазеров разогнать до значительной доли скорости света. Такие проекты рассматриваются и даже реализуются на самых ранних этапах подтверждения концепции. Но всё не так просто, выяснили китайские учёные. На релятивистских скоростях физика света будет серьёзно мешать процессу разгона. 
Источник изображения: NASA / Grover Swartzlander Нюансы физики света на околосветовых скоростях для светового паруса вскрыли учёные из Харбинского технологического института (Harbin Institute of Technology). Однако даже их работа рассматривает во многом идеализированную модель без учёта множества факторов, например искривления пространства-времени и наличия космической пыли в межзвёздном пространстве. Тем не менее учёные на конкретных расчётах показали, что движение под световым парусом требует более глубокой проработки технологии. Учёные предупреждают, что по мере разгона паруса падает эффективность передачи импульса от света (фотонов) парусу. Свет воздействует на парус тремя способами: прямой передачей импульса фотонов, отражением фотонов и диффузным рассеянием, когда фотоны поглощаются материалом паруса, а затем переизлучаются в произвольном направлении. Прямой импульс фотонов оказывает на парус наибольшее воздействие. Вклад отражения меньше, а ещё меньший вклад вносит диффузное рассеяние. Более того, для рассеянного света существует критическая скорость, после которой его вклад превращается уже не в тягу, а в тормозящую силу. Наконец, все три эффекта, создающие тягу за счёт света, ослабевают по мере разгона паруса, что происходит вследствие эффекта Доплера. Для паруса на околосветовых скоростях толкающий его свет смещается в красную область спектра, что означает снижение частоты излучения и ослабление механизмов тяги. При достижении отметки в 75 % скорости света диффузное рассеяние становится тормозящим фактором, поскольку рассеяние преимущественно начинает происходить по направлению полёта. Иными словами, эффективный разгон возможен на начальной стадии полёта, но затем КПД лазеров, толкающих парус и зонд, начинает быстро падать, что до сих пор не учитывалось в полной мере при рассмотрении подобных проектов. Учёные делают вывод, что будущие световые паруса должны проектироваться не как простые зеркальные плёнки, а как сложные фотонные структуры — на основе метаматериалов или фотонных кристаллов, настроенных под определённые длины волн и режимы движения. Свет уличили в движении с «отрицательным» временем — фотоны как будто пролетали сквозь кротовьи норы в пространстве
29.05.2026 [13:23],
Геннадий Детинич
Ещё в 90-е годы учёные обнаружили странное явление — при прохождении света сквозь облако холодных атомов пик импульса (группового поведения фотонов) возникает раньше, чем в случае движения света в вакууме. Между тем этого не должно быть, ведь скорость света в вакууме абсолютна. Ответ кроется в квантовых явлениях взаимодействия фотонов с атомами на их пути, что никоим образом не нарушает физических законов. 
Источник изображения: ИИ-генерация ChatGPT/3DNews Описанное выше явление в новых деталях подтвердили учёные из Канады, впервые наблюдавшие за ним с позиции атомов. Как известно, фотоны возбуждают атомы, передавая энергию их электронам. Исследователи провели множество тонких измерений возбуждённых состояний атомов рубидия, которые при возвращении в обычное состояние излучают фотоны. Таким образом, свет, путешествуя через облако нейтральных холодных атомов, может двигаться дольше за счёт поглощения и повторного испускания квантов энергии электромагнитного поля (фотонов) что влияет на групповую скорость импульса света. Однако при определённых условиях, повторим, пик импульса света на выходе может возникнуть раньше, чем если бы свет проходил через вакуум. Подчеркнём, речь идёт о статистических данных группового поведения фотонов. Никакая информация не передаётся при этом быстрее скорости света. Её величина остаётся в рамках дозволенного. В среде с атомами форма импульса имеет свойство перестраиваться, а также возникают квантовые явления при взаимодействии фотонов и атомов, что изменяет статистические показатели. В своей работе физики из Университета Торонто попытались измерить время, которое атомы проводят в возбуждённом состоянии, пока через среду проходит фотон. Сделать это напрямую почти невозможно, потому что грубое измерение разрушило бы квантовое состояние системы. Поэтому использовались повторяющиеся слабые измерения и статистическая обработка множества событий. В результате оказалось, что для фотонов, которые выходили из среды «раньше ожидаемого», среднее слабое значение времени возбуждения атомов могло быть отрицательным. Иначе говоря, согласно наблюдаемым данным математически система ведёт себя так, будто фотон взаимодействовал с атомами меньше нуля по шкале времени. Физический смысл полученного результата не в путешествиях во времени, а в особенностях квантовой механики. Когда энергия фотона точно соответствует электронному переходу в атоме, энергия определена очень строго, а время, согласно принципу неопределённости Гейзенберга, становится более «размазанной» величиной, неопределённой. Поэтому в слабых измерениях могут возникать статистически значимые отрицательные значения. Главное в новой работе то, что она уточняет, как именно свет взаимодействует с веществом на уровне отдельных фотонов и атомов, что помогает лучше понять явления «быстрого» и «медленного» света в квантовой оптике. Классические компьютеры отняли у квантовых машин монополию на симуляцию сотен кубитов — помогли тензорные сети
24.05.2026 [12:42],
Дмитрий Федоров
Учёные решили на обычном компьютере задачу квантовой физики, которая считалась доступной только квантовым компьютерам. Первичные расчёты удалось провести на персональном ноутбуке. Результаты опубликованы 21 мая в журнале Science. 
Источник изображений: Lucy Reading-Ikkanda / Simons Foundation Физики из Центра вычислительной квантовой физики (CCQ) при Институте Флэтайрон (Flatiron Institute) Фонда Саймонса (Simons Foundation) и их коллеги из Бостонского университета (Boston University) смоделировали квантовую систему из сотен взаимодействующих кубитов — квантовых аналогов битов классического компьютера, расположенных в квадратных, кубических или алмазных решётках. В отличие от обычных битов, принимающих значения 0 или 1, кубиты могут находиться в суперпозиции — одновременно в нескольких состояниях. Из-за этого моделировать их поведение на классических компьютерах крайне трудно. В марте 2025 года другая группа учёных опубликовала в том же журнале статью, в которой сообщила о расчёте динамики особенно сложной кубитной системы на квантовом компьютере, и заявила, что повторить результат на классических машинах невозможно. «Когда мы в CCQ видим подобные заявления, мы всегда относимся к ним немного скептически, — говорит Джозеф Тиндалл (Joseph Tindall), научный сотрудник CCQ и первый автор новой статьи в Science. — Мол, а вы пробовали вот это? А вот то?» По словам соавтора исследования Майлза Стаудинмайра (Miles Stoudenmire), задача стала поводом проверить собственные разработки. Особую трудность создавала квантовая запутанность — явление, при котором состояния кубитов остаются взаимосвязаны даже на больших расстояниях, и рассматривать их по отдельности нельзя. По словам Тиндалла, волновая функция, описывающая состояние такой системы, стремительно растёт с увеличением числа частиц, и её объём быстро превышает возможности прямого хранения на компьютере. Работа с подобными объектами — типичная проблема квантовой физики, без решения которой невозможно предсказывать свойства квантовых материалов, например сверхпроводников. 
Схема показывает, как тензорные сети сжимают описание запутанных кубитов и позволяют классическим компьютерам моделировать сложную квантовую динамику Команда CCQ нашла выход с помощью тензорных сетей — математических структур данных, которые сжимают информацию о волновой функции в компактную форму из небольших связанных между собой таблиц чисел. Тиндалл сравнивает их с «ZIP-файлом для волновой функции». Первичные расчёты он выполнил на ноутбуке, используя код библиотеки ITensor, разработанной в CCQ. Опубликованные результаты воспроизводят трёхмерную динамику с помощью трёхмерной тензорной сети. По словам Тиндалла, работа с такими объектами, особенно в трёх измерениях, почти не исследована: для этого нужны сложные алгоритмы и специализированный код. Для начальных вычислений он использовал алгоритм распространения доверия (англ. belief propagation), предложенный в 1980-х годах и недавно адаптированный для квантовых систем. Стаудинмайр отмечает, что этот метод менее точен, но значительно дешевле, и его проще запускать на сложных задачах, тогда как более изощрённые подходы прошлых лет не смогли бы даже начать работать с некоторыми из трёхмерных задач из-за их размера. 
Схема объясняет, как тензоры хранят данные о запутанных кубитах в числовых таблицах и связываются индексами для передачи информации между соседними элементами сети Несмотря на скромные вычислительные ресурсы, моделирование достигло точности на уровне лучших мировых результатов. Расчёты сходились к решениям, совпадающим с теоретическими предсказаниями. Полученные данные совпали с результатами исследователей квантовых вычислений, но были получены без квантового компьютера. Тиндалл и Стаудинмайр подчёркивают, что классический и квантовый подходы не только конкурируют, но и дополняют друг друга. По словам Тиндалла, между классическими моделированиями и тем, что можно реализовать на квантовых компьютерах, существует большая синергия, а порог входа для классического подхода значительно ниже: достаточно написать код и запустить его на персональном компьютере. Команда уже работает над следующим этапом — моделированием систем с электронами, способными перемещаться между узлами решётки. Эта задача ещё сложнее и напрямую связана с моделированием квантовых материалов. Китайские учёные впервые воспроизвели механизм гибели нашей Вселенной в сценарии ложного вакуума
19.05.2026 [13:56],
Геннадий Детинич
Если наша Вселенная родилась и существует в условиях ложного вакуума, то её и нас с вами ждёт мгновенная гибель в любой момент времени. До недавнего времени это была только гипотеза. Однако учёные из Китая впервые воспроизвели в лабораторном эксперименте квантово-механические явления перехода ложного вакуума в истинный, доказав, что опыт соответствует теоретическим расчётам. Радует, что мы всё умрём в один день и даже не заметим этого. Но это не точно. 
Источник изображения: ИИ-генерация ChatGPT/3DNews Согласно современным представлениям учёных, в основе нашего мироздания лежат квантовые поля. Все элементарные частицы — это своего рода проекция этих электромагнитных полей в нашем мире. На самом базовом уровне, о котором нам известно, этим полям и вакууму в целом, присуща определённая минимальная энергия. Это не ноль, но минимум, ниже которого колебания вакуума не могут опуститься. Всё вместе задаёт физику нашей Вселенной от характеристик и свойств элементарных частиц до всего, что из них состоит. Но если это не настоящий минимум энергии вакуума (его ложное состояние), то переход в более низкое энергетическое состояние перепишет физические законы Вселенной, уничтожив всё, что в ней есть. Эксперимент физиков из Университета Цинхуа (Tsinghua University) заключался в том, что они создали модель вакуума на основе ридберговских атомов. Это была крайне упрощённая модель, но для подтверждения математики гипотезы ложного вакуума этого было достаточно. Электронам в системе из нескольких атомов лазером придали большую энергию, сделав их состояние метастабильным — стабильным, но на «неестественном» для них энергетическом уровне. Затем учёные наблюдали возвращение системы атомов в своё истинное энергетическое состояние. Все полученные данные хорошо вписались в теорию ложного вакуума. Если наша Вселенная существует в метастабильном состоянии ложного вакуума, то случайное квантово-механическое явление в любом её уголке в любой момент времени может спровоцировать переход вакуума в более низкое истинное состояние, что повлечёт за собой распространение этого процесса во все стороны со скоростью света. Поскольку ничто быстрее не распространяется, мы не заметим признаков этого события и однажды просто исчезнем, а вслед за нами исчезнет наша Вселенная. На её месте останется другая Вселенная с иными физическими законами, элементарными частицами и взаимодействиями. Это не означает, что наша Вселенная обречена. Просто было доказано, что эта теория не имеет физических и внутренних противоречий. К счастью, Вселенная существует уже больше 13 млрд лет и никакие явления в ней не привели к переходу вакуума в иное энергетическое состояние. Будем надеяться, следующие 13 млрд лет пройдут в том же ключе. Физики 10 лет измеряли гравитационную постоянную — и снова не сошлись в значении «большой G»
11.05.2026 [13:04],
Дмитрий Федоров
Физики из Национального института стандартов и технологий (NIST) в США завершили десятилетний эксперимент по измерению гравитационной постоянной G. Результат разошёлся с предыдущим французским измерением и с международным справочным значением, но указал на прежде не учтённый источник ошибки. 
Источник изображения: nist.gov, ioppublishing.org Гравитационная постоянная, известная как «большая G», описывает силу притяжения между массами. Это одна из фундаментальных констант физики, однако её точное значение наука не может установить уже более 200 лет. Гравитация — самое слабое из четырёх фундаментальных взаимодействий природы, и потому в лаборатории её сложнее всего измерить точно. На сегодня известны 16 экспериментальных значений G, полученных разными группами. «Эти точки данных сильно разбросаны, а погрешность составляет около 10 миллионных долей», — рассказал физик NIST Стефан Шламмингер (Stephan Schlamminger) изданию Refractor. Команда Шламмингера не стала проводить новый эксперимент. Вместо этого учёные воспроизвели опыт 2014 года, проведённый в Международном бюро мер и весов (BIPM) во Франции. Для этого ту самую установку перевезли через Атлантику в лабораторию NIST в Гейтерсберге, штат Мэриленд. Выбор был не случаен: именно эксперимент BIPM дал одно из самых отклоняющихся значений «большой G», и его воспроизведение могло помочь обнаружить скрытые систематические погрешности. Работа началась в 2016 году и заняла десять лет. Учёные определили G равной 6,67387 ± 0,00038 × 10⁻¹¹ м³·кг⁻¹·с⁻² — на 0,0235 % ниже результата исходного французского эксперимента. В физике, где другие фундаментальные константы измерены с высокой точностью — до многих знаков после запятой, такое расхождение остаётся существенным. Главная находка — прежде не описанный эффект остаточного воздуха. Для работы установки из камеры откачивают воздух, создавая вакуум, но полностью удалить его невозможно. «Всегда остаётся немного воздуха — так называемое остаточное давление», — поясняет Шламмингер. Этот воздух действует на установку с небольшой силой, которую предыдущие эксперименты не учитывали. Это может приблизить нас к объяснению того, почему результаты разных измерений G до сих пор не сходятся. Впрочем, распространять эту находку на другие эксперименты Шламмингер пока не готов. «Нам нужно рассмотреть каждый эксперимент по отдельности и разобраться, что именно в нём делалось», — заявил он. Новое значение несколько ниже значения, рекомендованного CODATA в 2018 году, но причину расхождения определить пока не удаётся. «Пока что мы считаем, что дело может быть в целом ряде эффектов, но определить, в чём именно состоят расхождения, мы ещё не можем», — подытожил учёный. |
© 1997—2026 Электронное периодическое издание "3ДНьюс" | Свидетельство о регистрации СМИ Эл ФС 77-22224
выдано Федеральной Службой по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охране культурного наследия
При цитировании документа ссылка на сайт с указанием автора обязательна. Полное заимствование документа является
нарушением
российского и международного законодательства и возможно только с согласия редакции 3DNews.
MWC 2018
2018
Computex
IFA 2018
