Теория Гинзбурга-Ландау и топологические структуры
Широкий спектр фазовых переходов, от формирования магнитных узоров до перехода металлов в состояние сверхпроводимости, можно качественно описать с помощью единой концепции, известной как теория Гинзбурга-Ландау [1, 2]. Эта теория предполагает, что ключевая величина в её описаниях, называемая параметром порядка, имеет тривиальную топологию. Однако теперь Сун Кан и Джозеф Мачейко из Университета Альберты, Канада, показали, что параметры порядка могут иметь скрытую топологическую структуру [3].
Исследователи разработали расширение теории Гинзбурга-Ландау, которое включает такую скрытую топологию, выявляя особенности, отсутствующие в исходной концепции.
Симметрия и топология
Симметрия является фундаментальным понятием в физике. Она проявляется во многих формах, но особенно важна при изучении того, как взаимодействия бесчисленных микроскопических составляющих приводят к макроскопическому порядку в системах конденсированных сред. Например, ниже критической температуры обычный магнит имеет чистую намагниченность, потому что его спины все выстраиваются в одном направлении, нарушая вращательную симметрию. Если магнит нагреть выше этой температуры, он теряет свою намагниченность, поскольку спины указывают в случайных направлениях, восстанавливая вращательную симметрию.
Теория Гинзбурга-Ландау — это универсальный феноменологический инструмент для анализа таких фазовых переходов. Вкратце, рассматривают свободную энергию (величину, управляющую равновесным состоянием системы) как гладкую функцию параметра порядка (величины, различающей разные фазы). Разложив эту функцию в степенной ряд и минимизировав её, получают эффективную теорию фазового перехода и значения параметра порядка.
Астрономические наблюдения: Вера Рубин и LSST
Сегодня обсерватория Веры Рубин, названная в честь учёного, который предоставил ранние доказательства существования тёмной материи, демонстрирует образцы изображений и видео, полученных в ходе первого тестового запуска. Расположенная высоко в чилийских Андах, обсерватория предназначена для захвата наиболее обширного вида ночного неба, когда-либо зарегистрированного — создания обширного таймлапс-3D-фильма Вселенной.
Обсерватория проведёт 10-летний обзор, называемый Legacy Survey of Space and Time (LSST). Только в первый год она соберёт больше данных, чем было собрано за всю историю астрономии. Изображения, представленные сегодня, были получены всего за 10 часов тестовых наблюдений, в ходе которых обсерватория запечатлела миллионы галактик и звёзд Млечного Пути, а также тысячи астероидов.
«Эта обсерватория представляет собой гигантский скачок в нашей способности исследовать космос и раскрывать тайны Вселенной», — сказала Кэти Тёрнер из Министерства энергетики США на пресс-конференции «Первый взгляд», состоявшейся сегодня.
Обсерватория Веры Рубин, расположенная на вершине горы Серро-Пачон в Чили, предлагает исключительно чистое небо, низкий уровень атмосферной турбулентности, сухой воздух и небольшое световое загрязнение. С первичным зеркалом диаметром 8,4 метра Рубин не будет самым большим телескопом в мире, но он будет непревзойденным в способности быстро наблюдать большие участки неба.
Каждый из её снимков запечатлеет область, эквивалентную 45 лунам — для сравнения, поле зрения космической обсерватории JWST составляет чуть меньше полной луны. Более того, телескоп движется быстро и с небольшими колебаниями, что позволяет ему за несколько секунд переместиться на новое место наблюдения — двигаясь в 10–100 раз быстрее, чем любой существующий телескоп.
Эта комбинация скорости и поля зрения позволит обсерватории покрывать всё Южное небо каждые три-четыре ночи. Для получения такого количества изображений обсерватория оснащена крупнейшей камерой, когда-либо построенной, — автомобильной камерой размером с автомобиль и разрешением в 3,2 гигапикселя, для отображения которой в полном объёме потребуется 400 ультра-HD-телевизоров. С таким разрешением камера будет выдавать 20 терабайт данных каждую ночь — объём информации, сопоставимый со всеми когда-либо написанными книгами.
Повторное полное покрытие неба создаст запись ночного неба в сверхвысоком разрешении, раскрывая меняющийся космический ландшафт. Астрономы ожидают обнаружить широкий спектр переходных событий, таких как взрывы сверхновых, пульсирующие звёзды и проходящие кометы или астероиды. Обсерватория будет выдавать оповещения — потенциально миллионы в сутки — уведомляя мировое научное сообщество обо всём, что движется, пульсирует или вспыхивает в небе.