Модели внутренней структуры Солнца объединяют наблюдения за динамикой и составом его поверхности и расчёты того, как излучение распространяется наружу от его ядра. Два десятилетия назад астрофизики пересмотрели свои оценки содержания элементов в составе Солнца — один из входных параметров моделей, — что привело к конфликту этих моделей с другими наблюдениями.
Этот конфликт можно было бы разрешить, если бы внутри Солнца некоторые элементы были более непрозрачными для излучения, чем предполагалось (см. [Viewpoint: Plot Thickens in Solar Opacity Debate](https://physics.aps.org/articles/v12/65)). Но измерения непрозрачности элементов затруднены из-за сложности воспроизведения условий, подобных солнечным, в лаборатории.
Джеймс Бейли из Национальной лаборатории Сандия в Нью-Мексико и его коллеги измерили непрозрачность одного из наиболее важных для переноса излучения элементов Солнца — кислорода — при плотностях и температурах, достаточно высоких для проверки моделей поглощения фотонов [1]. Это измерение расширяет список элементов, которые были изучены в таких условиях, и поможет создать более точную картину состава и структуры Солнца.
Кислород и его влияние на непрозрачность Солнца
Кислород вместе с железом оказывает значительное влияние на внутреннюю непрозрачность Солнца, поскольку он сохраняет связанные электроны в условиях солнечного ядра. Эти условия изменяют энергетические уровни электронов, меняя свойства поглощения рентгеновского излучения элементом.
Недавно исследователи обнаружили, что этот эффект вызывает неожиданно высокую непрозрачность для железа, уменьшая расхождение между предсказаниями солнечных моделей и наблюдениями (см. [Viewpoint: X-Ray Spectral Imaging Probes How Sun-Like Plasma Blocks Light](https://physics.aps.org/articles/v18/44)). Чтобы ещё больше сократить разрыв, Бейли и его команда измерили излучение, проходящее через горячую, плотную кислородную плазму, которую они создали, нагревая образец диоксида кремния с помощью импульсного рентгеновского излучения.
Хотя исследователи обнаружили различия между предсказаниями и своими измерениями, измеренная непрозрачность для кислорода всё ещё была недостаточно велика, чтобы разрешить конфликт. Они говорят, что это открытие закладывает основу для дальнейших исследований в ещё более экстремальных условиях.
— Рейчел Берковиц,
Corresponding Editor for Physics Magazine в Ванкувере, Канада.
Квантовые шрамы раскрыты
Квантовые компьютеры и симуляторы требуют систем взаимодействующих частиц, которые могут сохранять квантовую когерентность в течение длительного времени. Но взаимодействие частиц приводит к тому, что такие системы быстро теряют когерентность. Эту декогерентность можно задержать, спроектировав и управляя системами так, чтобы их динамика задерживалась в устойчивых, ранее существовавших паттернах, называемых квантовыми шрамами.
Но для многих систем было трудно заранее определить такие паттерны. Теперь Цзе Рен из Университета Лидса в Великобритании и его коллеги продемонстрировали общий теоретический метод поиска этих шрамов [1].
Шрамы обычно ограничены небольшой областью в пространстве состояний системы, где каждое состояние имеет низкую запутанность, что помогает поддерживать когерентность. В новом подходе состояние в этой области выбирается случайным образом и предполагается, что оно имеет как общий компонент, так и компонент шрама. Эволюция системы затем моделируется в течение короткого времени, в течение которого общий компонент становится сильно запутанным. Затем эволюционированное состояние «проецируется» обратно в область с низкой запутанностью.
Эта операция похожа на формирование силуэта: она сохраняет потенциальный компонент состояния (его «контур»), подавляя его сильно запутанный, общий компонент (его «внутренность»). Повторяя этот процесс эволюции-проекции много раз для разных начальных состояний, любое состояние с компонентом шрама будет медленно находить свой путь к шраму.
Исследователи подтвердили свой метод, восстановив известные шрамы для эталонной модели системы, состоящей из цепочки взаимодействующих спинов-1 частиц. Затем они применили свою технику к цепочке атомов со спином-1/2, обнаружив ранее неизвестный шрам.
— Райан Уилкинсон,
Corresponding Editor for Physics Magazine в Дареме, Великобритания.
Фазовый переход протекает медленно, затем внезапно
Сложенные монослои графена и других двумерных материалов удерживаются вместе слабыми ван-дер-ваальсовыми силами. Когда между слоями вводятся дополнительные атомы, типичный пакет быстро размещает дополнительные атомы за счёт деформации.
Цишуо Ян из Южного университета науки и технологий в Китае и его коллеги обнаружили двумерный материал, который реагирует так же сильно, но с опозданием [1]. Эксперименты и моделирование показали, что двумерный полупроводник диселенид палладия (PdSe₂) сохраняет свою первоначальную форму, когда его межслоевое пространство заполняется дополнительными атомами Pd, а затем резко переходит в новую, более толстую трёхмерную структуру.
Команда нанесла покрытие толщиной 2 нм из Pd на многослойный лоскут PdSe₂ и поместила его на микронагреватель. Моделирование показало, что мягкий нагрев мобилизовал атомы в покрытии Pd, придав им достаточно энергии для диффузии вертикально через слои PdSe₂ и в межслоевое пространство.
Когда исследователи нагрели свой образец до 520 K, они отслеживали его структуру с помощью электронного микроскопа. Атомы, по-видимому, оказывали давление наружу, которое противодействовало ван-дер-ваальсову притяжению, слегка раздвигая слои. Когда накопилось достаточно атомов, межслоевое притяжение было резко преодолено, образуя новую трёхмерную структуру с составом Pd₁₇Se₁₅.
Фазовый переход, очевидно, протекал без распространения от дискретных участков нуклеации. Изучение таких отсроченных, не нуклеарных преобразований может привести к новым стратегиям проектирования чувствительных или реконфигурируемых слоистых материалов, говорят исследователи.
— Маррик Стефенс,
Corresponding Editor for Physics Magazine в Бристоле, Великобритания.