Создан уникальный поляриметр для анализа аннигиляционных фотонов
Группа российских ученых из МФТИ, МИФИ и Института ядерных исследований РАН достигла значительного прогресса в изучении квантовой запутанности, создав и успешно протестировав инновационную экспериментальную установку для измерения поляризационных корреляций фотонов, образующихся при аннигиляции электрон-позитронных пар.
Результаты исследования опубликованы в журнале РАН «Приборы и техника эксперимента». Квантовая запутанность — это удивительное явление, когда две или более частиц связаны между собой таким образом, что их квантовые состояния оказываются скоррелированными, даже если эти частицы пространственно разделены.
Аннигиляция электрон-позитронных пар в состоянии покоя является одним из классических источников запутанных фотонов, обладающих взаимно-перпендикулярной поляризацией. Но взаимодействие этих фотонов с веществом может привести к декогеренции — потере квантовой запутанности.
Разрешение противоречий в понимании комптоновского рассеяния запутанных и декогерентных фотонов является главной задачей недавнего исследования российский ученых. Некоторые теоретические работы ставили под сомнение результаты предыдущих экспериментов, утверждая об идентичности рассеяния в запутанном и декогерентном состояниях. Это противоречие требовало прямого экспериментального сравнения.
«Наша работа предоставляет возможность непосредственно сравнить поляризационные корреляции рассеянных аннигиляционных фотонов в запутанном и смешанном состояниях, что позволяет разрешить длительные споры в научном сообществе», — рассказал Султан Мусин, ассистент кафедры общей физики МФТИ, младший научный сотрудник ИЯИ РАН.
Для решения этой задачи учёные разработали и построили уникальную двухплечевую экспериментальную установку, представляющую собой систему комптоновских поляриметров. Установка состоит из двух идентичных плеч, расположенных симметрично относительно источника аннигиляционных фотонов.
Для декогеренции в экспериментах использовался процесс рассеяния Комптона. В качестве рассеивателей в установке расположены цилиндры из пластмассового сцинтиллятора, регистрирующие энергию электронов отдачи при комптоновском рассеянии фотонов. Размеры рассеивателей (диаметр 20 миллиметров, длина 30 миллиметров) подобраны для оптимизации эффективности рассеяния и минимизации вероятности двойного рассеяния в одном детекторе.
По окружности вокруг каждого из основных рассеивателей были расположены детекторы рассеянных фотонов: 32 детектора NaI(Tl) (кристаллы иодида натрия, активированные таллием). Они регистрируют рассеянные фотоны, предоставляя информацию об их энергии и направлении. Высокое энергетическое разрешение (около 3,5 процента для энергии 511 кэВ) критически важно для точности измерений.
В одном из плеч установки был установлен сцинтиллятор GAGG (гадолиний-алюминий-галлиевый гранат). Он служит для контролируемой декогеренции фотонов. Регистрация сигнала в этом детекторе означает, что фотон перешел в декогерентное состояние; отсутствие сигнала — сохранение запутанности.
Установка регистрирует совпадения сигналов в основных рассеивателях двух плеч. Это позволяет отбирать события, где оба фотона из пары участвуют в комптоновском рассеянии. Информация о рассеянии (энергии и углы) регистрируется с помощью высокоскоростного амплитудно-цифрового преобразователя (АЦП).
Обработка данных включает калибровку детекторов с использованием радиоактивных источников и моделирования Монте-Карло (программа Geant4) для учета влияния геометрических факторов и энергетического разрешения детекторов.
Эксперимент подтвердил возможность измерения и сравнения поляризационных корреляций пар рассеянных аннигиляционных фотонов в запутанном и декогерентном состояниях. Анализ данных показал синусоидальную зависимость числа совпадений в детекторах от угла между ними, что согласуется с квантовой теорией запутанности. Получены амплитудные характеристики всех детекторов, что позволило минимизировать влияние фоновых процессов и повысить точность измерений.
Разработанная установка может быть использована для дальнейших исследований в области квантовой оптики, квантовой информации и квантовых измерений.
Авторами исследования было показано, что применение органических и неорганических сцинтилляторов позволило создать относительно простую установку по регистрации комптоновского рассеяния обсуждаемых фотонов. Благодаря низкому эффективному заряду пластмассового сцинтиллятора обеспечена оптимальная эффективность комптоновского рассеяния при минимальной вероятности фонового двукратного рассеяния в основном рассеивателе. Дальнейшие исследования будут направлены на повышение точности измерений, расширения функциональности установки для изучение более сложных квантовых состояний.
Telegram 
Дзен 
VK Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Долгое время считалось, что гигантские стрекозообразные, жившие 300 миллионов лет назад, стали такими из‑за высокого содержания кислорода. Тогда в атмосфере его было около 30% вместо сегодняшних 21%. Учёные полагали, что крупные насекомые задохнулись бы в нашей атмосфере. Но оказалось, что это не так.
Нуклеосомы — основные «катушки» упаковки ДНК — почти всегда находятся в искаженном состоянии, а не в аккуратной и стабильной форме, как считалось десятилетиями. Именно через такие микроскопические изменения, как выяснили ученые, клетка регулирует работу генов — а значит, управляет развитием, реакцией на внешние раздражители и даже возникновением болезней.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Шведские биологи отследили миграцию обыкновенного соловья с помощью миниатюрных датчиков-рюкзаков. Как оказалось, при пересечении Сахары и Аравийской пустыни птицы летят только по ночам и не ищут пищу. Соловьи преодолевают пустыню без дозаправки, полагаясь лишь на накопленный заранее жир.
На границе возможностей оптоволокна лазерный пучок самоорганизовывается в мощный, сфокусированный луч-иглу. Параметры этого излучения таковы, что позволяют в реальном времени без дополнительных ухищрений рассматривать клеточные процессы.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно