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 Канадские исследователи идентифицировали останки четырех членов пропавшей полярной экспедиции Джона Франклина 1845 года, сравнив их ДНК с генетическим материалом современных потомков. Открытие решило полуторавековую загадку с переодетым матросом и помогло восстановить маршрут отступления экипажа по льдам. Выяснилось, что при эвакуации моряки разделились по кораблям, после чего бросили ослабевших товарищей в спасательных шлюпках.
Ученые нашли убедительное свидетельство того, что Большое Магелланово Облако — одна из ближайших к нам галактик — впервые приближается к Млечному Пути. Это открытие меняет представления о будущем нашей Галактики — от орбит спутников до распределения окружающего газа.
Археологи из Университета Саутгемптона, изучая кранног — доисторический искусственный островок — на озере Боргастейл, обнаружили под каменным покрытием скрытую под водой конструкцию из дерева, возраст которой превышает пять тысяч лет. Эта находка подтвердила, что кранноги могут быть гораздо древнее, чем считалось до сих пор.
Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
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.
Канадские исследователи идентифицировали останки четырех членов пропавшей полярной экспедиции Джона Франклина 1845 года, сравнив их ДНК с генетическим материалом современных потомков. Открытие решило полуторавековую загадку с переодетым матросом и помогло восстановить маршрут отступления экипажа по льдам. Выяснилось, что при эвакуации моряки разделились по кораблям, после чего бросили ослабевших товарищей в спасательных шлюпках.
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.
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.
Окаменелые остатки рептилии возрастом 289 миллионов лет сохранили полное анатомическое устройство грудной клетки ранних покорителей суши. Благодаря нетронутым хрящам исследователи реконструировали механику первого полноценного реберного дыхания. Наличие в тканях оригинальных белков подтвердило, что сложные органические молекулы способны сохраняться в палеонтологической летописи почти на 100 миллионов лет дольше, чем считалось.
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