Фундаментальные исследования в 2017 году

- Впервые показано, что при магнитной кумуляции в мегагауссном диапазоне магнитных полей низкая скорость нелинейной магнитной диффузии в металле приводит к существенным потерям магнитного потока в области соприкосновения проводящих поверхностей с противоположно направленными токами. Этот факт является определяющим при оценке характеристик быстроходных спиральных взрывомагнитных генераторов, рассчитанных на токи сотни килоампер и выше.

- Теоретически показано и экспериментально установлено, что фотопроводимость пленки из одностенных углеродных нанотрубок (УНТ) в терагерцовом диапазоне обусловлена одновременным действием двух факторов – изменением времени релаксации электронов вследствие электрон-фононного взаимодействия и наличием локализованного плазменного резонанса в УНТ. На основе этого продемонстрировано, что знак фотопроводимости в терагерцовом диапазоне зависит от длины УНТ и не зависит от киральности УНТ. Знак фотопроводимости положителен для коротких (<1мкм) УНТ и отрицательный для длинных (>10мкм) УНТ.

- Предсказан и обнаружен на ускорителе SPS в ЦЕРН эффект многократного ускорения развития электромагнитных ливней в кристалле вольфрамата свинца, демонстрирующий существование аномальных событий в кристалло-содержащих детекторах и гамма-телескопах и открывающий широкие возможности их усовершенствования.

- Показано, что прецессия спина каналированных частиц в изогнутых кристаллах даёт уникальную возможность для измерения как электрического и магнитного моментов очарованных, прелестных и странных барионов так и констант определяющих CP-неинвариантные (T-нечетные, P-нечетные) и T-четные, P-нечетные взаимодействия барионов с электронами и нуклонами (ядрами) в условиях БАК. Прецессия обусловлена неупругими процессами для частиц, двигающихся в изогнутом кристалле. В результате, помимо прецессии относительно эффективного магнитного поля изогнутого кристалла появляется прецессии относительно направлений электрического поля плоскостей кристалла и импульса частицы.

- Предложен метод измерения как электрического и магнитного моментов очарованных, прелестных и странных барионов так и констант определяющих CP-неинвариантные (T-нечетные, P-нечетные) и T-четные, P-нечетные взаимодействия барионов с электронами и нуклонами (ядрами) в условиях БАК.

- Установлена аналитическая зависимость среднеквадратичного отклонения времени развития кооперативной циклотронной неустойчивости от числа частиц в электронном сгустке и степени его предварительной модуляции.

- Продолжен анализ данных эксперимента ATLAS на Большом адронном коллайдере. Выполнен поиск новых резонансов с массами в диапазоне 450 ГэВ и 1800 ГэВ в событиях с двумя адронными струями, реконструированными на уровне триггера, в данных о протон-протонных столкновениях с энергией в системе центра масс 13 ТэВ с интегральной светимостью 29.3 фб^-1, накопленных в детекторе АТЛАС. Значимых расхождений с предсказаниями Стандартной модели не обнаружено. Установлены ограничения на сигнал Z’ и сечения новых процессов, приводящих к возникновению Гауссового вклада в распределения масс двух адронных струй.

- Продолжен анализ данных эксперимента CMS на Большом адронном коллайдере. На основе анализа данных 2016 года получена предварительная зависимость асимметрии вперед-назад процесса Дрелла-Яна от инвариантной массы пары лептонов. Результаты как для электронного, так и для мюонного каналов хорошо согласуются с теоретическими предсказаниями.

- В предположении существования максимального импульса разработан подход, позволяющий с высокой точностью получить гравитацию как в низких (далёких от планковских), так и высоких (близких к планковским) энергиях в терминах дискретных параметров, имеющих в обоих случаях одну и ту же природу. В низких энергиях в данном случае под словом "гравитация" понимается ОТО, однако предлагаемый подход работает для любой гравитационной теории, сформулированной в непрерывном пространстве-времени. Показано, что разработанный подход даёт новые результаты в исследовании термодинамики сферически-симметрических пространств с горизонтом и шварцшильдовых чёрных дыр.

- Предложен проект эксперимента по наблюдению эффекта многократного ускорения развития высокоэнергетичных электромагнитных ливней в кристалле вольфрамата свинца. Развит метод моделирования развития таких ливней в протяженных кристаллах, на основе которого дана интерпретация данных эксперимента, поставленного после наших предложений на ускорителе SPS ЦЕРН в кристалле вольфрамата свинца. В результате было впервые продемонстрировано существование аномальных событий в кристалло-содержащих детекторах и гамма-телескопах, открывающих щирокие возможности их усовершенствования.

- исходя из известного факта неинвариантности вакуумного состояния относительно общих преобразований координат выведено уравнение состояния вакуума, а также определена скорость скалярных вакуумных звуковых волн в предположении нулевой энтропии вакуума. Рассчитан фактор роста возмущений плотности материи и вакуума в ходе эволюции вселенной начиная от «поверхности последнего рассеяния» до нашего времени. Полученные результаты позволяют предположить, что 1) эволюция фоновой метрики близка к описываемой в рамках «космологии Милна»; 2) проявления «тёмной энергии» и «тёмной материи» могут быть интерпретированы как единый результат вакуумных флуктуаций; 3) формирование крупномасштабных структур во вселенной может начинаться несколько раньше, чем предсказывает стандартная CMD-модель.

- Детально промоделирован процесс образования пиков квазиканалирования в кристаллах кремния, ориентированного в направлении плоскостей (111), уточнена теоретическая модель для случая неравноотстоящих плоскостей, в частности (111). Проведено сравнение результатов измерения угла ориентации изогнутого кристалла и его радиуса изгиба при помощи фита промоделированного распределения углов отклонения частиц изогнутым кристаллом с соответствующими значениями, заданными в качестве начальных параметров моделирования. На этой основе предложен метод независимого измерения радиуса и угла изгиба кристалла, основанный на эффекте возникновения осцилляций в угловых распределениях частиц, прошедших через кристалл в режиме квазиканалирования.

- Оценено влияние кристаллических эффектов в PWO на оптический сигнал на ФЭУ. Получено, что в результате кристаллических эффектов смещается по времени и пространстве пик и сама форма выделенной энергии в кристалле ко времени и к поверхности входа пучка в кристалл. В результате этого падает амплитуда сигнала в следствии увеличения среднего пути прохождения света от места излучения в результате излучения Черенкова и сцинтилляции, до входного окна ФЭУ, расположенного на противоположной стороне сцинтиллятора, относительно падения пучка. А также смещается время прихода сигнала. Эти эффекты проявляются при достаточно толстом кристаллическом сцинтилляторе, в котором возможно развитие электромагнитной лавины.

- Показано, что коэффициент замедления асимметричных и гибридных мод в графеновой сэндвич-системе вначале растет пропорционально корню квадратному из диэлектрической проницаемости межслойного диэлектрика, при дальнейшем увеличении проницаемости рост переходит в асимптотическое стремление к фермиевской скорости электронов в графене. Коэффициент замедления асимметричных и гибридных мод слабо зависит от частоты. В линейном приближении выведено дисперсионное уравнение, описывающее неустойчивость электронного пучка, пролетающего над графеновой системой, находящейся в поле акустической волны.

- Отработаны параметры синтеза пленок пиролитического углерода на тонких медных и никелевых фольгах, соответствующие оптимальному соотношению электромагнитных параметров и прочностных характеристик, необходимых для переноса пленок на диэлектрические подложки. В качестве полимерных подложек исследованы два вида полимера: полидиметилсилоксан (ПДМС или PDMS), полиметилметакрилат (ПММА или PMMA), наиболее часто использующиеся в электромагнитных и оптоэлектронных приложениях графена и других тонких полупрозрачных 2D пленок. Нами предложены и отработаны две схемы (сухой и влажный методы), позволяющие легко и быстро переносить без существенных повреждений пленки PyC больших площадей на различные полимерные подложки.

- Определены оптимальные соотношения проводимостей – диэлектрических свойств, а также толщин и количества слоев в многослойных системах, содержащих пленки пиролитического углерода, обеспечивающие высокие показатели электромагнитной экранировки главным образом за счет поглощения (поглощение более 20 дБ во всем частотном диапазоне, Ка-зона и свыше 100 ГГц). Использованы идеологии так называемого экрана Солсбери, а также для достижения идеального поглощения в широком диапазоне частот геометрия сэндвич структур углерод/полимер/углерод…./металл (так называемый Jaumann absorber).

- Теоретически показано и экспериментально установлено, что фотопроводимость пленки из одностенных углеродных нанотрубок в терагерцовом диапазоне обусловлена одновременным действием двух факторов:

1) термоиндуцированным изменением времени релаксации электронов вследствие электрон-фононного взаимодействия

2) наличием локализованного плазменного резонанса в УНТ в терагерцовом диапазоне частот. На основе этого продемонстрировано, что знак фотопроводимости в терагерцовом диапазоне зависит от длины УНТ и не зависит от киральности УНТ.

- Впервые предсказано и подтверждено целевым экспериментом существование в алмазе с NV центрами принципиально нового класса стабильных спинов ¹³C, наиболее подходящих для использования в качестве элементов памяти твердотельных квантовых компьютеров. Методами квантовой химии впервые создана полная база данных о характеристиках сверхтонкого взаимодействия электронного спина nv центра с ядерными спинами ¹³С в нанокластере алмаза (C₅₁₀[NV]H₂₅₂) и на ее основе предсказаны экспериментально наблюдаемые характеристики всех возможных пространственно распределенных систем NV-¹³C в кластере. Предсказанная неаксиальнаяNV-¹³C система со стабильным спином может быть синтезирована при кристаллизации методом химического осаждения газовой фазы образцов (111)-алмаза.

- Рассмотрены различные аппаратурные схемы для использования ионизационной камеры деления на основе урана-235 во флуктуационном режиме для случаев дисперсии и моментов более высокого порядка. Получены выражения для коэффициентов связи дисперсии и интенсивности потока для различных значений детерминированной нормализованной формы импульса (прямоугольной; линейной; формы, учитывающей входные сопротивление и емкость усилителя). Получены выражения для коэффициентов связи, позволяющие вычислить интенсивность потока нейтронов по измеренной дисперсии этого потока. Показано, что для ступенчатой нестационарности время усреднения по времени составляет величину порядка 2-2,5 мкс.

- Проведено описание различных состояний связывания молекул фуллерена с возникающими в результате УФ воздействия дефектов макромолекул полибутлметакрилата (ПБМА). В рамках метода DFT проведены расчеты различных комплексов композиционной системы 2БМА-C₆₀ с полной оптимизацией геометрической структуры. Выявлен механизм деструкции ПБМА при воздействии температуры и УФ облучения в присутствии C₆₀, фиксируемой в экспериментах по термодесорбции. Путем количественного сравнения в терминах энергий связывания установлены структуры C₆₀-БMA, которые могут выделять мономер при нагревании, и те, которые не могут привести к отслоению мономера. Проведено квантово-химическое моделирование UV/Vis (ультрафиолетовых / видимых) спектров двух моделей функционализированных на концах атомами H графеновыхнанолент: C₂₈H₁₄ и C₁₉₆H₆₂. Проведена последовательная оптимизация геометрической структуры данных моделей, оптимизация указанных структур методом функционала плотности (DFT) с использованием уровня теории DFT/B3LYP/ 3-21G. Рассчитаны спектры UV / Vis с использованием уровня теории TDDFT / WB97xd / 3-21G и TDDFT / WB97xd / 6-31G теории с использованием активного пространства размером 100 синглетных возбужденных состояний. Для изучаемых соединений были проведены расчеты электронной структуры с использованием уровня теории TDDFT/B3LYP/6-31G. В рамках того же метода рассчитывалась полная плотность состояний. Рассчитаны наборы возбужденных энергетических состояний и силы осцилляторов для данных состояний. Анализ локализации МО полученных после расчета электронной структуры графеновой наноленты C₁₉₆H₆₂ показал, что в случае 45-й полосы возбужденного состояния с энергией 2,3818 эВ переходы происходят между орбиталями, локализованными в основном на атомах C в центральной части графеновой наноленты C₁₉₆H₆₂. При этом атомы водорода в этих переходах не участвуют.