fyzika

Matematici Eva Miranda a Isaac Ramos ukázali, že jediná koule odrážející se mezi pevnými stěnami speciálně navrženého dvojrozměrného útvaru může simulovat univerzální Turingův stroj. Informaci nese poloha koule a program je zakódován přímo v geometrii překážek, které určují další směr jejího pohybu. Model je také zatížen zásadním omezením výpočetní teorie: nelze obecně rozhodnout, zda výpočet někdy skončí, což odpovídá určitému typu návratu trajektorie. Jde o idealizovanou matematickou konstrukci vyžadující nedosažitelnou přesnost, nikoli o návrh praktického počítače. Výsledek může pomoci zkoumat hranice předvídatelnosti ve složitějších fyzikálních systémech.

Vědci z Carnegie Mellon University ukázali, že anomální Hallův jev nemusí vznikat pouze při magnetickém poli kolmém k tenké vrstvě materiálu. V jejich dvourozměrné heterostruktuře se elektrická odezva objevila i tehdy, když magnetizace působila v rovině vrstvy. Výzkumníci spojili ultratenký TaIrTe4 s magnetickou vrstvou Cr2Ge2Te6, čímž upravili symetrii materiálu a přenesli do nemagnetické vrstvy magnetické vlastnosti. Objev by mohl vést k tenkým magnetickým senzorům schopným měřit pole ve více směrech. Zatím však jde o laboratorní experiment prováděný při kryogenních teplotách; další výzkum má ověřit podobné chování v jiných materiálech a blíže pokojové teplotě.

Fyzikové vytvořili úzký a rychlý svazek muonia, exotického neutrálního systému tvořeného antimuonem a elektronem. Chtějí s jeho pomocí prověřit princip ekvivalence z obecné relativity, podle něhož gravitace působí na hmotu i antihmotu shodně. Muonium existuje jen asi 2,2 mikrosekundy, vědci proto využili supertekuté helium, které z něj vytváří usměrněný svazek letící rychlostí zhruba 2,2 kilometru za sekundu. Dosavadní zařízení vypouští částice vzhůru, tým jej ale chce upravit pro vodorovný let a následně měřit nepatrný gravitační posun interferometrem. Experiment by mohl určit gravitační zrychlení muonia s přesností kolem jednoho procenta a případná odchylka by naznačovala novou fyzikální sílu.

Tým fyziků z Východočínské pedagogické univerzity předvedl kvantovou teleportaci ve stovce nezávisle řízených optických kanálů najednou. Informaci zakódoval do mřížky 10 × 10 světelných režimů, které společně vytvořily obraz písmene Q. Nešlo o přenos hmoty ani hotového snímku, ale o přenos kvantových stavů světla, popsaných amplitudou a fází. Průměrná věrnost přenosu dosáhla 0,60, tedy nad klasickým limitem 0,52, a tento limit byl překonán ve všech kanálech. Metoda by mohla zvýšit kapacitu budoucích kvantových komunikačních sítí, protože umožňuje paralelní zpracování mnoha kanálů bez samostatného systému pro každý z nich.

Vědci z experimentu ATLAS v urychlovači LHC našli silné důkazy, že dvojice bosonů Z vzniklá při rozpadu Higgsova bosonu je kvantově provázaná. Jejich spiny jsou vzájemně propojené natolik, že je nelze popsat nezávisle. Jde o první měření provázání u elementárních částic se třemi možnými spinovými stavy, tedy takzvaných qutritů. Výsledek vychází z analýzy zhruba 400 vzácných rozpadů na čtyři leptony a dosáhl statistické významnosti 4,7 sigma, těsně pod obvyklou hranicí pro formální objev. Pozorování zároveň naznačuje, že se provázání může účastnit i virtuální boson Z, což otevírá otázky o fyzikálním významu virtuálních částic.

Fyzici analyzovali měření magnetického pole Země z let 2012 až 2022 a využili prostor mezi zemským povrchem a ionosférou jako přirozený elektromagnetický rezonátor. Hledali stopy axionů, hypotetických částic, které by mohly tvořit temnou hmotu, a po zpřísnění kritérií označili 25 možných signálů. Stejný postup přinesl také 31 výraznějších kandidátů na takzvané temné fotony. Dosavadní data z jediné britské observatoře však neumožňují určit, zda jde o skutečné projevy těchto částic, nebo o jiné jevy. Rozhodnout by mohla měření z více míst světa: signál axionů by se měl měnit podle síly magnetického pole, zatímco temné fotony by měly působit podobně všude.

Vědci z ETH Curych a australských institucí zkoumali vodu uzavřenou v mimořádně tenké vrstvě mezi lipidovými molekulami, která jí zabránila vytvářet ledové krystaly. Díky tomu mohli pozorovat přechod vody do neuspořádaného sklovitého pevného stavu, jenž bývá při běžném mrznutí skrytý. Změny pohybu molekul zaznamenali v rozmezí zhruba od minus 63 do minus 20 °C, samotný strukturální přechod do skla pak mezi minus 74 a minus 64 °C. Měření pomocí rentgenového a neutronového rozptylu doplnily počítačové modely. Zjištění mohou být významná pro kryokonzervaci biologických materiálů, zmrazování potravin i výzkum vody v nanometrových prostorech.

Mezinárodní tým zkoumal v materiálu erbium tritellurid dvě současně existující vlny hustoty náboje, tedy uspořádané vzory elektronů. Krátkým intenzivním laserovým pulzem jejich uspořádání narušil a druhým sledoval jeho obnovu. Dominantní elektronová fáze se vracela postupně a rovnoměrně, zatímco druhá vznikala nejprve v oddělených oblastech a následně se šířila materiálem podobně jako krystalky ledu při mrznutí vody. Výsledek naznačuje, že obě fáze se vytvářejí odlišnými mechanismy. Metoda by mohla pomoci objasnit soužití magnetismu, supravodivosti a dalších fází ve složitějších kvantových materiálech.

Výzkumníci zjistili, že ultratenké vrstvy diselenidu niobu a pravděpodobně i disulfidu tantalu nevykazují pouze jeden supravodivý pás, jak se dosud zdálo. Citlivá tunelová spektroskopie a porovnání s matematickými modely ukázaly, že data lépe odpovídají supravodivosti ve dvou pásech. Silný rozptyl elektronů mezi pásy během života Cooperových párů přitom obě energetické mezery zprůměruje, takže měření zachytí zdánlivě jen jednu. Výsledek může pomoci lépe řídit vlastnosti supravodičů pro energetiku, elektroniku i kvantové technologie. Autoři chtějí dále zkoumat silnější vzorky diselenidu niobu, kde by se mohly uplatnit až tři pásy.

Podzemní experiment LUX-ZEPLIN zachytil v červnu 2023 dvojici záblesků, která odpovídá možnému střetu částice temné hmoty s jádrem xenonu. Signál se zatím obtížně vysvětluje známými zdroji pozadí, jako jsou neutrony, neutrina či gama záření, a nejlépe jej popisuje hypotetická slabě interagující masivní částice WIMP o hmotnosti přes 200 GeV. Vědci však objev nevyhlašují, protože jde pouze o jediný případ a statistická významnost dosahuje 2,6 sigma. K potvrzení by byla potřeba hranice 5 sigma a více podobných detekcí. Studie dosud neprošla recenzním řízením, byla ale zaslána do časopisu Physical Review Letters.