Журнал Белорусского государственного университета. Физика

Измерение магнитного и электрического дипольных моментов нейтральных очарованных и прелестных барионов на основе эффекта деполяризации их спина в кристаллах

Виктор Васильевич Тихомиров — 2025-02-11

Поиск и измерение магнитных и электрических дипольных моментов элементарных частиц позволят уточнить структуру последних, а также получить данные о фундаментальных взаимодействиях. В настоящее время ведется подготовка экспериментов по измерению магнитных и электрических дипольных моментов очарованных и прелестных барионов, становящихся возможными при их рождении с энергией порядка тераэлектронвольта и выше, на Большом адронном коллайдере и еще более крупных проектируемых ускорителях. Измерение магнитных и электрических дипольных моментов основывается на зависимости от них изменений поляризации частиц в магнитном или электрическом поле. Проблема в том, что даже при рассматриваемых энергиях расстояние, которое проходит частица за время жизни (для краткости будем называть его длиной распада), измеряется сантиметрами, и необходимое изменение ее поляризации может быть достигнуто только в сильном кристаллическом поле, значительно превышающем любые поля, получаемые в лаборатории. В случае с положительно заряженными частицами подобные измерения основываются на эффекте вращения спина в условиях каналирования в изогнутом кристалле. Поскольку как в случае с нейтральными, так и в случае с отрицательно заряженными частицами эффект каналирования не может быть использован, для них остается применить эффект деполяризации спина, существующий в аморфном веществе и дополнительно усиливающийся в кристаллах. В целях количественного описания этого эффекта в статье найдена связь магнитных и электрических дипольных моментов нейтральной спиновой частицы с квадратом продольной поляризации, приобретаемой ею при движении под малым углом к одному из главных кристаллических направлений. Данный расчет составляет основу метода измерения магнитных и электрических дипольных моментов нейтральных очарованных и прелестных барионов, использующего эффект когерентного усиления действия на них атомных полей в кристаллах. Кроме того, в работе детализирована процедура подобных измерений, основанная на регистрации направления вылета одного из продуктов распада относительно плоскости, нормальной к импульсу, в системе покоя распадающейся частицы. Проведены оценки, показывающие, что минимальное количество частиц, необходимое для измерения магнитного дипольного момента нейтрального очарованного омега-бариона на Большом адронном коллайдере, составит порядка 10⁴, а на коллайдерах, проектируемых на энергию порядка 50 ТэВ, – менее 10³.

Структурные изменения в цирконии после плазменного воздействия и высокотемпературного отжига в воздушной атмосфере

Виталий Игоревич Шиманский — 2025-02-12

В целях проверки возможности повышения коррозионной стойкости циркониевых сплавов, используемых в качестве конструкционных материалов в ядерной энергетике, исследована стабильность структурно-фазового состояния циркония, подвергнутого высокоэнергетическому плазменному воздействию, а затем изотермическому отжигу в воздушной атмосфере. Образцы циркония обрабатывались импульсными компрессионными плазменными потоками в атмосфере остаточного газа (азота) с плотностью поглощенной энергии, обеспечивающей плавление приповерхностного слоя и последующую скоростную кристаллизацию. Результатом плазменного воздействия являлось формирование дисперсной зеренной структуры, сопровождаемое ростом на поверхности образцов тонкого слоя нитрида циркония (ZrN) и твердого раствора азота в кристаллической решетке низкотемпературной фазы циркония (α-Zr(N)). Изучение термической стабильности модифицированного циркония осуществлялось при изотермическом отжиге в открытой воздушной атмосфере при температуре 350 ℃ в течение 100 ч. С использованием методов растровой электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа установлено диффузионное насыщение приповерхностного слоя образцов циркония атомами кислорода, приводящее к формированию моноклинной модификации диоксида циркония (m-ZrO₂) и твердого раствора внедрения (α-Zr(O)). Показано, что модифицирование структуры приповерхностного слоя циркония путем предварительной плазменной обработки препятствует образованию диоксида циркония m-ZrO2, увеличивая при этом область существования твердого раствора α-Zr(O). Сформированный слой нитрида циркония выступает в качестве барьера для диффузионного проникновения кислорода. Однако распад нитрида циркония, происходящий в твердой фазе, приводит к увеличению количества вакантных позиций в кристаллической решетке, способствующих формированию твердого раствора α-Zr(O). Обнаруженные закономерности структурных изменений в цирконии после высокотемпературного отжига позволяют снизить прирост массы образцов при длительном окислении в условиях воздушной атмосферы.

Влияние термоциклирования на оптические свойства нанокомпозитов на основе эпоксидной смолы, модифицированной графеном и углеродными нанотрубками

Ирина Николаевна Пархоменко — 2025-01-20

После термоциклирования в условиях, эквивалентных 16 ч нахождения на околоземной орбите, изучены спектры поглощения полимерных эпоксидных композитов с наполнителями «Графен» и «Таунит-МД », содержащими графеновые нанопластины и многостенные углеродные нанотрубки соответственно. Для синтезированных полимеров определены коэффициент поглощения солнечного излучения (α_s) и коэффициент излучения (ε) в тепловом ИК-диапазоне. Показано, что добавление 1 мас. % углеродного наполнителя в эпоксидную матрицу приводит к возрастанию коэффициента α_s с 0,88 до 0,94–0,95 и коэффициента ε с 0,93 до 0,95–0,96. Обнаружено, что термоциклические нагрузки в вакуумной камере, имитирующей условия ближнего космоса, обусловливали увеличение коэффициента αs образца с графеновыми нанопластинами на 0,5 %, тогда как для образца с углеродными нанотрубками данный показатель уменьшался на 0,4 %. Коэффициент поглощения солнечного излучения немодифицированного эпоксидного полимера после термических нагрузок снижался примерно на 2 %. Коэффициент излучения по окончании термоциклирования возрастал на величину ∆ε = 0,006 (0,6 %) для немодифицированной эпоксидной смолы и на величину ∆ε = 0,002 (0,2 %) для образцов с наполнителями. На основе данных оптической спектроскопии и ИК-спектроскопии с преобразованием Фурье проанализированы физические процессы, происходящие в нанокомпозитах при термоциклировании в сочетании с УФ-облучением.

Поляризационная динамика поверхностно излучающих полупроводниковых лазеров при наличии двух точек поляризационного переключения в рабочем диапазоне инжекционного тока

Леонид Иванович Буров — 2025-01-31

Проведено численное моделирование процессов поляризационного переключения (ПП) в случае наличия двух относительно близких точек ПП. Анализ полученных результатов показывает, что если сдвиг точек ПП значительно больше суммы ширин ПП для каждой из точек, которая существенно зависит от соотношения скорости изменения инжекционного тока и величины относительной анизотропии эффективного коэффициента усиления, то процессы переключения поляризации в области точек ПП идут практически независимо. Однако если для сдвига точек ПП указанное условие не выполняется, то при превышении некоторого критического значения скорости изменения инжекционного тока характер ПП начинает меняться: сначала проявляется незавершенное ПП (степень поляризации не достигает предельного значения) с последующим нивелированием ПП вплоть до его практически полного исчезновения. Это связано с высокой инерционностью процесса перестройки поляризации выходного излучения вблизи точек ПП. Использование треугольных импульсов с высокой скоростью изменения тока позволяет практически полностью погасить проявления ПП, т. е. обеспечивает возможность не технологического, а динамического устранения влияния ПП.

Анализ дифракционных спектров периодических решеток, профиль которых описывается электрокардиограммами

Антон Сергеевич Мигель — 2025-01-20

Рассмотрено использование модельной задачи о взаимодействии плоской линейно-поляризованной электромагнитной волны с границей раздела двух сред, профиль которой описывается периодическим сигналом, для формирования вектора признаков (дифракционного дескриптора) в виде амплитуд распространяющихся пространственных гармоник рассеянного поля. Объектом исследования являются сигналы электрокардиограмм. Предложены алгоритмы предварительной обработки сигналов электрокардиограмм для выделения нормированных кардиоциклов, используемых для формирования моделей периодических решеток с заданными коэффициентами вертикального и горизонтального масштабирования по отношению к длине волны. Приведены результаты расчетов дифракционных дескрипторов для трех типов электрокардиограмм, соответствующих разным состояниям сердечнососудистой системы, при различных режимах масштабирования, фиксированных угле падения и поляризации электромагнитной волны. Установлено, что дифракционные дескрипторы обладают высокой чувствительностью к особенностям сигналов электрокардиограмм и при одинаковых коэффициентах масштабирования кардиоциклов могут использоваться в процессе построения автоматизированных диагностических систем.

Антикоррозионные композиции на основе полиуретана с наполнителями из углеродных нанотрубок, оксидов железа и алюминия для защиты металлических поверхностей

Владимир Иванович Сусляев — 2025-01-27

Рассмотрены гидрофобные свойства композиционных материалов на основе полиуретана с наполнителями из углеродных нанотрубок, оксидов железа и алюминия. Представлены данные о скорости коррозии стали марки Ст09Г2С, покрытой слоем композитов толщиной 0,5 мм, в водных растворах солей хлорида, сульфата и карбоната натрия. Показано, что наиболее эффективным является состав, включающий полимер с наполнителем из мелкодисперсного оксида железа(III). Приведены результаты экспериментальных исследований зависимости спектров электромагнитного отклика, а именно коэффициентов отражения, прохождения и поглощения плоских образцов анализируемых материалов. Антикоррозионные свойства предложенных композитов проверены путем сравнения электромагнитного отклика от сухих и погруженных в воду образцов с применением метода времяимпульсной терагерцевой спектроскопии (THz-TDS) в диапазоне частот 0,1–1,6 ТГц на спектрометре реального времени Т-SPEC-1000 (Teravil, Литва). Установлено, что значения диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь позволяют определить граничные условия, в которых полимерные композиционные материалы можно эффективно использовать в качестве антикоррозионных покрытий на металлической поверхности.

Управляемая дифракционная решетка на основе двумерного массива жидкокристаллических доменов

Ольга Сергеевна Кабанова — 2025-01-31

На основе эффекта фотоориентации оптимизирована технология формирования двумерного массива жидкокристаллических доменов с закрученной и планарной ориентациями директора, функционирующего в режиме двумерной дифракционной решетки. С помощью метода поляризационной микроскопии установлено соответствие ориентации директора в объеме жидкокристаллического слоя заданной геометрии. Экспериментально изучено влияние электрического поля на дифракционные и поляризационные свойства разработанной двумерной решетки. Найдено оптимальное значение управляющего напряжения, обеспечивающее максимальные величины дифракционной эффективности в первых порядках дифракции. Экспериментально исследованы состояния поляризации излучения, дифрагированного в направлении нулевого и первых порядков, в выключенном состоянии и при приложении к решетке оптимального напряжения, соответствующего максимальной дифракционной эффективности. Установлено, что прошедший и дифрагированные в первые порядки световые пучки характеризуются ортогональными поляризациями. Таким образом, предлагаемая дифракционная решетка на основе двумерного массива жидкокристаллических доменов обеспечивает пространственное разделение входного оптического сигнала на несколько каналов с возможностью управления состоянием поляризации и величиной дифракционной эффективности, что открывает перспективы для применения данных структур в оптоэлектронных устройствах, реализующих управление оптическим излучением.