Похоже, снежный покров окончательно сформировался, так что пришло время второй части нашей викторины про зимние горки. Какие санки придут к финишу первыми? (трением пренебречь)

#осцопрос

Подведем итоги викторины. Как догадалось большинство читателей, речь снова пойдет о циклоиде – кривой замечательной во всех отношениях. ➿

То, что скорейший путь — не прямая, понял еще Галилей, размышлявший о маятнике: движение по дуге окружности получалось быстрее, из чего он сделал поспешное обобщение, что окружность в поле силы тяжести и есть скорейшая из всех возможных траекторий. 🤷

Первым правильное решение нашел Иоганн Бернулли в 1696 году. По совету Лейбница, он в журнале Acta Eruditorum объявил конкурс на решение задачи о брахистохроне - кривой скорейшего спуска: «…Следуя примеру Паскаля, Ферма и т.д., я надеюсь заслужить благодарность всего научного сообщества, поставив перед лучшими математиками нашего времени проблему, которая проверит их методы и силу их интеллекта».

Правильные решения прислал брат Якоб Бернулли, Исаак Ньютон, попутно разработавший метод вариационного исчисления, и Гийом Франсуа Антуан, маркиз de L'Hôpital (он же просто Лопиталь, знакомый всем младшекурсникам по матану).

PS. Кстати, имена Паскаля и Ферма в вводной к задаче Бернулли служили своего рода подсказками: математикам того времени был памятен конкурс Паскаля про площадь под аркой циклоиды (в том конкурсе участвовал Гюйгенс, по счастливому совпадению искавший решение задачи об изохронном маятнике), а принцип Ферма позволяет решить задачу о брахистохроне, исходя из аналогии с оптикой и законом преломления Снеллиуса: кривая скорейшего спуска соответствует траектории, синус угла которой с вертикалью пропорционален скорости тела.

Такой кривой является именно циклоида!

Принцип Ферма оказывается очень полезным в задачах минимизации времени, даже за пределами оптики.

И только недавно была обнаружена аналогия совсем в неожиданной области - физике магнитных доменов.

В новой статье сотрудников, аспирантов и студентов группы под руководством проф. А.П. Пятакова рассмотрена задача о "преломлении" доменных границ на электродах различной геометрии. Аналогия с принципом Ферма здесь в минимизации функционала поверхностной энергии доменной границы (она зависит от электрического поля вследствие магнитоэлектрического эффекта на доменных границах, открытого в той же лаборатории кафедры физики колебаний).

Более детальное численное моделирование, проведенное первым автором статьи —аспирантом Никитой Мясниковым, показывает, что доменная граница отслеживает все неоднородности электрического поля и может преломляться на одном электроде по нескольку раз - не только на его границах, но и в области под ним, там где меняется электрическое поле.

#acta_oscillatoria

Почему в "этот день непогожий" мы веселые такие?🎼 🤔

С Днём Рождения, Физфак! 🥳

"Делу время, а потехе час", как сказал когда-то царь Алексей Михайлович.

Сегодня физфак работает в обычном режиме, и на семинаре кафедры выступит аспирантка Дария Салыкина с докладом на тему "Улучшение чувствительности квантовых неразрушающих измерений, основанных на керровской нелинейности, с помощью сжатого света".

🕐 когда: среда 29 ноября 15:20.
📌где: северное крыло физфака, ауд. 5-50

В связи с темой доклада Дарии может возникнуть вопрос: а как это, вообще, "сжатый свет"? И уж совсем не укладывается в голове выражение "сжатый вакуум"! 🤯

Дело в том, что "сжатие" происходит в сопряжённых координатах. Например, если берём пространственную координату, то сопряженной координатой будет импульс.

В квантовой механике каждому состоянию в таких координатах соответствует не точка (как было бы в классике), а  пятно с конечной площадью (в силу соотношения неопределенности). Если такое состояние сжать в одном направлении, то оно, подобно кистевому эспандеру, вытянется в другом. Подавляя флуктуации числа фотонов (разброс по амплитуде А) мы увеличиваем дисперсию по фазе, и наоборот.

А сжатый вакуум соответствует основному состоянию (с центром в нуле), также сжатому вдоль одной из сопряжённых компонент.

Сжатые состояния позволяют ослабить влияние шума, не увеличивая при этом сигнал.

Как понимает большинство читателей, никакого противоречия в том, что наша кафедра основана раньше физфака, нет, поскольку физический факультет образовался из физического отделения МГУ (ранее физ.-мат. факультета), на котором тоже были кафедры.

В этом смысле наша кафедра не единственная, но едва ли найдется ещё одна кафедра, соперничающая с ней по числу ответвлений (или как сейчас модно говорить, "спин-оффов"). На приложенной шкале времени бурлящая история кафедры представлена только крупными мазками - на масштабе больших научных коллективов.

Наша кафедра также примечательна по количеству выпускников, ставших заведующими другими кафедрами, но это уже другая история...

#осцопрос

Нет, это не загадка "найди 7 отличий", а иллюстрация к недавней публикации аспиранта Александра Карпенко и проф. С.П. Вятчанина, показывающая две схемы интерферометра Майкельсона-Саньяка. Его назначение – охладить пробную массу, изображенную в виде тонкой пластинки на рисунке, чтобы точно измерять ее смещение x0 под действием гравитационных волн или других предельно слабых воздействий. Две схемы отличаются друг от друга тем, что в первом случае пробная масса образует оптический резонатор с зеркалом рециркуляции сигнала (Signal Recycling Mirror), стоящим на пути сигнального луча, во втором – со стоящим на пути луча накачки: зеркалом рециркуляции мощности (Power Recycling Mirror).

#acta_oscillatoria

Однако ключевым элементом в этих схемах является светоделительная пластина, стоящая на пересечении всех лучей. Как правило, она делается такой, чтобы ровно 50% излучения от нее отражалось, а 50% проходило, отклонение от этого баланса считается нежелательным. В статье же наших сотрудников под названием "Enhanced optomechanical interaction in an unbalanced Michelson-Sagnac interferometer" в журнале Physical Review A доказывается, что разбалансированный интерферометр демонстрирует во много раз большую чувствительность, позволяя создавать настольные установки для наблюдения квантовых свойств макроскопических объектов.

#acta_oscillatoria

Эта замысловатая фигура – не элемент буддистского орнамента, а механический резонатор, вытравленный из кремниевой пластины диаметром 76 мм. Он разработан в лаборатории проф. В.П. Митрофанова для моделирования взаимодействия кремниевой пробной массы гравитационно-волнового детектора с электродом-актюатором (Группа прецизионных квантовых измерений, фото аспиранта кафедры физики колебаний Ярослава Клочкова).

В интерферометрическом гравитационно-волновом детекторе третьего поколения LIGO Voyager пробные массы будут изготовлены из кремния, рабочая температура пробных масс – 120 К. Для тонкой подстройки положения пробных масс предполагается использовать электростатические актюаторы. Взаимодействия кремниевой пробной массы с электростатическим полем электрода является источником теплового шума, который может существенно ограничить чувствительность детектора в диапазоне 10-100 Гц.

Если приглядеться к рисунку, то можно увидеть, что кремниевая пластина состоит из 4 связанных маятников с пружинками-спиралями и грузиками – сегментами на периферии. За счет попарно-противофазного движения маятников в антисимметричной моде (f=63 Гц) обеспечивается минимизация потерь в закреплении (на схематических изображениях мод отклонение в направлении, перпендикулярном плоскости чертежа, показано в красно-синем контрасте). Полученная в ходе предварительных измерений добротность при температуре около 100 К превосходит 10 миллионов!

Кафедра физики колебаний активно сотрудничает с Институтом Космических Исследований РАН, многие наши выпускники там работают.

В ближайшую среду на семинаре кафедры выступает ведущий инженер лаборатории экспериментальной спектроскопии ИКИ РАН, к.ф.-м.н. И.И. Виноградов с докладом "Многоканальный диодно-лазерный спектрометр для исследования летучих лунного грунта. Балансирование метрологических возможностей и компактности бортового прибора"

Он расскажет о том, как разработанный в его лаборатории лазерный спектрометр поможет автоматической посадочной станции «Луна-Ресурс» искать воду в околополярных областях Луны.

🕐 когда: среда 20 декабря 15:20.
📌где: северное крыло физфака, ауд. 5-50

Исследования нашей студентки А.А. Карпачёвой в области магнитоэлектрических явлений (группа фотоники и спинтроники) поддержаны фондом "Базис".
Поздравляем Аню с победой в конкурсе!

Подведем итоги викторины про лилипутов. Хотя и не сразу, наибольшее число голосов набрал правильный ответ: скорость ходьбы уменьшается не пропорционально размерам тела, а по корневому закону.

Эта задача относится к более общему классу задач, называемому "правилами масштабирования" (scaling rules). И первое рассмотрение такого рода проблем Галилей провел за 90 лет до того, как были изданы "Путешествия Гулливера". В отличие от Джонатана Свифта, Галилей в своих "Беседах и математических доказательствах, касающиеся двух новых отраслей науки..." подходит к проблеме масштабирования научно.

Нет сомнения, что он решил бы и задачу викторины, благо, что корневую зависимость периода математического маятника от его длины (а каждая нога является физическим маятником) он уже знал, хотя и ошибался в величине безразмерного коэффициента.

Post Викторина: 🧐 А кто сможет прочесть годы издания этих двух книжек на рисунке? И где в этом канале уже появлялась эмблема на книжке Галилея?

#осцопрос

Так вот,  дерево, которое можно видеть на титульном листе в "Беседах" Галилея, уже появлялось здесь и там. Это эмблема издательства Elsevier.

Можете представить, как греет душу авторам, публикующимся в этом и других журналах издательства, сознание того, что их фамилии расположены под тем же древом познания, что печатал свой труд классик 🤗 ... в далёком 1638 году, как можно прочесть, вооружившись справкой внизу, которую любезно предоставила ст. преп. кафедры физики колебаний Татьяна Борисовна Косых:
----
М - mille =1000
D - demi =500
C - cent =100
L =50
X =10
V =5
I =1

На этой композиции по мотивам фотографий, любезно предоставленных аспирантом кафедры Андреем Данилиным, изображена система оптической связи с фотонным чипом (показан под увеличением на вставке), к которому подходит массив оптоволокон с интервалом в 127 микрон друг от друга🔬, что позволяет эффективно передавать лазерное излучение одновременно в несколько волноводов фотонной структуры.

Немаловажным элементом системы является массив металлических контактов, размещённый над чипом (у читателей старшего поколения он вызовет ассоциацию со шлицами сегмента пишущей машинки 📠). Эти контакты выполняют функцию управления интегральными микронагревателями🔥 на чипе, обеспечивая возможность управлять фазой излучения в волноводе, спектрально смещая резонансы микрорезонаторов или управляя коэффициентом деления мощности интерферометров.

На итоговом семинаре кафедры: модельный эксперимент с пузырьками от шипучего аспирина в бокале с ПАВ и в контрольном бокале — по мотивам статьи об игристых напитках в Phys Rev F; доц. А.Г. Ржанов представляет общественности находки в кафедральном архиве: было забавно послушать о том как жили, работали и шутили сотрудники кафедры в прошлом веке, и какой несбыточной фантазией казалось детектирование гравитационных волн.