Семинар ЗЗФ 9 ноября в 17:05
северное крыло физфака, каб. 3-62

Проводит проф. А.П. Пятаков

"Носимые устройства"
Они знают о тебе уже слишком много…
но что знаешь о них ты?

• Кто там считает наши шаги?
• Как они щупают пульс?
• ……и смогут ли читать мысли?

Загадка для тех, кто не был на вчерашнем семинаре: что общего у принципа действия датчика поворота в смартфоне и явлений на картинках внизу?
Осторожно! Спойлер здесь: Да, это сила Кориолиса!
Она вызывает волны на юбках кружащихся дервишей, как утверждают авторы статьи в New Journal of Physics) и приводит к возникновению крутого и полого берегов у реки, как учит учебник географии.
А вот в микромеханическом датчике вращения ее действие приводит к тому, что первичные радиальные колебания кремниевых пластин в осцилляторах порождают тангенциальные колебания (красные стрелки), по амплитуде которых и можно измерить угловую скорость вращения прибора.

Кафедра физики колебаний проводит встречу студентов 1-го и 2-го курсов с сотрудниками группы квантовых и прецизионных измерений — профессором Сергеем Петровичем Вятчаниным и профессором Валерием Павловичем Митрофановым. 

На этой встрече вы узнаете про: 

👂 Лазерные гравитационные антенны.

💢Как зарегистрировать летящие кусочки кривизны пространства?

🔬 Что такое прецизионные измерения? Уникальные эксперименты на кафедре колебаний.

⚛️ Как измерить  смещение в десять тысяч раз меньше размера атома? Это возможно?

🧗 Стандартный Квантовый Предел и как его преодолеть

🕐 когда: среда 15 ноября 12-30.
📌где: северное крыло физфака, каб. 3-62

С тем как носимые устройства отслеживают наши движения, мы, можно сказать, разобрались – см. загадку про танцующих дервишей, а как обстоят дела с датчиками, измеряющих частоту пульса и насыщенность крови кислородом?

Для многих оказывается неожиданностью, что пульсометр является не механическим, а оптическим датчиком, а пульсовую волну, также как изменение концентрации кислорода в крови, можно детектировать по изменению цвета кожи.
На рисунке представлены спектры отражения кожи для четырех базовых ситуаций: высокая и низкая наполненность сосудов, а также высокая и низкая концентрация кислорода в крови.

Внимание, вопрос: какой цвет кожи соответствует низкому содержанию кислорода?
Выбирайте значок нужного цвета из линейки эмодзи: красный, желтый, зеленый или синий!

#осцопрос

Подведем результаты эмодзи-викторины. Большинство выбрало синий значок, считая, что недостаток кислорода проявляется в виде синего цвета кожи. Возможно, здесь сказалось стандартное обозначение вен в анатомических атласах.

Однако, в викторине речь шла о цвете именно кожи:

- 👊 желтой выглядит кожа под тканями, лишенными крови: достаточно взглянуть на костяшки сжатого кулака ;
- 🥶 синеватый оттенок приобретает кожа в местах застоя крови ;
- 😡 насыщение крови кислородом проявляется, конечно же, в виде алого цвета ;
- 🤢и, наконец, недостаток кислорода – в виде зеленого оттенка, возникающего при болезни.

Таким образом, имеем оппозиции синий/желтый (высокая и низкая наполненность кровеносных сосудов) и красный/зеленый (высокая/низкая концентрация кислорода).

Эти две цветовые противоположности соответствуют оппонентной теории цветовосприятия Геринга, многим знакомой на практике по опыту цветокоррекции в программах обработки фотографий. Более того, по мнению ряда антропологов само возникновение желто-синего и красно-зеленого каналов цветовосприятия у приматов связано с возможностью «считывать» физико-эмоциональное состояние сородичей по их лицам. Кстати, по наблюдению тех же учёных наличие цветового зрения коррелирует с уменьшением волосяного покрова (чтобы лучше было видно кожу).

Занятие ЗЗФ в четверг 16 ноября
(17:05 каб. 3-62)
проводит заведующий нашей кафедрой
профессор Сергей Петрович Вятчанин

Тема занятия: "Квантовый осциллятор".

Загадка-шутка (но с моралью!) от с.н.с кафедры физики колебаний А.С. Сергеева: что общего у квантового осциллятора и фасада церкви  в английском городе Бате (Bath)?

#осцопрос

Из самого названия города (Bath) следует, что главной достопримечательностью в нем являются римские бани, однако не менее знаменита церковь Святых Петра и Павла в Батском аббатстве.

Итак, что у нее общего с квантовым осциллятором?
Разгадка здесь: система эквидистантных уровней-ступенек.

Эта примечательная деталь декора башен изображает лестницу из видения ветхозаветного патриарха Иакова.

А в чем мораль?
Лестница Иакова ( и система уровней осциллятора) ограничена снизу, но сверху теоретически поднимается до бесконечности - нет предела совершенству.

Надо сказать, что такая ситуация в квантовой механике встречается далеко не всегда: как и в макромире, в ней полно "лестниц", ограниченных с двух сторон, например - набор проекций момента импульса на некоторую ось... но это совсем другая история, про другие операторы.

Научные интересы старшего научного сотрудника кафедры, к.ф.-м.н.  Александра Сергеевича Сергеева лежат в области явлений геометрической и топологической природы в физике твердого тела. В частности, в работе Geometry of projected connections, Zak phase, and electric polarization в журнале Physical Review B им был предложен новый вывод основного соотношения современной теории электрической поляризации.

#acta_oscillatoria

А в прошлый четверг А.С. Сергеев провел лекцию «Топологические изоляторы и геометрия векторных расслоений» для коллег из красноярского Института физики им. Л. В. Киренского.

Рисунки на слайде презентации поясняют понятие геометрической фазы. Для квантовой системы – это фаза, набегающая при адиабатическом изменении параметров гамильтониана по замкнутой траектории в пространстве параметров.

Это сейчас прозвучало очень абстрактно 🙄, но у геометрической фазы есть и наглядная аналогия из классической механики – суточный угол поворота маятника Фуко, иллюстрирующий идею параллельного переноса на искривленной поверхности.

Найти этот угол позволяет процедура ... 🦉«натягивания конуса на глобус»: если нарисовать на выкройке конуса параллельные векторы, а потом надеть конус на сферу, то на том круге, где конус касается сферы, геометрическая фаза с точностью до 2pi будет равна вырезу в выкройке (угол бета). Можете проверить: для конуса, касающегося сферы 🌍 на широте 30 градусов, вырез будет равен pi.

На ближайшем семинаре кафедры аспирант Александр Карпенко расскажет о своей статье "Усиленное оптомеханическое взаимодействие в разбалансированном
интерферометре Майкельсона-Саньяка" в соавторстве с выпускником кафедры Михаилом Коробко и проф. С.П. Вятчаниным, недавно вышедшей в журнале Physical Review A.

🕐Когда: 22 ноября в 15:20
📌Где:  Физический факультет, ауд. 5-50

#acta_oscillatoria

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