Кирилл Поваров: Магнитный резонанс в квантовом фрустрированном антиферромагнетике на треугольной решетке

Свой доклад Кирилл начал с обсуждения фазовой диаграммы (в координатах температура и магнитное поле) изучаемого вещества Cs_2CuCl_4. Он рассказал, что в нулевом магнитном поле между антиферромагнитным состоянием, реализующимся при низких температурах (температура перехода 0.62 К), и парамагнитным состоянием при высоких температурах существует область температур (ниже 4 К), в которой спины ионов Cu^{2+} находятся в неупорядоченном состоянии с корреляциями, соответствующими спиновой жидкости. Далее Кирилл объяснил, что ионы Cu^{2+} находятся на параллельных плоскостях в узлах двумерной  треугольной решетки. Обменное взаимодействие спинов вдоль двух из трех ребер треугольника одинаковое и в три раза меньше, чем вдоль третьего ребра, а обменное взаимодействие между спинами в соседних плоскостях на порядок меньше. Особенностью вещества  Cs_2CuCl_4 является наличие взаимодействия Дзялошинского-Мория, которое разрешено соображениями симметрии.
Далее Кирилл рассказал, что для объяснения результатов измерения спинового магнитного резонанса была использована модель одномерной цепочки спинов 1/2 с обменным изотропным взаимодействием в магнитном поле (модель Гейзенберга). Несмотря, на сильную упрощенность модели, предсказания такой упрощенной одномерной модели для спектра возбуждений находятся в согласии с предыдущими экспериментами. Как объяснил Кирилл, для объяснения результатов измерения спинового магнитного резонанса необходиомо учесть взаимодействие Дзялошинского-Мория, приводящее к расщеплению линии резонанса.
Получающиеся при сравнении с экспериментом параметры взаимодействия  Дзялошинского-Мория оказываются того же порядка, что и обменное взаимодействие между спинами в соседних плоскостях. Это вызвало вопрос об оправданности применения одномерной модели.

Более детально с работой можно ознакомиться на http://arxiv.org/abs/1101.5275 и http://arxiv.org/abs/1202.0783 

Илья Комаров: Поиск редкого полулептонного распада Bs->PhiMuMu на установке LHCb

В своём докладе Илья начал с объяснения работы установки регистрации разлетающихся частиц при столкновении встречных протонов с суммарной энергией около 7ГэВ на коллайдере LHC. Как оказалось, удается зарегистрировать всю траекторию (восстанавливаются координаты и импульс частицы) движения вылетающих частиц, начиная с точки, в которой произошло столкновение двух протонов. При поиске событий, отвечающих конкретному распаду, используется система триггеров, которая путем проверки соответствия характеристик события желаемым условиям, позволяет отбросить события заведомо не соответствующие искомому распаду.      

Дальше Илья объяснил почему интересен полулептонный распад Bs->PhiMuMu. Это связано с его редкостью, так как вычисления на основе стандартной модели дают оценку, что распад происходит в одном событии из миллиона. Поэтому он является хорошим объектом для проверки предсказаний стандартной модели.

Оживленную дискуссию вызвало упоминание Ильей вильсоновских коэффициентов, так как он не смог доступно объяснить что же это за объекты. Игорь Полюбин и Дима Левков объяснили, что коэффициенты Вильсона описывают перенормированные вершины взаимодействия в эффективном лагранжиане.  

В конце доклада Илья достаточно подробно рассказал, как проводится  компьютерный анализ данных по событиям, удовлетворяющим нужным характеристикам, с целью извлечения максимальной информации именно о нужном событии (распаде Bs->PhiMuMu).

Второе заседание

В четверг 9 февраля 2012 года состоялось второе заседание семинара. pdf-файлы презентаций докладов можно на найти на сайте семинаре http://sites.google.com/site/youngresearchersseminar или по прямым ссылкам

2012_02_09_Kirill_Povarov.pdf

[доклад Ильи Комарова по техническим причинам будет размещен позже]


Также презентации докладов второго семинаров можно найти на сайте семинара.

В Четверг, 9 февраля 2012 г. в 15:00

в конференц-зале института Физических Проблем им. П.Л. Капицы РАН
(адрес ул. Косыгина, д.2, 2й этаж главного здания, см http://itp.ac.ru/ru/seminars/kapitza-institute/contacts)
состоится второе заседание ОБЪЕДИНЁННОГО МОЛОДЁЖНОГО СЕМИНАРА ПО ФУНДАМЕНТАЛЬНОЙ ФИЗИКЕ. 

Планируется заслушать следующие ДОКЛАДЫ (ориентировочно по часу  каждый):

1) Поваров Кирилл (аспирант 2-ого года ИФП им. П.Л. Капицы РАН)

"Магнитный резонанс в квантовом фрустрированном антиферромагнетике на треугольной решетке" по работе K. Yu. Povarov, A. I. Smirnov, O. A. Starykh, S. V. Petrov, and A. Ya. Shapiro, Phys. Rev. Lett. 107, 037204 (2011)

Аннотация: 

Во фрустрированных и низкоразмерных спиновых системах амплитуда нулевых колебаний может оказаться достаточной, чтобы разрушить магнитный дальний порядок даже при T=0. Подобные системы называются "квантовыми магнетиками" и реализуются во многих соединениях, сочетающих низкий спин магнитного иона с пониженной размерностью геометрии антиферромагнитных обменных связей. Возникающие в них неупорядоченные состояния с сильно развитыми корреляциями называются спиновыми жидкостями. Хлорид меди-цезия Cs_2CuCl_4 является примером такого соединения. Здесь ионы Cu^{2+} со спином S=1/2 образуют слабо связанные слои с искаженной треугольной решеткой. Спин-жидкостное состояние обнаружено в Cs_2CuCl_4 экспериментально; оно существует в широкой области температур от температуры Кюри-Вейсса (~4 К) до температуры упорядочения 0.62 К и характеризуется наличием континуума возбуждений. Наши эксперименты по спиновому магнитному резонансу в Cs_2CuCl_4 показали, что в спин-жидкостном состоянии в нулевом магнитном поле открывается щель в спектре возбуждений, что нетипично в отсутствие дальнего порядка. Возникновение щели принципиально связано с наличием в этой фазе континуума возбуждений и модификацией его однородным взаимодействием Дзялошинского Мории, действующим на образующие континуум квазичастицы (спиноны) как эффективное магнитное поле. При дальнейшем понижении температуры в упорядоченной фазе наблюдается сосуществование типичного сигнала  антиферромагнитного резонанса на низких частотах со "спин-жидкостным" сигналом резонанса на высоких, что связано с сильной квантовой редукцией упорядоченной компоненты спина в основном состоянии.

2) Илья Комаров (аспирант, НИИЯФ МГУ)

"Поиск редкого полулептонного распада Bs->PhiMuMu на установке LHCb"

Аннотация:

Эксперимент LHCb является крупнейшим экспериментом в области B-физики. С его помощью может быть решено множество насущных вопросов физики элементарных частиц, таких, как исследование CP-нарушения, прецизионное измерение углов треугольника унитарности и поиск новой физики в редких распадах B-мезонов. В связи с последним вопросом большой интерес представляет исследование редкого полулептонного распада Bs->PhiMuMu. В данном распаде возможно выполнение нулевого теста зарядовой лептонной асимметрии и уточнение значений вильсоновских коэффициентов. Однако и те данные, которые уже были набраны в коллаборации LHCb, позволяют провести довольно интересное измерение, а именно, измерение парциальной ширины данного распада (на данный момент официально опубликовано только верхнее ограничение на эту величину). Это измерение будет освещено в докладе с методологической точки зрения. На примере данного распада в докладе будут рассмотрены основные элементы анализа данных в современном экспе-рименте физики высоких энергий, такие как, например, работа с Монте-Карло данными и отбор событий.

Павел Иоселевич: Майорановский фермион на поверхности топологического изолятора и аномальный джозефсоновский ток

Свой доклад Павел начал с детального объяснения о том, что такое майорановский фермион на языке вторичного квантования и почему он может реализовываться как одно из состояний в  гамильтониане Боголюбова-де Жена. Для иллюстрации этого общего утверждения был рассмотрен гамильтониан модели Китаева для одномерного p-волнового сверхпроводника, в которой существует фаза с двумя майорановскими состояниями, локализованными на краях одномерной цепочки. Также два (вырожденных по спину) майорановских состояния существуют в коре абрикосовского вихря в p-волновом сверхпроводнике. Для того, чтобы иметь ровно одно майорановское состояние необходимо нарушить вырождение по спину. Этого можно достичь, например, сильным спин-орбитальным взаимодействием. Такая ситуация возникает в модели электронов с дираковским спектром и обычным s-волновым спариванием. Эта модель может быть реализована на поверхности трёхмерного топологического изолятора, покрытого s-волновым сверхпроводником.

В этом месте Павел потратил некоторое время на объяснение того, что такое двумерные и трёхмерные топологические изоляторы. Далее Павел перешёл непосредственно к задаче, которую он решал: контакт сверхпроводник - топологический изолятор - сверхпроводник, через который проходит вихрь, перпендикулярно границам раздела. Строго говоря, в каждом из сверхпроводников есть свой вихрь, а в топологическом изоляторе магнитное поле распределено так,  чтобы сохранялся магнитный поток. Оказывается, что уровни энергии в вихре зависят от разности фаз между сверхпроводниками, что приводит к существованию джозефсоновского (спектрального) тока, особенностью которого оказывается компонента 4pi периодичная по разности фаз (в стандартной ситуации джозефсоновский ток 2pi периодичен по разности фаз). Павел на качественном уровне объяснил этот факт существованием майорановских состояний в вихрях и эффектов четности числа квазичастиц в сверхпроводнике. Это место вызвало бурную дискуссию: были заданы вопросы о том джозефсоновский ток каких частиц будет течь и какие есть ограничения на скорость изменения разности фаз сверхпроводников, которая обычно изменяется прикладываемым магнитным полем.

Более детально с работой можно ознакомится на http://arxiv.org/abs/1012.0407 .

Анна Токарева: Осцилляции позитрония в зеркальную материю

В своём докладе Анна сначала объяснила в чём состоит проблема тёмной материи (материя, состоящая из неизвестных частиц и обнаруженная по создаваемым ей гравитационным эффектам). Затем, была объяснена модель мира с так называемой зеркальной материей, в которой есть частицы двух сортов: стандартной модели и её зеркальной копии.  Каждой обычной частице ставится в соответствие зеркальный партнёр. Взаимодействие между частицами из разных миров может быть только гравитационное и электромагнитное (обычный виртуальный фотон может превратиться в зеркальный и наоборот, за счёт чего у зеркальных частиц появляется очень маленький обычный электрический заряд). На силу электромагнитного взаимодействия между мирами есть достаточно сильные ограничения, накладываемые современными космологическими данными.

Далее Анна рассказала, что одно из возможных наблюдаемых следствий существования электромагнитного взаимодействия между обычным и зеркальным фотонами является превращение обычного позитрония в зеркальный, т. е. его исчезновение из нашего мира. Для максимального из-за космологических ограничений значения силы электромагнитного взаимодействия  между обычным и зеркальным мирами была озвучена оценка в 10^{-8} для вероятности исчезновения позитрония в идеальных условиях (в вакууме).

В конце доклада Анна обсудила различные факторы, которые в условиях реального эксперимента, могут затруднить наблюдение этого эффекта. Эта часть доклада вызвала наибольшее количество вопросов, главным из которых был о возможности аннигиляции позитрония при соударениях со стенками контейнера -- эффект, который, как я понял, Анной не рассматривался.

Более детально с работой можно ознакомиться на http://arxiv.org/abs/1111.1072 .
   

Первое заседание

В четверг 12 января 2012 года состоялось первое заседание семинара. pdf-файлы презентаций докладов можно на найти на сайте семинаре http://sites.google.com/site/youngresearchersseminar или по прямым ссылкам

2012_01_12_Pavel_Ioselevich.pdf

2012_01_12_Anna_Tokareva.pdf

Презентации последующих семинаров будут размещаться на сайте семинара по умолчанию.