Что вам непонятно в квантовой физике?

Очнувшись от салатов, пора подумать и о высоком ?
Я немного отошел от предновогоднего кранча и снова взялся за посты (а у меня аж 4 в работе, прям лонгриды). А пока они пишутся, решил сделать небольшой Q&A тред. Заодно поможет мне сформулировать какие-то вещи для постов ?

Задавайте любые вопросы про кванты, а я на них кратко отвечу (или развернуто в отдельном посте). А самые интересные вопросы добавлю в один из лонгридов?

А у меня тем временем вышла еще одна статья. На этот раз никакой квантовой магии, зато любопытный кейс того, как работает наука. Начну немного издалека, но это поможет понять историю.

Один из студентов в нашей группе давно работает на новым лазером для длины волны в 2 микрона. Возможно, вы этого не знаете, но лазеры бывают совсем не любой длины волны (цвета то бишь). А особенно если речь идет про высокостабильные лазеры, где длина волны и мощность остаются постоянными на протяжении долгого времени, мы довольно ограничены в выборе. Вот и с 2мкм так: хороших лазеров для этой длины волны не было вовсе до недавнего времени (кстати, это инфракрасное излучение, если интересно).

А нам жуть как хочется хороший лазер на 2мкм для детекторов гравитационных волн: это бы позволило использовать новые материалы для зеркал и значительно снизить тепловые шумы в детекторе. Можно, конечно, взять плохой лазер для 2мкм и построить хитрую схему подавления шума, чтобы улучшить его поведение. Проблема в том, что это сложно в целом + это очень сложно сделать на низких частотах (тут речь о частоте шумовой компоненты относительно основной частоты лазера). Наша концепция иная: мы берем очень хороший лазер для 1мкм, и, пропуская его через нелинейный кристалл, конвертируем свет в 2мкм. Это стандартная техника в классической оптике. Главная фишка в том, что стабильность основного лазера на 1мкм тоже должа унаследоваться на 2мкм.

Так вот, собственно история: студент уже давно сделал этот самый лазер на 2мкм с нашим подходом, и сейчас занимается источником квантового света для него, но это не суть. В процессе написания предыдущей статьи мы решили посмотреть: а насколько сохраняются свойства основного лазера при конвертации? Как и ожидалось, они сохранились. Здорово, конечно! И решили, чисто для истории, обработать все данные, которые у нас были, а не только финальные измерения. Каково же было наше удивление, когда мы обнаружили, что в определенных случаях (в режиме, где обычно никто не делает конверсию) стабильность не только сохраняется, но и улучшается!

Первая мысль была — ну это точно ошибка измерения. Сделали новые — нет, все так, в этом необычном режиме лазер на 2мкм действительно оказывается стабильнее оригинального. Тут я засел за теорию, которая моментально подтвердила наблюдения. Это было удивительно: это классическая технология, которая используется в тысячах лабораторий (и не только), и изучена вдоль и поперек, почему это никто до сих пор не заметил?!

Разумеется, эффект оказался как из учебника (уравнения буквально можно найти в учебнике), просто никто его не применял для улучшения стабильности лазера. А т.к. проявление эффекта требовало необычного режима работы девайса, никто на это не обратил внимание. Первые теоретические уравнения, описывающие эффект, я нашел с 60х. За это время я не нашел ни одного эксперимента, который бы это наблюдал! Вот такие удивительные истории бывают.

Мы, конечно, написали статью (она хорошая получилась, кстати), и подались в неплохой журнал. Было удивительно, когда нас туда не пропустили даже на ревью. Ну, не пропустили и не пропустили, мы подались в другой, не такой пафосный (и там все прошло как по маслу). И что вы думаете, в том журнале, куда мы изначально подавались, на днях выходит статья с очень похожим экспериментом. С одной только разницей, что та статья — ошибочная! Они получили похожий эффект, но интерпретировали совершенно неверно (ну т.е. формально верно, но бессмысленно). Не думаю, что они там что-то подмухлевали, скорее всего, просто так совпало.

Ну да и ладно, бог с ними. У нас зато красивые картинки ? Почитайте, она в открытом доступе:
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0030399224016372

Последние недели у меня жуткий завал (помните, я говорил, что завал, пару месяцев назад? Вот там был не завал, как оказалось) — работаю по 15 часов в день: подача большого гранта на 400 страниц (из которых 60 - мои); дедлайн по технической публикации дизайна Einstein Telescop, где я организую собственно публикацию; дедлайн по еще одной заявке на грант. А ко всему этому неделю назад оказалось, что у меня завтра дедлайн по статье, которую я еще не начинал писать (я думал, что можно будет перенести, как обычно). А я там единственный автор, даже ни на кого не скинешь работу. Я это к чему: я вас не бросил, у меня уже руки чешутся написать интересных статей, через недельку вернусь!

А пока, чтоб было не скучно, напомню, что год назад я писал цикл маленьких постов как адвентскалендарь (т.е. каждый день что-то любопытное). Начать можно вот тут, а дальше — по хештегу #adventOfUniverse.
Там было и про сонолюминисценцию, и про излучение Черенкова, и про то, как летают самолеты, и про странные квантовые эффекты. Почитайте, мне кажется, там получилось удачно!

Как я ищу научную информацию?

В целом, обычно это старый-добрый гугл и поиск по картинкам: вбиваешь ключевое слово, ищешь картинки, которые лучше всего подходят под то, что я ищу, а потом смотришь по связанным картинкам. Работает отлично, когда примерно представляешь, что искать!

Помимо этого у меня есть набор разных инструментов, которые пользую с разной степенью успешности:

- Google Scholar — основной инструмент для поиска по ключевым словам и связям между темами. Особенность расширения браузера позволяет автоматически захватывать информацию о читаемой статье и быстро экспортировать цитату в формате bibtex. Очень удобно!

- Unpaywall — находит открытый доступ к статьям, которые привязаны к странице журнала, на которой вы находитесь. Иногда это arXiv или другие открытые ресурсы, иногда — странные страницы универов. Даже вне института я всегда могу получить доступ к нужным статьям в один клик, очень рекомендую.

- @scihubot, @science_nexus3_bot, z-library и Anna's archive для поиска статей и книг с закрытым доступом.

- RefSeek — позволяет искать исключительно в академических источниках. Похож на Google, но без рекламы и лишнего контента. Использую, когда мой запрос слишком расплывчатый для Google Scholar.

- Semantic Scholar — поисковик на базе ИИ. Очень полезен для поиска в новых областях, где я сам пока не вижу связей между разными темами.

- Connected Papers — исследует связи между статьями. Иногда захожу сюда, чтобы найти неожиданные связи и вдохновение — иногда находятся совершенно неожиданные вещи.

- Research Rabbit — похож на Connected Papers, но с большим количеством функций. Протестировал несколько раз, выглядит клево. Хотя у меня своя система организации статей, я им не пользуюсь, но точно стоит внимания.

- Metaphor Systems aka Exa AI — ещё один интересный инструмент, которым я не пользовался, но храню в закладках. Вы описываете, что хотите найти, простыми словами, а ИИ ищет связанные статьи и материалы. Раньше искал в основном архив, сейчас — все подряд. Наверное, с приходом чатгпт и прочего они немного отстанут, но посмотрим!

- Lens.org — поиск по патентам и прочей технической литературе. Иногда в патентах кроятся настоящие жемчужины! (не буду говорить, среди чего приходится их искать)

- BASE — поиск по всем открытым публикациям. Я использую редко, т.к. чаще всего хватает остального, но иногда полезно, т.к. включает всякие технические отчеты и дипломы/диссертации.

- ResearchGate — "социальная сеть" для ученых. В целом, можно найти интересную информацию, удобно следить за публикациями каких-то конкретных людей или рабочих групп. Но очень много всяких фриков. Кажется, нужен университетский имейл, чтобы вступить.

-------------

Какие еще вы знаете инструменты? Пишите в коменты!

Надеюсь, вы меня не потеряли! Раз тут канал про жизнь, расскажу про мои будни последних нескольких недель, чтоб вы знали, почему я вам мало пишу ?

- Вчера был дедлайн по подаче одного большого гранта. 18 проектов, 400 страниц текста. У меня — два больших интересных проекта (эксперимент и теория). Но написание этого талмуда — то еще развлечение. Мой научрук будет заведовать этим большим проектом, так что на меня пала обязанность весь текст вычитывать, править и т.п. Научные части еще ничего, но там страниц 50 — чисто всякие штуки типа организации хранения данных, практики найма студентов, забота об окружающей среде и т.п. Не очень увлекательно ?

- Заодно вчера же был дедлайн по подготовке дизайна оптических систем Einstein Telescope, который я с небольшой командой делал последние полгода. Если не читали, вот моя статья про этот детектор гравитационных волн. Сейчас он находится в самой горячей стадии, когда надо сделать подробный технический дизайн: буквально, где какое зеркало будет стоять, сколько метров диаметр вакуумных труб и куда ставить серверные стойки. Самое веселое, что работать нужно вместе с инженерами: вот придумал ты, куда надо поставить зеркало, а они говорят: фигвам, не поместится, у нас тут стена по плану. Ну или пожарный выход. Мне науку делать, а они мне про пожары...Короче, куча времени уходит, еще и документировать все надо.

- А завтра уезжаю ~~чилить~~ на конференцию: будем сплавляться на теплоходе по Дунаю из Германии в Вену и обратно, целую неделю на борту: доклады и вот это все. Соответственно, нужно было приготовить постер. Дело это неблагодарное, а мой перфекционизм делает его еще и долгим. Вчера вот два часа пытался заставить софт нарисовать мне красивую картинку, которая занимает один маленький угол постера. Получилось. Но джва часа, Карл!

- Параллельно дописываю две статьи, которые надо срочно закончить (а то результаты уже показываю на конференциях, надо скорее публиковать), и еще три, где надо делать правки после возврата от рецензентов.

В общем, дел невпроворот. Конечно, вместо этого поста я мог бы написать что-то про науку, но это пришлось бы думать, а думать уже тяжело под конец недели. Но у меня есть несколько интересных тем для постов, над которыми я потихоньку работаю. Вот свободные пару часов найду, а там...

Если вы хотите узнать побольше про детекторы гравитационных волн, от истории создания, физики и до собственно современных открытий, очень рекомендую этот документальный фильм. Мне кажется, он хорошо передает дух настоящей науки со всеми сложностями, взлетами и падениями. Я тут узнал, что он выиграл 14 наград на фестивалях, что вполне заслуженно: фильм очень интересный. Кстати, там же на канале есть короткие эпизоды на конкретные темы, если смотреть почти два часа документалки вы не готовы ?

https://www.youtube.com/watch?v=jWkWD1MBXKU

На этой неделе я был на конференции по квантовой гравитации, было ужасно интересно, и мне не терпится скорее рассказать вам всякого, что я узнал (а узнал я очень много интересного, на десяток постов хватит!). В процессе подготовки к докладу (или скорее лекции, на час), мне самому пришлось разобраться в одной из необычных моделей квантовой гравитации — энтропийной модели Верлинде. Заодно с ним пообщался на эту тему. Так что я в голове уже складываю лонгрид на эту тему.

К сожалению, как обычно бывает, времени на все эти излишества нет совершенно: на этой неделе надо дописать две заявки на гранты, и одну из них я еще даже не начинал ?

Но вы пока задавайте вопросы в комментах, я их потом соберу по темам и попробую поотвечать.

На дворе сезон Нобелевских премий, завтра выдается премия по физике, а значит, пора погадать на кофейной гуще!

Сразу скажу, что эта премия давно себя изжила, и идейно, и практически. Физика сейчас делается не одиночками, а большими коллективами. Очень мало какие открытия можно приписать конкретному человеку, это почти всегда много небольших шагов в нужную сторону, а не большой скачок, как раньше. Единственный бонус от нее: привлечение общественного внимания к разным областям науки.

Так вот, кто же получит премиую в этом году? Напомню, в прошлом году получили премию за аттосекундные лазеры, в позапрошлом — за квантовую запутанность, в 2021 - за климатические модели, а в 2020, 2019 и 2018 — за всякие космические штуки.

Думаю, физика частиц и космология в этом году мимо: у одной мало что случилось за последнее время, а у другой уже было несколько больших премий недавно. Поэтому у меня варианта два: либо что-то очень прикладное, либо что-то связанное с квантовыми технологиями. Моя ставка — на последнее, чисто за хайп, поэтому Дойч и Шор (но они получили breakthrough prize в прошлом году) или Якир Ахаронов и Майкл Берри по совокупности заслуг.

А как вы думаете?