Создан метаматериал с необычными упругими свойствами
Создан упругий метаматериал, жесткость которого повышается с увеличением длины его образца. Такое свойство кажется контринтуитивным: обычный эластичный материал (например, резина) при большей длине образца растягивается сильнее, чем при меньшей. Отчет о разработке опубликован в журнале Nature Physics.
Метаматериалами называют искусственные материалы, свойства которых в первую очередь определяются не химическим строением, а особой структурой. Благодаря этому они могут обнаруживать совершенно нетипичные для природных аналогов свойства, например оптические, как в случае с плащом-невидимкой. Существуют также метаматериалы с необычными механическими свойствами, к примеру ауксетики, которые при продольном растяжении увеличиваются и в ширину.
Нидерландские исследователи давно занимаются созданием макроскопических метаматериалов с необычными механическими свойствами. Недавно они создали механический «диод» — материал, способный смещаться под действием механических нагрузок только в одну сторону и блокировать смещение в другую. Он состоит из многоугольников, соединенных так, чтобы они могли поворачиваться при приложении к материалу внешней силы.
В своей новой работе ученые использовали похожую конструкцию. Их новый материал представляет собой набор из квадратных сегментов, напечатанных на 3D-принтере и соединенных между собой небольшими перемычками. По такой схеме разработчики создали несколько образцов с разным количеством сегментов — и обнаружили у них необычные свойства.
Если взять два образца из материала с обычными упругими свойствами — один в два раза короче другого — и повесить на длинный образец груз одной массы, а на короткий — в два раза большей массы, то растяжение обоих образцов будет одинаковым. В новом метаматериале наблюдается другое поведение. При увеличении длины образца, которую в данном случае можно описать количеством сегментов, его жесткость повышается.
Поскольку сегменты материала соединены перемычками, то при растяжении или сжатии они двигаются согласованно, поворачиваясь попарно. Ученые обнаружили, что по мере отдаления от границы материала угол поворота сегментов снижается, из-за чего материал приобретает свои необычные упругие свойства. Исследователи вывели характеристическую длину, зависящую от количества сегментов материала и определяющую его механические свойства.
Ученые экспериментируют и с другими характеристиками новых материалов. Так, в начале 2017 года американские физики создали метаматериал, геометрическая структура которого позволяет достичь теоретически рассчитанного верхнего предела упругости для композитных материалов.
Григорий Копиев
Результат получила коллаборация Belle II
Выход за пределы Стандартной модели — важнейшая поисковая задача физиков, занимающихся элементарными частицами. В первую очередь они ориентируются на существующие крупные аномалии, например, темную материю. Множество расширений Стандартной модели опирается на введение новых невидимых бозонов, которые могли бы стать такой материей. Один из процессов, где такие бозоны могли бы себя проявить — это распад тау-лептона. Физики знают, что этот тяжелый лептон распадается на электрон или мюон и соответствующий набор нейтрино. Ряд теорий, однако, предсказывает альтернативный канал распада, в котором вместо нейтрино рождается темный бозон. Проверить эту гипотезу вызвались физики из коллаборации Belle II, работающие на лептонном коллайдере SuperKEKB. В ходе измерительной кампании, длящейся с 2019 по 2020 год, ученые собрали данные о более, чем 57 миллионах событий, в которых сталкивающиеся электроны и позитроны превращаются в таон-антитаонные пары при энергии в системе центра масс, равной 10,58 гигаэлектронвольта. Интегральная светимость эксперимента составила 62,8 обратного фемтобарна. Физиков интересовали коэффициенты ветвления процессов с участием темных бозонов, деленные на соответствующие коэффициенты для известных процессов. Авторы протестировали собранные данные для бозонов в диапазоне масс от 0 до 1,6 гигаэлектронвольта и не нашли подтверждения этой гипотезе. Результат работы физиков накладывает новые ограничения на отношения коэффициентов ветвления: (6−36)×10−3 для распада на электрон и (3−34)×10−3 для распада на мюон с доверительным интервалом 95 процентов. Японский коллайдер SuperKEKB — это модернизированная версия его предшественника, коллайдера KEKB. Он был снова запущен после семи лет ремонта в 2018 году. С тех пор на нем было получено множество новых результатов, например, уточненное время жизни очарованного лямбда-бариона.