Физики сформулировали правила жизни танцующих кристаллов

Физики сформулировали правила жизни танцующих кристаллов

Физики из США и Канады теоретически описали динамический аналог обычных (статических) групп симметрии для нескольких точек, например, для кристаллической решетки. Ученые ввели термин «хореографическая решетка» для описания таких систем, а в качестве критерия симметричности предложили параметр «хореографии». Исследование опубликовано в Physical Review Letters.

Идея исследования пришла одному из авторов, когда тот занимался проблемой гравитационных волн, а именно — проектом космической обсерватории, анализирующей движение несколько спутников, вращающихся вокруг солнца. Ученый предположил, что в данной задаче существует определенная симметрия, выходящая за рамки традиционного статического случая. 

Авторы начали с простого примера: как можно максимально симметрично расположить 4 точки в пространстве- Напомним, что критерием симметричности будет количество операций (например, вращений и отражений), которые переводят фигуру саму в себя. Ответ на этот вопрос известен очень давно: точки должны лежать в вершинах правильного тетраэдра, при этом число операций симметрии (или, как говорят математики, порядок группы симметрий) будет 24.

Далее ученые задались вопросом, что изменится, если эти же 4 точки начнут вращаться вокруг общего центра. Какой аналог симметрии можно предложить в этом случае- Физики назвали такую систему «хореографической решеткой» и получили выражения для законов движения четырех точек, при которых система максимально симметрична.

Оказалось, что каждая точка должна двигаться по окружности, параллельной грани тетраэдра. При этом фазы всех точек должны отличаться на строго определенное значение. В этом случае шесть раз за период точки оказываются в одной плоскости в вершинах квадрата.

Оси вращения при этом оказываются диагоналями куба. Оказывается, движения, переводящие куб в себя и являются симметриями новой динамической решетки. В частности, они переводят орбиты в себя. Добавляя дополнительно сдвиги и обращение времени, можно добиться, что в себя перейдут сами точки. Таким образом, оказывается, что порядок новой "динамической" группы симмметрий уже 48.

Помимо примера с тетраэдром авторы показали, как в общем случае получить максимально симметричную систему для n движущихся точек. Критерий — общее число симметрий, деленное на n — назвали «хореографией».

Ученые отмечают, что на момент написания статьи они не могли привести пример какой-либо природной или синтетической системы, в которой могли бы возникать высокосимметричные хореографические решетки. Однако, физики призвали экспериментаторов заняться поиском таких систем и предложили критерии, по которым хореографические решетки можно опознать в традиционных рентгеновских измерениях. В тексте статьи ученые отметили, что хореографические решетки, вероятно, стоит искать в кристаллах, молекулах или живых системах, а не в космосе.

Тарас Молотилин

N+1

Похожие новости:
Физики увидели предсказанные в 1929 году безмассовые фермионы
Физики сообщили об экспериментальном открытии так называемых фермионов Германа Вейля. Их существование было теоретически предсказано немецким физиком в 1929 году, а квазичастицы ученые обнаружили в ходе экспериментов с кристаллами. Результаты своих исследований ученые опубликовали в журнале Science. Вейлевские квазичастицы ..
2015-07-18 6644 0 Научные открытия
0
Физики увидели «запрещенную» самосборку коллоидного кристалла
Физики из Франции и Германии обнаружили образование коллоидных кристаллов в «запрещенных условиях». Ученые обнаружили, что даже при наличии в растворе частиц с широким диапазоном размеров все равно возможен рост упорядоченных кристаллов. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters, кратко о нем сообщает ..
2016-06-15 1272 0 Научные открытия
0
Физики запутали рекордное число фотонов
Китайские физики запутали рекордное число фотонов — 10 частиц. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters, кратко о нем сообщает издание Physics.Для запутывания пары фотонов, идущих в одном и том же направлении с одной и той же поляризацией, ученые пропускали свет через пару ..
2016-11-18 3777 0 Научные открытия
0
Геологи определили начало движения земной коры
Геологи провели изотопный анализ старейших кристаллов циркона из Гренландии и установили предполагаемое время начала тектонической активности литосферных плит. По словам ученых, движение земной коры стартовало 3,2 миллиарда лет назад. Работа опубликована в журнале Nature, ее краткое содержание ..
2012-06-2 1695 0 Научные открытия
0
Ученые получили кристаллы из фрагментов молекул ДНК
Ученые США научились получать кристаллы на основе трехмерных структур из фрагментов молекул ДНК, сообщают авторы разработки. Такие кристаллы могут применяться, в частности, для синтеза новых наноматериалов для микроэлектроники и медицинских препаратов. Ведущий автор исследования, профессор Нед Симан (Ned ..
2012-09-23 1560 0 Научные открытия
0
Физики придумали пространственно-временные кристаллы
Физики предложили способ создания пространственно-временных кристаллов, - систем, чья структура регулярна не только в пространстве, но и во времени. Работа пока не опубликована в рецензируемом журнале, но доступна в архиве Корнельского университета. Ее краткое содержание приводит блог Technology Review. По словам ученых, основными ..
2012-06-27 1881 0 Научные открытия
0
Эксперимент с плазмой в космосе
С начала 1990-х годов повышенный интерес у физиков стала вызывать так называемая пылевая плазма, отличающаяся от плазмы обычной присутствием в ней относительно крупных (в сравнении с размерами ионов) микрочастиц-пылинок диаметром от 10 до 100 нанометров. Интерес ученых возник поневоле, поскольку пыль в плазме ..
2012-06-18 3577 0 Научные открытия
0
Физики нашли бозон Хиггса
Физики установили факт существования бозона Хиггса - недостающего элемента в цепочке объяснения мироздания, сообщает РИА Новости. По данным агентства, в блогах ученых об этом говорится как о свершившемся факте, участник исследований, сотрудник НИИ ядерной физики МГУ Эдуард Боос сказал, что после ..
2012-06-19 3181 2 Научные открытия
1
Российские учёные отрицают обнаружение жизни в озере Восток
Российские исследователи отказались от своих предыдущих сообщений об обнаружении нового типа бактерий в загадочном подлёдном озере в Антарктиде. Сергей Булат из генетической лаборатории Санкт-Петербургского института ядерной физики заявлял ранее о том, что образцы, добытые из подземного озера в мае 2012 года, ..
2013-03-13 2141 0 Научные открытия
0
Физики впервые проследили за движением экситонов
Ученые Массачусетского технологического института (МТИ) и Городского университета Нью-Йорка создали технику визуализации движения экситонов. Свое исследование авторы опубликовали в журнале Nature Communications, а его краткое содержание доступно на сайте МТИ. Исследователи использовали взаимосвязь между переносом экситонов ..
2014-04-17 1632 0 Научные открытия
0
Американские физики научились получать небывалую температуру
Американские физики попали в Книгу рекордов Гиннесса. Во время эксперимента им удалось получить вещество, разогретое до 4 триллионов градусов Цельсия — это в 250 тысяч раз больше, чем температура в центре Солнца! Учёные сталкивали в коллайдере разогнанные почти до скорости света ядра атомов золота. ..
2012-06-26 3746 0 Научные открытия
1
Российские ученые могут совершить переворот в медицине
Ученые Новосибирского института геологии и минералогии СО РАН завершили пятилетнее исследование в области выращивания кристаллов, которое может вывести российскую медицину на совершенно иной технологический уровень развития. Применение кристаллов данного вида позволит начать производство абсолютно нового вида ..
2011-10-30 2105 0 Научные открытия
0
Рождение квазикристаллов в метеоритах воспроизвели в лаборатории
Геохимики из США и Италии под руководством Пола Асимова из Калифорнийского технологического института нашли свидетельства того, что квазикристаллы могут возникать в результате столкновений астероидов. Лабораторный эксперимент объясняет возможное происхождение двух известных квазикристаллов, найденных на Земле. Оба они были частью метеорита ..
2016-06-15 1312 0 Научные открытия
0
Cуперкомпьютер «Ломоносов» помог объяснить укладку ДНК по принципу спагетти
Ученые из Московского государственного университета (МГУ) при помощи суперкомпьютера нашли возможное объяснение укладки ДНК по принципу спагетти. Как сообщается в пресс-релизе, поступившем в редакцию «Ленты.ру», результаты исследований опубликованы в журнале Physical Review Letters. Ученые пришли к выводу, что молекула ДНК в ядре клетки ..
2015-05-26 6639 0 Научные открытия
1
Туннелирующие электроны показали зонную структуру глубоких слоев
Американские физики разработали новый метод визуализации зонной структуры двумерных слоев, находящихся довольно далеко от поверхности материала. Опубликованная в Science работа рассказывает о подходе, основанном на совмещении сканирующей туннельной микроскопии и фотоэлектронной спектроскопии. С помощью предложенного метода можно ..
2017-11-21 4365 0 Научные открытия
0