Квантовая физика

В пособии освещены вопросы, связанные с основами квантовой теории, специфическими особенностями квантовых объектов и прецизионными измерениями в случае интерференции третьего порядка и самовоздействия света в средах с кубичной нелинейностью. Рассмотрены параметрическое рассеяние света в квантовых измерениях, теория фотодетектирования, принципы квантовой томографии. Для студентов старших курсов и аспирантов, специализирующихся в областях квантовой оптики и квантовой информатики, а также для специалистов соответствующего направления экспериментальной физики.

Учебное пособие содержит теоретический и экспериментальный материал, относящийся к основным идеям квантовой физики, а также разбор многочисленных примеров и задач, где показано, как следует подходить к их решению. Задачи тесно связаны с основным текстом и часто являются его развитием и дополнением. Материал книги, насколько возможно, освобожден от излишней математизации – основной акцент перенесен на физическую сторону рассматриваемых явлений. Для студентов физических и инженерно-технических специальностей вузов.

Излагаются основания физики на базе нового подхода к построению объединенной теории пространства-времени и физических взаимодействий (бинарной геометрофизики), который опирается на понятие отношений между событиями. Физический фундамент данного подхода составляют: 1) реляционная концепция классического пространства-времени, 2) концепция дальнодействия (теория прямого межчастичного взаимодействия Фоккера–Фейнмана), альтернативная теории поля, 3) теория S-матрицы в физике микромира, 4) принципы многомерных геометрических моделей физических взаимодействий типа теорий Калуцы и Клейна и 5) идея о макроскопической природе классического пространства-времени. Математическая основа реляционного подхода обеспечивается теорией бинарных систем комплексных отношений, являющихся прообразом систем отсчета в теории относительности. Обосновывается принципиальная возможность представления оснований геометрии и фундаментальных физических понятий микромира в терминах бинарных систем комплексных отношений низших рангов (размерностей). Для специалистов в области теоретической физики, студентов и преподавателей физико-математических факультетов университетов и лиц, интересующихся принципами построения физики.

В книге описываются современные методы решения задач взаимодействия квантовых излучателей с электромагнитным полем в таких средах, как фотонные кристаллы, резонаторы, волноводы и т. п. Книга может служить введением в методы теоретической квантовой оптики и будет полезной научным работникам, аспирантам и студентам старших курсов.

Монография посвящена экспериментальному исследованию эффекта однофотонного детектирования оптического и ИК излучений в тонких сверхпроводящих NbN пленках, экспериментальному исследованию характеристик однофотонных сверхпроводниковых детекторов, созданных на основе тонких пленок NbN, увеличению быстродействия детектора и исследованию возможностей практического применения однофотонных сверхпроводниковых детекторов. Это включает в себя исследование влияния физических условий наблюдения – рабочей температуры и тока смещения на квантовую эффективность на различных длинах воли, вероятность ложных срабатываний, величину эквивалентной мощности шума, измерение нестабильности переднего фронта импульса – джиттера детектора, оптимизацию конфигурации сверхпроводниковой наноструктуры с целью повышения быстродействия детектора, а также разработку установок для измерения разрешающей способности методов оптической и квантовой оптической когерентной томографии с использованием однофотонных сверхпроводниковых детекторов излучения.

Книга, написанная известным физиком-теоретиком, работающим в области элементарных частиц и теории струн, посвящена гипотетической симметрии между частицами вещества и частицами-переносчиками взаимодействий – суперсимметрии. Если эксперименты подтвердят, что природа действительно суперсимметрична, то, значит, существует новый класс частиц, которые называют суперчастицами. Из этой книги читатель узнает о том, как суперчастицы и суперсимметрия помогут ученым в создании завершенной физической картины мира. Окончательная теория не только будет описывать все наблюдаемые явления, но и сможет ответить на вопрос, почему мир устроен именно так. Написанное в жанре научно-популярной литературы данное издание не требует от читателя специальной подготовки. Для широкого круга читателей, интересующихся вопросами мироустройства на субатомном уровне.

Учебное пособие предназначено для подготовки специалистов в области наукоемких технологий, связанных с квантовой физикой микромира, в частности для подготовки студентов по направлению «Наноматериалы и нанотехнологии». В книге подробно изложены основные виды формализма квантовой механики, включая операторную алгебру, матричную механику и скобочный аппарат Дирака. Значительное внимание уделено приближенным квантово-механическим методам, широко применяемым в квантовой химии. В соответствии с требованиями новых образовательных стандартов в книгу включены элементы развивающегося направления квантовой механики, а именно квантовой теории кубитов, которое связано с проектированием и созданием в будущем квантовых компьютеров. Достаточное место отведено технике конкретных квантово-механических вычислений. Для студентов и аспирантов высших технических учебных заведений, а также преподавателей физики и других естественнонаучных дисциплин в технических вузах.

В книге в научно-популярной форме рассказывается о нашей Вселенной – о строении атомов и атомных ядер, о различных элементарных частицах, о телепортации квантовых состояний, о том, что пустое пространство вовсе не пустое, а содержит множество частиц, которые рождаются и исчезают, о строении звезд и источниках их энергии, о возникновении и развитии Вселенной и о многом другом. При этом излагаются только те результаты, которые утвердились в современной науке и подтверждены опытом. Эта книга – для самого широкого круга читателей.

Подробно изложен теоретический и экспериментальный материал, лежащий в основе квантовой физики. Большое внимание уделено физическому содержанию основных квантовых понятий и математическому аппарату, используемому для описания движения микрочастиц. Решение большого количества задач не только иллюстрирует излагаемый материал, но в ряде случаев развивает и дополняет его. Рассмотрены наиболее актуальные и перспективные приложения квантовых эффектов в науке и технике. Содержание учебного пособия соответствует курсу лекций, который авторы читают в МГТУ им. Н.Э. Баумана. Для студентов технических университетов и вузов.

Изложены методы теоретического исследования термодинамических свойств веществ, основы статистической термодинамики, базирующейся на использовании квантовых статистик, описывающих термодинамические свойства так называемых вырожденных систем. Представлены термодинамические свойства излучения и конденсированных сред: электроны в металлах, твердые тела, свойства тел при температурах, близких к абсолютному нулю – сверхтекучесть и сверхпроводимость. Для студентов МГТУ им. Н.Э. Баумана, обучающихся по специальности «Теплофизика».

Четвертое издание четвертого тома курса «Теоретическая физика», заслужившего широкую известность в нашей стране и за рубежом. Том включает в себя релятивистскую теорию свободных частиц во внешнем поле, теорию испускания и рассеяния света, релятивистскую теорию возмущений и ее применение к электродинамическим процессам, теорию радиационных поправок, асимптотическую теорию процессов при высоких энергиях. Для студентов старших курсов физических специальностей вузов, а также аспирантов и научных работников соответствующих специальностей.

Утилитарная польза науки повседневна и очевидна, но её высшая ценность в другом: она кардинально изменила представление человека об окружающем его мире. Современная квантовая картина мира сложилась в ХХ веке. В книге представлена история её становления, а также место в нынешней культуре. Книга относится к редкому жанру научно-художественной литературы и адресована старшим школьникам, учителям, студентам, а также всем, кому интересно понять устройство мира, в котором мы живем. За прошедшие 40 лет книга переведена на 16 языков и используется в разных странах как пособие по истории квантовой физики. В 2010 г. она удостоена премии «Просветитель». Издание осуществлено при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований по проекту 10-02-07005, 11-02-02000-эд.

В монографии представлен сравнительный анализ различных термодинамических моделей уравнений состояния. Рассмотрены основные идейные предпосылки теоретических методов и эксперимент. Основное внимание уделено описанию состояний, представляющих наибольший интерес для физики высоких плотностей энергии, которые либо уже получены, либо в обозримом будущем могут быть получены в контролируемых условиях на Земле, либо реализуются в астрофизических объектах на разных этапах их эволюции. Рассмотрены также ультраэкстремальные астрофизические и ядернофизические приложения, где на термодинамику вещества существенное влияние оказывают релятивизм, мощные гравитационные и магнитные поля, тепловое излучение, превращение ядерных частиц, нейтронизация нуклонов и деконфайнмент кварков. Для широкого круга специалистов, занимающихся уравнениями состояния вещества и физикой высоких плотностей энергии, а также для студентов старших курсов и аспирантов. Издание осуществлено при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований по проекту 12-02-07006

Посвящена систематическому изложению результатов аксиоматического направления в квантовой теории поля. Часть I содержит необходимые сведения из функционального анализа и теории обобщенных функций, а также элементы теории функций нескольких комплексных переменных. Центральное место (части II—IV) занимают различные подходы в аксиоматической квантовой теории поля – алгебраический подход, формализмы Уайтмана и Лемана-Симанзика-Циммермана, S-матричный метод. Здесь изложены фундаментальные результаты квантовой теории поля —TCP-теорема, связь спина со статистикой, теорема Хаага, теорема Голдстоуна и др. Включены разделы, посвященные теориям с индефинитной метрикой. Общая теория проиллюстрирована на явно решаемых двумерных моделях. Часть V содержит применения развитого аппарата к аналитическим свойствам амплитуд рассеяния и к теории взаимодействия элементарных частиц при высоких энергиях. Многочисленные упражнения составляют неразрывную часть текста. Для научных работников, аспирантов и студентов, специализирующихся по квантовой теории поля и математической физике.

В основе настоящей монографии лежат многочисленные результаты, полученные авторами в теории систем со скрытой симметрией. Книга включает подробное описание наиболее важных с физической точки зрения задач: движение частицы в двух- и трехмерном кулоновском и двумерном осцилляторном полях. Много места в книге уделяется квантованию данных систем в параметрических системах координат типа эллиптических и сфероидальных, построению всевозможных межбазисных разложений и соответствуюших предельных переходов. Специальная глава книги посвящена кулон-осцилляторной аналогии. Книга может быть полезной как для студентов, прослушавших курс квантовой механики, так и аспирантов и многочисленных специалистов, работающих в области молекулярной, атомной и ядерной физики, а также квантовой оптики и квантовой теории поля. Издание осуществлено при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований по проекту 05-02-3004д

В 2007 г. в ЦЕРН начнет свою работу крупнейший современный ускоритель – Большой адронный коллайдер. Как ожидается, его энергии и светимости будет достаточно для обнаружения хиггсовского бозона – последней частицы, необходимой для завершения построения стандартной модели элементарных частиц и объяснения механизма электрослабого нарушения симметрии. Но уже сейчас имеется множество как экспериментальных, так и теоретических предпосылок существования в ТэВ-ной области энергий «новой физики», не описываемой стандартной моделью. В первой части книги рассмотрены идеи симметрии и основанные на них квантовая хромодинамика и электрослабая теория. Этот материал основан на курсе лекций, читаемых автором на кафедре «Физика элементарных частиц» для студентов 4-х и 5-х курсов, специализирующихся по физике элементарных частиц и космомикрофизике. Вторая часть посвящена расширению стандартной модели: суперсимметрии, техницвету, маленькому хиггсу, дополнительным измерениям, Большому объединению, проблемам темной энергии и темной материи, струнам, и ориентирована на аспирантов и специалистов, занимающихся каким-либо направлением в физике элементарных частиц и желающих получить представление об идеях и проблемах в смежных областях. Издание осуществлено при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований по проекту 07-02-07022д

В начале XX века в физике, имевшей уже к тому времени возраст около двух тысячелетий, возникло новое направление – квантовая физика. Это была физика микромира, т. е. наука о свойствах тех элементарных частиц, из которых состоит на микроскопическом уровне любое макроскопическое вещество. Квантовая физика качественно отличается своими основными постулатами и законами от физики вещества, находящегося в макроскопических состояниях, – от классической физики и классического естествознания. Это различие квантовой и классической физики объективно отражает различие физических свойств вещества, проявляющихся на микроскопическом и макроскопическом уровнях исследования. Сейчас, в начале XXI века, квантовая физика доминирует среди других разделов физики по значению получаемых новых результатов как для науки в целом, так и для современных техники и технологий. Поэтому ознакомление с основами квантовой физики необходимо любому молодому человеку, оканчивающему среднюю школу, или начинающему студенту, если он собирается посвятить свою жизнь физике, астрофизике, химии, электронике или современной технике.

В данной монографии автор объединил большое число сходных задач, встречающихся в различных областях современной квантовой физики и обладающих общими особенностями при рассмотрении многоуровневых квантовых систем. Он рассматривает с единой точки зрения множество разнообразых моделей и подходов, развитых в атомной, молекулярной, химической, лазерной, ядерной физике, а также в физике конденсированного состояния. В основу книги легли лекции, которые автор прочитал в Московском физико-техническом институте и в лаборатории Aime Cotton в CNRS (Национальный центр научных исследований, Франция). Также в книгу вошли оригинальные результаты, полученные в результате работы автора в различных научных центрах по всему миру. Автор приводит многочисленные примеры аналитически разрешимых проблем и использует для их решения подход на основе концепции статистического среднего по ансамблю, определяющего небольшое число основных свойств квантовых систем, а также фундаментальные идеи теории групп. Книга рассчитана на аспирантов и физиков-теоретиков, специализирующихся на современных проблемах квантовой механики.

Монография посвящена последовательному изложению квантовой статистической теории конденсированных сред со спонтанно нарушенной симметрией. Основой предложенного микроскопического подхода является концепция квазисредних и метод сокращенного описания. Рассмотрены как простейшая сверхтекучая жидкость со скалярным параметром порядка, так и наиболее сложный квантовый объект – сверхтекучий. Дано обобщение теории ферми-жидкости Ландау–Силина на сверхтекучие ферми-системы и бозе-жидкости. Построена теория пространственно-периодического бозе-конденсата, рассматриваемая нами в качестве модели квантового кристалла. Изучены двухвременные функции Грина для сверхтекучих систем и найдены их низкочастотные асимптотики. Монография рассчитана на научных работников, аспирантов, студентов старших курсов, занимающихся проблемами теоретической и математической физики, физики низких температур.

Книга посвящена коррелированным фотонам в квантовой оптике, методам их получения и некоторым применениям в бифотонной спектроскопии и поляризационной томографии бифотонного поля. Рассчитана на студентов старших курсов физических факультетов университетов, магистрантов и аспирантов, специализирующихся в области квантовой оптики. Книга может быть полезна научным работникам, проводящим исследования в области современных информационных технологий, квантовых коммуникаций и квантовых вычислений.