Фотонные топологические изоляторы типа Руднера на языке трехцветных клеточных автоматов
Фотонные топологические изоляторы типа Руднера на языке трехцветных клеточных автоматов
Д. П. Федченко$^2$, В. В. Новиков$^2$, И. В. Тимофеев$^{1,2}$
Топологический изолятор – это материал, одновременно проявляющий свойства проводника на поверхности и изолятора в объеме. Игрой Руднера называют упрощенную модель топологического изолятора, экспериментально реализованную на двумерных фотонных решетках и описывающуюся как клеточный автомат, подобный игре жизнь Конвея. Трехцветным клеточным автоматом называют регулярную решетку ячеек, каждая из которых окрашена в один из трех цветов и задано правило перекрашивания ячеек. В данной работе два цвета клеточного автомата соответствуют отсутствию и наличию фотона в резонаторе, а третий цвет – границе области. Игра Руднера обобщается на случай трехмерного массива оптических резонаторов и демонстрируются определяющие свойства топологического изолятора. Вводится класс клеточных автоматов, сохраняющих границу и количество фотонов, а также нулевую групповую скорость для фотонов, удаленных от поверхности. Ожидаются физические реализации в фотонике, электронике, механике и акустике.
Показать АннотациюАнализ стабильности свойств линейной антенной решетки при параболическом изгибании
Анализ стабильности свойств линейной антенной решетки при параболическом изгибании
Б. Э. Назаренко, Т. К. Артёмова
Исследовано влияние симметричного изгиба профиля линейной антенной решётки по дуге параболы на её диаграмму направленности, коэффициент полезного действия и согласованность с фидером. Эффекты продемонстрированы на примере 11-элементной модели эквидистантной антенной решётки с различными межэлементными расстояниями, для которой численно решена электродинамическая задача с граничными условиями для векторов электрического и магнитного полей. Сгибание решётки производилось при неизменной её длине вдоль дуги параболы. В качестве параметра, характеризующего профиль, выбрана половина угла апертуры относительно фокуса параболы. Исследование проводилось при синфазной равноамплитудной запитке элементов решётки. Получены оценки значений частоты наилучшего согласования и смещения частоты наилучшего согласования при изменении профиля сгибания, построена зависимость коэффициента полезного действия от параметра сгибания, горизонтальное и вертикальное сечения диаграмм направленности. Результаты показывают, что с уменьшением фокусного расстояния коэффициент полезного действия стабилен, при этом ухудшается не более чем на 0.1 дБ, а характер излучения меняется с однонаправленного на коническое. Частотные параметры и согласованность с фидером показывают стабильное поведение при сгибании профиля, однако существенно меняются при изменении межэлементного расстояния.
Показать АннотациюВлияние положения объекта на вызванные потенциалы во время длительных когнитивных тестов
Влияние положения объекта на вызванные потенциалы во время длительных когнитивных тестов
А. О. Сельский$^{1,2}$, М. О. Журавлев$^{1,2}$, А. Е. Руннова$^2$
В настоящей статье рассматривается влияние положения объекта на когнитивные вызванные потенциалы, наблюдаемые у испытуемых с хроническими болями. Хронические боли часто вызывают угнетение когнитивной деятельности. Эксперимент состоял в прохождении небольших когнитивных тестов, где испытуемый оценивал число квадратов, предъявляемых в левой или правой частях экрана, либо же по центру. Предложен простой способ автоматического выделения основных компонент когнитивного вызванного потенциала, основанный на выделении экстремумов и оценки амплитуд основных компонент когнитивного вызванного потенциала. Показаны примеры анализа индивидуальных особенностей для нескольких испытуемых. Максимум разницы между соседними основными компонентами вызванного потенциала лежит как правило на центральной оси, но может располагаться у испытуемых в лобной, теменной или затылочной долях. Для двух испытуемых показаны индивидуальные особенности основных компонент когнитивного вызванного потенциала при различных положениях объекта на экране при выполнении когнитивного теста. Для одного меняются вызванные потенциалы при расположении стимула в левой части экрана. Для второго большие изменения наблюдаются при расположении стимула в правой части экрана. Подобные особенности испытуемых чрезвычайно важно знать при настройке автоматизированных интерфейсов мозг-компьютер.
Показать АннотациюРазработка метода контроля дозового распределения при фотонной лучевой терапии
Разработка метода контроля дозового распределения при фотонной лучевой терапии
А. Г. Синельников, А. П. Черняев
На сегодняшний день лучевая терапия занимает значительное место в лечении онкологических заболеваний. В последние годы стали внедряться новые радиотерапевтические методики, направленные на повышение качества лечения, которые, например, позволяют контролировать положение опухоли непосредственно в процессе облучения, сокращая время процедуры и минимизируя негативное воздействие на пациента. Примером совмещения диагностики и лучевой терапии является установка «Томотерапия», в которой пучок ионизирующего излучения с высокой точностью направляется на опухоль, а встроенный компьютерный томограф определяет форму, размер и положение опухоли за считанные секунды до начала сеанса. Нами предлагается метод, который может стать способом оценки распределения дозы в теле пациента при облучении на действующих медицинских ускорителях электронов. Метод использует идеологию, на которой основана позитрон-эмиссионная томография, и построен на регистрации аннигиляционных фотонов. В основе его – использование механизма рождения электрон-позитронных пар. Образующиеся в процессе облучения фотонами позитроны испытывают ионизационное торможение и затем аннигилируют с образованием двух фотонов с энергией 0.511 МэВ. Регистрируя такие фотоны на совпадение, можно получить распределение актов аннигиляции в облучаемой области тканей. В работе создана математическая модель, позволяющая по этому распределению оценить распределение поглощенной дозы в данном участке тканей. В рамках выполненного компьютерного эксперимента с использованием пакета GEANT4 оценена корреляция между распределением поглощенной дозы первичного потока фотонов и распределением плотности аннигиляций вторичных позитронов. Получены глубинные распределения поглощенной дозы и числа аннигиляций, а также подобрана эмпирическая функция пересчета из распределения числа аннигиляций в глубинное распределение поглощенной дозы.
Показать АннотациюМультисхемный алгоритм численного решения динамических уравнений модели Власова-Дарвина
Мультисхемный алгоритм численного решения динамических уравнений модели Власова-Дарвина
Л. В. Бородачев, С. С. Анненков
Сформулирован (и методически разработан) подход к оптимизации процедуры решения уравнений движения частиц дискретной самосогласованной модели разреженной плазмы на основе сопряжения разных по характеру и вычислительным свойствам динамических схем. Концепция алгоритмически реализована и опробована в математическом (по методу макрочастиц) моделировании низкочастотной кинетической неустойчивости Вайбеля. Показано существенное сокращение времени симуляции при использовании указанной методики оптимизации по сравнению с традиционным счетом на основе только одной (явной или неявной) динамической схемы. В ходе компьютерных экспериментов выявлены особенности поведения вайбелевской раскачки на стадии ее насыщения: присутствие затухающих низкочастотных колебаний плотности энергии магнитного поля - ключевого параметра неустойчивости.
Показать АннотациюИсследование процессов ускорения заряженных частиц в турбулентной космической плазме с перемежаемостью
Исследование процессов ускорения заряженных частиц в турбулентной космической плазме с перемежаемостью
Н. Н. Левашов$^1$, В. Ю. Попов$^{1,2,3}$, Х. В. Малова$^{3,4}$, Л. М. Зеленый$^3$
В данной статье мы представляем результат численного эксперимента по ускорению заряженных частиц в турбулентном поле с различными уровнями перемежаемости. Нашей главной задачей было исследовать влияние перемежаемости на ускорение частиц в турбулентной космической плазме. Для этого была разработана трехмерная модель турбулентного поля с контролируемым уровнем перемежаемости. Перемежаемое электромагнитное поле моделируется как суперпозиция турбулентного электромагнитного поля со степенным спектром, полученного при помощи суммы фурье гармоник и электромагнитного поля, создаваемого небольшими плазмоидами, амплитуды которых заданы при помощи специального распределения. При помощи данной модели исследовалось влияние перемежаемости на процессы ускорения заряженных частиц в турбулентном поле в хвосте магнитосферы. Показано, что чем выше уровень перемежаемости, тем больших значений энергии способны достигнуть отдельные частицы.
Показать АннотациюПроблемы динамической теории в статистической физике жидкости
Проблемы динамической теории в статистической физике жидкости
П. Н. Николаев
В работе исследуется процесс формирования современной динамической теории жидкости. Представлена деятельность Н.Н.Боголюбова по созданию динамической теории в статистической физике и влияние его работ на формирование динамической теории жидкости.
Показать АннотациюСистема семинаров по общей физике с использованием технологий дистанционного обучения
Система семинаров по общей физике с использованием технологий дистанционного обучения
А. В. Селиверстов
Рассмотрены принципы построения системы для дистанционного проведения семинаров по общей физике, обсуждается опыт её реализации для студентов физического факультета МГУ на базе коммуникационного приложения Discord и фреймворка Google Workshop.
Показать АннотациюЗащита отчётов о выполнении задач общего физического практикума с использованием дистанционных технологий: опыт, проблемы, перспективы
Защита отчётов о выполнении задач общего физического практикума с использованием дистанционных технологий: опыт, проблемы, перспективы
В. Е. Буравцова, А. В. Селиверстов
Проанализирован опыт применения дистанционных методов обучения для комплексного развития у студентов ряда общепрофессиональных, профессиональных и общекультурных компетенций. В качестве метода обучения предложена конкретная предметная деятельность, осуществляемая в рамках освоения учебной дисциплины <<Общий физический практикум>>, анализ этой деятельности и её результатов с позиции деловой игры~--- проводимого студентами научного исследования. Приведен анализ результатов применения дистанционных методов обучения, обнаружен ряд их существенных достоинств.
Показать АннотациюИзучение атмосферных оптических явлений со студентами физического факультета
Изучение атмосферных оптических явлений со студентами физического факультета
С. Б. Рыжиков$^1$, Ю. В. Рыжикова$^2$
Авторы обращают внимание на то, что описание механизма образования радуги и гало отсутствует как в школьных, так и в вузовских учебниках и учебных пособиях. Объяснение этих явлений приводится в научно-популярной литературе, но и там отсутствует указания на факт поляризации радуги и причины этой поляризации. Вместе с тем эти явления можно изучить в рамках общего курса физики, затратив примерно полчаса времени на семинарах. В статье приводится методика изучения радуги и гало со студентами. Кроме того, авторы обращают внимание на часто встречающуюся ошибку, связанную с историей изучения радуги Декартом.
Показать Аннотацию