More than 99% of the mass of the visible universe is made up of protons and neutrons. Both particles are much heavier than their quark and gluon constituents, and the Standard Model of particle physics should explain this difference. We present a full ab-initio calculation of the masses of protons, neutrons and other light hadrons, using lattice quantum chromodynamics. Pion masses down to 190 mega electronvolts are used to extrapolate to the physical point with lattice sizes of approximately four times the inverse pion mass. Three lattice spacings are used for a continuum extrapolation. Our results completely agree with experimental observations and represent a quantitative confirmation of this aspect of the Standard Model with fully controlled uncertainties.

Weighing the neutron against the proton Elementary science textbooks often state that protons have the same mass as neutrons. This is not far from the truth—the neutron is about 0.14% heavier (and less stable) than the proton. The precise value is important, because if the mass difference were bigger or smaller, the world as we know it would likely not exist. Borsanyi et al. calculated the mass difference to high precision using a sophisticated approach that took into account the various forces that exist within a nucleon. The calculations reveal how finely tuned our universe needs to be. Science , this issue p. 1452

LASER ablation propulsion (LAP) is a major new electric propulsion concept with a 35-year history. In LAP, an intense laser beam [pulsed or continuous wave (CW)] strikes a condensedmatter surface (solid or liquid) and produces a jet of vapor or plasma. Just as in a chemical rocket, thrust is produced by the resulting reaction force on the surface. Spacecraft and other objects can be propelled in this way. In some circumstances, there are advantages for this technique compared with other chemical and electric propulsion schemes. It is difficult to make a performance metric for LAP, because only a few of its applications are beyond the research phase and because it can be applied in widely different circumstances that would require entirely different metrics. These applications range from milliwatt-average-power satellite attitude-correction thrusters through kilowatt-average-power systems for reentering near-Earth space debris and megawatt-to-gigawatt systems for direct launch to lowEarth orbit (LEO). We assume an electric laser rather than a gas-dynamic or chemical laser driving the ablation, to emphasize the performance as an electric thruster. How is it possible for moderate laser electrical efficiency to givevery high electrical efficiency? Because laser energy can be used to drive an exothermic reaction in the target material controlled by the laser input, and electrical efficiency only measures the ratio of exhaust power to electrical power. This distinction may seem artificial, but electrical efficiency is a key parameter for space applications, in which electrical power is at a premium. The laser system involved in LAP may be remote from the propelled object (on another spacecraft or planet-based), for example, in laser-induced space-debris reentry or payload launch to low planetary orbit. In other applications (e.g., the laser–plasma microthruster that we will describe), a lightweight laser is part of the propulsion engine onboard the spacecraft.

Precision measurements by the Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) on the International Space Station of the deuteron (D) flux are presented. The measurements are based on 21×106 D nuclei in the rigidity range from 1.9 to 21 GV collected from May 2011 to April 2021. We observe that over the entire rigidity range the D flux exhibits nearly identical time variations with the p, He3, and He4 fluxes. Above 4.5 GV, the D/He4 flux ratio is time independent and its rigidity dependence is well described by a single power law ∝RΔ with ΔD/He4=−0.108±0.005. This is in contrast with the He3/He4 flux ratio for which we find ΔHe3/He4=−0.289±0.003. Above ∼13  GV we find a nearly identical rigidity dependence of the D and p fluxes with a D/p flux ratio of 0.027±0.001. These unexpected observations indicate that cosmic deuterons have a sizable primarylike component. With a method independent of cosmic ray propagation, we obtain the primary component of the D flux equal to 9.4±0.5% of the He4 flux and the secondary component of the D flux equal to 58±5% of the He3 flux. Published by the American Physical Society 2024

In orthoferrites the rare-earth (R) ion has a big impact on structural and magnetic properties; in particular, the ionic size influences the octahedral tilt and the R3+−Fe3+ interaction modifies properties like the spin reorientation. Growth-induced strain in thin films is another means to modify materials properties since the sign of strain affects the bond length and therefore directly the orbital interaction. Our study focuses on epitaxially grown (010)-oriented DyFeO3 and LuFeO3 thin films, thereby investigating the impact of compressive lattice strain on the magnetically active Dy3+ and magnetically inactive Lu3+ compared to uniaxially strained single-crystal DyFeO3. The DyFeO3 films exhibits a shift of more than 20 K in spin-reorientation temperatures, maintain the antiferromagnetic Γ4 phase of the Fe lattice below the spin reorientation, and show double-step hysteresis loops for both in-plane directions between 5 and 390 K. This is the signature of an Fe-spin-induced ferromagnetic Dy3+ lattice above the Néel temperature of the Dy. The observed shift in the film spin reorientation temperatures vs lattice strain is in good agreement with isostatic single-crystal neutron diffraction experiments with a rate of 2 K/kbar. Published by the American Physical Society 2024