Научная среда – новости о науке и технике. Выпуск #47

Научная среда – новости о науке и технике. Выпуск #47

  • Neuralink научил обезьяну играть в видеоигры силой разума.
  • Желающим стать Ариадной. Игра EyeWire.
  • Физики поставили рекорд в измерении размера альфа-частицы.
  • Роскосмос опубликовал рассекреченные документы о миссии "Луна-9".
  • Темную материю объяснили при помощи пятого измерения.
  • Ученые показали, как создать фотонные компьютеры.

news_5f33e83a97353.png

Новости одной строкой

  • В 2021 году появятся водородные КАМАЗы – линейки грузовиков и автобусов на экологически чистом топливе.
  • Ученые из США провели масштабное исследование образцов хлебной закваски из разных континентов, доказав, что микробиомный состав закваски нельзя предсказать по географическому положению пекарни.
  • Закрытие угольных шахт не поможет справиться с выбросами метана в атмосферу. По оценкам ученых, парниковый эффект от метана (CH4) в 20-летней перспективе в 86 раз опаснее, чем от углекислого газа (CO2).
  • Канадский ученый выдвинул гипотезу, что первый в истории случай заражения человека ВИЧ-инфекцией (так называемый нулевой пациент) произошел во время Первой мировой войны.
  • Новое исследование показало, что "воротник" динозавра протоцератопса (костный вырост на голове), вероятно, привлекал партнеров.
  • Компания BOE запатентовала новый тип дисплея, который позволит незрячим людям чувствовать изображения.
  • Состоялся полет первого серийного истребителя пятого поколения Су-57.

https://youtu.be/R0ykwDn9Tcs

Научная среда

Физики поставили рекорд в измерении размера альфа-частицы

Физики провели рекордно точное измерение зарядового радиуса ядра гелия с помощью лазерной спектроскопии. Для этого они присоединили к ядру мюон и померили у образовавшегося иона частоту 2S-2P перехода.

Прецизионная лазерная спектроскопия – это один из самых точных экспериментальных методов в физике на сегодняшний день. Она основана на поиске и измерении резонансов атомных переходов с очень маленьким шагом. Увеличивающаяся точность с определенного момента позволила замечать влияние размера атомных ядер на резонансные частоты и, соответственно, измерять этот размер.

В поисках решения образовавшейся загадки радиуса протона физики начали активнее исследовать простейшие ядра, такие как протон, дейтрон и альфа-частицу. И если размеры первых двух ядер уже были измерены с помощью лазерной спектроскопии, то информацию о размере ядра гелия до недавнего времени получали только с помощью рассеяния электронов.

В результате эксперимента и учета всех погрешностей авторы получили значение зарядового радиуса ядра гелия, равного 1,67824(83) фемтометра. Оно находится в хорошем согласии с числом, полученным ранее в эксперименте по упругому рассеянию электронов на альфа-частицах, но превышает его в точности почти в пять раз. Уточненный радиус, в свою очередь, может быть использован для улучшения моделей в будущей серии экспериментов по рассеянию.

Полученный результат, однако, важен в первую очередь для теоретической физики. Дело в том, что на сегодняшний день у нас нет полной теории, которая позволяет связывать свойства ядер с кварковой структурой отдельных нуклонов. Это отличает ядерную физику от атомной, где главную роль играет электромагнитное взаимодействие и свойства атомов могут быть предсказаны путем решения уравнений квантовой механики из первых принципов.

Полную версию материала читайте по ссылке.

news_601a87270e259.png

Искусственный интеллект улучшит изучение нейронных связей мозга

Японские исследователи создали программное обеспечение на основе искусственного интеллекта, которое сделало анализ совокупности нейронных связей в мозге (коннектом) более качественным и позволило оптимизировать его от субъекта к субъекту. Это позволит усилить надежность такого метода нейровизуализации, как трактография, и более широко использовать его для изучения как нормальной структуры связей в мозге, так и изменений при различных патологиях.

Для отслеживания того, как нейроны объединяются в многочисленные нервные тракты в нашем головном мозге, существует не так уж и много методов. Самый точный, но одновременно и самый инвазивный среди них, – это метод аксональной трассировки. С его помощью можно напрямую проследить распространение какого-либо маркера (чаще – флуоресцентного) от тела нейрона по аксону к синапсу, тем самым восстанавливая структуру нервного волокна с высокой точностью. Но для этого требуется изучить сотни срезов мозга, и ни о каком прижизненном изучении органа в этом случае речь не идет.

Набор данных этого проекта дал нам уникальную возможность сравнить один и тот же коннектом, полученный с помощью двух разных методов, и определить, какие параметры необходимо устанавливать для создания наиболее точного коннектома на основе МРТ.

Как оказалось, алгоритм с общим набором оптимизированных параметров смог сгенерировать такие коннектомы мозга мармозеток в ходе дМРТ, которые наиболее точно подошли к аналогам, полученным в ходе трассировки. И исследователи доказали это с помощью другого набора коннектомов, который не использовался ранее.

Авторы отмечают, что между изображениями, которые создавались алгоритмами реконструкции с набором параметров по умолчанию (теми, которые присутствуют в томографах) и оптимизированными (которые были получены в ходе экспериментов), наблюдается значительная разница. И этот факт ставит данные, полученные в ходе стандартных исследований коннектомов с помощью МРТ, под серьезный вопрос.

Полную версию материала читайте по ссылке.

news_601a87c3e5ff3.png

Физики показали, как создать фотонные компьютеры

Исследователи описали шаги, которые помогут разработать быстрые энергоэффективные вычислительные системы будущего, в которых вместо электронов для обработки и хранения информации используются фотоны.

Современные компьютеры основаны на архитектуре фон Неймана, в которой быстрый центральный процессор физически отделен от гораздо более медленных оперативной и постоянной памяти. Это означает, что скорость вычислений ограничена, а мощность компьютера тратится впустую из-за необходимости непрерывной передачи данных в память и процессор через ограниченные по полосе пропускания и энергетически неэффективные электрические соединения.

Ученые показали, что решить проблему можно, если сделать вычислительное оборудование похожим на мозг. Эта идея не нова, но ученые предложили конструкцию таких устройств, которые имитируют нейроны и синапсы. Соединяя искусственные нейроны и синапсы в сети, можно создать быстрые адаптивные устройства для искусственного интеллекта и машинного обучения.

Полную версию материала читайте по ссылке.

news_601a88336c861.webp

Роскосмос опубликовал рассекреченные документы о миссии "Луна-9"

3 февраля 1966 года впервые в истории была осуществлена мягкая посадка космического аппарата на Луну. Советская автоматическая лунная станция "Луна-9" прилунилась в Океане Бурь и в течение трех дней передавала на Землю телевизионные изображения лунного ландшафта. Эти данные предоставили ценный материал для исследования микроструктуры поверхности Луны. К 55-летию миссии Роскосмос опубликовал рассекреченные архивные документы.

Первой в истории мягкой посадке предшествовали запуски лунных станций, позволившие отработать системы радиоконтроля траектории, бортовую радиоаппаратуру, систему астроориентации и приборы автономного управления.

В документе от 23 июля 1965 года перечисляются основные задачи пуска: это экспериментальная проверка возможности осуществления мягкой посадки АЛС на поверхности Луны, передача на Землю ТВ-изображения рельефа поверхности, проверка принципов ориентации космических объектов.

4 февраля 1966 года, в 4 ч 50 мин, по команде с Земли станция начала обзор лунного ландшафта и передачу его изображения на Землю.

При подлете к Луне начались операции по подготовке станции к посадке. Для осуществления торможения необходимо было ориентировать станцию так, чтобы двигатель был направлен соплом на Луну. Ориентация осуществлялась за час до сближения с Луной путем построения лунной вертикали оптическими средствами. На высоте около 8,3 тыс. км АЛС была ориентирована строго по лунной вертикали. Затем с помощью оптических датчиков слежения за Солнцем и Землей это направление сохранялось примерно в течение часа – до срабатывания тормозной двигательной установки.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Китайский космический гамма-монитор увидел свой первый гамма-всплеск

Один из спутников китайского гамма-монитора всего неба GECAM зарегистрировал свой первый гамма-всплеск. Предполагается, что он может быть связан с магнитаром в нашей галактике или быть результатом слияния двух компактных объектов.

GECAM (Gravitational Wave High-energy Electromagnetic Counterpart All-sky Monitor) разработан учеными из Института физики высоких энергий Китайской академии наук и запущен в космос при помощи ракеты-носителя "Чанчжэн-11" с космодрома Сичан 9 декабря прошлого года. Задачей проекта является непрерывный мониторинг всего неба для регистрации коротких гамма-всплесков, возникающих в результате слияний компактных объектов, которые также являются источниками гравитационных всплесков, сверхдлинных гамма-всплесков, рентгеновских вспышек от различных астрофизических источников, а также наземных гамма-вспышек.

Ранним утром 20 января 2021 года аппарат GECAM-B оповестил о первой регистрации всплеска гамма-излучения GRB 210119A. Он длился около 50 миллисекунд и был классифицирован как короткий гамма-всплеск, который также наблюдался космическими телескопами "Ферми", "Swift" и Insight-HXMT. Источником всплеска могло быть слияние двух нейтронных звезд или черных дыр, или он может быть связан с галактическим магнитаром Swift J1851.2-6148.

Полную версию материала читайте по ссылке.

news_601aa4af5b1e3.png

Neuralink научил обезьяну играть в видеоигры силой разума

Амбициозный стартап Neuralink готовится к премьере очередной своей разработки. Глава Neuralink, Илон Маск, выступая в частном приложении Clubhouse, подтвердил, что работа в этом направлении идет и уже есть первое подопытное животное, на котором тестируется технология управления компьютером с помощью сигналов мозга.

У нас уже есть обезьяна с беспроводным имплантатом с крошечными проводами в черепе, которая может играть в видеоигры с помощью своего разума. Вы не увидите, где находится имплант, а сама обезьяна – счастлива. У нас лучшие вольеры для обезьян в мире. Мы хотим, чтобы в итоге животные играли друг с другом в интеллектуальный пинг-понг.

Стартап планирует опубликовать видеоролик с обезьянами, в мозг которых внедрены чипы, примерно через месяц.

Полную версию материала читайте по ссылке.

news_601aa54a84de2.webp

Физики засняли столкновение положительного лидера молнии с отрицательным

Изучить тонкую структуру стримерных и лидерных каналов на финальных этапах удара молнии удалось геофизикам из Китая и Индии под руководством Жубинь Цзяна (Rubin Jiang) и Абхая Сриваставы (Abhay Srivastava) из Института физики атмосферы Китайской академии наук. Для этого ученые засняли удар молнии в стоящую на земле 235-метровую метеорологическую башню в Пекине. Чтобы разглядеть непосредственное объединение двух стримерных зон и столкновение положительного и отрицательного лидеров, которое произошло на высоте 145 метров над вершиной башни, ученые провели съемку с частотой 380 тысяч кадров в секунду.

В результате авторам работы удалось получить два последовательных кадра, которые разделяет между собой всего одна 380-тысячная секунды, — на первом из них два лидера еще не столкнулись, а на втором — уже произошла вспышка и зародился обратный разряд. По этим кадрам, слияние положительной и отрицательной стримерных зон и формирование общего стримерного канала произошло, когда концы положительного и отрицательного лидерных каналов находились на расстоянии более 23 метров друг от друга.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Научная среда – новости о науке и технике. Выпуск #47

Физики-теоретики сузили диапазон возможных масс частиц темной материи

Британские физики показали, что эффекты, связанные с квантовой гравитацией, приводят к возникновению сильных ограничений на возможную массу частиц темной материи, причем как снизу, так и сверху. Полученные таким образом диапазоны допустимых масс для разных типов темных частиц оказались существенно уже, чем более ранние теоретические ограничения, и исключают существование очень легких и очень тяжелых частиц темной материи. В будущем такой результат может пригодиться в ходе экспериментальных поисков темной материи.

Ученые существенно сузили диапазон возможных масс частиц темной материи в своем теоретическом исследовании. В нем ученые использовали общепринятое предположение о том, что взаимодействие темной материи с самой собой и с обычной материей не путем гравитации пренебрежимо мало. Но получить более сильные ограничения на массу темной материи удалось именно за счет рассмотрения действия на нее гравитации, причем в ее квантовой форме. Предполагаемая квантовая природа гравитации давала физикам ограничение на верхний предел масс: слишком тяжелые частицы за прошедшее время жизни Вселенной претерпевали бы распад за счет квантовых эффектов. В случае слишком легких темных частиц эффекты квантовой гравитации приводили бы к возникновению так называемой пятой силы, величина которой ограничена экспериментально. Также снизу массу темной материи ограничила и теорема Паули, происходящая из фундаментальных принципов квантовой теории поля и применимая для случая фермионной темной материи.

В результате сильнее всего ограничили темные фермионы, массу которых физики поместили в интервал от 10^2 до 10^10 электронвольт. Ограничения чуть слабее были получены для скалярных частиц и темной материи со спином 2: для них допустимая масса оказалась между 10^-3 и 10^7 электронвольт. Те же значения были получены для темных аксионов в случае, если законы квантовой гравитации нарушают четность, в обратном же случае масса темных псевдоскалярных частиц должна быть между 10^-21 и 10^7 электронвольт. Кроме того, физики рассмотрели случай векторной частицы со спином 1: ее масса оказалась ограничена 10^-22 и 10^7 электронвольтами.

Полную версию материала читайте по ссылке.

news_601aa6a88cb74.png

Темную материю объяснили при помощи пятого измерения

Физики показали, что Стандартная модель в 5-мерном пространстве будет описывать все наблюдаемые на практике эффекты. Однако для этого потребуется ввести дополнительную сверхтяжелую элементарную частицу.

Маттиас Нойберт вместе с коллегами обнаружил, что 5-мерные уравнения поля предсказывают существование новой тяжелой частицы с такими же свойствами, как у бозона Хиггса. Однако ее масса, согласно расчетам, должна быть гораздо больше – настолько большой, что эту частицу нельзя получить даже на самом мощном коллайдере в мире.

Физики показали, что эта частица создаст новое взаимодействие между известными частицами и темной материей. С помощью новой "пятимерной" теории ученые смогли даже объяснить обилие темной материи в космосе, наблюдаемое в астрофизических экспериментах. Для подтверждения этой точки зрения исследователям предстоит открыть новую частицу. Без нее вся теория не имеет смысла. Возможно, сделать это удастся с помощью коллайдера FCC, который планируется запустить в 2040 году на базе ЦЕРНа, или с помощью китайского ускорителя, который, согласно планам, будет построен через 9 лет.

Полную версию материала читайте по ссылке.

news_601aa77778120.webp

Желающим стать Ариадной. Игра EyeWire

Раскрашиваем запутанные отростки зрительных нейронов в EyeWire вместе с биоинформатиком Марией Осетровой, которая пишет диссертацию о биохимическом составе мозга и уже полгода зависает в онлайн-игре EyeWire – в ней добровольцы соединяют нейроны сетчатки глаза мыши, прокручивая кубики. Чем-то напоминает раскрашивание дудлов – абстрактных каракулей, но с пользой для науки. На экране – нейрон, его запутанные дендриты и ветвящийся аксон.

Игру EyeWire запустила 10 декабря 2012 года команда из лаборатории вычислительной нейробиологии Себастьяна Сеунга (Sebastian Seung) в Принстонском университете. В игре используются изображения с электронного микроскопа, полученные для сетчатки глаза мыши: каждый кубик сетчатки сканируют с высоким разрешением слой за слоем, а затем объединяют в 3D-изображение. Собственно, именно это и видят игроки: справа на экране срезы, а слева – 3D реконструкция кубика образца.

Для решения загадок мозга требуется что-то более мощное, чем суперкомпьютер, – и это ВЫ.

Задача волонтеров – отслеживать ветвящиеся отростки нейронов. По этим данным ученые хотят воссоздать коннектом (совокупность всех соединений нейронов) сетчатки глаза. Так исследователи смогут понять, как работает зрение, а в перспективе – и весь мозг. Проблема в том, что нервных клеток очень много, у каждой из них сотни или даже тысячи отростков, которые к тому же тесно переплетены. В каждом кубическом сантиметре мозга соединений нейронов – синапсов – больше, чем звезд во всем Млечном Пути. Распутать этот клубок и помогают игроки EyeWire.

Чтобы вы оценили масштаб работы: время полной реконструкции одного нейрона современные вычислительные мощности позволили сократить до 50 часов (раньше требовались тысячи, буквально). Но это все равно довольно много. Создатели EyeWire подсчитали, что 100 человек, работающих круглосуточно, смогут картировать весь мозг примерно за полмиллиона лет. Зато с помощью сотен тысяч волонтеров, каждый из которых выполняет небольшое задание, ученые рассчитывают успеть увидеть результаты до окончания карьеры.

Геймплей очень простой. И все же EyeWire дает удовольствие от последовательного прогресса, продвижения закрашенных частей отростка, от соревнований в личном или командном зачете, от возможности больше узнать о нейронах и мозге вообще. Пусть это не захватывающая стратегия и не квест, зато имеешь дело с реальной жизнью, по мере погружения начинаешь замечать закономерности и особенности, находишь какие-то личные лайфхаки и обращаешь внимание на необычные нейроны.

Полную версию материала читайте по ссылке.

news_601aa83459c3c.jpg

Научные видео

https://www.youtube.com/watch?v=fW4xUpejJOE https://www.youtube.com/watch?v=KVzsQvCXQ_8 https://www.youtube.com/watch?v=GJWsEOcj4pg

Основные источники:

  • neuronovosti.ru
  • popmech.ru
  • nplus1.ru
  • elementy.ru

news_5f0edf9e46fa5.png

Спасибо за внимание, и помните, что никогда не поздно "Учиться, учиться и еще раз учиться!"

Прошлый выпуск рубрики:

  • На Марсе нашли следы десятка ледниковых периодов.
  • Google закрыл проект раздачи интернета с аэростатов.
  • Из наночастиц создали сверхтвердые материалы.
  • Зарождение кристалла впервые записали на видео.
  • Кошки помогли описать еще один природный репеллент.
  • Новый гель позволяет "напечатать" новую кость прямо на перелом.
  • Фабрика сверхтяжелых элементов в Дубне выпустила первую партию ядер московия.

news_601a6c9cd44cf.jpeg

Источник

Читайте также