Научная среда – новости о науке и технике. Выпуск #76

Отмечаем День знаний прочтением научных новостей:

• Новая ловушка для антиматерии поможет раскрыть один из главных секретов Вселенной.
• Обнаружен новый путь обработки речи мозгом.
• Пару атомов возбудили одним фотоном.
• Добровольцы помогут планетологам в поисках активных астероидов.
• Молекулярную динамику жидкой воды исследовали с атомарным разрешением.
• Подтверждено существование галактики почти без темного вещества.

Новости одной строкой

• Оказалось, что после 50 лет некоторые функции мозга лишь улучшаются, среди них обработка информации и концентрация.
• Состоялся первый успешный испытательный полет многоразовой китайской ракеты-носителя "Тяньсин-2".
• Исследователи выяснили, чтобы предотвратить негативные последствия долгого сидения для здоровья, достаточно 30-40 минут умеренной физической активности в день.
• В многоцелевом лабораторном модуле "Наука" начались первые эксперименты, а скоро будет установлена первая на МКС многозональная электропечь.
• Физики создали мета-атом – структуру, способную генерировать энергию внутри себя и не излучать ее в окружающее пространство.

Научная среда

Новая ловушка для антиматерии поможет раскрыть один из главных секретов Вселенной

Физики из CERN разработали новую ловушку для антиматерии, которой требуются секунды для охлаждения образцов, а не часы. Новшество позволит узнать больше об одном из самых загадочных явлений Вселенной – барионной асимметрии.

Согласно Стандартной модели, в результате Большого Взрыва должно было возникнуть равное количество материи и антивещества, которые затем должны были столкнуться и уничтожить большую часть содержимого Вселенной еще до того, как она образовалась. Тот факт, что мы сейчас здесь, чтобы подвергнуть это сомнению, показывает, что этого не произошло. Ответ на вопрос «почему?» остается до сих пор неизвестным.

Чтобы решить эту проблему, исследователям нужно изучать антиматерию. Но делать это не так-то просто, ведь все вокруг состоит из обычных частиц и античастицы будут просто аннигилировать при столкновении с ними. Поэтому физики придумали специальные ловушки, которые удерживают античастицы и не дают им столкнуться с обычным веществом. Физики из CERN теперь создали новую версию этих ловушек для охлаждения антивещества, которая увеличивает объем частиц, которые можно использовать в эксперименте, и повышает точность измерений.

Ключевой элемент ловушек для антивещества – лазеры, которые охлаждают эту материю. Однако прямое лазерное охлаждение не особо эффективно и не позволяет быстро понизить температуру античастиц. В новой работе ученые предложили охлаждать образцы косвенно при помощи лазерного охлаждения близлежащих ионов, которые затем поглощают тепло частиц антиматерии.

Полную версию материала читайте по ссылке.

В Индонезии найдены останки женщины, принадлежащей к ранее неизвестному человеческому роду

Генетический анализ показал, что женщина, захороненная 7200 лет назад на территории современной Индонезии, принадлежала к еще одному человеческому роду.

Исследователи из Тюбингенского университета Германии провели генетический анализ останков древней женщины, которые были найдены еще в 2015 на индонезийском острове Сулавеси. Археологи давно интересовались регионом Уоллеси – от острова Бали до Новой Гвинеи, подсчитано, что древние люди путешествовали по этим островам 50 тысяч лет назад, прежде чем достигли Австралии.

Геном древней женщины показал, что она является дальним родственником современных аборигенов Австралии и Новой Гвинеи, чьи предки были первыми людьми, достигшими Океании. Однако исследователи обнаружили, что значительная часть ДНК женщины схожа с ДНК архаичного человеческого рода, известного как денисовцы. Это резко контрастирует с другими древними людьми, населявшими регион в то время, ведь они не имеют денисовского происхождения.

Эти генетические открытия предполагают, что Индонезия и близлежащие острова – область Уоллеси, была местом смешения денисовцев и современных людей во время их первоначального путешествия в Океанию.

профессор Козимо Пост

Полную версию материала читайте по ссылке.

Планетологи подтвердили рекордную молодость добытых станцией «Чанъэ-5» лунных базальтов

Планетологи, работающие с образцами лунного базальта, доставленными на Землю автоматической станцией "Чанъэ-5", подтвердили, что это самые молодые лунные породы среди всех когда-либо изученных. Кроме того, исследователи выяснили, что источник базальтовой магмы был обеднен тепловыделяющими радиоактивными элементами и водой.

Оценки содержания воды в образцах лунных магматических пород позволяют наложить строгие ограничения на модели высокотемпературных процессов, шедших на естественном спутнике Земле, включая модели ударного формирования Луны, остывания и кристаллизации лунной мантии, а также лунного вулканизма. Луна долгое время считалась практически безводным телом, однако доставка на Землю лунных образцов астронавтами и автоматическими станциями, наблюдения при помощи телескопов, а также совершенствование методов анализа позволили выяснить, что содержание воды в лунной мантии выше, чем считалось ранее. Тем не менее, пока что ученым не хватает разнообразия среди образцов грунта, чтобы ответить на большинство вопросов относительно происхождения и распределения воды внутри Луны.

Значение максимальной концентрации воды в мантии, источник которой находится под местом высадки "Чанъэ-5", было оценено в 2–6 микрограмм воды на грамм мантии. Это говорит о том, что данная область была обеднена водой по сравнению с источниками базальтов из лунных морей, собранных астронавтами «Аполлонов». Кроме того, мантийный источник базальтов "Чанъэ-5" также был обеднен тепловыделяющими радиоактивными элементами U, Th и K. Эти результаты необычны и пока что ученые не могут объяснить, как базальтовый вулканизм поддерживался на Луне всего два миллиарда лет назад, поскольку к тому времени лунные недра должны были быть относительно холодными.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Обнаружен новый путь обработки речи мозгом

Американские нейробиологи опровергли устоявшуюся теорию о том, что речь сперва обрабатывается в первичной слуховой коре, а затем преобразуется в слова в других областях мозга. Ученые доказали, что звуки и речь обрабатываются параллельно в разных областях слуховой коры.

На протяжении десятилетий считалось, что обработка речи в слуховой коре идет последовательно, напоминая конвейер на фабрике. Предполагалось, что сначала в первичной слуховой коре обрабатывается простая звуковая информация, например, частоты звуков. Затем соседняя область, верхняя височная извилина (superior temporal gyrus, STG), извлекает из этого потока согласные и гласные и складывает их в слова.

Пациентам вживили в мозг сеть электродов для сбора сигналов о приступах и предложили поучаствовать в исследовании по обработке речи слуховой корой. Ученые ожидали, что смогут обнаружить поток информации, который идет из первичной слуховой коры в верхнюю височную извилину. В этом случае две области должны были активироваться последовательно. Но к удивлению исследователей, при прослушивании речи области верхней височной извилины и первичной слуховой коры реагировали одновременно.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Пару атомов возбудили одним фотоном

Швейцарские физики экспериментально доказали существование новой частицы – парного поляритона, то есть объединенного возбуждения поля и пары атомов. Для этого они поместили ферми-газ в сильном режиме взаимодействия в оптический резонатор.

Физики из Федеральной политехнической школы Лозанны под руководством Жана-Филиппа Брантю смогли экспериментально реализовать сильную связь поля с веществом в условиях сильной связи между атомами ферми-газа. В результате они зафиксировали гибридные возбуждения, которые смешивают пару атомов и фотон в одну квазичастицу – парный поляритон. Парные поляритоны объединяют в себе быструю динамику резонансного взаимодействия, присущую свету, и универсальность парных корреляций, характерную для атомов, что отражается в оптических спектрах.

Для реализации этого эффекта авторы помещали облако изотопов лития 6Li, состоящее из примерно 460000 атомов, в резонатор с высокой добротностью в присутствии магнитного поля. ферми-газ был сильно охлажден для достижения вырожденного состояния, а наличие резонатора обеспечивало сильную связь излучения с веществом. Магнитное поле было подобрано таким образом, чтобы при изменении отстройки зондирующего излучения ферми-газ испытывал кроссовер БКШ–БЭК, то есть последовательность состояний газа, соответствующая различным режимам парных корреляций атомов. Физики построили частотную диаграмму, меняя отстройку частоты резонатора и частоты зондирующего излучения, и обнаружили несколько сигналов фотоассоциации во всех режимах кроссовера.

Физики проводили 50 измерений с интервалом в 10 миллисекунд. В результате они смогли обнаружить уменьшение коллективной частоты Раби со временем, частично связанное с потерями атомов в самом газе.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Ученые повысили производительность термоядерного синтеза

Исследователи смогли повысить производительность стелларатора W7-X и достигли при помощи него температур, которые в два раза больше, чем в ядре Солнца.

Стеллаторы, впервые построенные в 1950-х годах, могут работать в устойчивом режиме с небольшим риском перебоев в работе плазмы, с которыми сталкиваются токамаки – торроидальные термоядерные реакторы. Однако их сложность не позволяла хорошо удерживать плазму. Теперь физики решили оптимизировать конструкцию W7-X, которая произвела свою первую плазму в 2015 году. Основная цель модернизации заключалась в том, чтобы создать на базе стелларатора настоящий экспериментальный термоядерный реактор.

Для модернизации физики использовали диагностический инструмент XICS для изучения процесса «"неоклассического транспорта", благодаря которому потери тепла в классических стеллараторах были всегда выше, чем в токамаках. Эксперимент показал, что в неоптимизированном стеллараторе большой неоклассический транспорт сделал бы невозможным создание высоких температур. Тем не менее, после модернизации реального устройства физики смогли нагреть плазму до рекордных величин. W7-X вновь откроется в 2022 году после трехлетней модернизации.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Молекулярную динамику жидкой воды исследовали с атомарным разрешением

Физики использовали рассеяние электронов, чтобы проследить релаксационной динамикой внутри- и межмолекулярных связей молекул воды с фемтосекундным временным и атомарным пространственным разрешениями. Они обнаружили необычное кратковременное сокращение расстояния между атомами кислорода соседних молекул, для объяснения которого оказался обязательным учет квантовых эффектов.

Вода – это одна из самых важных, но, вместе с тем, наименее изученных жидкостей. Ее молекулы связываются друг с другом посредством водородных связей, образуя разветвленные сети. Такая структура определяет аномальные свойства воды, в частности высокую температуру кипения, удельную теплоту парообразования, удельную теплоемкость и многое другое.

Группа американских физиков при участии Андерса Нильссона из Стокгольмского университета использовала рассеяние сверхбыстрых электронов, чтобы проследить за поведением возбужденного валентного колебания OH-связи с фемтосекундным временным и атомарным пространственным разрешениями. Вместе с моделированием это позволило раскрыть необычный характер межмолекулярной релаксации колебаний.

Чтобы этого добиться, физики создавали плоские водяные струи толщиной 100 нанометров, которые облучали лазерным излучением с длиной волны около трех микрон. Излучение возбуждало валентное колебание OH-связи у примерно пяти процентов молекул. Затем авторы зондировали воду электронными импульсами с энергией 3,7 мегаэлектронвольт, чье рассеяние фиксировалось на детекторе в виде зависимости интенсивности от переданного импульса с временно разверткой. Производя над этой зависимостью преобразование Фурье, можно получить информацию о типичных межатомных расстояниях в системе, на которых дифрагируют электроны.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Добровольцы помогут планетологам в поисках активных астероидов

Стартовал проект гражданской науки Active Asteroids, в рамках которого любой желающий может помочь планетологам в поисках активных астероидов на снимках, сделанных наземным телескопом имени Виктора Бланко. Отобранные варианты вновь пронаблюдают при помощи других телескопов, чтобы подтвердить их статус.

Основным отличием комет от астероидов обычно называется их активность в виде выбросов газа и пыли, которая обусловлена большим содержанием замороженных летучих веществ. Однако существуют объекты, проявляющие свойства и той и другой категории малых тел, такие как кентавры или активные астероиды, которые способны обзаводиться комами и кометоподобными хвостами. Эти объекты плохо изучены, так как их известно не так много, в частности активных астероидов – всего несколько десятков. В среднем только один из десяти тысяч астероидов классифицируется как активный, поэтому требуется огромное количество данных наблюдений, чтобы получить более крупную выборку для изучения.

Принять участие в проекте может любой желающий с доступом в интернет. Для начала работы необходимо зарегистрироваться и ознакомиться с правилами, после чего можно начинать анализ снимков на предмет наличия у некоторых объектов кометного хвоста или комы, которые не являются другими объектами (например фоновой галактикой, следом от космических лучей или артефактом изображения) и сохраняются в течение длительного времени.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Охлаждение смешиванием произвели без смешивания

Физики продемонстрировали симпатическое охлаждение одиночного протона с помощью лазерно-охлажденных ионов бериллия, удаленных от него на расстояние девяти сантиметров. Для этого они связали ловушку, в которой находился протон, и ионную ловушку с помощью сверхпроводящего колебательного контура. Таким способом они смогли охладить протон на 85 процентов относительно температуры окружения.

Охлаждение атомных и молекулярных систем играет важнейшую роль в современной физике. Чем меньше будет температура объектов, тем точнее можно измерять их свойства, а также тем стабильнее будут экзотические состояния, которые могут существовать только в ультрахолодных условиях.

Идея метода, высказанная еще 30 лет назад, заключается в том, что любой электрический заряд, расположенный вблизи проводящей среды, индуцирует в ней заряды противоположного знака со сложным поверхностным распределением. Однако при рассмотрении такой задачи их можно заменить мнимым зарядом, расположенным зеркально реальному заряду. Смешивая мнимые токи в контуре, физики смогли организовать охлаждение протона на расстоянии девяти сантиметров от ионов бериллия.

Физики подробно изучили влияние различных параметров системы на эффективность охлаждения протона. Они выяснили, что минимальная температура протона достигается не за счет минимальной температуры ионов, а за счет их максимальной связи с контуром. В частности, они смогли достичь температуры, равной 2,6±2,5 кельвин, что оказалось ниже температуры окружающей среды на 14,4±0,7 кельвин.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Подтверждено существование галактики почти без темного вещества

В созвездии Кита на расстоянии 20 МПк от нас находится необычная очень тусклая галактика NGC 1052-DF2: по размерам она сравнима с Млечным Путем, но звезд в ней на два порядка меньше. Такие галактики называют сверхрассеянными. Проведенный в 2018 году анализ кривой вращения этой галактики показал, что скорости, с которыми звезды обращаются вокруг ее центра, вполне хорошо объясняются массой видимого (в основном звездного) вещества. А из этого следует, что для темного вещества "места" почти не остается. Правда, эти выводы сильно зависят от расстояния до NGC 1052-DF2, а у других научных групп получались другие оценки расстояния.

Недавно была опубликована статья, в которой расстояние до NGC 1052-DF2 определено очень точным и изящным методом – при помощи анализа вершины ветви красных гигантов. Для того, чтобы получить данные по отдельным красным гигантам в этой галактике, пришлось даже на сутки задействовать телескоп "Хаббл". Но оно того стоило: новая оценка расстояния до нее даже больше первоначальной: 22,1 МПк. А значит, темного вещества в ней еще меньше, чем считалось ранее. Практически полное отсутствие темного вещества в одной галактике является, как ни странно, важным свидетельством в пользу существования самого темного вещества. А окончательное подтверждение его отсутствия может привести и к пересмотру наших представлений о природе гравитации.

Значит ли это результат, что сама идея темного вещества теперь под вопросом? Отнюдь нет и Питер ван Доккум сам говорит:

... если у нас есть галактика без темного вещества, и также есть схожие с ней галактики, где эта вещество присутствует, то, похоже на то, что оно на самом деле существует, это не мираж.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Научные видео

Основные источники:

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

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

Прошлый выпуск рубрики:

• Физики научились превращать котенка Шрёдингера в кота и наоборот.
• Корпускулярно-волновой дуализм фотона подтвердили экспериментально.
• Новый материал поможет защитить кубиты в квантовых компьютерах.
• Компания Tesla в следующем году выпустит антропоморфного робота Tesla Bot.
• Исследователи перенесли в картофель человеческий белок, ответственный за ожирение. Это сделало картофель крупнее.
• В польской "Долине смерти" обнаружены новые доказательства зверств нацистов.

Источник