Научная среда – новости о науке и технике. Выпуск #84

• Физики работают над квантовыми методами шифрования – они устойчивы к дешифровке квантовым компьютером.
• Рентгеновская спектроскопия никелатов подтвердила современную теорию сверхпроводимости.
• Материаловеды сделали древесину в двадцать три раза тверже и изготовили из нее нож.
• Астрономы, вероятно, открыли первую планету за пределами нашей галактики.
• Эгоистичный мозг отбирает энергию у мышц.

Новости одной строкой

• Ученые пришли к выводу, что человеческий мозг уменьшился в размерах примерно 3000 лет назад. Вероятно из-за возросшей зависимости от коллективного разума – группа людей умнее самого умного человека в группе.
• Времяпрепровождение на природе способствует развитию детей в раннем возрасте и может помочь им в обучении и когнитивном развитии.
• На российских улицах скоро могут появиться камеры, которые распознают драки, оружие или даже алкоголь и сигареты в руках или карманах людей. И, в зависимости от ситуации, могут оповещать экстренные службы или вызывать полицию. Система распознавания лиц уже внедрена или внедряется в настоящий момент в 20 регионах России
• Продолжаем любоваться на необыкновенные фотографии из рубрики "Картинка дня". Представляем вам "васкуляризацию (сосудистую сеть) сетчатки мыши, заснятую с 20-кратным увеличением объектива:

Научная среда

По какой логике работает "второй мозг" нашего организма?

Новое открытие проливает свет на то, что кишечная нервная система человека полна неожиданных фактов. Исследование, опубликованное в журнале PNAS, открывает возможности лечения разного рода кишечных расстройств.

Исследователи из Мичиганского Университета США сделали необычное открытие, касающееся человеческой энтеральной (то есть кишечной) нервной системы. Нужно сказать, что она настолько независима, что кишечник мог бы справиться со своими повседневными "обязанностями", даже если бы каким-то образом оказался не связан с центральной нервной системой. Интересно, что количество специализированных клеток нервной системы (нейронов и глии) "второго мозга" приблизительно равно количеству нервных клеток в кошачьем мозге.

Помимо этого, теперь мы можем задаваться вопросами о том, как нацеливаться на определенный тип или группу глиальных клеток и корректировать их функции. Фармацевтические компании уже заинтересованы в этом.

Исследователи

Если выражаться метафорами, глия не воспроизводит ноты, но отвечает за тон, продолжительность и громкость звуков. Несмотря на аналогию глия играет гораздо большую роль в том, чтобы звук был качественным. Работа глиальных клеток создает более комплексную картину того, как устроена энтеральная нервная система.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Физики работают над квантовыми методами шифрования – они устойчивы к дешифровке квантовым компьютером

Исследователи из Университета Айовы изучали свойства фотонов, испускаемых твердыми телами. Их можно использовать для принципиально нового метода шифрования данных, основанного на цвете каждого испускаемого фотона. В частности, их интересует, как много фотонов, одновременно проходящих по оптоволоконному кабелю, не получится различить.

Один из алгоритмов шифрования предполагает, что два простых, но очень длинных числа, перемножаются между собой. Это число и ещё одно в паре с ним – если говорить точно, то функция Эйлера от первого числа – дают открытый ключ шифрования, а другая пара, вычислить которую куда сложнее – закрытый ключ. Если известны оба ключа, расшифровать сообщение не составит труда – сообщение шифруется открытым ключом и дешифруется закрытым. Но если закрытого ключа нет, придется подбирать, из каких же простых чисел получили открытый ключ.

У обычных компьютеров на эту задачу уйдут десятилетия, но квантовые компьютеры способны решить ее за минимальный срок из-за принципа их работы. Чтобы подготовиться к этой проблеме, исследователи работают над кодами, которые не получится взломать квантовыми компьютерами, ведь они основаны на распределении отдельных фотонов. Фотоны – это частички света, которые имеют определенные квантовые характеристики – поляризацию, спин. Между адресатом и адресантом эти характеристики являются общими – так получается своеобразный аналог ключа шифрования. Такое шифрование требует, чтобы фотоны имели одинаковый цвет – тогда их будет невозможно отличить друг от друга.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Рентгеновская спектроскопия никелатов подтвердила современную теорию сверхпроводимости

Физики из Австрии и Японии применили метод рентгеновской спектроскопии для исследования электронной структуры никелата. В материалах этого типа ученые надеются достичь высокотемпературной сверхпроводимости. Результаты эксперимента хорошо совпали с предсказаниями, сделанными в рамках теории среднего поля.

Одним из важнейших входных параметров в теории среднего поля является минимальная энергия, которую необходимо сообщить электрону, чтобы он перескочил с атома никеля на атом кислорода. Напрямую измерить эту величину очень тяжело, и ее нахождение с помощью метода рентгеновской спектроскопии является одним из основных экспериментальных результатов работы. Ученые предсказали результаты эксперимента для разных значений энергии перескока электрона с помощью теории среднего поля и сравнили с данными измерений для никелатов LaNiO2 и NdNiO2 (см. рисунок). Требуя максимально близкого совпадения экспериментальных данных с предсказаниями теории, ученые смогли найти энергию перескока, которая для обоих материалов оказалась равна приблизительно 5 электронвольтам.

Качественно предсказания теории довольно хорошо совпали с результатами эксперимента, однако количественно согласие не очень хорошее, и исследователи не смогли объяснить это расхождение в рамках теории среднего поля. Тем не менее ученые рассчитывают, что качественное согласие теории и эксперимента будет иметь место и для других никелатов, и это поможет установить, в каком конкретно сверхпроводнике из этого класса материалов может быть достигнута высокотемпературная сверхпроводимость.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Материаловеды сделали древесину в двадцать три раза тверже и изготовили из нее нож

Американские материаловеды увеличили твердость древесины в двадцать три раза. Они обработали ее кипящим щелочным раствором, а затем сжали с помощью горячего пресса. Это позволило избавиться от мягкой фракции древесины (лигнина), заполнить пустоты и скрепить соседние целлюлозные волокна водородными связями. Нож из полученного материала не уступает стальным ножам, например, им можно с легкостью резать стейки.

Твердость сравнивали с помощью метода Бринелля – в материал вдавливали твердый интендер при фиксирванном давлении и измеряли размеры полученной вмятины. Самым твердым оказался образец, который кипятили в щелочном растворе четыре часа – по сравнению с необработанной древесиной его твердость увеличилась в двадцать три раза. По всей видимости, за четыре часа удается достичь максимального растворения лигнина с сохранением целлюлозного каркаса. При меньшем времени обработки в материале остается слишком много лигнина, а при большем начинается частичное растворение целлюлозного каркаса.

Главная причина такого впечатляющего улучшения твердости – уплотнение материала и заполнение внутренних пустот, которое, в свою очередь, приводит к образованию дополнительных водородных связей между соседними волокнами целлюлозы.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Астрономы, вероятно, открыли первую планету за пределами нашей галактики

Астрономы обнаружили признаки планеты, проходящей мимо звезды за пределами нашей галактики Млечный Путь – именно это показали данные космической рентгеновской обсерватории NASA "Чандра".

Почти все обнаруженные на сегодня экзопланеты находятся на расстоянии менее 3 тысяч световых лет от Земли. Предполагаемая экзопланета в галактике М51 находится на расстоянии около 28 миллионов световых лет – в тысячи раз дальше, чем экзопланеты в Млечном Пути!

Экзопланеты часто находят по провалам в яркости излучения, когда прохождение планеты перед звездой блокирует часть света звезды. Раньше астрономы искали провалы в оптическом свете, используя телескоп Кеплера и TESS, что позволило обнаружить тысячи планет в видимом диапазоне, однако в этот раз ученые рассмотрели провалы в яркости рентгеновского излучения, получаемого от ярких двойных звезд.

Такие системы обычно содержат нейтронную звезду или черную дыру, втягивающую газ от близко вращающейся звезды-компаньона. В связи с этим газ перегревается и излучает в рентгеновском диапазоне, но так как область, дающая яркое рентгеновское излучение, невелика, планета может полностью заблокировать рентгеновское излучение. Это облегчает поиск планеты, особенно на больших расстояниях. Именно так нашли кандидата в экзопланеты в двойной системе M51-ULS-1. Скорее всего, эта планета имела бурное прошлое – она пережила взрыв сверхновой, в результате которого образовалась или нейтронная звезда, или черная дыра.

Полную версию материала читайте по ссылке.

В России придумали, как защитить корабли и морскую инфраструктуру от ржавчины

Ученые Национального Исследовательского Технологического Университета (НИТУ) "МИСиС" совместно с коллегами из Чехии предложили новый способ защиты стальных поверхностей от агрессивной среды, например, соленой воды и трения, которые со временем разрушают даже очень прочные изделия из нержавеющей стали. Это позволит повысить срок службы морской инфраструктуры, а также избежать поломок оборудования.

Для защиты от морской воды трущихся элементов и деталей российские ученые создали специальное покрытие, которое способно защитить пленку: оно не только обеспечивает крепкое сцепление с деталью, но и обладает высокой прочностью.

Покрытие представляет собой осыпь из тантал-циркониевых карбидов, закрепленных в металлическом слое. Когда трение отсутствует, карбидные частицы практически не влияют на коррозионную стойкость, а когда оно есть – механически защищают пленку. Такое покрытие может использоваться для увеличения долговечности насосов для перекачки воды путем защиты вала турбины от коррозии. Для нанесения защитного покрытия используется метод электроискрового легирования, когда под воздействие электрических зарядов карбиды "встраиваются" в сталь.

В будущем исследователи планируют придать покрытию водоотталкивающие свойства и предотвратить контакт стальных поверхностей с агрессивной средой. Это может решить проблему обрастания оборудования морским льдом в северных широтах.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Эгоистичный мозг отбирает энергию у мышц

С точки зрения метаболизма мозг человеку обходится дорого – в этом состоит цена эволюции. Чтобы обеспечить работу серого вещества, требуется много энергии. Исследование, подробнее с которым можно ознакомиться в Scientific Reports, подтверждает: в моменты, когда активизируются и физические, и психические процессы, больше энергии все-таки получает мозг.

Учёные из университета Кембриджа протестировали 62 студента мужского пола из элитных гребных экипажей. Средний возраст участников – 21 год. Гребцы выполняли две отдельные трехминутные задачи: тест на вспоминание слов и тест, определяющий мощность на гребном тренажере. Затем их просили делать это одновременно. Как и ожидалось, такая мультизадачность уменьшала физическую и умственную работоспособность.

Хорошо подпитываемый мозг, возможно, сделал наши шансы на выживание выше, чем хорошо подпитываемые мышцы.

доктор Дэнни Лонгман

Учёные говорят, что эти результаты добавляют доказательств к гипотезе "эгоистичного мозга": в процессе эволюции его собственные энергетические потребности оказались в приоритете над потребностями органов на периферии – например, скелетных мышц.

Полную версию материала читайте по ссылке.

"Умная" повязка помогает излечивать хронические раны

Исследователи из Болонского университета разработали повязку, которая может по беспроводной связи передавать информацию об уровне влажности раны – ключевом параметре процесса ее заживления.

Как можно узнать, зажила ли рана, не снимая повязку? До сих пор сделать это было невозможно, а снятие повязки могло спровоцировать открытие раны. Исследователи в новой работе представили "умную" повязку, которая способна показать, на какой стадии находится процесс заживления без необходимости снятия повязки. Чтобы разработать такой "умный" материал, ученые воспользовались техникой трафаретной печати. Они нанесли проводящий полимер под названием PEDOT:PSS на марлю, а затем соединили марлю с традиционными материалами повязок.

Идея заключается в том, что изменения уровня влажности раны вызывают изменение электрического сигнала, который фиксируется датчиком, установленном на полимере. Для передачи данных на смартфон ученые использовали простую RFID-метку. Благодаря этой метке исследователи смогли получать данные о влажности раны и в реальном времени следить за процессом ее заживления.

Ученые обнаружили, что повязка была очень чувствительной – она точно отличала низкую, высокую и очень высокую влажность. Это значит, что такая повязка может успешно использоваться для контроля за ранами и их лечения.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Моделирование предсказало существование устойчивых двойных систем сверхмассивных черных дыр

Используя моделирование, астрофизики пришли к выводу о возможности существования двойных систем сверхмассивных черных дыр. Если такая система действительно может сформироваться, то две близкие черные дыры, находящиеся в центре галактики, должны образовывать гравитационную линзу для света, излученного аккреционным диском двойной системы, и воздействие этой линзы на распространение излучения может отличаться от влияния одной черной дыры. Физики надеются, что эту разницу в эффектах линзирования можно будет зарегистрировать с помощью телескопов следующего поколения, подтвердив или опровергнув результаты численного счета, а значит и модели формирования галактик, которые физики использовали при моделировании.

Такой массивный объект как черная дыра, и тем более их пара, является источником очень сильного гравитационного поля, благодаря которому вокруг центра галактики образуется вращающийся аккреционный диск из галактического вещества. Разные слои вещества внутри этого диска трутся друг о друга, из-за чего диск раскаляется и интенсивно излучает электромагнитные волны. Сильное гравитационное поле черной дыры приводит также к тому, что свет, проходящий около ее горизонта, существенно отклоняется от первоначальной траектории, и если он затем приходит на Землю, то вид космических объектов, излучивших этот свет, искажается для земного наблюдателя – этот эффект называется гравитационным линзированием. До сих пор астрофизикам не было известно, можно ли по нему отличить одиночную черную дыру от двойной системы.

Моделирование показало, что проще всего зарегистрировать линзирование двойной системой в случае, если ее масса имеет порядок 108 – 109 масс Солнца, а отношение масс черных дыр в паре равно приблизительно 10 – 100. Существующие телескопы не позволят наблюдать тонкие отличия гравитационного линзирования излучения активного галактического ядра, вызванного двойной системой черных дыр от линзирования одной черной дыры, но астрофизики считают, что строящийся в настоящее время в Чили телескоп Веры Рубин позволит обнаружить множество двойных систем сверхмассивных черных дыр.

Полную версию материала читайте по ссылке.

"Вектор" опубликовал снимки дельта-штамма коронавируса

Российский Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии "Вектор" опубликовал снимки дельта-штамма коронавируса под электронным микроскопом. Сегодня самым распространенным вариантом в популяции считается дельта-штамм SARS-CoV-2. Именно он вызывает большую часть случаев заражения COVID-19.

Ученые из центра "Вектор" Роспотребнадзора смогли получить изображения дельта-штамма SARS-CoV-2 на таком приборе. Этот патоген был искусственно выращен на клетках эпителия почки африканской зеленой мартышки. Благодаря специальной методике пробоподготовки ученым удалось получить снимки этого варианта патогена:

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:

• Ученым удалось увидеть, как наш организм "зашивает" микротравмы в мышцах после занятий спортом.
• Физики впервые наблюдали новую фазу материи – электронные квадруплеты.
• Хирурги провели первую пересадку свиной почки человеку.
• создано носимое неинвазивное устройство для мониторинга уровня глюкозы по ее концентрации в поту человека.
• Оказалось, что собаки могут страдать от синдрома дефицита внимания и гиперактивности.
• Ученые рассказали, чем табачный дым вредит здоровью глаз.
• 3D-принтер может помочь разработать рекордные процессоры.

Источник