Научная среда #97. Решена старинная шахматная задачка, а столетний закон электрохимии получил обновление

• Физики создали радиевые оптические часы.
• Индонезия перенесла столицу государства из Джакарты в город Нусантара.
• Телескоп "Джеймс Уэбб" вышел на рабочую орбиту вокруг второй точки Лагранжа.
• Нейроимплант ELVIS для восстановления зрения установлен обезьяне.
• Создан недорогой ЭЭГ-гаджет с качеством лабораторного аппарата.
• Полупроводниковые кубиты вступили в квантовую гонку.

Новости одной строкой

• Телескоп "Джеймс Уэбб" вышел на рабочую орбиту вокруг второй точки Лагранжа, расположенную в полутора миллионах километров от Земли. Первые научные наблюдения должны состояться уже летом.
• Индонезия перенесла столицу государства из Джакарты в город Нусантара. Название переводится как "архипелаг".
• Марсоход "Персеверанс" полностью удалил из пробоотборной трубки шестой керн марсианских пород, чтобы решить проблему с неудачным запечатыванием образца. Кроме того, ровер убрал два фрагмента пород из карусельного механизма, но под ним еще остались два мелких камешка.

• Общение с друзьями и особенно смех может предотвратить развитие множества заболеваний в пожилом возрасте. Так что общайтесь и смешите ваших старших родственников.

Научная среда

Физики создали радиевые оптические часы

Ученые сообщили о создании оптических атомных часов на основе иона радия. Они добились относительной неопределенности измерения частоты, равной 9×10−16. Радиевые часы позволили ученым впервые измерить отношения факторов Ланде D5/2 и S1/2 состояний.

Атомными часами называют устройства для измерения времени с помощью точного определения частот атомных переходов. Эталоном в этой области стали часы на основе цезия-133 с частотой сверхтонкого перехода равной 9,2 гигагерца. Со временем физики перешли к оптическим частотам, что позволило существенно повысить точность. Сегодня оптические атомные часы помогают ученым искать темную материю, проверять постоянство физических констант со временем и исследовать нарушения принципа эквивалентности Эйнштейна.

Авторы проводили измерения центральной частоты для различных длительностей протокола и строили соответствующую дисперсию Аллана, которая позволяет оценивать стабильность часов. Ее поведение убывало по закону обратного квадратного корня от времени с коэффициентом 1,1×10−13. Они также исследовали все факторы, которые вносят вклад в неопределенность измерения частоты. Наибольшими из них оказались переменный эффект Штарка, сдвиг, вызванный окружающим чернотельным излучением, и нескомпенсированные флуктуации магнитного поля. Их учет дал относительную неопределенность, равную 9×10−16.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Гарвардский математик Симкин решил шахматную задачу 150-летней давности

Математическая задача n-ферзей впервые появилась в 1848 году. Решение для 8 ферзей на стандартной шахматной доске хорошо известно. Но решить задачу в общем виде для n ферзей на шахматной доске n на n клеток удалось только сейчас.

Королева (ферзь) – самая сильная фигура на шахматной доске. В отличие от любой другой (включая короля), она может перемещаться на любое количество клеток по вертикали, горизонтали или диагонали. Теперь рассмотрим такую задачу: если вы положите восемь ферзей на стандартную доску 8 на 8 квадратов, каким количеством способов можно было бы расположить их так, чтобы ни один не смог атаковать другого? Оказывается, таких вариантов 92.

Но что, если вы разместите еще большее количество ферзей на шахматной доске того же относительного размера, скажем, 1000 ферзей на квадратной шахматной доске размером 1000 на 1000 или даже миллион ферзей на доске аналогичного размера? В такой формулировке эта шахматно-математическая задача была предложена в 1869 году и до сих пор ответа на нее не было.

Теперь же Майкл Симкин, аспирант Центра математических наук и приложений, смог подсчитать, что существует около (0,143 n)n способов разместить n ферзей на доске размером n на n клеток так, чтобы ни один из них не мог напасть друг на друга. Цифра 0,143, представляющая средний уровень неопределенности в возможном исходе переменной, умножается на любое значение n, а затем возводится в степень n, и мы получаем ответ для любой шахматной доски.

Полную версию материала читайте по ссылке.

"РадиоАстрон" подтвердил наличие двойной системы сверхмассивных черных дыр в блазаре OJ287

Астрономы благодаря проекту "Радиоастрон" и наземным интерферометрам со сверхдлинной базой нашли новые доказательства того, что в ядре блазара OJ 287 находится двойная система сверхмассивных черных дыр. Кроме того, ученые определили, что самая внутренняя область релятивистского джета пронизана спиральным магнитным полем, как и предсказывалось моделями.

Группа астрономов во главе с Хосе Гомесом (José L. Gómez) из Института астрофизики Андалусии опубликовала результаты анализа данных наблюдений в миллиметровом и радиодиапазонах за блазаром OJ 287, проведенных при помощи РСДБ-систем "РадиоАстрон", GMVA и VLBA, в ходе которых было достигнуто разрешение около 12 угловых микросекунд.

OJ 287 считается одним из самых примечательных примеров активного галактического ядра, свет от которого идет до Земли 5 миллиардов лет. Каждые 12 лет оно порождает вспышки излучения, которые объясняются существованием активной двойной системы сверхмассивных черных дыр, где меньшая из дыр периодически пролетает сквозь аккреционный диск.

Исследователи определили, что джет действительно искривлен, причем это наблюдается вплоть до самых малых доступных пространственных масштабов, что согласуется с предсказаниями модели двойной сверхмассивной черной дыры, хотя нельзя полностью исключать другие модели. Изображения джета в поляризованном свете показали, что его самая внутренняя область пронизана спиральным магнитным полем, как и предсказывалось моделями.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Нейроимплант для восстановления зрения установлен обезьяне

Первая операция по установке обезьяне российского нейроимпланта состоялась в НИИ Медицинской приматологии в Сочи. В головной мозг животного установили матрицу с электродами. Для проведения испытаний был выбран шестилетний самец павиана. Животное зрячее. Двухчасовую операцию проводил нейрохирург Артур Биктимиров, который занимается сложнейшими операциями на головном мозге уже более 16 лет. Была задействована команда медиков – нейрофизиолог, анестезиологи, ветеринарные врачи. Павиан чувствует себя хорошо и быстро восстанавливается.

Новый этап доклинических испытаний прошел успешно, и теперь мы находимся всего в нескольких шагах от начала исследований с участием незрячих добровольцев. Наша задача заключалась не только в тестировании техники и электродов, важно было отработать и хирургические нюансы. Электроды, которые мы поставили, были разработаны при участии специалистов Сеченовского Университета. На дальнейших этапах мы будем проверять, как работает электронное зрение у животных, могут ли они видеть с завязанными глазами, только при помощи ELVIS. Мы рассчитываем, что испытания на животных продлятся до конца 2023 года.

Денис Кулешов, директор Лаборатории "Сенсор-Тех"

В ближайшие два года команда проекта ELVIS установит нейроимплант десяткам обезьян и будет проводить серию поведенческих экспериментов. В одном из них обезьяну заранее, до установки импланта, обучат различать геометрические фигуры. Затем, после установки электродов в зрительную кору головного мозга, животное будет выполнять то же упражнение, но с завязанными глазами – с помощью электронного зрения. Все испытания проходят с соблюдением международных этических норм.

ELVIS позволяет "подключить" камеры к мозгу и передавать изображение в него напрямую, без помощи глаз. Этот процесс обеспечивают три блока системы:

• Имплант, который устанавливается в зрительную кору головного мозга и стимулирует его малыми токами. Благодаря этому человек или животное начинает испытывать зрительные ощущения и видит вспышки света.
• Обруч с двумя камерами. Пользователь носит его на голове, и камеры считывают изображение в реальном времени, выполняя "функцию глаз".
• Микрокомпьютер анализирует изображение с камер, выделяет контуры важных объектов и передает обработанные кадры прямо на имплант в мозг. Микрокомпьютер крепится на поясе пользователя.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Столетний закон электрохимии получил обновление. Теперь он стал точнее

На поверхности электрода существует нехватка или избыток электронов. Возникающий при этом заряд притягивает ионы из раствора соли, и они начинают собираться в жидкости вблизи электрода. Эта структура зарядов называется двойным электрическим слоем (ДЭС). Если вы измените напряжение в устройстве, ДЭС также изменится. Теория Гуи-Чепмена описывает, как именно распределяется этот заряд. Однако, до сих пор она слабо соответствовала практике.

Теории Гуи-Чепмена более ста лет и первые эксперименты с ней были проведены на основе ртути. Ученые затем наивно предполагали, что полученные в ходе тех экспериментов данные применимы и к твердым металлам, таким как платина. Но оказалось, что это не так. Как бы ни старались ученые найти точку потенциала нулевого заряда в экспериментах с солевым раствором и платиновыми электродами, им это не удавалось.

Тогда химикам пришла идея снизить концентрацию соли в 10 раз. Никто никогда не делал этого раньше, и тут исследователи смогли найти заветную точку на графике. По словам авторов, тот факт, что им пришлось перейти к чрезвычайно низким концентрациям, говорит о том, что в двойном слое содержится гораздо больше ионов, чем предсказывает теория. На основе этих экспериментов исследователи смогли скорректировать оригинальную теорию так, чтобы она точнее описывала явления не только в ртути, но и в твердых металлах.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Женщина из Штирии оказалась старше Этци примерно на 300 лет

Австрийские ученые повторно исследовали останки индивида, обнаруженные еще в 1909 году в окрестностях Граца, и выяснили, что они принадлежали пожилой женщине, умершей в возрасте более 50 лет около 3630–3380 годов до нашей эры. Это древнейшие человеческие останки, обнаруженные в Штирии, которые старше найденного неподалеку Этци примерно на 300 лет. Исследование ее костей показало, что за свою жизнь она нередко голодала, а после смерти ей, похоже, отрезали голову.

Эти останки принадлежали взрослой женщине, которая жила еще в эпоху позднего неолита или энеолита. Радиоуглеродный анализ показал, что она умерла около 3630–3380 годов до нашей эры, то есть примерно на 300 лет раньше Этци. Это делает ее скелет древнейшими останками человека, обнаруженными на территории Штирии.

Ученые отметили, что это была достаточно крепкая женщина маленького роста, которая умерла в преклонном возрасте – около 52,8 года. Исследование костей показало, что у женщины была хорошо развита мускулатура, видимо, в результате переноски тяжелых грузов на дальние расстояния. Останки также демонстрируют свидетельства многократных периодов недоедания, что привело к высокой восприимчивости к заболеваниям. Видимо, ее низкий рост – порядка 147,1 сантиметра – также был следствием дефицита питательных веществ.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Секрет эффективности полета миниатюрных жуков-перокрылок – широкая восьмерка и высокие углы атаки

Миниатюризация происходила в ходе эволюции независимо в нескольких группах насекомых, приводя к возникновению многоклеточных организмов, сравнимых по размерам с крупными одноклеточными. Мельчайшие свободноживущие (непаразитические) насекомые относятся к перокрылкам (семейство Ptiliidae в составе отряда Coleoptera – жесткокрылые, они же жуки). Большинство перокрылок способны к полету, причем их крылья в ходе миниатюризации стали внешне напоминать перья птиц. Это явление, свойственное большинству миниатюрных насекомых, называют птилоптеригией. Независимое возникновение птилоптеригии в разных группах насекомых связано с особенностями полета в условиях, когда силы вязкого трения оказываются сравнимыми с силами инерции.

В целом, чем меньше летающее животное, тем медленнее оно летает, и долгое время было распространено мнение, что мельчайшие насекомые неспособны к быстрому и маневренному полету. Новые данные, полученные с помощью высокоскоростной видеосъемки, опровергают это предположение. В частности, сравнительно крупные перокрылки летают так же хорошо, как родственные им жуки втрое больших размеров. У одного из исследованных видов перокрылок – Acrotrichis sericans – отмечена рекордная относительная скорость горизонтального полета, позволяющая жуку преодолевать за секунду расстояние, почти в 1000 раз превышающее длину его тела. Специфический механизм полета, выработавшийся у перокрылок в ходе миниатюризации, позволил им "выйти на новый уровень", так что теперь они могут летать на своих перистых крыльях не хуже и в чем-то даже лучше, чем более крупные жуки на мембранозных (перепончатых, обычного типа) крыльях. Теперь этот механизм впервые подробно описан на примере другого жука из того же семейства – Paratuposa placentis: перистые крылья описывают в воздухе широкую восьмерку, схлопываясь над и под телом, а надкрылья движутся с немалой амплитудой, играя роль инерционного тормоза и компенсируя возникающие в полете вращательные колебания тела.

(рисунок) Траектория движения вершин крыльев и надкрылий жука-перокрылки Paratuposa placentis в боковой проекции при возвратных движениях (красные линии) и взмахах (зеленые линии). На схематичных изображениях профиля крыла на поперечном срезе передний (костальный) край обозначен кружочком, а плоскость крыла – соединенным с этим кружком отрезком. При взмахах вниз крылья движутся с большими углами атаки и создаваемое при этом лобовое сопротивление наряду с подъемной силой помогает жуку удерживать вес своего тела в воздухе.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Создан недорогой ЭЭГ-гаджет с качеством лабораторного аппарата

Исследователи из Сколтеха, Южно-Уральского государственного университета и других научных центров разработали устройство для записи мозговой активности, которое превосходит представленные на рынке аналоги за счет компактности и низкой стоимости. Новый электроэнцефалограф обеспечивает высокое качество сигнала и гибко подстраивается под потребности пользователя. В числе перспективных областей применения – управление протезами "силой мысли" и предсказание эпилептических приступов.

Разработка коллектива учёных из компании "Брейнфлоу", ЮУрГУ и Университета штата Северная Каролина во главе с инженером Ильдаром Рахматулиным и профессором Михаилом Лебедевым из Сколтеха нацелена в первую очередь на любительский сегмент. Устройство можно собрать всего за 350 долларов, в то время как существующие аналоги стоят около 1 тыс. долларов и более. Новый энцефалограф оснащен 24 электродами, и при необходимости можно поставить больше. Главное – он обеспечивает высокое качество сигнала, на уровне лабораторного оборудования. Блок обработки информации имеет диаметр 5 миллиметров, то есть достаточно компактен, чтобы комфортно носить устройство в течение дня или во сне. Энцефалограф целиком весит 150 граммов.

А люди с ограниченной подвижностью смогут применять самодельные интерфейсы, обучать программу на смартфоне и использовать такую систему, чтобы, скажем, электрически стимулировать бицепс и тем самым сгибать руку в локте, – продолжил ученый. – Ведь если контроль над мышцами руки был утрачен вследствие инсульта или травмы позвоночника, то мозг всё ещё в состоянии генерировать команды, просто у него нарушена коммуникация с рукой, и наш интерфейс может взять на себя роль посредника между ними.

Сколтех

Полную версию материала читайте по ссылке.

Полупроводниковые кубиты вступили в квантовую гонку

Три научные группы из разных университетов смогли показать возможности квантовых процессоров на полупроводниках. На разных квантовых системах им удалось реализовать квантовые операции с высокой точностью и низким уровнем ошибок. Кроме того, физики показали, что разработанные ими платформы пригодны для реализации классических квантовых и вариационных алгоритмов.

В гонке по созданию универсального или полезного для практических применений квантового вычислителя ученые используют не только все возможные средства, но и все доступные платформы – на сверхпроводниках, нейтральных атомах, ионах, спинах или фотонах. Причем, сложно говорить о том, какое из направлений лидирует и невозможно предсказать какое из них вырвется вперед в ближайший год. Из-за того, что каждое имеет собственную специфику, физики находят разные применения для разных платформ.

В прошлом году ученые смогли создать управляемую спиновую жидкость с помощью двумерной решетки нейтральных атомов, что поможет в будущем при создании надежных квантовых компьютеров. В позапрошлом году физики смогли продемонстрировать квантовое превосходство на фотонном чипе, а еще годом ранее компания Google сообщала о том, что их вычислитель на сверхпроводниках впервые смог решить задачу быстрее, чем классический компьютер.

Все три исследования направлены на то, чтобы показать возможности и направление будущих работ по развитию полупроводниковых квантовых процессоров. Вкупе с их стабильность, хорошей развитостью полупроводниковых технологий и возможностью работать при комнатной температуре, вопрос их применимости оказывается очень актуальным.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Новый способ лечения депрессии с помощью магнитной стимуляции мозга привел к ремиссии почти у 80% пациентов

В новом исследовании лечения тяжелой депрессии с использованием транскраниальной магнитной стимуляции ученые добились ошеломительного успеха: метод привел к ремиссии у 79% пациентов.

Транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС) – метод, позволяющий неинвазивно стимулировать кору головного мозга при помощи коротких магнитных импульсов. Ранее его уже использовали для лечения депрессии. Однако новый протокол представляет собой индивидуализированный и неинвазивный метод, который показал лучшие результаты. В новом исследовании ученые использовали протокол, который основан на одобренной процедуре стимуляции, называемой прерывистой тета-вспышкой стимуляции (intermittent theta-burst stimulation).

Исследователи из Стэнфордского университета решили улучшить метод и решили сделать импульсы более целенаправленными и индивидуализировали их под каждого пациента. Этот протокол доставляет импульсы за гораздо более короткое время, с десятью 10-минутными сеансами, разделенными 50-минутными перерывами, в течение пяти дней подряд.

Ученые разделили 29 пациентов на две группы: одних лечили с помощью нового протокола, в то время как другие получали фиктивное лечение. Спустя пять дней 78,6% добровольцев, лечившихся по новому протоколу, достигли ремиссии и у них больше не диагностировалась депрессия.

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:

• Археологи установили возраст древнейших останков Homo sapiens.
• Радиус протона измерили по переходу 2S−8D атома водорода.
• Ядро Земли остывает быстрее, чем считалось.
• Физики нашли "фон" гравитационных волн.
• Археологи нашли в Египте высеченную в скале семейную гробницу с 20 мумиями.

Источник