Последнее обновление 9 сентября 2016 г.

Что нового в этом мире

НАСА запустило станцию к главной угрозе для Земли

Источник: «Lenta.ru»


 
 
Изображение: NASA
 

НАСА запустило миссию OSIRIS-REx (Origins Spectral Interpretation Resource Identification Security Regolith Explorer) к астероиду Бенну, который считается одним из самых опасных для Земли объектов. Прямая трансляция старта осуществлялась на сайте агентства.

Запуск миссии OSIRIS-REx состоялся в 19:05 (02:05 мск) при помощи ракеты-носителя Atlas V с космодрома на мысе Канаверал. В 2018 году она достигнет своей цели — астероида Бенну, фрагмент которого на спускаемой капсуле должен попасть на Землю в 2023 году.

Кроме этого, станция OSIRIS-REx изучит изменение траектории движения Бенну, обусловленное тепловым излучением из-за эффекта Ярковского. Также астрономы планируют составить подробную карту астероида и исследовать его химический состав.

Миссия OSIRIS-REx является третьей и последней в рамках программы New Frontiers, поддерживаемой НАСА для исследования наименее изученных районов Солнечной системы. Первыми стали New Horizons, посвященная исследованию Плутона, и Juno (Jupiter Polar Orbiter), целью которой стало изучение магнитосферы Юпитера.

Средний диаметр Бенну равен примерно 500 метрам, период обращения вокруг Солнца — 1,2 года. Астероид, по мнению НАСА, является одним из наиболее опасных из известных человеку небесных объектов — ближе всего к планете он будет в 2135 году, когда окажется между Землей и Луной на расстоянии около 300 тысяч километров от первой.

В России смоделировали ядерный взрыв астероида

Источник: «Lenta.ru»


Астрономы из Санкт-Петербурга и Томска смоделировали разрушение астероида с помощью ракетного ядерного оружия. Об этом сообщается на сайте Томского государственного университета.

Для разрушения астероида, по расчетам ученых, необходимо воздействие ядерного устройства с энерговыделением в одну мегатонну в тротиловом эквиваленте. В этом случае часть астероида превратится в газ и жидкость, а часть распадется на осколки размером менее десяти метров.

«Поскольку ракета нагоняет астероид сзади, практически все фрагменты после разрушения полетят вперед, — говорит соавтор исследования Татьяна Галушина. — При этом орбиты фрагментов будут существенно отличаться от орбиты астероида. В течение десяти лет после подрыва на Землю выпадет ничтожное число осколков, радиоактивность которых за это время существенно уменьшится».

Моделирование произведено на суперкомпьютере СКИФ Cyberia. В его рамках имитирован взрыв астероида диаметром 200 метров, осколки от которого не достигли Земли. Смоделированное небесное тело похоже на астероид Апофис, который в 2029 году приблизится к планете на расстояние 38 тысяч километров. Таким образом ученые предлагают бороться с потенциально опасными для Земли объектами.

Биопринтер впервые научили печатать пригодные для пересадки человеку ткани

Источник: «Lenta.ru»


 
 
Биопринтер за работой
 

Ученые создали биопринтер, способный печатать полноразмерные и стабильные ткани для организма человека. Это изобретение убирает существенные препятствия на пути к созданию бионапечатанных органов, пригодных для трансплантации пациентам, сообщается в журнале Nature Biotechnology.

3D-биопринтеры — это машины, печатающие клетки слой за слоем с целью создания работоспособного органа (или участка ткани). Однако пока напечатанные объекты остаются слишком хрупкими для имплантации человеку. Кроме того, они лишены кровеносных сосудов, отчего их размер диктуется пределом диффузии кислорода и питательных веществ (200 микрон).

Энтони Атала (Anthony Atala) и его коллеги укрепили клетки, напечатав их вместе с биоразлагаемым полимером, придающим ткани механическую прочность. Для доставки питательных веществ они разработали систему микроканалов — это позволило резко увеличить размер напечатанных органов.

Наконец, ученые адаптировали биопринтер к индивидуальным потребностям пациентов: его программа сначала строит трехмерную модель нужного органа (или участка ткани), а затем печатает в соответствии с этой моделью. В исследовании описывается возможности аппарата изготавливать кости, хрящи и мышцы скелета на основе клеток мышей, кроликов, крыс и человека.

Физики обнаружили волны пространства-времени

Источник: «Lenta.ru»


Физики на обсерватории LIGO (Laser Interferometric Gravitational Observatory) впервые зарегистрировали гравитационные волны — возмущения пространства-времени, предсказанные сто лет назад создателем общей теории относительности Альбертом Эйнштейном. Об открытии в ходе прямой трансляции, организованной «Лентой.ру» и Московским государственным университетом (МГУ) имени Михаила Ломоносова, сообщили ученые физического факультета, являющиеся участниками международной коллаборации LIGO.

Гравитационные волны зарегистрированы 14 сентября 2015 года в 05:51 утра по летнему североамериканскому восточному времени (13:51 по московскому времени) на двух детекторах-близнецах лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории LIGO, расположенных в Ливингстоне (штат Луизиана) и Хэнфорде (штат Вашингтон) в США. Детекторы LIGO обнаружили относительные колебания величиною в десять в минус 19 степени метров (это примерно равно отношению диаметра атома к диаметру яблока) пар разнесенных на четыре километра пробных масс.

Возмущения порождены парой черных дыр (в 29 и 36 раз тяжелее Солнца) в последние доли секунды перед их слиянием в более массивный вращающийся гравитационный объект (в 62 раза тяжелее Солнца). За доли секунды примерно три солнечных массы превратились в гравитационные волны, максимальная мощность излучения которых была примерно в 50 раз больше, чем от всей видимой Вселенной. Слияние черных дыр произошло 1,3 миллиарда лет назад (столько времени гравитационное возмущение распространялось до Земли).

Анализируя моменты прихода сигналов (детектор в Ливингстоне записал событие на семь миллисекунд раньше детектора в Хэнфорде), ученые предположили, что источник сигнала расположен в южном полушарии. Результаты исследований ученые направили на публикацию в журнал Physical Review Letters. Открытие сделано совместно коллаборациями LIGO (которая включает в себя также коллаборацию GEO и Австралийский консорциум интерферометрической гравитационной астрономии) и франко-итальянской VIRGO, детектор которой расположен недалеко от Пизы.

Обсерватория LIGO финансируется Национальным научным фондом США и построена по предложенной в 1980 году инициативе американских физиков Кипа Торна и Рональда Дривера. Стоимость установки оценивается в 370 миллионов долларов. Исследования в LIGO осуществляются в рамках одноименной коллаборации более чем тысячью ученых из США и 14 других стран, включая Россию, представленную двумя группами из МГУ и Института прикладной физики Российской академии наук (Нижний Новгород).

Московскую группу создал и вплоть до последнего времени возглавлял Владимир Брагинский — один из пионеров гравитационно-волновых исследований в мире. В состав научной группы, включенной в число соавторов научного открытия, входят семь сотрудников кафедры физики колебаний МГУ, включая руководителя коллектива — Валерия Митрофанова. Группа участвует в проекте с 1992 года и занимается повышением чувствительности гравитационно-волновых детекторов и определением ее фундаментальных квантовых и термодинамических ограничений.

Теоретические и экспериментальные исследования физиков из МГУ нашли свое воплощение при создании детекторов нового поколения, позволивших непосредственно наблюдать гравитационные волны от слияния двух черных дыр. В процессе работы группы над проектом LIGO получены результаты, важные не только для поиска гравитационных волн, но и для физики в целом. «Научное значение этого открытия огромно. Как и в случае электромагнитных волн, мы осознаем его в полной мере через некоторое время», — сказал Митрофанов.

Германия запустила термоядерный реактор с водородной плазмой

Источник: «Lenta.ru»


 
 
Термоядерный реактор Wendelstein 7-X Фото: Bernd Wustneck / dpa / Globallookpress.com
 

Институт физики плазмы Общества имени Макса Планка в немецком городе Грайфсвальд 3 февраля запустил термоядерный реактор Wendelstein 7-X с водородной плазмой. Прямая трансляция мероприятия была организована на сервисе Livestream. Пуск состоялся в 17:25 мск. На мероприятии присутствовала канцлер Германии Ангела Меркель (являющаяся выпускницей физического факультета Лейпцигского университета).

При помощи микроволнового нагрева мощностью два мегаватта физики разогрели разреженное облако водорода до температуры в 80 миллионов градусов Цельсия и удерживали образовавшуюся плазму в равновесном состоянии в течение четверти секунды. Результаты опытов признаны успешными. С нынешней мощностью эксперименты продлятся до середины марта. К этому времени физики планируют добиться удержания плазмы в течение десяти секунд.

10 декабря 2015 года Wendelstein 7-X запускался с гелиевой плазмой, которую физики удерживали в равновесном состоянии 1-2 секунды. Конечные цели проекта Wendelstein 7-X — удержание плазмы в реакторе до получаса и получение значения параметра ?, равного 4-5 (в процентах). Это число определяет отношение давления плазмы к давлению удерживающего ее магнитного поля. Управление Wendelstein 7-X проводится Институтом физики плазмы имени Макса Планка. Строительство установки началось в 2005 году и завершилось в 2014-м. Стоимость работ по возведению термоядерного реактора превышает миллиард евро.

На сегодняшний день в мире существуют два перспективных проекта термоядерных реакторов: токамак и стелларатор. В них плазма удерживается магнитным полем. В токамаке она имеет форму тороидального шнура, по которому пропускается электрический ток, а в стеллараторе магнитное поле наводится внешними катушками. В термоядерных реакторах происходят реакции синтеза (образования) тяжелых элементов из более легких (например, гелия из изотопов водорода дейтерия и трития), в отличие от обычных атомных реакторов, где проходят процессы распада тяжелых ядер на более легкие.

Запуск многомиллиардного международного термоядерного реактора отложен

Источник: «Lenta.ru»


 
 
Строительство ИТЭР
 

Запуск проекта ИТЭР (ITER, International Thermonuclear Experimental Reactor — Международный термоядерный экспериментальный реактор) стоимостью несколько миллиардов долларов отложен на шесть лет. К такому решению, как сообщает Science News, пришел совет управляющих проекта.

Работы в рамках ИТЭР начались в 2006 году при бюджете в пять миллиардов евро. Начало экспериментов было запланировано на 2016 год. Затем бюджет был увеличен до 19 миллиардов евро, а запуск ИТЭР перенесен на 2019 год. Новое решение отодвигает запуск на 2025 год.

Для завершения работ совет запросил у международных партнеров (в частности, заинтересованные стороны из Китая, ЕС, Индии, Японии, России, Южной Кореи и США) дополнительное финансирование. Окончательный график плановых работ и бюджет проекта планируется утвердить на заседании совета в июне 2016 года.

ИТЭР — проект термоядерного реактора, позволяющий продемонстрировать и исследовать термоядерные технологии для их дальнейшего использования в мирных и коммерческих целях. Создатели проекта считают, что управляемый термоядерный синтез может стать энергией будущего и служить альтернативой современным газу, нефти и углю.

Строительство ИТЭР разворачивается на юге Франции, в 60 километрах от Марселя, в исследовательском центре Кадараш. Исследователи отмечают безопасность, экологичность и доступность технологии ИТЭР по сравнению с обычной энергетикой. По сложности проект сравним с Большим адронным коллайдером и дороже его в два раза; установка реактора включает в себя более десяти миллионов конструктивных элементов.

В основе работы реактора ИТЭР лежит термоядерная реакция слияния изотопов водорода дейтерия и трития с образованием гелия с энергией 3,5 мегаэлектронвольта и высокоэнергетического нейтрона (14,1 мегаэлектронвольта). Для этого дейтерий-тритиевая смесь должна быть нагрета до температуры более ста миллионов градусов Цельсия, что в пять раз превышает температуру Солнца.

Раскрыта тайна вышедшей в межзвездное пространство станции Voyager 1

Источник: «Lenta.ru»


 
 
 

Экспертам удалось ответить на вопрос о расхождении данных, полученных ими в середине 2012 года, когда станция Voyager 1 вышла в межзвездное пространство, с другими наземными и орбитальными наблюдениями. Специалистов интересовали данные о магнитном поле в области нахождения Voyager 1.

Данные со станции свидетельствовали о том, что она после своего 35-летнего путешествия покинула пределы гелиосферы — магнитного аналога атмосферы планет. Так, в декабре 2011 года станция оказалась в районе гелиопаузы, отделяющей гелиосферу от межзвездного пространства.

Тогда Voyager 1 наблюдал стократное увеличение количества высокоэнергетических электронов, летящих в сторону Солнца из межзвездного пространства. Затем, в первом полугодии 2012 года, станция зафиксировала рост уровня галактических космических лучей.

В конце августа 2012 года она перестала наблюдать значимое число частиц солнечного ветра, покинула гелиосферу и вышла в межзвездное пространство. Однако не все ученые полагают, что станция преодолела гелиопаузу, где происходит торможение солнечного ветра межзвездными частицами.

Эти исследователи считают, что переход через гелиопаузу должен сопровождаться отличительным сдвигом в наблюдаемых характеристиках магнитного поля, чего не наблюдалось. Кроме того, направление магнитного поля в районе нахождения Voyager 1 отклоняется на 40 градусов от ожидаемого.
 
 
 

Измерения, проведенные при помощи спутника IBEX (Interstellar Boundary Explorer), предназначенного для изучения границ Солнечной системы, показали, что наблюдаемое Voyager 1 направление магнитных линий является правильным и связано с возмущением, которое оказывает Солнечная система на галактическое магнитное поле.

По расчетам ученых, в 2025 году Voyager 1 покинет пределы возмущенного поля. Специалисты отмечают, что им не только в очередной раз удалось подтвердить то, что станция покинула пределы гелиосферы, но также показать, что через десять лет она окажется вне зоны влияния Солнца.

Станция Voyager 1 была запущена 5 сентября 1977 года. Ее целью являлось определение границ Солнечной системы. На станции находится золотая пластина, где указано местонахождение Земли и записаны несколько изображений и звуков.

В настоящее время Voyager 1 является самым дальним от Земли и самым быстрым движущимся рукотворным объектом. Он находится на расстоянии более 130 астрономических единиц от Солнца. Для сравнения, ближайшая к Солнцу звезда Проксима Центавра находится на расстоянии 270 тысяч астрономических единиц от него.

Физики из МГУ создали сверхбыстрый фотонный переключатель

Источник: «Lenta.ru»


 
 
 

Физики из России и Австралии создали сверхбыстрый фотонный переключатель, работающий на кремниевых наноструктурах. Устройство может стать основой компьютеров будущего и позволить передавать данные с огромной скоростью. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Nano Letters, а кратко о них сообщается в пресс-релизе Московского государственного университета имени Михаила Ломоносова (МГУ), поступившем в редакцию «Ленты.ру».

Ученые изготовили наночастицы методом электронно-лучевой литографии с последующим плазменным травлением. В конечном итоге ими был получен прибор, представляющий собой диск диаметром 250 нанометров, способный переключать оптические импульсы за время, исчисляемое фемтосекундами (фемтосекунда представляет собой одну миллионную долю от одной миллиардной доли секунды).

На фотонный переключатель можно отправлять два лазерных импульса, которые благодаря наличию у кремниевых наночастиц магнитных резонансов взаимодействуют друг с другом. Если эти импульсы приходят одновременно, то один из них (управляющий) вступает во взаимодействие со вторым и гасит его за счет эффекта двухфотонного поглощения.

Если импульсы приходят с разрывом во времени (от 100 фемтосекунд), то взаимодействие не происходит, и второй импульс проходит через наноструктуру, не изменяясь.

Как отмечают физики, их изобретение позволит в перспективе создавать устройства передачи и обработки информации на скоростях в десятки и сотни терабит в секунду. Подобная скорость позволила бы скачивать за одну секунду тысячи художественных фильмов в высоком качестве.

Работа физиков относится к фотонике, которая изучает оптические сигналы, а также занимается созданием на их базе устройств различного назначения. В частности, в отличие от электроники, где сигнал передает электрон, в фотонике этой цели служит электромагнитный квант.

Рекордное давление открывает путь внутрь атомов

Источник: «Наука и жизнь»

Российские физики совместно с коллегами из Европы и Америки впервые увидели взаимодействие внутренних электронов атомов осмия, помещенных под рекордное давление.

Большая команда исследователей из России, Германии, Швеции, США, Нидерландов и Франции провела исследования поведения кристаллической структуры осмия при сверхвысоком давлении. При этом был установлен мировой рекорд давления в 770 ГПа (7,7 млн. атмосфер). Предыдущий рекорд был «всего» 400 Гпа. Для объяснения экспериментальных данных использовалось численное моделирование на суперкомпьютерах. Результаты исследований опубликованы в Nature, одном из самых авторитетных научных журналов мира.
 
Принципиальная схема ячейки с алмазными наковальнями.
 

Целью эксперимента было изучение изменений кристаллической структуры вещества под воздействием сверхвысокого давления. При этом из-за уменьшения расстояний между атомами внешние подвижные валентные электроны, определяющие свойства материала, взаимодействуют друг с другом и свойства материала могут кардинально изменяться. Так под высоким давлением блестящий электропроводящий металл натрий становится прозрачным диэлектриком, а газ кислород затвердевает и проводит электричество, и даже может стать сверхпроводником.

В данном эксперименте в качестве опытного материала был выбран металлический осмий, обладающий уникальными свойствами: наивысшей плотностью при нормальном давлении, одной из самых высоких энергий связи и температурой плавления, а также очень низкой сжимаемостью, почти как у алмаза.

Установку, способную создавать рекордное давление разработали в Байройтском университете в Германии. Традиционный метод алмазных наковален был усовершенствован применением микро-полусфер из алмаза. В подобной установке объект исследования размещается между алмазными «наковальнями». Сжимающее усилие передается на рабочие площадки диаметром менее миллиметра, где благодаря исключительной твёрдости алмаза достигается огромное давление. Полученное в данном эксперименте давление в 770 ГПа в два раза превосходит давление в центре Земли. Одновременно прозрачность алмаза в широкой области спектра излучений позволяет изучать образец с помощью целого ряда методов, с большой точностью определяя температуру и относительные позиции атомов в кристаллической решетке. Для этого в проекте были задействованы синхротроны APS (США), ESRF (Франция), и PETRA III (Германия).

Проведенное исследование выявило беспрецедентную устойчивость осмия – при огромных давлениях структура его кристаллической решетки в целом остается той же, что и при атмосферном давлении. Но, очень точные измерения методом рентгеновской дифракции показали, что под давлением в ней проявляются особенности в межатомных расстояниях, еще не описанные в теории.

"Высокое давление не привело к какому-либо существенному изменению у валентных электронов, что удивило нас. Это заставило нас пересмотреть материалы и вернуться к теориям", – сказал профессор Игорь Абрикосов (Линчёпингский университет, Швеция), руководящий теоретической частью проекта. Одновременно он возглавляет Научную группу лаборатории «Моделирование и разработка новых материалов» Московского института стали и сплавов (МИСиС).

Для понимания результатов эксперимента было проведено квантово-механическое моделирование с использованием суперкомпьютеров из России (МИСиС), Швеции и Франции.

Выяснилось, что при сверхвысоком давлении в осмии начинается взаимодействие между внутренними электронами, тогда как обычно свойства материалов под давлением меняются из-за изменения валентных (внешних) электронов. Возможность влиять на внутренние электроны с помощью давления открывает многообещающие перспективы поиска новых состояний вещества.

Исследования поведения различных материалов при огромных сжатиях важны как для фундаментальной физики, так и для промышленности. Понимание физики и химии веществ под высоким давлением помогает синтезировать материалы, применяющиеся в экстремальных условиях и моделировать процессы, происходящие внутри гигантских планет и звезд, а также, возможно, создать сверхпроводники нового поколения.

«Разработанные экспериментальные и теоретические методики, использованные в данной работе, будут использованы нами в новых исследованиях. Они выведут нас на качественно новое понимание поведения материалов и позволят реализовать важнейшую задачу – перейти от традиционного метода проб и ошибок к научно-обоснованной разработке новых материалов, сократив сроки этих разработок», – отметил Игорь Абрикосов.

По материалам МИСиС и Линчёпингского университета (Швеция)

Автор: Алексей Понятов

Канадцы запатентовали надувной лифт для отправки в космос

Источник: «Vesti.ru»

 
Основным предназначением башни Thoth станет запуск космических аппаратов с верхней части башни
 

Несмотря на то, что космос давно манит человека, а рукотворные аппараты уже бороздят пространство за множество километров от нашей планеты, преодоление первой официальной границы пространства на высоте около сотни километров представляет наиболее сложную и дорогостоящую задачу для современных технологий.

Сегодня подняться на высоту более 50 километров можно лишь с помощью ракеты. Однако этот способ малоэффективен и весьма затратен: ракета-носитель нуждается в огромном количестве топлива, чтобы нести полезную нагрузку и преодолевать сопротивление атмосферы. При этом такая технология пока одноразовая.

За последнее столетие учёные и инженеры придумали множество способов максимального преодоления этих ограничений: они размещают стартовые площадки вблизи экватора, чтобы воспользоваться скоростью вращения Земли, разрабатывают способы запуска ракет с воздушных шаров и создают различные катапультирующие устройства. Одним из наиболее эффективных теоретических способов, согласно расчётам, в один прекрасный день также может стать космический лифт.

Впервые эта идея была предложена российским пионером космических исследований Константином Циолковским ещё в 1895 году, а затем её популяризировал писатель-фантаст Артур Кларк в романе "Фонтаны рая" и тетралогии "Космическая Одиссея". Такое устройство сможет перевозить пассажиров и грузы с поверхности Земли на геостационарную орбиту на высоту около 36 тысяч километров.

Согласно оценкам экспертов, космический лифт сможет перемещать полезную нагрузку более эффективно, чем ракета-носитель, по стоимости примерно в $220 за каждый килограмм (то есть экономия составит приблизительно $25 тысяч за килограмм). Лифтовая система будет иметь также и массу других преимуществ, например, она будет географически фиксирована и на неё можно будет возложить функции некоторых спутников.

К сожалению, гипотетические конструкции космических лифтов в настоящий момент невозможно создать с помощью существующих технологий, хотя различные компании, в том числе Google, периодически заявляют о своей заинтересованности в подобных проектах.

Для возведения космического лифта сначала необходимо создать башню или протянуть кабель от геостационарной орбиты до точки, удалённой на тысячи метров, причем на этой точке должен располагаться некий противовес размером с астероид, который поможет стабилизировать структуру.

На данный момент не существует даже материала, из которого можно построить подобный лифт так, чтобы он поддерживал свой собственный вес, хотя инженеры уже предлагали углеродные нанотрубки, нанотрубки из нитрида бора и алмазные наноцепи.

Канадская компания Thoth Technology решила пойти несколько менее амбициозным путём. Высота башни, патент на которую был выдан в США 21 июля 2015 года, будет составлять 20 километров, а диаметр ? около 230 метров.

Башня будет оснащена одной или несколькими палубами, с которых можно будет запускать спутники с полезными нагрузками. Возможно, 20 километров звучит не так впечатляюще, как 36 тысяч километров, однако башня Thoth всё равно будет в 20 раз выше любой другой ныне стоящей на Земле рукотворной структуры. К тому же она будет достаточно высокой, чтобы сократить затраты на космические запуски примерно на треть.

Канадские инженеры предлагают изготовить башню из армированных надувных секций с внутренним лифтом.

Гигантская надувная башня не должна раскачиваться на ветру, но само строение будет слишком высоким для использования оттяжек. По этой причине специалисты предлагают использовать систему маховиков, которые обеспечат динамическую устойчивость и будут действовать в качестве компрессоров для конструкции. Маховики смогут регулировать давление и вращение, компенсировать любой изгиб башни и будут держать её в фиксированном состоянии всё время.

Патентный чертёж основания башни Thothx (иллюстрация Thoth Technology).

Патент также предполагает, что лифт будет двигаться не на тросах (двадцатикилометровый трос не смог бы выдержать свой собственный вес без деформации). Грузы будут доставлять наверх либо по пневмотрубе, благодаря нагнетаемому давлению, либо снаружи при помощи устройств, похожих на механических пауков.

Основным предназначением башни Thoth станет запуск космических аппаратов с верхней части башни. Она будет действовать как стартовая площадка и заменит первую ступень ракеты-носителя. Также её можно будет использовать для посадки и дозаправки. Кроме того, башня может пригодиться учёным как площадка для научных исследований, дистанционного зондирования. Планируется, что свою нишу конструкция займёт в туризме и коммуникациях.

Пока канадские инженеры планируют испробовать свою конструкцию на уменьшенных версиях башни в 25 и 150 метров высотой. Эти прототипы также могут быть использованы для дистанционного зондирования.

Ученые заявили о первом случае получения металлического водорода

Источник: «Lenta.ru»

Американским и немецким ученым удалось сжать жидкий дейтерий (изотоп водорода) до состояния металла. О новой вехе на пути к созданию твердого металлического водорода сообщил журнал Science.

Еще в 1935 году Хиллард Белл Хантингтон (Hillard Bell Huntington) и Юджин Вигнер (Eugene Wigner) выдвинули теорию, согласно которой для получения металлического водорода требуется лишь достаточное давление. С тех пор много исследовательских коллективов пытались доказать эту теорию. Обычно водород сжимали между двумя алмазными остриями.

Авторы нового исследования обратились к помощи Z-машины из Сандийских национальных лабораторий США — один из крупнейших в мире источников рентгеновского излучения. Сначала жидкий дейтерий сжали, а потом ток из Z-машины через несколько промежуточных стадий инициировал сильную электромагнитную волну, которая многократно повысила давление в центральном контейнере с дейтерием.

Затем исследователи измерили, насколько хорошо образец отражает свет (это стандартная техника определения металла). Они увидели, что дейтерий из прозрачного стал светоотражающим По мнению ученых, это указывает на превращение дейтерия из диэлектрика в металл. Исследовательскому сообществу еще предстоит проверить эти результаты, так как более ранние сообщения о получении данного типа вещества не подтвердились.

Для металлического водорода предсказаны несколько уникальных свойств, в частности, предполагается, что он является сверхпроводником даже при комнатной температуре. Успешный результат эксперимента был призван доказать научному сообществу, что твердый металлический водород в принципе возможно создавать, и подстегнуть других исследователей к достижению этой цели.

Как был русифицирован персональный компьютер

Источник: «журнал Forbes»

Что ПК будет невозможно использовать без кириллицы, стало понятно сразу. Но все было не так просто

История персональных компьютеров (ПК) в нашей стране началась практически в то же самое время, что и в США, — в конце 1981 года. Первые машины (естественно, американского производства) появились у нас в Вычислительном центре Академии наук СССР, где я тогда работал. Их доставили в лабораторию, которой руководил Виктор Михайлович Брябрин, и в течение дальнейших нескольких лет эта лаборатория пыталась понять и показать стране, что можно делать с персональными компьютерами.

Работы велись по очень разным направлениям, включая:

– разработку приложения для презентаций (до появления PowerPoint было еще много лет);

– создание специализированных приложений для разных отраслей промышленности — в основном, прототипов разных систем управления процессами;

– создание текстового редактора, а позже, в другой лаборатории ВЦ АН СССР, — электронных таблиц и прочих приложений для автоматизации офисной деятельности;

– разработку разного рода сервисных приложений. Например, антивирусов или программ для анализа шахматных партий;

– русификацию компьютера и прикладных пакетов.

Что без кириллицы использовать ПК будет невозможно, стало понятно практически сразу. Но все было не так просто. Во-первых, машины были достаточно слабыми по производительности.

У первых компьютеров имелось всего 64 Кб оперативной памяти, а вместо жестких дисков были флоппи-диски по 160 Кб.

Мы быстро обнаружили, что, проделав в этих флоппи-дисках дополнительные отверстия, можем использовать их с другой стороны, увеличив емкость до 320 Кб. Мне папа сделал специальный станочек для просверливания таких отверстий — они должны были делаться в строго определенных местах. Просверливать кожух дискеты надо было очень аккуратно, чтобы не повредить магнитную поверхность.

Летом 1982 года мы стали работать над созданием первых программ. Эксперименты прошли успешно, хотя технических возможностей машин было явно недостаточно. Только в следующих моделях ПК появилась возможность использовать шрифты, загружаемые в видеоадаптер так, чтобы они тем или иным образом проявлялись во всех программах. Русифицированный персональный компьютер впервые был показан нами на конференции в Пущино в 1982 году, и тогда это произвело некоторый резонанс.

Мощность ПК очень быстро росла, оперативная память увеличивалась, и в какой-то момент появились жесткие диски размером под 10 Мб, а «оперативка» выросла до 640 Кб. Наша лаборатория пыталась продемонстрировать, как можно использовать персональные компьютеры в самых разных областях прикладных знаний, в том числе в экономике: начиная с самых элементарных бухгалтерских приложений и заканчивая деятельностью Госплана. Предпринимались попытки использовать ПК и в научных расчетах.

Где-то в 1984 году Брябрин прочитал в одном из академических институтов лекцию про результаты нашей работы. Сейчас бы сказали, что это была обыкновенная лекция с презентацией. Но тогда это выглядело совершенно фантастично! Мы привезли компьютер, проекционный телевизор (ящик с габаритами метр-метр-метр с тремя огромными лампами) и сделали то, что сейчас назвали бы PowerPoint-презентацией, даже с некоторой мультипликацией. Я сидел в зале и видел, насколько были поражены зрители.

Хотя персональные компьютеры были довольно дорогими, их количество постепенно увеличивалось. Соответственно, нужна была удобная программа для русификации (то есть для того, чтобы кириллица присутствовала и на клавиатуре и на экране).

Я написал программу, которая ставилась на компьютер и обеспечивала смену кодов, приходящих с клавиатуры, а также загружала в дисплейный адаптер другую таблицу символов. Первый вариант программы, Alfa, был довольно простым. Однако очень скоро стало понятно, что нужно русифицировать не только клавиатуру и дисплей, но еще и принтер. Также надо было думать над русификацией программ. Все это уже умела следующая версия драйвера — Beta.

Забавно, что в самом первом варианте кодовой таблицы были перепутаны символы ь и ъ. В какой-то момент мы это обнаружили и поставили их на правильное место. Но все тексты, которые уже были набраны к тому времени, оказались кривые! Вместо твердого знака в них показывался мягкий и наоборот.

Одной из неожиданных проблем стала буква ё. Она не помещалась в кодовую таблицу среди остальных букв. Ведь без нее в русском алфавите 32 буквы, а это очень комфортное число для программистов: два в пятой степени. А буква ё — тридцать третья. И ее приходилось держать отдельно. Более того, при сортировке она идет не после буквы е, а вместе с ней. И все эти тонкости программа должна понимать. Чуть позже, когда началось производство первого советского персонального компьютера ЕС-1940, развернулись большие дебаты, нужна ли буква ё в компьютере.

Но все дебаты прекратились, когда кто-то пошутил, что наши военные без буквы ё с компьютером работать точно не смогут.

В Вычислительном центре АН СССР пытались делать и программы для широкого использования: редакторы текстов, электронные таблицы. Но соревноваться с западными программами было непросто, они проникали в СССР нелегально и расходились по пользователям «персоналок». Естественно, тогда еще не было правильной продажи программного обеспечения. Было невозможно связаться с поставщиками программ, например с Microsoft, чтобы подтолкнуть их к созданию русифицированных версий. Среди программ были Microsoft Word (только еще версия для DOS, а не Windows), пакеты Framework фирмы AshtonTate (электронные таблицы и простенькая база), Symphony и другие.

С точки зрения прикладных программ кириллица была не буквами, а скорее какими-то специальными значками. Ведь, в отличие от современных кодовых таблиц, в которых кириллица имеет свое законное место (например, в Unicode), в то время она просто заменяла часть других знаков стандартной ASCII таблицы. Поэтому программа не понимала, что это буквы, не понимала соответствия между строчными и прописными, не понимала, в каком порядке надо их сортировать.

Появилась довольно интересная идея: модифицировать прикладную программу в момент ее загрузки в память компьютера с дискеты. То есть в памяти компьютера, несмотря на его слабенькие характеристики, размещалась специальная программа, которая отслеживала момент загрузки какой-то прикладной программы и на лету ее подправляла. Подправляла так, что прикладная программа начинала дальше нормально работать с кириллицей, показывать меню на русском языке и работать с теми языками, которые изначально не были предусмотрены.

Такой подход позволил русифицировать довольно большое количество программ. И одной из них, естественно, был Microsoft Word. В 1990 году было даже получено благословление Билла Гейтса на то, чтобы продавать такой русификатор в России, поставляя к нему бесплатно Microsoft Word.

С Гейтсом мы встречались в Германии, он тогда еще был совсем молодой. Чувствовалось, что ему было очень некомфортно в костюме и галстуке. Встреча происходила в пригороде Мюнхена, где располагалось европейское подразделение Microsoft. Любопытно, что после этого разговора мне совершенно неофициально дали возможность скачать с серверов Microsoft все современные версии Word и некоторых других программ Microsoft, частично даже с исходными кодами, для того чтобы можно было правильно их и русифицировать и переводить на другие языки.

Это было обставлено очень необычно: меня посадили за ПК и сказали, что у этого компьютера есть полный доступ к архиву данных в штате Вашингтон в Соединенных Штатах. А человек, который меня за него посадил, сказал: «Я пойду, у меня есть дела, а ты посмотри, какие тут есть версии», — и положил рядом со мной стопку дискет. Это для меня было совершенно неожиданно.

Идет 1990 год, а я сижу в Германии и скачиваю данные с компьютера, расположенного в США.

Электронная почта уже тогда была, поэтому взаимодействие с другими странами через компьютер было не в новинку, но с такой скоростью, с такой легкостью — это было необычно.

Фактически, созданная нами технология русификации, основанная на исправлении программ на лету, просуществовала не очень долго. Где-то в районе 1993 года западные компании, поставляющие программное обеспечение, стали сотрудничать с российскими фирмами по созданию русифицированных версий на основе правильных средств разработки. И необходимость в таких хакерских способах практически полностью отпала.

Русско-американский элемент снова потерял место в таблице Менделеева

Источник: «Lenta.ru»

 
Изображение: Roshan220195 / wikipedia
 

Физики-экспериментаторы продолжают споры о положении в таблице химических элементов синтезированного искусственным образом в Дубне и Беркли атома лоуренсия. Исследование свойств этого элемента затруднено из-за его небольшого времени жизни. Об этом рассказывает Nature News.

Споры возобновились после эксперимента ученых из Японского агентства по атомной энергии. Недавно они получили изотоп лоуренсий-256 (с 103 протонами и 153 нейтронами), обстреливая атомами бора мишень из изотопов тоже искусственного элемента калифорния. Период полураспада лоуренсия составил 27 секунд, а установка позволяла получать один атом за несколько секунд.

Этот атом ученые затем направляли в среду с йодистым кадмием и осаждали на металлической подложке, нагретой до 2,7 тысячи кельвинов. Это позволило высвободить один свободный электрон на внешней оболочке лоуренсия и измерить его первый ионизационный потенциал — минимальную энергию, необходимую для отрыва внешнего электрона от свободного атома и превращения его в простейший положительно заряженный ион.

Полученное значение этой величины оказалось равным 4,96 электронвольта, что напоминает поведение внешнего электрона у таких химических элементов, как натрий и калий (из s-блока). Такое значение первого ионизационного потенциала у лоуренсия ранее теоретически предсказывали авторы из Тель-Авивского университета в Израиле. Такие расчеты часто используют эффекты специальной теории относительности.
 
Изображение: nature.com
 

Химическая таблица элементов организована таким образом, что атомы с родственной формой электронных облаков (наиболее вероятных областей локализации электронов в соответствии с квантовой механикой) занимают близкие позиции. Например, существуют s, p, d и f-блоки, для которых электронные облака имеют свои геометрии. Так, s-облако принимает форму сферы, а p — гантели. Схожесть формы внешних электронных облаков элементов отражает схожесть химических свойств их атомов.

В соответствии с этим многие ученые полагают, что лоуренсий более похож на скандий и иттрий и поэтому должен быть помещен в d-блок таблицы — туда же, где и эти элементы. Однако большинство таблиц элементов (в том числе и Менделеева) помещают лоуренсий в последнюю ячейку двух рядов 30-и элементов (f-блок), называемых лантаноидами и актиноидами.

Международный союз теоретической и прикладной химии, занимающийся вопросами официального регулирования химической номенклатуры, собирается рассмотреть подробно вопрос положения лоуренсия (а также лютеция) в ходе своего заседания, которое должно состояться летом 2015 года.

Эксперимент показал необъективность оценки каждого десятого студента

Источник: «Lenta.ru»

Каждый десятый студент вуза сталкивается с необъективностью на экзамене. Об этом свидетельствуют итоги эксперимента Рособрнадзора по независимой оценке знаний, которые в пятницу, 13 февраля, приводит ТАСС.

Экзамены проходили в форме собеседования и письменных ответов. Особенность эксперимента заключалась в том, что студенты сдавали экзамены независимым экспертам — преподавателям, которые не проводили у них занятия. Далее работы студентов отправлялись в Рособрнадзор, где зашифровывались и передавались на проверку преподавателям вузов, не участвовавших в эксперименте. Такой подход исключил факторы предвзятости и необоснованного завышения оценок.

В результате обработки данных процент совпадения оценок, выставленных по итогам экзамена и в ходе проверки результатов эксперимента, составил 89 процентов.

«В основном, эксперты, оценивающие работы студентов, считали, что оценки в вузах были завышены. Однако в ряде случаев, эксперты выставили студентам оценки выше, чем экзаменаторы», — отметили в Рособрнадзоре.

Оценка знаний проводилась по нескольким дисциплинам: теория государства и права, история России, математика, экономическая теория, социология, профессиональная этика юриста, конституционное право, римское право и физика.

В процедуре добровольно приняли участие студенты Казанского национального исследовательского технического университета имени Туполева, Московского государственного юридического университета имени Кутафина, Московского физико-технического института, Московского городского педагогического университета, Российского нового университета и Чеченского государственного университета. Всего 363 студента разных курсов и 18 преподавателей.

В Рособрнадзор уже поступили заявки от 22 вузов, желающих провести подобную процедуру в ходе летней сессии 2015 года.

Инженеры научились телепортировать объекты с помощью 3D-принтера

Источник: «Научно-образовательный портал: originweb.info»

В немецком Институте Хассо Платтнера представлен опытный образец прибора, способного телепортировать предметы на расстояние с помощью 3D-печати. Устройство назвали «Скотти» в честь оператора телепортационной системы из сериала «Звездный путь». Об изобретении сообщила Daily Mail.

Принцип работы системы очень прост: первый 3D-принтер Makerbot Replicator оцифровывает объект с помощью фотокамеры, уничтожает его, посылает зашифрованную инструкцию второму принтеру, который распечатывает предмет в другом месте. Причем действует «Скотти» послойно: фрезерный станок внутри принтера срезает каждый слой предмета только после отправки фотографии на второй принтер.

От пользователя требуется только поместить объект в систему, выбрать получателя и нажать кнопку «переместить». Инженеры подчеркивают, что цель их проекта — сохранение уникальности вещей. Уничтожение объектов, которыми друзья обмениваются между собою, увеличивает их эмоциональную ценность.

Однако главной технологической задачей системы является борьба с пиратством. Развитие 3D-печати приводит к тому, что схемы изготовления объектов могут нелегально распространяться, а вещи — тиражироваться. Уничтожение оригинала гарантирует, что вещь продавца (клиента интернет-магазина eBay, например) исчезает одновременно с попаданием к покупателю.

Возможности опытного образца пока ограничены. «Скотти» работает только с пластмассой, причем выкрашенной в черный цвет (для увеличения контрастности). Тем не менее прогресс в сфере 3D-печати должен расширить ассортимент предметов, пригодных для такого рода телепортации.

Источник: Лента.Ру

Физики впервые скрутили свет в ленту Мебиуса

Источник: «Научно-образовательный портал: originweb.info»

Физикам из Германии, Канады, Италии и США впервые удалось скрутить свет в ленту Мебиуса. Результаты своих исследований ученые изложили в статье в журнале Science, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте New Scientist.

Закрутить оптическую волну авторам удалось при помощи особой поляризации света (характера колебаний вектора напряженности электрического поля в электромагнитной волне). В своем эксперименте ученые использовали структурированный свет, представляющий собой плотно сфокусированный лазерный луч. В таком луче электрическое поле описывается компонентами в трех измерениях, а сам структурированный пучок имеет специфический набор поляризаций и интенсивностей.

Для создания структурированного луча и изменения поляризации ученые использовали несколько оптических инструментов. Сначала лазерный луч прошел через особые жидкокристаллические линзы, а саму поляризацию ученые наблюдали в результате рассеивания света на наночастицах.

В случае, например, круговой поляризации, конец вектора напряженности описывает окружность в плоскости колебаний. В новом исследовании конец вектора по-прежнему описывает замкнутую траекторию, но как если бы он находился на поверхности листа Мебиуса.

Впервые теоретически возможность скручивания света была высказана израильскими физиками. Как отмечают ученые, их новое исследование может найти применение в биологии и медицине, в частности, при создании специальной камеры для наблюдения за движением частиц.

Ленту Мебиуса легко получить, если соединить противоположные концы полоски, до этого перевернув один из них. Объект, находящийся на одной стороне такой ленты, при перемещении окажется в той же точке полоски, но уже с другой ее стороны. В случае ленты, склеенной обычным образом (без переворачивания), это было бы невозможно: объект не смог бы переместиться на другую сторону листа. С математической точки зрения такая лента оказывается односторонней двумерной поверхностью, вложенной в трехмерное Евклидово пространство.

Источник: Лента.Ру

Электроны в полупроводниках: взгляд из микромира

Источник: «Наука и жизнь»

С помощью аттосекундного лазера стало возможным проследить за движением электронов в кристалле кремния.

Особенности электронной структуры атома кремния сделали его фундаментом всей современной полупроводниковой техники. Основной ее элемент – транзистор. Принцип его работы состоит в переходе электронов из валентной зоны в зону проводимости, который происходит под действием внешнего электрического потенциала или падающего света. На этом принципе работает подавляющее большинство современной электроники. И хотя транзистор был изобретен еще в середине прошлого века, заглянуть в микромир и увидеть, как же происходят на самом деле электронные переходы, было невозможно вплоть до последнего времени.
 
Спектр поглощения кристаллического кремния. Stephen R. Leone / UC Berkeley image
 

Дело в том, что электроны в атомах движутся с очень большой скоростью. Например, у атомов тяжелых элементов для электронов на внутренних оболочках уже характерны релятивистские эффекты. Поэтому, чтобы увидеть динамику электронного микромира, нужны измерения с очень и очень коротким периодом – порядка 10-18 с (аттосекунда). Такое стало возможным с изобретением аттосекундных лазеров. Фемтосекундные лазеры позволили наблюдать за тем, как происходят химические реакции на атомарном уровне (нобелевская премия по химии за 1999 досталась Ахмеду Зевейлу за исследования в области фемтохимии). Длительность фемтосекундного импульса сопоставима с частотой колебаний атомов в молекулах. Однако движение электронов происходит на порядки быстрее. В квантовой механике делается допущение, что электроны движутся в поле неподвижных ядер. Это позволяет существенно упростить теоретическое описание строения молекул. В 2010 году была впервые показана возможность исследовать динамику движения электронов на примере атомов криптона. И вот, спустя несколько лет стало реальным изучение электронных переходов в твердых веществах. Как же происходит переход электрона в кремниевом кристалле?

В обычном состоянии электроны валентной оболочки локализованы у отдельных атомов и не могут свободно перемещаться по кристаллической решетке. Когда полупроводниковый материал облучают светом или на него накладывается электрический потенциал, часть атомов может поглотить кванты энергии и перейти в возбужденное состояние. В возбужденном состоянии электроны получают возможность перемещаться по кристаллу, туннелируя через потенциальный барьер. Возникает проводимость, причем потенциальный барьер препятствует самопроизвольному протеканию процесса.

Переход вещества из непроводящего в проводимое состояние протекает в две стадии. Сначала происходит поглощение энергии и изменение электронного состояния вещества. Вспомним, что электроны передвигаются в тысячи раз быстрее атомов – электронная структура материала уже перешла в новое состояние, а ядра атомов остались на своих прежних местах. Затем наступает вторая стадия – релаксация атомной структуры вещества. Атомы «адаптируются» под изменившееся электронное окружение. Возникающее в ходе поглощения энергии колебание атомной решетки называется фононным спектром кристалла.

Для того чтобы на практике наблюдать такие процессы, исследователи использовали аттосекундную спектроскопию жесткого УФ-излучения. Подсветив кристалл кремния лазерной вспышкой, а спустя сверхкороткое время, порядка десятков аттосекунд, облучив его рентгеновским импульсом, можно получить картину электронных переходов. Анализ экспериментальных данных подтвердил теоретическую гипотезу о механизме перехода кремния в проводящее состояние. Лазерная вспышка изменяет состояние только электронной системы, а то время как атомная решетка остается в исходном состоянии. И лишь спустя 60 фемтосекунд наблюдается синхронное движение атомов, что очень близко к самому короткому колебанию решетки в 64 фемтосекунды. Рассчитанная амплитуда колебаний решетки составила порядка 6 пикометров (10-12 м).

Если в первых работах в области аттосекундной лазерной техники физики изучали модельные системы, состоящие из атомов криптона, то результаты, полученные на кремнии, дают пример исследования сложной и фундаментально важной системы.

Рис.1 Спектр поглощения кристаллического кремния. Ось абсцисс (Energy) – энергия поглощаемых фотонов (ЭВ), ось ординат (dA/dE)– поглощение, ось (Delay) – время задержки лазерного импульса. На заднем плане профиль поверхности поглощения имеет четкий профиль (красный цвет) – электроны находятся в валентной области и связаны с атомом. После поглощения фотона (движение к передней части графика) – пики размываются, что соответствует переходу электронов в зону проводимости (оранжевый и желтый цвет). Сам переход занимает 450 аттосекунд. Stephen R. Leone / UC Berkeley image

Ученые заставили глаз человека различать невидимый инфракрасный свет

Источник: «Научно-образовательный портал: originweb.info»

Ученые из США, Швейцарии, Норвегии и Польши заставили человеческий глаз наблюдать невидимый им ранее инфракрасный свет. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале PNAS, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте Университета Вашингтона в Сент-Луисе.

Человеческий глаз способен воспринимать свет с длиной волны в видимом диапазоне. Инфракрасные и ультрафиолетовые волны он без вспомогательных приборов наблюдать, как считается, не может. Однако последнее исследование свидетельствует, что при некоторых условиях это возможно.

Исследуя сетчатку глаз мышей и человека, специалисты обнаружили, что она способна реагировать на быстрое и интенсивное излучение ближней инфракрасной области спектра. Участники эксперимента сообщили, что инфракрасный свет они наблюдали как зеленый, то есть видимый.

«Мы экспериментировали с лазерными импульсами различной длительности и обнаружили, что чем короче импульс, тем больше вероятность того, что человек заметит его», — сообщил исследователь Франс Винберг.

«Несмотря на то, что промежуток времени между импульсами был настолько коротким, что они не могли быть замечены невооруженным глазом, эти импульсы тем не менее позволили людям увидеть невидимый свет», — добавил он.

С физиологической точки зрения за зрение отвечают особые структуры в сетчатке глаза — фоторецепторы. Чувствительность таких структур к свету и объясняет способность человека видеть. То, что человек сумел «увидеть» инфракрасный свет, ученые объяснили удвоением числа падающих на фоторецепторы фотонов.

«Видимый свет включает в себя волны длиной от 400 до 720 нанометров. Если на молекулу пигмента в сетчатке падает пара фотонов с волнами длиной тысяча нанометров каждая, то их энергия оказывается равной энергии фотона с длиной волны 500 нанометров, находящегося в пределах видимой области света», — сообщил соавтор исследования Владимир Кефалов.

Эксперименты ученых согласуются с квантовомеханической моделью родопсина — основного зрительного пигмента в сетчатке (палочках) глаза. При поглощении фотона он переходит в свою другую пространственную форму (изомеризуется). Одним из основных управляющих параметров этого процесса является энергия падающего фотона.

Для того, чтобы каждый желающий смог «увидеть» инфракрасный свет, специалисты придумали специальный прибор. Устройство также может найти применение и в медицинских целях.

«Мы использовали результаты наших экспериментов для того, чтобы разработать инструмент, который бы позволил врачам не только обследовать глаз, но и стимулировал бы определенные участки сетчатки для выявления нарушений в их функционировании», — сказал Кефалов.

Источник: Лента.Ру

Космический зонд передал первые снимки ядра кометы

Источник: «lenta.ru»

Ученые получили первые снимки ядра кометы Чурюмова-Герасименко, переданные с близкого расстояния зондом Philae. Фотографии опубликованы в официальном микроблоге миссии в Twitter.
 
Изображение ядра кометы Чурюмова-Герасименко, переданное зондом Philae Фото: @Philae2014
 

В среду, 12 ноября, впервые в истории искусственный зонд совершил мягкую посадку на поверхность кометы. Сотрудники Европейского космического агентства получили с зонда сигнал, подтверждающий успешную высадку.

Между тем, сообщается, что гарпуны, предназначенные для закрепления аппарата на поверхности, не сработали. «Моя команда напряженно работает, пытаясь определить, почему», — говорится в Twitter.

В пресс-релизе ЕКА уточняется, что перед отделением от аппарата «Розетта» посадочного модуля были обнаружены проблемы с двигателем малой тяги в его верхней части, который предназначен для противодействия отдаче гарпунов. Необходимость в таком устройстве возникает из-за того, что сила тяжести на этом небесном теле крайне мала.

Зонд оснащен десятью инструментами, необходимыми для проведения исследований ядра кометы. С помощью радиоволн ученые планируют изучить внутреннюю структуру кометы, а микрокамеры позволят сделать с поверхности кометы панорамные снимки. Также с помощью сверла, установленного на Philae, ученые собираются взять пробы кометного грунта с глубины до 20 сантиметров.

Миссия Rosetta является самым амбициозным проектом Европейского космического агентства. Данные, полученные с ее помощью, необходимы для объяснения процессов эволюции Солнечной системы и появления воды на Земле. Основным организатором миссии выступает ЕКА, а всего в организации миссии задействовано 50 компаний из 14 стран Европы и США.

В Италии получен самый холодный кубометр во Вселенной

Источник: «Научно-образовательный портал: originweb.info»

Итальянские ученые побили мировой рекорд создания сверхнизкой температуры, приближенной к абсолютному нулю. Они охладили 400 килограммов меди до шести милликельвинов (минус 273,144 градуса по Цельсию). Более полумесяца криостат с медью был самым холодным кубическим метром во Вселенной, сообщается на сайте Национального института ядерной физики.

Таких результатов добились в Криогенной подземной обсерватории по наблюдению за редкими событиями (Cryogenic Underground Observatory for Rare Events, CUORE). Эта лаборатория расположена в глубинах горы Гран Сассо — высочайшего пика Апеннинских гор. Главная цель проекта — наблюдение за теоретически возможным процессом превращения антинейтрино в нейтрино (что должно объяснить преобладание материи над антиматерией во Вселенной).

Для наблюдения за этими процессами необходимы сверхнизкие температуры (примерно 10 милликельвинов). Поэтому медная масса была заключена в специальный криостат. «Он уникален не только своим размером, экстремальным холодом, но и низким уровнем радиации. Никогда на Земле никому не удавалось охладить вещество такой массы и объема до столь низкой температуры. В природе такие условия также вряд ли возникнут», — отмечают ученые.

Абсолютный нуль температуры — минимальный предел температуры, которую может иметь физическое тело во Вселенной. С него начинается шкала Кельвина (абсолютная температурная шкала). В градусах Цельсия абсолютному нулю соответствует минус 273,15 градуса. В рамках применимости термодинамики абсолютный нуль на практике недостижим.

Источник: Лента.Ру

Физики добрались до солнечного ядра

Источник: «Наука и жизнь»

Международный коллектив физиков при участии россиян впервые обнаружил низкоэнергичные солнечные нейтрино и измерил полную энергию, выделяемую термоядерными реакциями в ядре Солнца.
 
Детектор Борексино. Нейлоновая сфера диаметром 8,5 м с сцинтиллирующей жидкостью. (фото Borexino Collaboration)
 
 
Детектор Борексино. Внутренний вид сферы из нержавеющей стали диаметром 13,7 м, на которой установлены 2212 ФЭУ. Она окружает нейлоновую сферу. (фото Borexino Collaboration)
 
 
Протон-протонный цикл — цепочка термоядерных реакций в звёздах: из водорода образуется дейтерий, потом нестабильный изотоп гелий-3 и в конце концов очень устойчивый изотоп гелий-4
 

После десятилетий поиска решена одна из главных проблем солнечной физики. Международный коллектив ученых из Европы, России и США, работающий в эксперименте Борексино (Borexino), впервые подтвердил существование низкоэнергетичных солнечных нейтрино. Наконец получено прямое доказательство протекания на Солнце протон-протонной (рр) термоядерной реакции. Стандартная солнечная модель предсказывает, что через квадратный сантиметр на Земле каждую секунду проходит 60 млрд. нейтрино от основной ядерной реакции Солнца. Измеренный экспериментаторами фактический поток составил 66 ± 7 млрд. нейтрино, что прекрасно согласуется с теорией. Благодаря этому ученые выполнили измерения энергии нашего светила в момент её генерации.

Несмотря на всю важность обнаружения рр нейтрино, следует отметить, что у этой работы есть еще несколько важных результатов. Теперь ученые получили возможность с помощью нейтрино наблюдать за процессами в ядре Солнца в реальном времени. До настоящего времени все измерения солнечной энергии основывались на излучении солнечной фотосферы, то есть обычного солнечного света, который, в частности, освещает наше небо и согревает Землю. Но энергия, уносимая солнечным светом с поверхности Солнца, была произведена в термоядерных процессах в ядре около 100 000 лет назад. Такова оценка среднего времени, необходимого энергии, чтобы просочиться из центральных областей Солнца и достичь его поверхности. Рожденные в ядре нейтрино, двигаясь с околосветовой скоростью, достигают Земли уже через 8 минут, обеспечивая почти мгновенный снимок солнечного ядра.

Энергия Солнца, измеренная по нейтрино, совпадает с измеренной по световому излучению. Это доказывает, что энерговыделение Солнца не менялось за длительный период времени порядка 100 000 лет.

Результаты и разработанные в ходе исследований методы в дальнейшем будут использованы для исследования самих нейтрино. Сейчас Борексино может измерять поток низкоэнергетических нейтрино с точностью 10%. В ближайшие 4 года ученые хотят продолжить исследования, улучшив в 10 раз точность измерений, доведя ее до 1%. Возможно, это позволит продвинуться в поисках новой физики.

Результаты опубликованы в статье в престижном научном журнале Nature.

С российской стороны в работах участвовали учёные Национального исследовательского центра «Курчатовский Институт», Петербургского института ядерной физики им. В.П. Константинова, Объединённого института ядерных исследований, НИИ ядерной физики имени Д.В. Скобельцына МГУ и университета «Московский инженерно-физический институт».

СПРАВКА

По современным представлениям энергия Солнца возникает в его очень горячем и плотном ядре в результате последовательности термоядерных реакций, которые каждую секунду преобразуют более 600 млн тонн водорода в гелий. При этом около 4 млн тонн вещества превращается в лучистую энергию и нейтрино.  

Этот многоступенчатый процесс стартует с так называемой протон-протонной (рр) реакции, когда два протона сливаются вместе, образуя дейтерий, тяжелый изотоп водорода с ядром из одного протона и одного нейтрона. Один из протонов при этом превращается в нейтрон. Этот процесс, сопровождающийся рождением нейтрино и позитрона, порождает 99% всей энергии Солнца и почти весь поток солнечных нейтрино. Вклад вторичных реакций значительно меньше.

Если позитроны быстро гибнут в ядре при взаимодействии с электронами, то нейтрино благодаря своему уникальному свойству очень слабо взаимодействовать с веществом легко проходят сквозь толщу солнечного вещества и достигают Земли. Именно поэтому регистрация на Земле соответствующего количества нейтрино должна подтвердить правильность наших представлений о реакциях, протекающих в ядре Солнца, недоступных никаким другим наблюдениям.

Однако в рр реакции рождаются нейтрино с низкой энергией, что сильно затрудняет их обнаружение. Их трудно отличить от нейтрино, рождаемых в радиоактивных распадах на Земле. Поэтому, несмотря на то, что эксперименты по исследованию солнечных нейтрино ведутся уже почти 50 лет, они ускользали от непосредственного обнаружения.

Высокоэнергичные нейтрино от вторичных реакций регистрировались, подтверждая справедливость представлений ученых о процессах в ядре Солнца, но здесь возникла другая проблема, которая получила название «дефицит солнечных нейтрино». Эксперименты, которые проводятся с 1960-х годов, регистрировали в 2-3 раза меньшее число солнечных нейтрино, чем предсказывает теория. Это на 30 лет стало одной из главных загадок солнечной физики.

Эта проблема была решена в последнее десятилетие, когда физики доказали возможность превращения одних видов нейтрино в другие, называемого осцилляциями нейтрино (всего существует три типа нейтрино: электронное, мюонное и таонное). Таким образом, решение загадки заключалось в том, что электронные нейтрино, которые рождаются Солнцем, на пути к Земле превращаются в другие типы, которые в экспериментах не искали.

Решена еще одна проблема.

Детектор Борексино установлен на глубине 1,4 км в подземной лаборатории Гран Сассо Национального института ядерной физики Италии (INFN). Его ядром является нейлоновая сфера диаметром 8,5 м, содержащая 278 тонн ультрачистой бензолоподобной жидкости, которая испускает вспышки света при столкновении нейтрино с электроном. Жидкость получена из нефти, и одной из самых больших проблем было ее избавление от содержащегося в нефти радиоактивного углерода-14, распад которого может скрыть сигнал от нейтрино. Когда углерод-14 распадается, он испускает электрон, который создает вспышку света, очень похожую на сигнал от нейтрино. Чтобы свести к минимуму эту проблему, жидкость получали из настолько древней нефти, что большая часть беспокойного изотопа углерода уже распалась. Исследователи также изобрели новый способ подсчета событий, чтобы отсеять фальшивые вспышки.

Детектор окружен 889 тоннами не дающей вспышек воды, помещенной в многослойный защитный кокон, что предохраняет сосуд от паразитного излучения. Высокую точность эксперимента обеспечивают  2212 световых детекторов (фотоэлектронных умножителей, ФЭУ), которые улавливают свет от вспышек.

Природа нейтрино, позволяющая им беспрепятственно ускользать из центра Солнца, с другой стороны, создает чрезвычайно сложные проблемы их детектирования здесь, на Земле, связанные с созданием очень больших детекторов для регистрации всего лишь нескольких событий. Регистрация рр-нейтрино - трудная задача еще и из-за их маленькой энергии, самой низкой среди солнечных нейтрино и лежащей в области высокого природного фона. В эксперименте Борексино был достигнут беспрецедентно низкий уровень фона, который дал уникальную возможность выполнить такие измерения.

Ученые записали на камеру рождение минерала

Источник: «Научно-образовательный портал: originweb.info»

Ученые записали на видео, в реальном времени, зарождение кристаллов из нескольких молекул карбоната кальция (CaCO3). Это химическое вещество является главным компонентом известняка, мрамора, мела, кораллов, раковин и жемчужин, а также крупнейшим источником углерода на планете. Новое исследование представлено на страницах журнала Science. Коротко о нем сообщается в пресс-релизе Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории Министерства энергетики США.

Ученые из Калифорнии зафиксировали первый этап образования минерала — нуклеацию, — когда молекулы собираются в крошечный кристалл, который начинает расти с большой скоростью. Нуклеация начинается мгновенно и непредсказуемо, поэтому исследователям понадобился микроскоп, который смог бы отслеживать состояние молекул постоянно в реальном времени.

Под микроскопом создали миниатюрную лабораторию, где смешали в воде гидрокарбонат кальция (пищевую соду) и хлорид кальция. При достаточной концентрации вещества начинался рост кристаллов. Оказывается, этот процесс проходит самыми разными путями. Некоторые кристаллы возникали в два этапа: сначала появлялись каплевидные частицы аморфного карбоната кальция (АКК), а затем на их поверхности — кристаллы арагонита или фатерита (минералов CaCO3, чья кристаллическая структуру отличается от кальцитовой). По мере появления новые кристаллы поглощали карбонат кальция из капли, на которой они рождались. Другие кристаллы формировались непосредственно из раствора, минуя стадию АКК. Иногда в одном эксперименте возникало множество форм: на вершине кристалла арагонита появлялся кальцит, пока рядом росли кристаллы фатерита.

Далее автор исследования Джеймс Де Йорео (James De Yoreo) собирается выяснить, как нуклеацию организуют живые организмы, строящие свои раковины и жемчужины. В клетках животных хранятся запасы минеральных веществ, и они способны запускать нуклеацию в нужное время. Ученый хотел бы узнать, какие молекулы в клетках регулируют этот процесс.

Проверка принципа эквивалентности с помощью атомного интерферометра

Источник: «Электронный web-журнал Physics.com.ua»

D. Schlippert (Университет Вильгельма Лейбница, Германия) и др. впервые сравнили время свободного падения атомов двух различных элементов в атомном интерферометре.

Интерференция и сдвиг фаз волновых функций ультрахолодных атомов измерены в случае атомов калия и рубидия. Эти измерения позволили подтвердить принцип эквивалентности (универсальность ускорения свободного падения) с точностью ?10-7. Ранее подобные измерения выполнялись лишь с различными изотопами одного элемента. Источник: Phys. Rev. Lett. 112 203002 (2014)

Создан поляритонный лазер, потребляющий в 250 раз меньше энергии, чем обычный

Источник: «Электронный web-журнал Physics.com.ua»

Используя свойства загадочных частиц, называемых поляритонами, которые существуют на стыке мира света и материального мира, исследователи из Мичиганского университета создали новый, практичный и эффективный способ получения постоянного луча когерентного света. Созданное учеными устройство можно считать одним из первых поляритонных лазеров, которые работают исключительно за счет электрической энергии, а не света от внешнего источника, за счет которого работает большинство традиционных лазеров.

Еще одной отличительной особенностью нового поляритонного лазера является то, что он способен работать при комнатной температуре, не требуя охлаждения до сверхнизких температур, как другие подобные устройства.

Разработка нового поляритонного лазера, обладающего уникальными характеристиками, может стать столь же важной вехой, как изобретение в 1960-х годах первого полупроводникового лазера.

Возможности нового устройства без особых проблем позволят интегрировать лазерные оптические технологии прямо в структуру кристаллов компьютерных чипов, где они смогут заменить металлические проводники, служащие для передачи больших объемов информации.

Это позволит в будущем разработать малогабаритные и более мощные электронные цифровые устройства, кроме этого, такая технология может найти массу применений в самых различных областях, в том числе и в медицине.

Поляритон является своеобразной частицей, частично относящейся к свету и частично к материи. Он состоит из комбинации фотона с экситоном, квазичастицы, состоящей из связанных друг с другом свободного электрона и электронной «дырки» в кристаллической решетке полупроводникового материала. Поляритоны формируются при соблюдении весьма специфического набора параметров среды их формирования, существуют некоторое время и распадаются, излучая заключенный в них фотон света.

Такой подход требует весьма скромных энергетических затрат, опытный образец поляритонного лазера потребляет в 250 раз меньше энергии, чем традиционный полупроводниковый лазер, изготовленный из того же самого материала. С технической точки зрения поляритонный лазер является не совсем лазером в традиционном понимании. Название лазер представляет собой аббревиатуру термина Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Поляритонные лазеры не усиливают свет от другого источника, они генерируют свет сами, производя и рассеивая поляриотны.

Структура поляритнного лазера изготовлена из нитрида галлия, твердого и прозрачного полупроводникового материала, который идеально подходит для создания в его объеме условий, в которых происходит массовое формирование поляритонов и их дальнейшее рассеивание, сопровождающееся излучением когерентного света. Луч света, генерируемого поляритонным лазером, находится в ультрафиолетовой части электромагнитного спектра, а его мощность составляет одну миллионную часть Ватта.

«В принципе, для реализации технологий оптических коммуникаций в пределах чипа и некоторых других технологий имеющейся мощности вполне достаточно» – рассказывает Томас Фрост (Thomas Frost), исследователь из Мичиганского университета, – «Таким образом, мы получили первый поляритонный лазер, который прямо сейчас можно использовать во множестве различных областей, встраивая его в структуру кристаллов специализированных чипов».

Тест Тьюринга пройден

Источник: «BBC. Русская служба»

Газета Independent рассказывает о первом случае, когда суперкомпьютер выдержал так называемую проверку Тьюринга.

Как известно, знаменитый британский математик Алан Тьюринг ввел это понятие для определения искусственного интеллекта. Согласно этому определению, если в течение часа при разговоре с компьютером у 30% людей не возникнет подозрений, что они говорят с машиной, то это можно считать доказательством существования искусственного интеллекта.

Именно это произошло при недавних испытаниях в Королевском обществе в Лондоне программы "Юджин Гуцман", созданной группой российских программистов. 33 процента британских судей посчитали, что с ними общается 13-летний подросток.

Владимир Веселов, который является одним из разработчиков программы, рассказал, что она была создана еще в 2001 году в Петербурга и за эти годы сильно усовершенствована.

Сам тест представляет собой анонимное текстовое общение на произвольные темы в течение определенного времени. Он был изобретен английским математиком и криптографом Аланом Тьюрингом, получившим известность во время Второй мировой войны, когда ему удалось взломать нацистский шифр "Энигма".

Раскрыт секрет дождевых капель

Источник: «Электронный web-журнал Physics.com.ua»

Физики поняли, почему капли дождя достигают своих размеров не за несколько суток, как предсказывало компьютерное моделирование, а менее чем за час.

Загадку появления дождевых капель удалось решить исследователю из МФТИ, работавшему в составе международной научной группы. Работа специалистов из Израиля, России и Финляндии уже доступна в виде препринта и будет опубликована в журнале Atmos. Chem. Phys.

Капли зародыша дождя физики рассмотрели в условиях турбулентности. По словам одного из авторов, почетного профессора кафедры общей физики МФТИ Михаила Андреевича Либермана (также профессор шведского института теоретической физики NORDITA), предметом исследования стала так называемая кластеризация — процесс быстрого накопления капель и рост их размера в областях между вихрями воздуха. О кластеризации ученым было известно уже несколько десятков лет, но им не удавалось объяснить с ее помощью экспериментальные данные. Все предыдущие попытки компьютерного моделирования показывали, что рост капли от одного до ста микрометров занимал бы сотни часов или даже дней, но в реальности дождевые облака проливаются осадками намного быстрее.

Физики изучили кластеризацию в турбулентности не при обычных условиях (когда все облако одинаковой температуры), а при появлении макроскопического градиента температуры (когда один из краев облака нагрет сильнее другого). Расчеты показали, что той разницы температур, которая наблюдается в реальных облаках, достаточно для ускорения процесса кластеризации в тысячи раз. Это позволяет объяснить выпадение осадков. По словам Михаила Либермана, увеличение локальной концентрации зародышей капель в тысячи раз приводит к увеличению частоты столкновений между каплями в миллионы раз (пропорционально квадрату концентрации).

При столкновениях капли сливаются в капли большего размера. Они последовательно растут в результате каждого столкновения двух капель, потом столкновения двух подросших, и в результате время роста от одного до 50 микрон сокращается всего до десяти минут. Таким образом теперь в распоряжении ученых оказалась теоретическая модель, которая согласуется с тем, что наблюдается в реальности.

Алексей Тимошенко, Алексей Паевский

nkj.ru

Тетракварки существуют

Источник: «Электронный web-журнал Physics.com.ua»

В результате экспериментов на Большом адронном коллайдере (БАК) подтверждено существование экзотической частицы Z(4430), состоящей из четырех кварков. Это первый тетракварк, существование которого было подтверждено экспериментально.

Экзотические адроны не вписываются в традиционную классификацию, согласно которой все адроны (субатомные частицы, принимающие участие в сильном взаимодействии) подразделяются на барионы, состоящие из трех кварков, и мезоны, включающие в себя кварк и антикварк. В числе таких «нестандартных» частиц, обнаруженных физиками - Z(4430), первые свидетельства существования которой были получены в 2007 году. Z(4430) представляет собой тетракварк и состоит из двух кварков и двух антикварков.

Однако достоверность результатов, полученных в ходе эксперимента Belle, когда Z(4430) была замечена впервые, показалась научному сообществу сомнительной: замеченный физиками пик, свидетельствующий, что на детектор попала частица массой 4430 MэВ, вполне мог появиться в результате ошибки при анализе данных. Позже результаты Belle Corporation были подтверждены со статистической значимостью 5.2 ? (в физике частиц статистическая значимость определяется как величина, кратная сигма), а недавние эксперименты на LHCb окончательно доказали – тетракварк Z(4430) существует.

Международная группа ученых проанализировала более 25 000 распадов B-мезонов, выбранных из данных о 180 триллионах протон-протонных столкновений в БАК. Статистическая значимость сигнала Z (4430) составила как минимум 13,9, что более чем достаточно для подтверждения существования этой частицы.

"Старые" новости
купить стенку
решебники по химии