Последние изменения в файле 7 октября 2009 г.

Что нового в этом мире

При помощи специализированных метаматериалов можно закручивать звуковые волны

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

Исследовательская группа, в состав которой входят ученые из Китая и Америки, создала универсальное акустическое устройство, названное ротатором акустического поля (acoustic field rotator), которое позволяет управлять звуковыми колебаниями, точнее не самими колебаниями, а фазой, амплитудой и направлением распространения акустической волны. Ученым удалось реализовать возможности контроля параметров акустической волны при помощи специального метаматериала, искусственного материала, имеющего рассчитанную сложную структуру и определенную форму поверхности, что придает такому материалу некоторые экзотические свойства, которыми не обладают материалы естественного происхождения.

«Ученые, проводящие многочисленные научно-исследовательские работы в области создания технологий невидимости, широко используют метаматериалы различных типов, позволяющие управлять процессами распространения колебаний» – рассказывает Джиэн-чун Чен (Jian-chun Cheng), профессор из Отдела физики института акустики Наньцзинского университета, – «Наш ротатор акустического поля можно также считать своего рода акустическим плащем-невидимкой, ведь он способен заставить акустические волны огибать объект, скрывая его, к примеру, от акустического зондирования».
   

Ученые из различных уголков земного шара уже добились успехов в создании подобных ротаторов, позволяющих закручивать электромагнитные волны, потоки света и колебания, происходящие в объеме жидкостей.

«Акустические волны представляют собой еще один фундаментальный вид колебаний, которые крайне широко используются в нашей повседневной жизни. Устройство, позволяющее манипулировать акустическими колебаниями, может оказаться очень полезным во множестве областей, начиная от звуковой техники и заканчивая медициной» – рассказывает профессор Чен.

Произведя ряд математических расчетов соответствующих моделей, ученые получили структуру метаматериала, который позволяет влиять на некоторые характеристики звуковых волн.

И для подтверждения своей теории они изготовили из этого метаматериала ротатор акустического поля, хотя область применения нового акустического метаматериала не ограничивается только этим устройством.

«Мы были удивлены, обнаружив, что используемый метаматериал на самом деле обладает всеми расчетными свойствами. С его помощью можно заставить акустические волны вращаться, подобно тому, как это было проделано ранее с электромагнитными волнами или колебаниями жидкостей. Таким образом, звук тоже вступил в "члены клуба» видов колебаний, подвластных контролю со стороны людей".

Основной областью применения ротатора акустического поля ученые считают область медицинского ультразвукового зондирования, которая требует высокого уровня контроля над излучаемыми ультразвуковыми волнами. Использование вращающихся звуковых волн может обеспечить разрешающую способность и контрастность получаемых изображений, что позволит медикам более тщательно исследовать внутренние повреждения различного характера и диагностировать некоторые виды заболеваний без необходимости хирургического вмешательства.

Устройство, созданное учеными, является лишь примитивным акустическим устройством, выполняющим одну определенную функцию. Но в недалеком будущем ученые собираются разработать ряд устройств, выполняющих другие функции или несколько функций одновременно. Эти устройства станут «строительными кирпичиками» для создания сложных акустических систем, способных творить со звуком все что угодно и выполнять при его помощи множество необходимых действий.

Первые рентгеновские снимки процессов, происходящих внутри живых клеток

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

Для того, чтобы получить детализированное до уровня отдельных молекул высококачественное рентгеновское изображение живых клеток, ученые погружают эти клетки в специальные защитные химические растворы. Но, в большинстве случаев, такой метод не приводит к желаемому результату, клетки погибают, их внутренняя структура претерпевает необратимые изменения, и на полученных снимках можно увидеть все что угодно, но только не картину естественного состояния живой клетки. Но недавно, ученые из германского исследовательского центра DESY нашли способ произведения безопасной рентгеновской съемки, при помощи которого ими были сделаны первые в истории науки рентгеновские снимки процессов, протекающих внутри отдельных живых клеток.

В работе, опубликованной на пошедшей неделе в онлайн-издании Physical Review Letters, ученые описывают структуру разработанной ими системы, позволяющей произвести высококачественную рентгеновскую съемку живых клеток.
   

Ученые использовали раковые клетки опухли надпочечной коры, которые были искусственно выращены на поверхности тончайших пластин из нитрата кремния, материала, почти полностью прозрачного для рентгеновских лучей. Пластины с клетками были погружены среду, наполненную питательными веществами, а продукты метаболизма клеток удалялись сквозь сеть крошечных отверстий, проделанных в пластине.

Поскольку длительное воздействие высокоэнергетическим рентгеновским излучением может убить или повредить внутренние структуры клетки, исследователи использовали череду коротких, 0.05-секундных импульсов излучения.

Каждый из импульсов позволял получить отдельное высококачественное изображение, на котором видны отдельные элементы, размеры которых равны долям нанометра. Анализируя последовательность изображений, ученые пришли к выводу, что короткие импульсы рентгеновского излучения не нарушили жизнедеятельности клетки, на что указывало то, что разница между положениями некоторых из 30 структур в пределах клетки отличалась от снимка к снимку на 50 нанометров.

Другими словами, то, чего удалось достичь германским ученым, коренным образом отличается от технологий рентгеновской, с которой мы привыкли сталкиваться в повседневной жизни при посещении дантиста или входя в рентген-кабинет медицинского учреждения. Все более ранние методы могут продемонстрировать структуру живого организма на уровне, гораздо большем уровня отдельных клеток,

а полученная возможность заглянуть при помощи рентгена внутрь клеток и возможность воочию увидеть происходящие там процессы послужат тем, что существенно расширит наши знания о строении и функционировании живых организмов.

nanonewsnet.ru

Графеновые наноленты могут подтвердить закон Мура

Источник: «Наука 21 век»

С каждым новым поколением микрочипов транзисторы помещались все ближе и ближе друг к другу. Потенциально это будет продолжаться до тех пор, пока улучшения все еще возможны или пока не появится нечто откровенно революционное. Одним из материалов, которые могут послужить основой для такой революции, является графен. Исследователи из Калифорнийского университета в Беркли (США) вплотную приблизились к созданию графеновых нанолент, позволяющих в 10 000 раз повысить плотность расположения транзисторов на компьютерном чипе.

Графен уже принес своим создателям Нобелевскую премию, но подлинные перспективы материала еще только начинают проясняться. Графен представляет собой лист углерода толщиной в один атом. Его расположение в двух измерениях обеспечивает удивительные свойства материала, такие как чрезвычайно высокая электропроводность при комнатной температуре.
   

Исследование в области нанолент в последние 10 лет концентрировались на использовании лазеров для аккуратного придания формы нанолентам шириной в 10-20 атомов из более крупных листов графена. Точность составляла миллиардные доли дюйма, что действительно звучит довольно внушительно. Однако даже несколько атомов углерода могут полностью изменить свойства ленты, что не позволяет ей выступать полупроводником при комнатной температуре.

Химик Феликс Фишер (Felix Fischer) из Университета Беркли считает, что он нашел решение. Вместо того чтобы вырезать ленты из более крупных листов, словно безумный портной с микроскопом, Фишер создает наноленты, которые полностью формируются в результате химического процесса. В сущности, он работает над новым способом создания графена, который уже в достаточной степени подходит для получения нанолент.

В начале Фишер синтезировал атомы углерода, структура которых похожа на структуру бензина. Нагревание этих молекул при определенных условиях приводит к тому, что они соединяются друг с другом в длинную цепь. Второй этап нагревания отделяет большинство атомов водорода, освобождая углерод и позволяя ему образовывать соединения в форме медовых сот, получая, в конечном итоге, графен. Этот процесс позволяет Фишеру и его коллегам контролировать расположение каждого атома углерода в получаемой наноленте.

Созданные Фишером графеновые наноленты действительно способны передавать электроны в тысячи раз быстрее по сравнению с традиционными металлическими проводниками. Транзисторы на основе нанолент могут помещаться очень близко друг к другу – человеческий волос, к примеру, в 10 000 раз шире по сравнению с нанолентами Фишера. Таким образом, чип, основанный на графеновых нанолентах, может включать в себя огромное количество очень быстрых транзисторов, которые в сравнении с металлом передают тепло более эффективно.

Если процесс будет доведен до совершенства и может быть реализован в промышленных масштабах, применение графеновых нанолент может значительно улучшить традиционные электронные цепи. Работа всех устройств, включая процессоры и устройства хранения, может ускориться, и закон Мура все-таки продолжит действовать.

По материалам ExtremeTech.

Иван Штепа nauka21vek.ru

Ученые создали первый светодиод с одной молекулой

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

Невероятной сложности задача была решена французскими учеными: они разработали первый в мире светодиод с одной молекулой. Устройство сделано из одного политиофенового провода, который помещен между концом сканирующего туннельного микроскопа и золотой поверхностью. Эта экспериментальная изобретательность проливает свет на взаимодействие между электронами и фотонами на мельчайшем масштабе. Более того, она являет собой еще один шаг к созданию компонентов для молекулярного компьютера. Данная работа недавно была опубликована в научном журнале Physical Review Letters.

Светодиоды – это компоненты, которые излучают свет, когда электрический ток проходит через них и пропускает свет только в одном направлении. Светодиоды играют важную роль в повседневной жизни в качестве световых индикаторов. Они также имеют обширную перспективу в области осветительных приборов, прогрессивно захватывая эту рыночную нишу.
   

Главным преимуществом светодиодов является то, что их можно сделать очень маленького размера, что позволяет получить точечные источники света. Принимая это во внимания, ученые из Страсбургского института физики и химии материалов (Франция) вместе с командой из Парижского института молекулярной химии (Франция) смогли преодолеть одно последнее препятствие в создании ультрамаленьких устройств: они создали первый в мире светодиод с одной молекулой.

Для достижения заданной цели они использовали один провод из политиофена, который является хорошим электрическим проводником. Он сделан из водорода, углерода и самородной серы и был использован для создания более больших светодиодов, которые сейчас представлены на рынке. Политиофеновый провод был прикреплен одним концом к сканирующему туннельному микроскопу, а другим – к поверхности из золота. Ученые зафиксировали излучение света, когда ток проходил через данный нанопровод.

Они наблюдали, что тиофеновый провод ведет себя как светодиод: свет излучался только тогда, тогда электроны проходили по направлению от микроскопа к золотой поверхности. Когда полярность была изменена, излучение света было ничтожно слабым.

Вместе с научной командой Факультета физики твердых тел Парижского института, исследователи продемонстрировали, что

свет излучался, когда отрицательный заряд (электрон) смешивался с положительным зарядом (дыра) в нанопроводе и передавал большую часть энергии протону. На каждые 100 000 электронов, находящихся внутри тиофенового провода, возникал один протон. Длина волны находилась в красном диапазоне.

С фундаментальной точки зрения, данное устройство предоставляет исследователям новое оборудования для изучения феноменов, которые происходят, когда электрический проводник излучает свет и делает это на таком масштабе, где вместо классической физики царствует уже квантовая.

Ученые также смогут подобрать материалы для более мощного светового излучения. Наконец, это работа является первым шагом навстречу создания компонентов молекулярного размера, которые сочетают в себе электронные и оптические свойства. Те же самые компоненты могут быть использованы для создания молекулярного компьютера.

Возможность визуализации электронной структуры отдельного атома с резрешением на уровне отдельных орбиталей электронов

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

Современные нанотехнологии невозможны без точнейшего исследовательского оборудования, позволяющего проникать внутрь структуры вещества и «видеть» отдельные атомы. Один из мощнейших инструментов подобного рода появился в 1980-е годы: именно тогда был создан сканирующий туннельный микроскоп, позволивший визуализировать атомы на поверхности тел. А уже в 1986 году за это изобретение сотрудникам Исследовательского центра компании IBM в Цюрихе Герду Биннигу и Генриху Рореру была присуждена Нобелевская премия по физике.

Дальнейшие успехи сканирующей туннельной микроскопии связаны с разработкой и развитием новых методик, позволяющих углубленно изучать свойства отдельных атомов и молекул, а также с улучшением пространственного разрешения СТМ. И в этой области российские ученые оказались среди лидеров. Совсем недавно исследователи из лаборатории спектроскопии поверхности полупроводников Института физики твердого тела РАН (ИФТТ РАН) «пробили путь» уже внутрь атома: они предложили метод подготовки вольфрамовых зондов для сканирующей туннельной микроскопии (СТМ) пикометрового (1 пикометр = 0,001 нм) разрешения, позволяющих получать изображения отдельных орбиталей электронов. Их статья опубликована в престижном журнале Scientific Reports (Nature Publishing Group).).

Работу сканирующего туннельного микроскопа, использующего квантовый эффект туннелирования электронов, можно описать как «прощупывание» поверхности твердого тела. Очень тонкая игла-зонд (толщиной в один атом) перемещается над поверхностью изучаемого объекта на расстоянии, порядка одного нанометра. При таких малых расстояниях электроны туннелируют, то есть, преодолевают вакуумный барьер и между зондом и поверхностью образца возникает ток. По величине изменения туннельного тока при перемещении зонда вдоль поверхности рельеф её исследуется как бы «на ощупь».

Разрешение, экспериментально продемонстрированное в работе ученых ИФТТ, было достигнуто на сканирующем туннельном микроскопе, разработанном исключительно российскими исследователями. Прототип прибора был создан С.Л. Прядкиным с коллегами в ИФТТ РАН, а окончательный вариант сверхвысоковакуумного микроскопа – GPI-300 появился благодаря группе К.Н. Ельцова из ИОФ РАН. Энтузиасты работали над созданием прибора в 1990-е годы, в эпоху перемен и недофинансирования российской науки. Поддержку им оказывал тогдашний руководитель ИОФ РАН, Нобелевский лауреат 1964 года по физике Александр Михайлович Прохоров.

В своей работе, опубликованной в Scientific Reports, исследователи показали возможность визуализации электронной структуры отдельного атома (см. фото). Уникальное разрешение достигнуто на уровне отдельных орбиталей электронов в атоме, чего раньше не получалось даже на сканирующих туннельных микроскопах, работающих при сверхнизких температурах.
 Электронная структура атома вольфрама
Электронная структура атома вольфрама на острие зонда. Изменение расстояния между атомом вольфрама на острие зонда и атомом углерода поверхности графита позволяет «прощупывать» различные орбитали электронов в атоме вольфрама. Изображения получены Александром Чайкой в ИФТТ РАН на микроскопе GPI-300. Указаны масштабы по горизонтали и вертикали – 30 пикометра (0,03 нм)
 

«Первый раз такое разрешение мы получили в начале 2009 года, рассказывает Александр Чайка, старший научный сотрудник лаборатории спектроскопии поверхности полупроводников ИФТТ РАН, – а статью с изображением атомных орбиталей вольфрама удалось опубликовать только в декабре 2010 года, после того как она была отклонена в пяти журналах – были и сомнения в воспроизводимости эксперимента, и неприятие нашей трактовки полученных результатов, и неверие в возможность достижения высокого разрешения при комнатной температуре. Мы были вынуждены проделать огромную техническую работу, несколько раз воспроизвести эксперимент и показать, какими зондами снимались орбитали, чтобы убедить научную общественность в достоверности наших данных. Надеюсь, последняя статья, на сайте Nature, должна снять вопросы оппонентов».

Это не первая публикация авторов по орбитальному разрешению в СТМ. В 2007 году была опубликована статья в Phys. Rev. Letters, но именно в работе с вольфрамовой иглой впервые экспериментально было показано, как меняется электронная структура атомов при образовании связей между ними и как можно контролировать процесс «прощупывания» атомных орбиталей. Эта работа важна, в первую очередь, как методика для получения стабильно высокого разрешения в СТМ и определения химической природы отдельных атомов на поверхности образца.

Высокое разрешение с помощью монокристаллических вольфрамовых зондов было получено при исследовании разных систем, представляющих интерес для науки и технологий: Si(557), GaTe, графен/SiC(001). В частности, в последней работе авторы экспериментально наблюдали случайные деформации углеродных связей пикометрового масштаба в графене. На данный момент, такое разрешение – рекорд для СТМ. Именно оно позволило определить структуру и свойства графена, выращенного авторами на экономичной кремниевой подложке Si(001), используемой в современной электронике. Это показывает важность улучшения разрешения сканирующих зондовых микроскопов для развития технологий атомного масштаба.

Исследования российских ученых выполнены при поддержке Программ Российской Академии Наук (2004–2013 гг.), РФФИ и Европейской рамочной программы FP7.

Южный и Северный магнитные полюса нашей звезды поменялись местами

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

Середина солнечного 24-го 11-летнего цикла закончилась сменой магнитных полюсов Солнца: Южный и Северный магнитные полюса нашей звезды поменялись местами. Инверсия магнитного поля Солнца - это большое событие, - отмечает специалист НАСА доктор Тони Филипс.

Несмотря на то, что фраза «на Солнце поменялись полюса» звучит очень пугающе, - это рядовое явление, которое происходит примерно каждые 11 лет. Сначала полярные магнитные поля Солнца слабеют, постепенно исчезают, а затем появляются снова, но меняя полярность. Это обычная часть солнечного цикла, которая не приводит к катастрофическим последствиям для Земли, но на Солнечную систему все же некоторым образом влияет.

Смена магнитных полюсов на Солнце вызывает своеобразную «рябь» в гелиосфере (зоне магнитного влияния Солнца, которая тянется за пределы Солнечной системы). Перепад в интенсивности солнечного излучения заметен и на Земле: по силе полярных сияний. Теперь, непосредственно после смены магнитных полюсов, полярные сияния станут более частыми и обширными.

Сила солнечного ветра немного вырастет и может создать незначительную дополнительную опасность для космонавтов и космических зондов, а также повлиять на облачность и климат Земли. Тем не менее, процесс этот очень медленный и стабильный, как морской прилив, который приходит точно так же, как и ушел.

Тем не менее, 24-й солнечный цикл, начавшийся в 2008 году, является весьма непредсказуемым. В частности, он «опоздал» на год: все модели указывали, что середина 24-летнего цикла со сменой полюсов Солнца произойдет в 2012 году. Однако в 2009 году наблюдалась рекордно низкая солнечная активность, и смена Северного полюса Солнца произошла лишь в последний день 2013 года, а Южный в настоящее время его «догоняет».

Ученые подчеркивают, что нынешний 24-й солнечный цикл – один из самых слабых за всю историю инструментальных наблюдений, и если тенденция к снижению активности Солнца сохранится, то Землю ожидает новый малый ледниковый период.

Физики из Корнелльского университета научились переключать спин

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

Физики из Корнелльского университета научились переключать спин в алмазном NV-центре за счет механических колебаний самого алмаза. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters, кратко об исследовании можно прочитать на сайте университета.

В ходе эксперимента ученые с помощью специального осциллятора трясли алмаз с очень высокой частотой (до нескольких гигагерц). Механические колебания создавали в кристаллической решетке углерода стоячие волны, которые, как показали наблюдения, заставляли электроны NV-центров менять свой спин.

Перемена спина была видна по изменению инициированной лазером флюоресценции в таких NV-центрах. Ранее целенаправленно менять спин в алмазных кубитах можно было только с помощью приложения внешнего магнитного поля.

NV-центры образуются в кристаллической решетке алмаза, когда один из атомов углерода заменен азотом. Сейчас NV-центры часто используются физиками в роли кубитов, то есть как физический носитель квантовых битов — квантовая информация записывается в них в виде состояния электронов центра.

В других случаях в роли кубитов выступают охлажденные почти до абсолютного нуля изолированные атомы или (тоже охлажденные) сверхпроводящие металлические резонаторы.

Преимущества алмазных кубитов заключаются в том, что они позволяют изолировать «хрупкую» квантовую информацию от внешней среды и не требуют для этого охлаждения.

Если NV-центры расположены недалеко от поверхности алмаза, они, наоборот, крайне чувствительны к внешней температуре и магнитному полую. Как показала группа Михаила Лукина в Гарварде, это свойство можно использовать для создания на основе алмазных наночастиц микроскопических термометров и сенсоров магнитного поля.

Физики ЦЕРНа впервые увидели распад бозона Хиггса на фермионы

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

Физики ЦЕРНа впервые зафиксировали следы распада бозона Хиггса в фермионы - в b-кварки и тау-лептоны, подтвердив таким образом предсказания главной физической теории - Стандартной модели, говорится в сообщении на сайте эксперимента CMS.

«До сих пор прямые распады бозона Хиггса в фермионы не наблюдались. Было уже беспокойство в научном сообществе — по Стандартной модели это должно быть, и если бы не нашли эти распады, тогда это означало бы, что в этой части Стандартная модель не работает. Однако теперь их удалось выделить из фона, и это наблюдение находится в полном согласии с моделью», — сказал РИА Новости сотрудник НИИ ядерной физики МГУ и член коллаборации CMS Эдуард Боос.

Бозон Хиггса — последний недостающий элемент Стандартной модели, частица, которая обеспечивает массу всех других элементарных частиц — был открыт летом 2012 года в экспериментах на Большом адронном коллайдере. Однако детекторы коллайдера не могут непосредственно зафиксировать рождение бозона Хиггса — он слишком быстро распадается на другие частицы. Приборы могут заметить только эти вторичные частицы.

«Хиггс» может распадаться на разные частицы, в этом случае физики говорят об определенном канале или «моде» распада.

В 2012 году детекторы ATLAS и CMS «поймали» бозон Хиггса, отслеживая его распад на пары Z-бозонов, и на гамма-фотоны. Причем достоверность этих результатов была очень высока. В частности, детектор CMS фиксировал рождение бозона Хиггса со статистической значимостью 7 стандартных отклонений (сигма) только в Z-канале, при том, что физики говорят об открытии на уровне 5 сигма, когда вероятность того, что наблюдаемый эффект вызван статистической флуктуацией, составляет лишь 1 на 3,5 миллиона.

Однако Стандартная модель предсказывала, что бозон Хиггса должен распадаться и на фермионы — тау-лептоны и пары b-кварк и b-антикварк. Только теперь, благодаря анализу данных с помощью нейронных сетей, ученым удалось вычленить следы «работы» этого канала распада. Статистическая достоверность этого открытия составляет 4 сигма — это означает, что вероятность «ложного срабатывания» составляет 1 к 16 тысячам.

Это открытие еще раз поддерживает вывод, что частица, открытая на коллайдере, действительно очень похожа на бозон Хиггса Стандартной модели.

«Если подтверждения не было, это может быть более интересно для физиков, но пока все предсказания Стандартной модели оправдываются. Хотя точность этого результата еще настолько невелика, что многие интерпретации еще не исключены, например минимальная суперсимметричная модель», — сказал Боос.

Существуют некоторые теоретические модели, которые предсказывают возможность существования многих разных бозонов Хиггса, один из которых ведет себя как «стандартный».

Машина обыграла человека в "камень-ножницы-бумага"

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

Исследователи из Токийского университета сконструировали робота, который, используя технологию компьютерного зрения, выигрывает у человека в игру «камень-ножницы-бумага» в ста процентах случаев. Об этом со ссылкой на отчет, опубликованный на сайте университета, сообщает BBC News.

В число компонентов робота входят механическая рука-манипулятор, которая складывает фигуры, видеокамера, направленная на руку человека-оппонента, и компьютер. Анализируя картинку с камеры, робот определяет, какую фигуру формирует человек, и делает предвосхищающий победный ход.

Согласно данным исследователей, у человека на формирование фигуры («камня», «ножниц» или «бумаги») уходит примерно 60 миллисекунд. Примерно на 35-й миллисекунде действия робот выполняет распознавание и складывает «ответную» фигуру. На это у него уходит примерно 20 миллисекунд, то есть он завершает ход раньше человека.

Первого робота для игры в «камень-ножницы-бумага» в Токио построили в 2012 году. Новая версия превосходит его как по скорости движений, так и по быстроте распознавания. Для сравнения, первый робот завершал свой ход лишь через 20 миллисекунд после того, как фигуру складывал его противник.

В «камень-ножницы-бумага» играют, как правило, вдвоем. Противники одновременно формируют рукой одну из трех фигур — «камень», «ножницы» или «бумагу». По правилам, камень «выигрывает» у ножниц, ножницы — у бумаги, а бумага — у камня. Если игроки показали одинаковые фигуры, раунд повторяется. Игра иногда используется для жеребьевки.

Источник: Лента.Ру

Из бутылочного резонатора и атома сделали переключатель

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

Австрийские физики сделали оптический переключатель, состоящий из одного атома. Статья ученых появилась в журнале Physical Review Letters.

В рамках опыта ученые использовали бутылочный резонатор. Попадая внутрь такого резонатора фотоны отражаются от стенок, что увеличивает вероятность взаимодействия с объектом, помещенным в такой резонатор. Правильно подобранная бутылочная форма резонатора позволяет довольно надолго (порядка десятков тысяч отражений) запирать фотон внутри.

К резонатору подходили два оптических кабеля - входной и выходной. В обычном режиме фотоны проходили через резонатор (с задержкой). После этого внутрь резонатора был помещен единственный атом рубидия. В результате оказалось, что при подходящей настройке частоты сигнала атом полностью закрывает проход света через резонатор.

По словам ученых, в будущем они надеются усовершенствовать свою систему. В частности, оборудование может быть настроено таким образом, что при переходе на другой энергетический уровень атома рубидия резонатор будет разблокирован. Сами исследователи говорят, что их устройство может найти применение в квантовых вычислениях.

Источник: Лента.Ру

В проект международного термоядерного реактора внесли изменения

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

Международная группа физиков и инженеров, работающая на строительстве международного термоядерного реактора ITER, внесла в проект изменения. Согласно новому предложению, ответственный за обновление состава плазмы дивертор будет сделан вольфрамовым, а не из углеродного композиционного материала. Подробности приводит ScienceInsider.

Для термоядерного синтеза плазму потребуется нагреть до 150 миллионов градусов, а выделение энергии в ITER планируется довести до 500 мегаватт. Предложение инженеров затрагивает деталь, которая напрямую взаимодействует с плазмой, поэтому вопросам устойчивости к повышенным температурам и нейтронным потокам было уделено особое внимание. Предварительные исследования показали, что существует лишь несколько вариантов: углерод (и композиционные материалы на его основе), вольфрам или бериллий. Каждый из вариантов имел свои достоинства и недостатки, поэтому в первоначально утвержденном проекте речь шла о комбинированном диверторе. Большая часть его должна была быть сделана из углерода, а часть предлагалось выполнить из вольфрама.

Углеродная конструкция обещала быть более стойкой к повышенным температурам, однако именно от нее решено было в итоге отказаться. Целиком вольфрамовый дивертор предпочли по двум причинам. Во-первых, углерод дает много пыли, которая загрязняет плазму: вольфрам тоже мешает термоядерной реакции, но изготовленные из него детали при нагреве и облучении пылят меньше, не так загрязняя плазму при нормальной работе установки. Во-вторых, углеродные конструкции впитывают водород и его изотопы, включая радиоактивный тритий. Это значит, что сразу после начала работ с реальным термоядерным топливом весь углеродный дивертор станет радиоактивным.

В ITER ученые намерены зажечь плазму, в которой ядра дейтерия будут сливаться с ядрами трития. По сравнению с ядерными реакторами токамак едва ли не безвреден, но впитавшие тритий и облученные нейтронами (продуктами реакции) детали все равно потребуют специальной утилизации. Работающая над проектом группа инженеров изначально планировала сначала испытать вольфрам-углеродную конструкцию, а потом поменять ее на какой-то иной вариант, однако радиоактивность отработанного дивертора внесла в эти планы коррективы. Конструкторы рассудили, что всякая работа с источниками ионизирующего излучения вносит дополнительные сложности, поэтому вначале лучше обойтись без операций, которые сопряжены с лишним риском.

Вольфрам, по словам ученых, тоже не лишен недостатков. Его значительно сложнее обрабатывать, а свойства металла, который расплавился в условиях близости к плазме и затем снова застыл, толком неизвестны: есть указания на то, что стенки дивертора со временем станут хрупкими. Однако предварительные данные, полученные на британском токамаке Joint European Torus, показали стабильность подобной конструкции по крайней мере в первый год эксплуатации в установке меньшего размера.

При помощи дивертора инженеры решают две задачи. Через него из камеры токамака удаляются продукты реакции и вдобавок он помогает удерживать плазменный тор в заданной конфигурации. В термоядерных установках другого типа такой детали нет, однако на сегодня именно токамаки считаются многими физиками наиболее перспективными с точки зрения управляемого термоядерного синтеза. Альтернативными подходами являются магнитные ловушки иной конфигурации, а также импульсные лазерные системы.

Источник: Лента.Ру

Физики сняли на видео распространение ударной волны в меди

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

Физики Национальной ускорительной лаборатории SLAC в США сделали видео распространения ударной волны в тонкой медной пластине с фемтосекундным (10-15) временным разрешением. Статья ученых появилась в Science.

В рамках работы ученые облучали медную пластинку толщиной в один микрон (10-6 метра) лазерным импульсом. В результате в некоторых точках пластинки создавалось давление до 73 гигапаскаль. Для сравнения, давление в центре Земли может достигать 360 гигапаскаль. Импульсы вызывали эластичные колебания решетки с частотой порядка 109 герц.

Чтобы увидеть изменения в кристаллической решетке меди на атомарном уровне, ученые использовали фемтосекундные импульсы рентгеновского излучения, создаваемые ускорителем лаборатории SLAC. Наблюдая за картиной рассеяния этих волн, ученые получили данные об изменениях в решетке. Им удалось, например, в деталях рассмотреть процесс перехода от эластичной деформации к неэластичной (по сути, эти процессы описываются разными теориями).

В свою очередь из дифракционных картин ученые сделали видео.

По словам физиков, полученные ими результаты подтверждают многие выводы, сделанные теоретически и на основе численного моделирования. При этом исследователи говорят, что аналогичным образом исследовали титан и железо — данные этих экспериментов сейчас анализируются.

Для работы использовался рентгеновский лазер LCLS. В этом лазере источником рентгеновского излучения являются движущиеся с релятивистскими скоростями в магнитном поле электроны. Впервые этот лазер заработал в апреле 2009 года.

Источник: Лента.Ру

Физики "остановили" видимый свет

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

Группа исследователей из Нидерландов и США получила метаматериал, в котором фазовая скорость света близка к нулю, а коэффициент преломления становится отрицательным. Ученые утверждают, что их разработка стала первым трехмерным метаматериалом, который демонстрирует подобные свойства для видимого света. Подробности приведены в статье физиков для журнала Nature.

Придать образцу необычные свойства физикам удалось за счет создания особой структуры, элементы которой были существенно меньше длины волны излучения. Для этого на поверхности экспериментальной пластинки из нитрида кремния ученые нанесли серию параллельных дорожек из серебра. Их получали методом парофазного осаждения.

Создание упорядоченной структуры привело к появлению эффекта, теоретически предсказанного еще в 1967 году Виктором Веселаго. Фазовая скорость света, то есть скорость, с которой движутся горбы и впадины световой волны (но не та скорость, с которой происходит перенос энергии), в материале упала почти до нуля. За 400 нанометров, которые свет проходил в образце, его фаза сдвигалась всего на 90 градусов, то есть на четверть длины волны. Измерения показали падение диэлектрической проницаемости до нуля и ниже, причем материал оказался достаточно прозрачным и работал в видимом свете с длинами волн до 400 нанометров.

Метаматериалы с отрицательным коэффициентом преломления позволяют реализовать ряд недостижимых в обычной оптике эффектов. Авторы новой разработки считают, что она позволит повысить эффективность светодиодов, а также поможет в создании устройств, которые изменяют заданным образом волновой фронт светового сигнала: это, в свою очередь, необходимо в оптоэлектронных системах.

Наиболее известным примером манипуляции формой волнового фронта является «плащ-невидимка», который компенсирует вносимые скрываемым объектом искажения электромагнитных волн. Создание такого плаща для маскировки крупных объектов в видимом свете осложняется необходимостью подобрать правильный режим коррекции волнового фронта. Аналогичный подход, однако, уже позволил разработать способ скрыть от сейсмических колебаний здания. Большинство современных метаматериалов работают либо с микроволновым излучением, либо с акустическими волнами. Для видимого света изготовить метаматериалы значительно сложнее из-за меньшего требуемого размера структуры, поэтому пока такие материалы намного менее распространены.

Источник: Лента.Ру

Физики впервые провели экспериментальное измерение слабого заряда протона

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

Слабое взаимодействие - одно из четырех фундаментальных взаимодействий. За исключением гравитационного три из этих взаимодействий (сильное, слабое, электромагнитное) описываются теорией, называемой Стандартной моделью. Слабое взаимодействие несет ответственность за некоторые типы ядерного распада, а также взаимодействие между частицами внутри атомов.

Для измерения слабого заряда ученые действовали следующим образом: они направляли поток высокоэнергетических электронов на жидкий водород. Электроны рассеивались на протонах в ядрах водорода и при помощи мощных магнитов направлялись на детекторы. Частицы в потоке были поляризованы определенным (перпендикулярным направлению движения) образом — то есть спины электронов были согласованы.

Электромагнитное взаимодействие сильнее слабого, поэтому, по словам ученых, со статистической точки зрения можно считать так: на каждый миллион электронов, рассеивание которых на протонах обусловлено электромагнетизмом, приходится ровно один, рассеяние которого определяется слабым взаимодействием.

Чтобы отделить в статистике сигнал от слабого взаимодействия от электромагнитного «шума», во время эксперимента поляризация потока электронов несколько раз менялась. Дело в том, что слабое взаимодействие нарушает так называемую P-симметрию. Это означает, что при замене всех направлений в уравнениях, отписывающих это взаимодействие, на противоположные, результат меняется — то есть разным образом поляризованные электроны будут разным образом взаимодействовать с протонами.

Проделав опыт множество раз, ученые получили достаточно статистических данных, чтобы вычислить слабый заряд протона. Как оказалось, полученный результат согласуется с теоретическими предсказаниями (в отличие от некоторых других параметров Стандартной модели QWp там вычисляется явно) с относительной погрешностью в несколько сотен миллиардных.

В настоящее время ученые продолжают анализ собранных данных. Они надеются, что им удастся улучшить результат на несколько порядков. Примечательно, что в ходе работы были также измерены слабые заряды нейтрона, u- и d-кварков.

Статья ученых принята к публикации в журнале Physical Review Letters, а ее краткое изложение приводится в пресс-релизе Лаборатории Джефферсона (Jefferson Lab), где и было сделано открытие.

"Вояджер-1" покинул Солнечную систему

Источник: «Lenta.ru»

 «Вояджер-1»Изображение: NASA
«Вояджер-1» Изображение: NASA
 
Космический зонд «Вояджер-1» покинул Солнечную систему и вышел в межзвездное пространство, официально сообщили в NASA.

В NASA пояснили, что соответствующие выводы были сделаны на основании анализа последних данных, полученных от аппарата. «Теперь мы определенно можем ответить на вопрос "а там ли мы?": "да, мы там"», — говорится в сообщении агентства. Когда именно аппарат покинул Солнечную систему, в NASA не уточнили.

Сообщения о том, что «Вояджер-1», возможно, покинул пределы Солнечной системы, на основании расчетов различных групп ученых появлялись и ранее, однако впоследствии в NASA опровергали их.

«Вояджер-1», запущенный в 1977 году, стал первым аппаратом в истории человечества, вышедшим за пределы Солнечной системы. Ранее в том же году NASA запустила «Вояджер-2», однако он до границы Солнечной системы пока не добрался.

В настоящее время «Вояджер-1» находится на расстоянии примерно в 18,4 миллиарда километров от Земли, что составляет 123 астрономические единицы (1 а.е. равна расстоянию от Земли до Солнца). Ожидается, что энергии от радиоизотопных источников, которые питают аппарат, хватит до 2025 года.

Гравитационная постоянная может быть скорректирована

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

Одна из наименее точно определённых физических констант была измерена вновь — предположительно, с небывалой доселе аккуратностью. Но на практике определённости с её значением стало ещё меньше…

Международное бюро мер и весов (Франция) заново измерило гравитационную постоянную и обнаружило, что свежие результаты расходятся с данными последних изысканий, касающихся этой фундаментальной физической константы.

Хотя впервые гравитационную константу определил ещё Генри Кавендиш (и случилось это примерно 215 лет тому назад), добиться её точных значений оказалось нелегко. Гравитация в лаборатории значительно слабее того же электромагнетизма, и даже небольшие посторонние флуктуации могут исказить результаты измерений.

Сегодня учёные применяют два метода для проверки модуля силы тяготения, действующего на точечное тело единичной массы со стороны другого такого же тела, находящегося на единичном расстоянии от него.

   Первый — это эксперимент Кавендиша, только вместо свечей у крутильных весов используются лазеры. Здесь измеряется гравитационное воздействие двух тяжёлых шариков на ленту, находящуюся посередине.

   Второй вариант подразумевает противостояние закручиванию, вызванному воздействием гравитации, при помощи сервомеханизма. В нём величина гравитационной константы измеряется по величине напряжения, прикладываемого к системе для компенсации закручивания.

Французские и английские исследователи во главе с Терри Куином (Terry Quinn) попробовали оба подхода и усреднили конечный результат. Оказалось, что G = 6,67545(18)?10–11 м3•с–2•кг?1 при неопределённости в 27 частей на миллион.

Это на 21 часть на миллион меньше результатов той же группы, но полученных в 2001 году, и на 241 часть на миллион выше результатов, рекомендованных Комитетом по данным для науки и техники (CODATA).

Словом, расхождения вызывают естественные вопросы. Как так получилось? Исследователи не знают, но подозревают, что дело в какой-то ошибке в экспериментальной технике. Причём ошибке, имеющей неясную природу.

Если она свойственна итогам других групп, а не усилиям самих экспериментаторов, то речь идёт о существенной корректировке одной из ключевых физических постоянных.

Иначе говоря, нужна независимая проверка свежих результатов, и только после этого можно будет говорить о том, какая величина ближе к истине.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Physical Review Letters.

Физики разработали новую технологию квантовой криптографии

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

Квантовая криптография является технологией, использующей законы квантовой физики для кодирования информации, передаваемой из одного пункта в другой. Это одна из немногих квантовых технологий на сегодняшний день, которая является достаточно зрелой, для того чтобы выйти за пределы исследовательских лабораторий и применяться в различных областях, где требуется безопасная и надежная передача информации различного плана, к примеру, в банковских, правительственных и военных сетях.

Однако, для реализации технологии квантовой криптографии требуется, чтобы в точке передачи и в точке получения информации было установлено сложнейшее оборудование, которое обычно используется в научных лабораториях, ведущих исследования в области оптики и квантовой механики.

У приемника и передатчика должен иметься источник единичных фотонов, устройства управления единичными фотонами, изменения их поляризации и сверхпроводящие высокочувствительные датчики, способные измерить характеристики единичных фотонов.

К тому же, оборудование на каждом из концов квантового канала должно быть тщательно синхронизировано между собой для того, чтобы устройства смогли точно измерить поляризацию передаваемых друг другу фотонов. И, если в передаваемый сигнал вмешивается какой-либо шум и искажения, которые меняют поляризацию фотонов, квантовый криптографический канал попросту перестает работать.

Все вышеописанное является препятствием для любой возможности использования технологий квантовой криптографии в составе малогабаритных мобильных устройство, таких, как ноутбуки, нетбуки, планшетные компьютеры и смартфоны. Но ученые из университета Бристоля (University of Bristol), возглавляемые Джереми О‹Брайеном (Jeremy O›Brien), нашли подходящее решение, позволяющие встроит системы квантовой криптографии в мобильные устройства.

В новой технологии, согласно пояснениям исследователей, сложное квантово-оптическое устройство должно быть установлено только на одном конце квантового коммуникационного канала. Оборудование, установленное в точке А генерирует отдельные фотоны и посылает их через обычное оптическое волокно в точку Б, на другой конец коммуникационного канала. Оборудование на конце Б просто изменяет принимаемые фотоны света, кодируя в них передаваемую информацию, и отсылает их обратно к точке А.

Такой подход позволяет кардинально упростить оборудование для точки Б, благодаря чему становится возможной его интеграция в состав мобильного устройства.

Для своей новой технологии обмена квантовой информацией группа О'Брайена разработала новый алгоритм квантового распределения ключа шифрования, который не требует абсолютной синхронизации устройств по разные стороны канала.

Вместо синхронной работы, оборудование в точках А и Б делают большое количество случайных измерений, составляя список значений, которые встречаются чаще всего. Обработав полученные результаты с помощью специализированных алгоритмов, это оборудование вычисляет значение угла поляризации фотонов, которые несут закодированную информацию.

Таким образом реализуется технология динамической синхронизации между точками А и Б, которая может изменяться, следя за уровнем сигнала, временем прохождения фотонов в двух направлениях и за другими параметрами коммуникационного канала.

Проведенные эксперименты показали, что технология динамической синхронизации, которая получила название rfiQKD (reference frame independent quantum key distribution), работает достаточно стабильно и надежно. Исследователи произвели сравнение алгоритма rfiQKD с алгоритмом BB84, стандартным алгоритмом, используемым в квантовой криптографии. Когда ученые добавили к передаваемому сигналу шумовой сигнал, алгоритм BB84 немедленно прекращал работать.

Новый алгоритм rfiQKD оказался более помехозащищенным, он продолжал работать даже тогда, когда уровень шума поднимался почти до половины значения уровня полезного сигнала.

В том случае, когда квантовая связь нарушалась из-за шума, после снижения уровня шума снова до допустимого значения синхронизация работы устройств происходила снова и работоспособность всей системы полностью восстанавливалась.

В результате своих трудов ученые получили систему, которая сможет стать основой технологий квантовой криптографии, встроенные в широкий ряд электронных устройств, предоставив возможность пользоваться безопасными коммуникациями каждому человеку.

Создана электроника работающая внутри тела в непосредственном контакте с живой тканью

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

Ученые из Университете штата Огайо в Колумбусе создали электронику, которая может работать в непосредственном контакте с тканями и жидкостями живого организма. Данная технология открывает широчайшие перспективы в самых разных областях: от создания дистанционно управляемых животных, до производства «умных» имплантатов, медицинских датчиков и даже искусственных нервов.

Разумеется, в настоящее время уже есть электроника, которая работает внутри тела, например кардиостимуляторы. Но все они изолированы от тела и не вступают в непосредственный контакт с живой тканью. Обычно имплантируемый кардиостимулятор помещается в герметичный контейнер из нержавеющей стали, который к тому же покрывают химикатами, подавляющими иммунный ответ организма.

Если все эти предосторожности не соблюсти, то начнется отторжение чужеродного объекта, которое может закончиться сильным воспалением и даже хуже. Новый тип электроники не имеет таких проблем и может работать в живых тканях, например в качестве датчика, который обнаруживает белки, характерные для воспалительного процесса, связанного с отторжением пересаженного органа.

Главное, новый тип имплантируемой электроники сделан на основе относительно дешевого и хорошо освоенного в производстве кремния. Это действительно удивительно, ведь несмотря на то, что кремний не токсичен и широко применяется в полупроводниках, в чистом виде его применять в теле нельзя. Это связано с тем, что естественные электролиты организма, прежде всего натрий и ионы калия, проникают в кремниевые транзисторы и нарушают их работу.

Чтобы обойти эту проблему, американские ученые разработали особое защитное покрытие для создания кремниевой биоэлектроники. В ходе экспериментов покрытие в течение 24 часов надежно защищало электронные схемы от воздействия раствора, который имитирует химическую среду внутри тела. В экспериментах кремниевые чипы покрывали оксидом алюминия, но ученые полагают, что для покрытия можно использовать различные материалы, например титан. Это расширяет сферу использования неотторгаемой электроники, в частности разработчики полагают, что с помощью новой технологии можно будет прокладывать новые нервные пути вместо поврежденных или соединять нервную систему человека с различными устройствами: видеокамерами, протезами, манипуляторами, системами управления роботами, экзоскелетами и т.д.

Прецизионный контроль ядерных спиновых кубитов в кремнии

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

Задача о регистрации прецессии ядерных спинов возникает в самых различных областях, включая химию, материаловедение, биологию, медицину и т.д. Ее решение становится возможным благодаря хорошей изоляции таких спинов от их окружения, даже в твердых телах.

 Схема эксперимента
Для контроля ядерного спина используется его взаимодействие со спином электрона того же атома. На схеме энергетических уровней показаны переходы для ЭПР (синие стрелки) и ЯМР (красные стрелки). ^ и v – состояния электронных спинов, Y и ? – состояния ядерных спинов
 
По этой причине ядерные спины доноров 31Р в кремнии считаются одними из основных кандидатов в квантовые биты (кубиты) для масштабируемых квантовых информационных устройств. Из-за измерительных сложностей эксперименты до недавнего времени проводили только с большими ансамблями донорных спинов (~109), между тем как интерес представляет поведение изолированного кубита. В работе [1] (Австралия, Великобритания) представлены результаты измерения состояния одного-единственного ядерного спина 31Р в изотопически чистом кремнии 28Si, а также реализовано когерентное управление таким спином. Для этих целей использованы методики электронного спинового и ядерного магнитного резонансов (см. рис.).

Точность определения состояния ядерного спина превысила 99.8%, что для твердотельных кубитов на сегодняшний день является рекордом и сопоставимо только с данными для ионов в магнитной ловушке. Время декогерентизации ядерных спиновых кубитов составило 60 мс.

1. J.J.Pla et al., Nature 496, 334 (2013).

Физики сфотографировали атом водорода

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

Группа ученых из Германии, Греции, Нидерландов, США и Франции получила снимки атома водорода. На этих изображениях, полученных при помощи фотоионизационного микроскопа, видно распределение электронной плотности, которое полностью совпадает с результатами теоретических расчетов. Работа международной группы представлена на страницах Physical Review Letters.

Суть фотоионизационного метода заключается в последовательной ионизации атомов водорода, то есть в отрывании от них электрона за счет электромагнитного облучения. Отделившиеся электроны направляются на чувствительную матрицу через положительно заряженное кольцо, причем положение электрона в момент столкновения с матрицей отражает положение электрона в момент ионизации атома. Заряженное кольцо, отклоняющее электроны в сторону, играет роль линзы и с его помощью изображение увеличивается в миллионы раз.

Этот метод, описанный в 2004 году, уже применялся для получения «фотографий» отдельных молекул, однако физики пошли дальше и использовали фотоионизационный микроскоп для исследования атомов водорода. Так как попадание одного электрона дает всего одну точку, исследователи накопили около 20 тысяч отдельных электронов от разных атомов и составили усредненное изображение электронных оболочек.

В соответствии с законами квантовой механики, электрон в атоме не имеет какого-то определенного положения сам по себе. Лишь при взаимодействии атома с внешней средой электрон с той или иной вероятностью проявляется в некоторой окрестности ядра атома: область, в которой вероятность обнаружения электрона максимальна, называется электронной оболочкой. На новых изображениях видны различия между атомами разных энергетических состояний; ученые смогли наглядно продемонстрировать форму предсказанных квантовой механикой электронных оболочек.

При помощи других приборов, сканирующих туннельных микроскопов, отдельные атомы можно не только увидеть, но и переместить в нужное место. Эта техника около месяца назад позволила инженерам компании IBM нарисовать мультфильм, каждый кадр которого сложен из атомов: подобные художественные эксперименты не имеют какого-то практического эффекта, но демонстрируют принципиальную возможность манипуляций с атомами. В прикладных целях используется уже не поатомная сборка, а химические процессы с самоорганизацией наноструктур или самоограничением роста одноатомных слоев на подложке.

Источник: Лента.Ру

Физики научились превращать цемент в токопроводящие жидкие металлы

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

Физики научились превращать обычный цемент в субстанцию, напоминающую по своим механическим и токопроводящим свойствам жидкие металлы и полупроводники, что позволяет применять его в качестве основы для гибкой электроники.

"Этот материал можно использовать в самых разных целях, в том числе для изготовления тонкопленочных транзисторов в жидкокристаллических дисплеях, примером которых служат телевизоры или мониторы. Теперь, когда мы знаем, как создавать "ловушки" для электронов внутри цемента, мы можем попытаться превратить и другие материалы в проводники", — заявил Кристофер Бенмор из Аргоннской национальной лаборатории США.

Бенмор и его коллеги смогли превратить обычную строительную смесь в проводник и полупроводник, изучив химические свойства и структуру гранул майенита — минерала, составляющего основу цементов с высоким содержанием оксидов кальция и алюминия.

В ходе одного из экспериментов физики нагрели майенит до двух тысяч градусов Цельсия внутри специального "левитатора", удерживавшего расплав на лету, что предотвращало формирование "паразитных" кристаллов. Оказалось, что после такой плавки майенит ведет себя как "металлическое стекло" — особый сплав, обладающий такой же химической инертностью и стойкостью к коррозии, как и стекло, и высокой прочностью и электропроводностью, как металл.

Прецизионный контроль ядерных спиновых кубитов в кремнии

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

Задача о регистрации прецессии ядерных спинов возникает в самых различных областях, включая химию, материаловедение, биологию, медицину и т.д. Ее решение становится возможным благодаря хорошей изоляции таких спинов от их окружения, даже в твердых телах.

 Схема эксперимента
Для контроля ядерного спина используется его взаимодействие со спином электрона того же атома. На схеме энергетических уровней показаны переходы для ЭПР (синие стрелки) и ЯМР (красные стрелки). ^ и v – состояния электронных спинов, Y и ? – состояния ядерных спинов
 
По этой причине ядерные спины доноров 31Р в кремнии считаются одними из основных кандидатов в квантовые биты (кубиты) для масштабируемых квантовых информационных устройств. Из-за измерительных сложностей эксперименты до недавнего времени проводили только с большими ансамблями донорных спинов (~109), между тем как интерес представляет поведение изолированного кубита. В работе [1] (Австралия, Великобритания) представлены результаты измерения состояния одного-единственного ядерного спина 31Р в изотопически чистом кремнии 28Si, а также реализовано когерентное управление таким спином. Для этих целей использованы методики электронного спинового и ядерного магнитного резонансов (см. рис.).

Точность определения состояния ядерного спина превысила 99.8%, что для твердотельных кубитов на сегодняшний день является рекордом и сопоставимо только с данными для ионов в магнитной ловушке. Время декогерентизации ядерных спиновых кубитов составило 60 мс.

1. J.J.Pla et al., Nature 496, 334 (2013).

IBM показала анимацию из атомов

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

Инженеры IBM Research создали самую маленькую в мире анимацию, двигая отдельные атомы углерода на медной подложке при помощи сканирующего туннельного микроскопа. Фильм под названием «Мальчик и его атом» («A Boy and His Atom ») можно посмотреть на сайте IBM, там же приведены подробности процесса его создания.

Атомы распределяли в нужных ячейках поверхности кристалла меди при помощи движения заряженного острия туннельного микроскопа. Получившуюся картину считывали тем же зондом. При этом он был удален от поверхности пластины на немного большее расстояние, чем в «двигательном» режиме. Затем для создания нового кадра атомы перемещали на новые позиции.

Фильм состоит из 242 кадров, в которых присутствует около 10 тысяч атомов. Каждый кадр представляет собой карту проводимости микроскопического участка подложки.

Ранее инженеры уже использовали сканирующий туннельный микроскоп для создания изображений из отдельных атомов. Так, в 1990 году был создан самый маленький в мире логотип IBM. Для фильма, однако, атомов понадобилось гораздо больше, а процесс его создания затянулся на 72 часа работы четырех специалистов.

Фильм является побочным результатом работы инженеров, специализирующихся на создании магнитных носителей информации. Недавно та же группа показала, что при помощи сканирующего тоннельного микроскопа один бит информации можно закодировать имея всего 12 атомов. Это примерно в 100 тысяч раз меньше, чем используется в самых плотных магнитных носителях информации.

Источник: Лента.Ру

Физики готовятся провести эксперимент, который позволит впервые оценить степень воздействия гравитации на антивещество

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

Физики из ЦЕРНа и американской Национальной лаборатории Беркли готовятся провести эксперимент, который, возможно, позволит впервые оценить степень воздействия гравитации на антивещество и проверить, существует ли антигравитация, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.

Авторы статьи, участники проекта ALPHA в ЦЕРНе, с помощью особой магнитной ловушки получают и удерживают атомы антиводорода.

 Схема эксперимента
Схема «ловушки» для антиводорода.
 
«После первых экспериментов мы поняли, что полученная информация об аннигиляции антиводорода может быть использована для оценки возможных границ его гравитационной массы», — говорится в комментарии для РИА Новости, подготовленном соавторами исследования из лаборатории Беркли — Джоэлом Фадженсом, Андреем Жмогиновым и Джонатаном Вуртле.

Большинство ученых считает, что гравитация действует на антивещество так же, как на обычное, то есть «не видит разницы» между ними. Но ряд теоретиков считает, что антивещество должно отталкиваться от вещества, а атомы антиматерии должны падать вверх в гравитационном поле Земли.

«Лабораторное измерение гравитационного взаимодействия вещества с антивеществом до сих пор не было осуществлено. Если "антигравитация» все же будет обнаружена, это окажет огромное влияние на развитие теоретической физики", — говорится в комментарии.

Ученые получили ограничения на отношение инерциальной и гравитационной массы атомов антиводорода.

«В будущем, когда лазерное охлаждение антиводорода будет реализовано, точность нашего метода может заметно улучшиться. Это позволит ответить на вопрос о взаимодействии вещества с антивеществом и сделать выбор в пользу гравитации или антигравитации», — говорят физики.

В условиях экстремальной гравитации столетняя теория относительности устояла

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

Астрономы решили проверить применимость Общей теории относительности Эйнштейна в одном из самых экзотичных уголков Вселенной. В условиях экстремальной гравитации столетняя теория устояла.

Астрономам удалось проверить применимость Общей теории относительности Эйнштейна в таких экстремальных условиях, которых на Земле не создать, да и во Вселенной отыскать непросто. Такой лабораторией для них стал весьма экзотический объект — двойная система, состоящая из массивной нейтронной звезды и бешено вращающегося вокруг нее белого карлика.

Нейтронная звезда PSR J0348+0432 является остатком от взрыва сверхновой. Она вдвое тяжелее Солнца, хотя имеет в поперечнике всего 20 километров.

Сила тяжести на ее поверхности более чем в 300 миллиардов раз превышает силу земного притяжения, а вещество в ее центре сжато до такой плотности, что кубик объемом с кусочек сахара весит больше миллиарда тонн.

Ее компаньон белый карлик — это тускло светящийся остаток гораздо более легкой звезды, которая в прошлом сбросила атмосферу и медленно остывает.

Применимость Общей теории относительности уже неоднократно проверялась за пределами Земли, однако, работает ли она в условиях сверхсильной гравитации, таких, которые присутствуют в окрестностях массивных нейтронных звезд, оставалось загадкой. В настоящий момент теоретиками разработано несколько альтернативных теорий гравитации, отличия предсказаний которых от ОТО могли бы проявиться лишь в крайне сильных гравитационных полях.

Именно поэтому международная группа ученых под руководством Джона Антониадиса из Института радиоастрономии имени Макса Планка в Бонне для проверки ОТО выбрала уникальную систему PSR J0348+0432 . Нейтронная звезда в центре этой пары является радиопульсаром: благодаря своей намагниченности она посылает в пространство строго периодические радиосигналы, которые на Земле фиксируют при помощи радиотелескопов. Согласно предсказаниям Общей теории относительности, такая массивная и тесная система, излучая гравитационные волны, обязана постепенно терять энергию: белый карлик должен приближаться к нейтронной звезде и вращаться все быстрее.

Эти эволюционные изменения и предсказываются по-разному Общей теорией относительности и конкурирующими теориями гравитации.

Наблюдения, проведенные на нескольких наземных радиотелескопах, выявили замедление пары, и Общая теория относительности устояла. «Наши радионаблюдения были столь точными, что мы смогли измерить замедление орбитального периода в 8 миллионных секунды в год, точь-в-точь, как предсказывает теория Эйнштейна», — пояснил Пауло Фрейре, один из соавторов работы, опубликованной в журнале Science.

О подробностях своего участия в проверке предсказаний Эйнштейна «Газете.Ru» рассказал непосредственный участник этой работы, научный сотрудник Института радиоастрономии в Нидерландах Владислав Кондратьев.

Как бы вы сформулировали главный вывод данной статьи? Он заключается в том, что многочисленные исследования на разных телескопах позволили измерить изменение орбитального периода (а там точность — миллионные доли секунды) и полученная величина с точностью совпала с предсказаниями ОТО? То есть очередное «Эйшнтейн был прав»?

— Да, все верно. Сначала стоит отметить, что масса пульсара составляет около двух масс Солнца. Такие массивные нейтронные звезды позволяют еще более ограничить набор возможных уравнений состояния нейтронной звезды (зависимость массы от радиуса), то есть приблизиться к пониманию того, как ведет себя нейтронная материя в недрах звезды.

Пока это лишь вторая массивная (с массой около двух масс Солнца) нейтронная звезда с очень точно определенной массой (точность — 2%). Но главное, конечно, в том, что в отличие от других двойных систем с пульсаром наша двойная система является очень компактной. Это делает систему релятивистской, в которой эффекты ОТО или других, альтернативных теорий должны проявляться гораздо сильнее. И полученные измерения сокращения орбитального периода за счет излучения гравитационных волн в этом сильном гравитационном поле показали, что ОТО верна в пределах ошибок.

В чем заключалось ваше участие в данной работе?

— Я был непосредственно вовлечен в обзор неба с целью поиска пульсаров на радиотелескопе в Грин-Бэнке в 2007 году, проводя наблюдения и делая последующую обработку данных вместе с другими моими коллегами. В этом обзоре (GBT 350 MHz Drift-Scan survey) мы нашли 31 новый пульсар, из них 7 миллисекундных, и результаты были опубликованы в конце прошлого года в двух работах. Одним из таких миллисекундных пульсаров и оказался J0348, двойная система с пульсаром и маломассивным белым карликом. В последующих регулярных наблюдениях для радио тайминга и оптических наблюдениях с VLT и Apache я не участвовал, но, естественно, вместе с другими коллегами обсуждал полученные результаты, готовя публикацию.

Вы являетесь членом проекта ASTRON. Можете рассказать о нем подробнее?

— ASTRON — это официальное название Института радиоастрономии в Голландии (Netherlands Institute for Radio Astronomy, ASTRON, www.astron.nl). С 2009 года я там работаю научным сотрудником в астрономической группе, занимаясь исследованием пульсаров. Свое название ASTRON получил в конце 80-х, а до этого назывался SRZM и изначально непосредственно занимался проектированием и управлением телескопами. ASTRON и сейчас является одним из лидеров в разработке и конструировании новых инструментов для астрономии. До недавнего времени (10—15 лет назад) астрономов непосредственно в штате было немного, но с развитием проекта LOFAR (Low-Frequency Array) астрономическая группа существенно выросла (порядка 30 человек — штат, научные сотрудники, студенты). Телескопы WSRT и LOFAR находятся в управлении ASTRON.

Как вы можете сравнить условия для занятий наукой в России и в Нидерландах?

— Объективно я не могу сравнивать ситуацию в Голландии с нынешней ситуацией в России, поскольку не работаю в России несколько лет, хотя, конечно, связь поддерживаю, но не знаю текущую ситуацию изнутри. Но, опираясь на прошлый опыт, соответствие зарплат студентов, аспирантов, научных сотрудников нормальному уровню жизни считаю очень важным. При прочих равных в материальном смысле если наука интересна, то больше вероятность, что студент пойдет в аспирантуру. Второй важный момент, который, возможно, в какой-то мере связан с первым, это то, что наука в России (говоря «наука», имею в виду астрономию и более конкретно радиоастрономию, не знаю хорошо ситуацию в других областях) крутится во многом в своем соку. Широкого сотрудничества с другими группами в мире мало, присутствие на конференциях малочисленно. Даже в случае, когда есть обоюдное желание взять иностранца на работу, скажем, в качестве постдока, то это по факту оказывается невозможно из-за бумажной бюрократии.

Николай Подорванюк, Павел Котляр

NASA. Видео результатов трёхлетних наблюдений за Солнцем

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

NASA опубликовало четырёхминутное видео, полученное в результате наблюдений за Солнцем космического аппарата Solar Dynamics Observatory (SDO) в течение трёх лет.

Агенство ставит целью этой миссии изучение влияния Солнца на нашу планету и оборудовало SDO солидной съемочной аппаратурой: полученное изображение размером

4096?4096 пикселей позволяет исследовать детали на поверхности светила с угловым размером 0.6". Аппарат выполняет съемку в 10-ти разных длинах волн и отправляет на

командный пункт снимок каждые 12 секунд, что составляет около 3 терабайт данных в сутки или 1 петабайт в год.

Создан сверхнадежный квантовый бит на основе атома фосфора

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

Физики создали новый вид кубита на основе ядра атома фосфора, устройство которого позволяет считывать информацию из него со сверхвысокой точностью, превышающей 99,8%, что открывает дорогу для создания сложных квантовых компьютеров в ближайшем будущем, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.

«Мы достигли почти 100% надежности при считывании кубита, что стало новым рекордом для твердотельных устройств. Это сопоставимо с лучшими результатами для других видов кубитов, однако наша технология не требует вакуума для работы — это кремниевый чип, который можно подключить к классическим микросхемам. Это позволяет практически неограниченно увеличивать размеры и сложность квантовых компьютеров», — заявил Андреа Морелло из университета Нового Южного Уэльса (Австралия).

Морелло и его коллега по университету Эндрю Дзурак уже несколько лет разрабатывают компоненты, необходимые для сборки полноценного квантового компьютера. Так, в 2010 году они создали квантовый одноэлектронный транзистор, а в 2012 году — полноценный кремниевый кубит на основе атома фосфора.

Время жизни таких кубитов оставалось достаточно низким, что не позволяло использовать их в качестве узлов квантового компьютера.

Исследователи усовершенствовали конструкцию кубитов, научившись использовать ядро атома фосфора, а не один из его электронов, в качестве носителя информации.

Для записи и считывания состояния кубита используется тот же самый набор из микроэлектродов, генерирующий миниатюрное магнитное поле, меняющее спин ядра.

В отличие от электрона, ядро практически не подвержено внешним воздействиям, что снижает шансы на то, что его спин может поменяться во время работы квантового компьютера.

По словам физиков, данный шаг позволил им не только повысить время жизни кубита в несколько раз, но и повысить надежность считывания информации до рекордных 99,8%. В ближайшее время физики попытаются собрать ячейку квантовой памяти и примитивную логическую схему на базе этих кубитов.

Остановка «Фукусимы» помогла рассмотреть нейтрино из земной мантии

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

Остановка ядерных реакторов на АЭС «Фукусима» привела к резкому снижению фона нейтрино в районе японского детектора KamLAND и помогла физикам обнаружить те частицы, которые пришли из глубины земной мантии. Работа ученых в виде препринта выложена в архиве Корнельского университета, а кратко о ее результатах пишет NatureNews.

По словам физиков, остановка реакторов привела к резкому снижению детекции фоновых частиц, которые образуются в результате ядерного распада на АЭС. Из-за этого выросла доля интересующего ученых сигнала - так называемых геонейтрино, нейтрино, образованных в глубине земной мантии в результате радиоактивного распада изотопов тория и урана 232Th и 238U.

Всего за время работы KamLAND с марта 2002 по ноябрь 2012 года детектору удалось обнаружить 116 кандидатов в геонейтрино. При этом другой детектор, расположенный в итальянских Апеннинах Borexino, с 2007 по 2012 года обнаружил всего 14 подобных частиц. По словам ученых, суммарное количество частиц, хоть и не большое, достаточно для анализа уровня радиоактивного распада в земной мантии.

Измерение уровня потока геонейтрино интересует физиков потому, что способно рассказать об интенсивности радиоактивного распада внутри земной мантии, который является одним из источников внутренней энергии Земли. Другим ее источником являются остатки первоначального тепла, выработанного в результате сгущения вещества в ходе образования нашей планеты. При этом пропорции данных источников, складывающиеся в суммарную мощность порядка 47 тераватт, неизвестны.

Авария на АЭС «Фукусима-1» произошла 11 марта 2011 года в результате мощного землетрясения и последовавшего за ним цунами. Реакторы АЭС были остановлены в первые дни аварии.

Источник: Лента.Ру

Ученые создали "кристаллографию без кристаллов"

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

Японские ученые открыли способ исследования структуры молекул в рентгеновских лучах без предварительной кристаллизации. Новая методика опубликована в журнале Nature. Обзор статьи приводится на сайте издания.

Зафиксировать молекулы для последующего просвечивания рентгеновскими лучами помогла специально разработанная металло-органическая структура. Этот пористый материал содержит ячейки, которые «впитывают» лишь отдельные молекулы исследуемого химического соединения.

Исследования показали, что для данного метода теоретический минимум, которого достаточно для анализа материала, составляет 80 нанограммов. Ученым уже удалось определить химический состав редкого секрета морской губки при наличии пяти микрограммов соединения. В будущем авторы работы планируют создать пористые структуры с более крупными ячейками, которые позволят изучать строение белков.

Рентгеноструктурный анализ (рентгеновская кристаллография) изучает структуру вещества по дифракционной картине после просвечивания рентгеновскими лучами и является самым распространенным способом анализа молекулярной структуры различных соединений. Обязательным условием детального определения химического состава является фиксирование отдельных молекул.

Наиболее распространенный способ фиксации молекул — кристаллизация раствора исследуемого соединения. Именно этот процесс является одним из главных ограничивающих факторов для использования рентгеноструктурного анализа, поскольку далеко не все материалы поддаются кристаллизации. Прежде всего это относится к мембранным белкам, многие из которых являются важными с точки зрения медицины рецепторами.

В 2012 году был предложен другой альтернативный метод исследования структуры белков без разрушения образца и без использования кристаллизации. Закрепленные на углеродных нанотрубках молекулы облучали потоком электронов, что позволило получить голограмму белка.

Источник: Лента.Ру

Размер протона озадачил физиков

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

Физики провели измерение размера протона, результаты которого вновь оказались отличны от результатов других методов, причем причины этих различий до сих пор не ясны.

Для измерения размера протона (точнее, радиуса Земаха частицы) ученые использовали метод лазерной спектроскопии. Сначала атом водорода-1 (состоящий всего из двух частиц: протона и электрона) облучали потоком мюонов. Согласно стандартной модели, мюоны вместе с нейтрино являются близкими родственниками электронов.

В результате облучения в некоторых из атомов мюон замещал собой электрон, образуя мюонный водород. Спектр излучения такого водорода позволял физикам оценить радиус протона.

Размер частицы оказался на четыре процента меньше, чем было установлено другими методами. Он составил 0,84 фемтометра, одной триллионной миллиметра (10?15 метра). Данные новых измерений совпали с ранее опубликованными значениями, установленными с помощью подобного «мюонного» метода, но совершенно не согласовывались с другими измерениями.

По словам ученых, теоретически это может говорить о том, что мюон с протоном взаимодействует не так как предсказывает современная физика. Хотя такое объяснение опрошенные Nature эксперты и считают маловероятным, другого у них пока нет.

Современные представления ученых о взаимодействии элементарных частиц представлены так называемой Стандартной моделью. Одной из последних частиц, предсказанных этой моделью, является бозон Хиггса. Частицу, которая может оказаться бозоном Хиггса, обнаружили сотрудники Большого адронного коллайдера летом 2012 года.

Статья ученых опубликована в журнале Science , а ее краткое содержание приводит NatureNews.

Этот крошечный левитирующий диск передвигается с помощью света лазера

Источник: «Электронный журнал DailyTechInfo »

 Схема эксперимента
Зеленый: атомы в основном состоянии, красный: ридберговские атомы
 

Такие понятии как левитация и антигравитация будоражат мысли людей, начиная с появления сказок о волшебном летающем ковре-самолете. Но, к сожалению, катание на антигравитационной доске является делом еще далекого, очень далекого будущего, несмотря на то, что многочисленные группы ученых ведут интенсивные исследования в этом направлении. Одной из таких групп является исследовательская группа из японского университета Аояма Гакуин (Aoyama Gakuin University), которые научились управлять левитирующим в магнитном поле графитовым диском с помощью луча света лазера.

Как можно увидеть на приведенном ниже видеоролике, в зависимости от точки падения луча лазерного света меняется направление движения графитового диска. Это происходит из-за того, что энергия лазерного света нагревает охлажденный до сверхнизкой температуры графитовый диск в точке контакта, что приводит к кардинальному изменению магнитных свойств графита в локальной области. В этой точке нарушается баланс сил магнитного взаимодействия и появляются силы, заставляющие графитовый диск перемещаться в нужном направлении или вращаться вокруг своей оси.

Несмотря на то, что система магнитов и графитового диска действует весьма успешно, вряд ли ей суждено стать тем, что позволит воплотить в реальности парящий в воздухе скейтборд Марти МакФлая из цикла фильмов "Назад в будущее". Но, вполне вероятно, что подобные эффекты могут найти практическое применение в конструкции электрогенераторов, которые вращаются в магнитном поле и вырабатывают электрическую энергию за счет энергии падающих на них лучей солнечного света.

Физики опустили температуру калия ниже абсолютного нуля

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

Немецкие физики создали квантовое облако атомов калия, распределение энергии в котором таково, что его температура имеет отрицательное абсолютное значение. Работа опубликована в журнале Science, а ее краткое содержание приводит ScienceNow.

Температура тела отражает среднюю энергию его отдельных атомов или молекул. Обычно большинство частиц имеет низкую энергию, а высокоэнергетичными является меньшинство. При повышении температуры количество более энергетичных молекул повышается, и в пределе (при бесконечной температуре) становится равномерным.

Классическое распределение энергий частиц в газе известно как распределение Больцмана. Ранее, в работах по квантовой физике было показано, что оно не всегда обязано выполняться. Теоретически, можно представить тело, в котором распределение энергий будет обратно распределению Больцмана, то есть большинство частиц будут находиться в высокоэнергетичном состоянии, а нижние уровни распределения энергии будут "пустовать". Такое тело будет обладать отрицательной абсолютной температурой, что и удалось продемонстрировать авторам.

Ученые при помощи лазерных лучей распределили атомы калия в узлах правильной решетки на специальной подложке. Частицы находились в вакууме и были охлаждены до температуры, близкой к абсолютному нулю (- 273 градуса Цельсия). Таким образом, энергия частиц "калиевого облака" также была близка к минимуму.

После того, как атомы были стабилизированы в низком энергетическом состоянии, исследователи резко поменяли локальное магнитное поле. В результате изменения, атомы вместо небольшого отталкивания стали сильно притягиваться друг к другу. Фактически, они единовременно оказались на вершине потенциальной энергии. Однако, благодаря действию лазеров, частицы не стали двигаться и терять энергию, а так и остались в этом состоянии.

Исследование тел с отрицательной температурой интересно не только с точки зрения термодинамики. Такие тела, по словам ученых, могут выступать в качестве модели темной энергии, которая "отвечает" за ускоренное расширение Вселенной.

Источник: Лента.Ру

Группа японских физиков решила вырастить кристаллы в условиях нулевой гравитации

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

Они сумели преодолеть лабораторные ограничения, существующие для своеобразной динамики выращивания кристаллов гелия. Результаты этого эксперимента представлены в Институте физики и опубликованы Новом физическом журнале Немецкого общества физиков. Они помогут ученым выявить некоторые фундаментальные физические аспекты создания таких кристаллов, а также явления, которые обычно скрыты из-за влияния силы тяжести.

Сначала кристаллы были выращены с использованием сверхвысоких давлений и сверхнизких температур (-272 градуса по Цельсию), потом их сбрызгивали "каплями" того же гелия в сверхтекучем состоянии. Твердый гелий, как ни парадоксально эту звучит, обнаруживает свойства сверхтекучей жидкости. Сверхтекучесть – особое состояние квантовой материи, когда она ведет себя как жидкость, но при этом обладает нулевой вязкостью. Сверхтекучее вещество также может проходить через тончайшие зазоры совершенно без трения.

Ведущий автор исследования, профессор Рюдзи Номура, сказал: "Кристаллы гелия могут очень быстро вырастать из сверхтекучей материи. Это идеальный материал для изучения фундаментальных свойств таких кристаллов, поскольку они образуются очень и очень быстро".

Обычным классическим кристаллам могут потребоваться тысячи лет для того, чтобы принять окончательную форму. Гелий же при низких температурах образует кристалл за секунду. Однако когда кристаллы гелия растут при наличии гравитации, они легко деформируются.

Чтобы не использовать дорогостоящую космическую технику, ученые использовали для экспериментов небольшой реактивный самолет. На определенных траекториях, в параболическом полете, самолет находится в условиях невесомости в течение 20 секунд. За 20 часов полетов ученые сумели провести восемь экспериментов.

На борту самолета установили небольшой специальный лабораторный холодильник. Большие кристаллы гелия размещали в его нижней камере высокого давления, а затем дробили их акустической волной, чтобы разрушить на мелкие кусочки. Потом брызгали сверхтекучим гелием-4. После этого кристаллики меньшего размера плавились, а крупные же быстро росли, достигая 10 мм.

Образование кристаллов происходило благодаря процессу, известному как Оствальдовское созревание. В быту мы наблюдаем нечто подобное у мороженого – оно становится твердым и хрустящим со временем, когда более крупные кристаллы льда растут за счет мелких кристалликов. Однако Оствальдовское созревание – процесс медленный и никогда ранее не был замечен в процессе выращивания таких больших кристаллов за такой короткий период времени.

С помощью лазерных лучей ученые MRQ создали квантовую материю, обладающую кристаллическими свойствами

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

И драгоценный алмаз, и дешевый графит состоят из одинаковых атомов углерода. Крошечным, но очень важным отличием этих материалов является геометрическая конфигурация их блоков. Один и тот же материал не может быть одновременно и алмазом, и графитом. Однако в квантовой физике такого ограничения нет - это продемонстрировала команда физиков во главе с профессором Иммануилом Блохом из Института квантовой оптики Макса Планка и Людвигом Максимиллианом из Мюнхенского Университета.
 Схема эксперимента
Зеленый: атомы в основном состоянии, красный: ридберговские атомы
 

Эксперименты проводились с ультраохлажденным квантовым газом. Под воздействием лазерного луча отдельные атомы можно упорядочить в правильные геометрические структуры. Но в отличие от классических кристаллов все возможные конфигурации квантового кристалла будут существовать одновременно. Это наблюдение было сделано после перехода частиц в т.н. ридберговское состояние, при котором они сильно возбуждаются энергией светового пучка.

"Наш эксперимент демонстрирует потенциал Ридберговских газов для создания новых состояний материи. Тем самым мы закладываем основу для квантового моделирования, например, квантовых магнитов", - говорит Иммануил Блох.

Эксперимент начался с охлаждения ансамбля из нескольких сотен атомов рубидия до температур, близких к абсолютному нулю, и поимки атомов в световую ловушку. Затем на атомное облако накладывалась периодическая световая решетка - т.н. оптическая решетка, обеспечивающая практически равномерное заполнение в центральной части атомной ловушки. Далее при помощи лазера атомы приводились в ридберговское состояние, в котором внешняя электронная оболочка находится на огромном расстоянии от ядра. В результате область воздействия этих атомов выросла примерно в 10 000 раз до просто огромного размера - нескольких микрометров, порядка 1/10 человеческого волоса. Теперь эти атомы начали взаимодействовать через т.н. силы Ван-дер-Ваальса.

Взаимное отталкивание этих атомов приводит к тому, что они располагаются на расстоянии в несколько микрометров друг от друга. Возникает пространственная корреляция между атомами, что, в зависимости от количества возбужденных атомов, приводит к разным геометриям кристаллической решетки. Если точнее, все возможные кристаллические решетки существуют там одновременно. Это новое состояние вещества является очень хрупким, оно существует, только пока включен лазерный луч и атомы возбуждены.

Делая "мгновенные снимки" таких конфигураций специальной техникой с высочайшим разрешением, ученые выявили различные геометрии этого кристалла. Типичные конфигурации - это три атома в равностороннем треугольнике, четыре или пять образуют квадраты и правильные пятиугольники. Эксперименты хорошо согласуются с предсказаниями численного моделирования.

Как заставить воду левитировать над водой?

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

При падении на воду капля сливается с ней. Или нет? Ну то есть на самом деле она сначала погружается в воду, а затем подпрыгивает, почти выныривая из неё. Почему это происходит? По одним теориям, всё дело в прослойке воздуха между стенками капли и сторонней водной поверхностью, которая мешает капле слиться с «большой водой». Однако при некоторых условиях она не подпрыгивает. Как выяснилось, такие условия складываются тогда, когда на каплю действуют вибрации, сбивающие «подпрыгивание».
 Схема эксперимента
Капля воды на поверхности воды же может оставаться обособленной неограниченное время: достаточно воздействовать на неё вибрациями. (Иллюстрация P. Cabrera-Garcia, R. Zenit.)
 

Мексиканские исследователи Пабло Кабрера Гарсия (Pablo Cabrera-Garcia) и Роберто Зенит (Roberto Zenit) поместили сосуд с мыльной водой на обычные аудиоколонки и принялись «играть» с испускаемыми ими вибрациями (воспроизводить различные звуки), пристально поглядывая на воду и капли. В итоге капли вообще перестали сливаться с водой, «левитируя» над ней неограниченное время.

Более того, оказалось, что в случае соседства большого числа таких «зависших» капель они начинают сбиваться в группы. При обычных условиях эти группы не могут превышать определённый размер. Но если усилить вибрацию и создать на водной поверхности нелинейные стоячие волны Фарадея, то они могут быть весьма и весьма большими:

Интересно, что уже сейчас имеются технологии, позволяющие создавать на водной глади волны почти любой формы. В случае если их удастся использовать для управляемого передвижения таких массивов капель, подобные «фокусы» могут оказаться очень полезными в целом ряде прикладных направлений.

Результаты исследования представлены на LXV съезде Американского физического общества.

В Стокгольме объявили лауреатов Нобелевской премии по физике

Источник: «РБК daily»

Шведская королевская академия вручила премию французу Сержу Арошу и американцу Дэвиду Уайнлэнду за разработки в области квантовой физики, сообщает РБК. Исследователи изучили фундаментальное взаимодействие между светом и материей и научились управлять отдельными квантовыми системами, не разрушая их.

Благодаря изобретению ученых в будущем можно будет создать самые точные в мире «атомные» часы, которые по своим свойствам значительно превосходят обыкновенные астрономические, и квантовые компьютеры, способные обрабатывать информацию с рекордной скоростью. В квантовых компьютерах информация хранится в виде набора квантовых состояний, поэтому ее невозможно похитить или копировать, говорится в сообщении Нобелевского комитета.

Серж Арош возглавляет исследования в квантовой физике в Коллеж де Франс. Ранее он работал в Йельском университете. Дэвид Уайнлэнд работает в Национальном институте стандартов и технологий в городе Боулдер, штат Колорадо. Ученые проводили свои эксперименты независимо друг от друга, но пришли к одинаковым результатам.

По правилам, утвержденным Нобелевским комитетом, имена кандидатов можно будет узнать лишь через 50 лет. Самыми популярными кандидатами считались исследователи бозона Хиггса — частицы, которая отвечает за наличие массы у материи. Также называли имена Чарльза Беннета, Уильяма Уотерса и Джилла Брассарда, которые описали протокол квантовой телепортации.

Претендентами на получение «нобелевки» также считались американские исследователи Стивен Харрис и Лин Хау, проводившие эксперименты по замедлению скорости света. На данном этапе разработки им удалось уменьшить скорость света в 1200 раз. Эта технология применяется в оптике для задержки распространения света в оптических поверхностях и может использоваться, в частности, для увеличения скорости Интернета в оптоволоконных сетях.

В прошлом году Нобелевская премия по физике была вручена американцам Адаму Рису, Солу Перлмуттеру и австралийцу Брайану Шмидту за открытие ускоренного расширения Вселенной и введение понятия «темная энергия».

Сумма Нобелевской премии составляет 10 млн шведских крон. Это около 1,4 млн долл. США. Церемония награждения по традиции пройдет в Стокгольме 10 декабря, в день смерти основателя Нобелевской премии Альфреда Нобеля. Нобелевская премия вручается с 1901 года.

Голландцы нашли на замерзающей капле особую точку

Источник: «Lenta.ru»

 Схема эксперимента
Четыре стадии замерзания (вверху) и рост инея на острие.
 

Физики из голландского Университета Твенте обнаружили, что у капель воды, находящихся на холодной поверхности, при замерзании образуются заостренные вершины. Наблюдение ученых опубликовано в журнале Physics of Fluids.

Ученые капали небольшое количество дегазированной и деионизированной воды на гладкую поверхность. Температуры воды составляла 20, температура поверхности -20 градусов Цельсия. За каплями наблюдали при помощи специального микроскопа. Формирование фронта льда было хорошо заметно из-за бокового освещения.

Оказалось, что на вершине капли при замерзании образуется заостренная вершина. Это объясняется сочетанием характерных для воды свойств: расширения при замерзании и сильного поверхностного натяжения.

Фронт замерзания движется в капле снизу вверх. Жидкая часть постоянно удерживается на вершине силами поверхностного натяжения. Вода при замерзании расширяется, но из-за того, что капля закреплена на поверхности, она не может расширяться в горизонтальном направлении. В результате, фронт замерзания приобретает вогнутую форму. На последней стадии замерзания лед выталкивает жидкость все выше и на конце капли образуется острая вершина. Этот феномен, по словам авторов, легко воспроизводится даже с обычной водопроводной водой.

У других жидкостей в сходных условиях острая вершина не образуется, так как они не расширяются при замерзании.

Интересно, что после образования на капле острого кончика он становится точкой кристаллизации водяного пара. При этом на нем вырастает "ледяное дерево" инея. Это хорошо видно на приводимом авторами видеоролике.

Криптографы впервые провели обмен секретным ключом по квантовому каналу между наземной станцией и самолетом

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

Обмен осуществлялся между передатчиком, установленным на движущемся самолете и приемником, который находился на крыше исследовательского центра. Передатчик двигался на расстоянии 20 километров от приемника со скоростью около 300 километров в час, а его угловая скорость приблизительно соответствовала движению коммуникационных спутников. Сеанс связи занял 10 минут. За это время по квантовому каналу удалось передать 10 килобайт данных.

Передача осуществлялась при помощи инфракрасного лазера, посылающего вспышки фотонов сниженной интенсивности. Во время движения система зеркал, установленных как на самолете, так и на базовой станции, постоянно проводила корректировку направления луча. Кроме того, в зависимости от угла, под которым посылался лазерный луч, вносились изменения в способ передачи сигналов. Это позволило авторам снизить уровень ошибок - он составил менее 5 процентов.

Обмен ключом по квантовому каналу позволяет добиться организации практически неуязвимой для злоумышленников секретной связи. Устойчивость квантового канала к подслушиванию основывается на том, что секретный ключ передается при помощи отдельных фотонов или их небольших групп. Попытки злоумышленников перехватить сообщение становятся сразу заметны легитимным пользователям (измерение необратимо разрушает фотоны). В таком случае сообщения игнорируются.

По квантовому каналу передаются только данные о ключе. Само сообщение, зашифрованное при помощи этого ключа, передается по обычному открытому каналу.

Ранее другая группа исследователей поставила рекорд по передаче квантовых свойств фотонов на расстояние. Для организации квантового канала ученые использовали лазеры, находящиеся друг от друга на расстоянии 140 километров. Создание квантового канала между неподвижным и движущимся объектом является, таким образом, следующим шагом к организации квантовой спутниковой связи планетарного масштаба.

Результаты испытания были представлены в докладе на конференции QCrypt в Сингапуре, кратко о них пишет New Scientist.

CERN публикует официальные результаты поисков бозона Хиггса

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

Постоянные читатели NNN наверняка помнят полуофициальное объявление, сделанное учеными CERN в июле-месяце этого года, в котором сообщалось об обнаружении новой частицы, по свойствам во многом походящей на бозон Хиггса. Бозон Хиггса, как полагают ученые, является ключевым элементом, который поможет утвердить в качестве теории или опровергнуть Стандартную модель физики элемнтарных частиц.

Дополнительные эксперименты и исследования, проведенные на Большом Адроном коллайдере (БАК) в августе месяце, сделали данное открытие бесспорным, а собранные научные данные были рассмотрены научной общественностью, признаны действительными и были изданы официально.

Результаты исследований CERN изданы в журнале Physics Letters B как две независимые статьи, находящиеся в свободном доступе.

Одна статья, «Observation of a new particle in the search for the Standard Model Higgs boson with the ATLAS detector at the LHC», как следует из ее названия, описывает результаты, собранные в ходе проведения эксперимента ATLAS коллайдера.

Вторая статья, «Observation of a new boson at a mass of 125 GeV with the CMS experiment at the LHC», представляет данные эксперимента CMS.

К сожалению, обе статьи содержат множество научных терминов и написаны языком, понять который способен только специалист.

Следует отметить, что

результаты, полученные с помощью БАК, с момента их первого оглашения были подвергнуты серьезным сомнениям. Теперь же эти результаты, подтвержденные дополнительными экспериментами, проверенные ведущими мировыми учеными и опубликованные в официальном научном издании, действуют как своего рода печать, поставившая конечную точку в долгосрочном и дорогостоящем эксперименте по обнаружению бозона Хиггса.

Уже в июле месяце результаты, предоставленные учеными CERN, имели высокий уровень достоверности, равный пяти сигма. Это означает, что

существует всего один шанс из 3.5 миллионов, что сделанное открытие является случайностью. Дополнительные данные, собранные за последнее время, снизили шанс того, что бозон Хиггса не существует, до одного из 300 миллионов.

Интересен тот факт, что журнал Physics Letters B является тем самым научным изданием в котором британский физик Питер Хиггс (Peter Higgs) в 1964 году издал свою статью «Broken symmetries, massless particles and gauge fields», положившую начало охоте за бозоном Хиггса. Сейчас же в этом же журнале издан материал, который поставил точку в этой охоте.

Ученым удалось проверить существование гравитационных волн

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

С помощью данных, полученных в результате исследования пары белых карликов, расположенных очень близко друг к другу, ученым удалось проверить существование гравитационных волн.

В последнем номере журнала The Astrophysical Journal Letters сообщается о том, что астрономам впервые удалось зафиксировать гравитационные волны, а, точнее, их последствия. Как бы там ни было, похоже, доказано существование этих волн, предсказанных еще Эйнштейном в его Общей теории относительности, и уже сам по себе этот факт может служить серьезным основанием для Нобелевской премии.

Существование гравитационных волн межуниверситетская группа ученых США обнаружила, наблюдая за системой из двух белых карликов под названием SDSS J065133.338+284423.37 (или для краткости J0651). Эта система, находящаяся в трех тысячах световых лет от Земли, была открыта в прошлом году. Ее отличительной особенностью является необычная близость планет друг к другу – расстояние между ними втрое меньше, чем от Земли до Луны, а их период вращения вокруг друг друга – менее 13 минут.

Согласно теории Эйнштейна, движущиеся по кривой объекты должны искривлять пространство-время, вызывая на его поверхности гравитационную рябь, иначе говоря, давно искомые гравитационные волны. Правда, чтобы эти волны стали заметны, гравитационные возмущения должны быть невероятно большими. Такими, например, как в случае движения почти слившихся белых карликов. Теория общей относительности требует, чтобы эти возмущения увеличивали энергию обеих звезд, ускоряя их движение и сокращая расстояние между ними. Такое ускорение должно происходить без вмешательства релятивистских эффектов и сказаться на частоте противостояний системы, иначе говоря, "карликовых затмений". По утверждению ученых, за время наблюдений с апреля 2011 года период таких затмений в системе J0651 сократился на 6 секунд.

Один из членов команды, Уоррен Браун из Смитсонианской астрофизической обсерватории, возглавляющей исследование, заявляет, что релятивистский эффект оказался настолько силен, "что его можно было бы измерить с помощью обычных наручных часов".

По расчетам, к маю 2013 года это период сократится еще на 20 секунд, тем самым ускоряя момент полного слияния звезд. Само же слияние произойдет немного позднее – примерно через два миллиона лет.

Американские ученые создали новую сверхтвердую форму углерода

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

Американские ученые создали новую сверхтвердую форму углерода - гибридный материал из аморфных компонентов, превосходящий по твердости и другим свойствам алмаз, и представили его миру в статье в журнале Science.

"Мы открыли новую аллотропную модификацию углерода, который сопоставим с алмазом в способности противостоять давлению. После превращения заготовки в новую форму углерода при сверхвысоком давлении, она остается стабильной и в нормальных условиях. Это означает, что этот материал можно использовать в самых разных практических целях", - пояснил руководитель группы физиков Лин Ванг (Lin Wang) из Института науки Карнеги в Аргонне (США).

Ванг его коллеги, в том числе выходец из России Станислав Синогейкин, изучали свойства аморфного углеродного материала, известного под кодовым называнием "углерод-60". Он напоминает по своей форме фуллерен и представляет собой шарик из соединенных друг с другом колец из пяти и шести атомов углерода.

Ученые растворили шарики "углерода-60" в органическом растворителе ксилоле, молекулы которого состоят из кольца атомов углерода и двух метильных хвостов, и приступили к экспериментам. Физики сжимали раствор под высоким давлением и следили за тем, как меняются свойства материала.

При небольших давлениях свойства раствора не менялись, однако при достижении отметки в 32,8 гигапаскаль, или 323 тысячи атмосфер, материал пережил структурную перестройку. В результате этого возник новый, сверхтвердый материал, не уступающий в твердости алмазу. Так, он способен поцарапать поверхность алмаза и выдерживает сопоставимые давления, что и его природный "конкурент".

Обнаружив столь необычный материал, Ванг и его коллеги изучили его структуру, просветив фрагмент новой формы углерода при помощи рамановского спектрографа. Оказалось, что их детище было аморфным, а не кристаллическим, что было достаточно неожиданным открытием. С точки зрения теории, сверхпрочные материалы с аморфным устройством могут существовать, однако на практике такие вещества не были известны до этого открытия.

По словам физиков, повышение давления до 32 гигапаскаль привело к частичной деформации сфер "углерода-60". Поврежденные сферы "слиплись" и потеряли способность восстанавливать свою форму, в результате чего данный материал приобрел устойчивость при нормальном давлении и температуре.

Молекулы растворителя играют ключевую роль в удивительных свойствах материала - выпаривание ксилола привело к разрушению фрагмента новой формы углерода. Скорее всего, это связано с тем, что небольшие молекулы растворителя повышают прочность материала, заполняя пустоты, возникшие при деформации "углерода-60".

Ванг и его коллеги планируют создать и другие виды похожих материалов, меняя число атомов в углеродных "шариках" и форму молекул растворителя. По их словам, это поможет лучше понимать то, почему данная форма углерода обладает столь высокой прочностью.

Физики уточнили динамику столкновения летящего комара и капли воды

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

Физики уточнили динамику столкновения летящего комара и капли воды. В частности, им удалось определить, каким образом комары летают во время дождя. Статья ученых появилась в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, а ее краткое изложение приводит Nature News.

В рамках нового исследования ученые пытались понять базовые принципы взаимодействия комара с каплей. Для работы они использовали высокоскоростную камеру, которая снимала полет комара в установке, где специальным насосом имитировался дождь (необходимость специального оборудования была обусловлена тем, что ученым необходимо было получить динамику, сравнимую с динамикой настоящего дождя).

По словам ученых, в среднем линейные размеры комара составляют около 3 миллиметров при массе в 2 миллиграмма. В свою очередь диаметр капли воды составляет 2–3 миллиметра при массе в 100 миллиграммов. Вертикальная составляющая скорости капли при этом достигает 9 метров в секунду. Капля попадет в комара в среднем раз в 20 секунд.

Исследователям удалось определить, что при попадании капли по лапкам комар кувыркается вбок, практически не меняя направления движения. При этом при попадании капли в тело комар в течение короткого промежутка времени движется вместе с каплей вниз на расстояние порядка 60 миллиметров, после чего покидает ее.

Ученые говорят, что энергии капли достаточно, чтобы убить комара при попадании, если тот находится на твердой поверхности, однако встреча в воздухе проходит для комара почти без последствий (при этом, правда, комар испытывает перегрузки порядка 100 g, но они не причиняют ему вреда). Физики связывают это с тем, что движение вместе с каплей позволяет минимизировать передачу энергии от капли насекомому – скорость капли почти не меняется после встречи с комаром.

По словам исследователей, на настоящий момент практически нет результатов, касающихся вопросов биомеханики полета насекомых во время дождя. Ученые надеются, что их исследование положит начало изучению этой темы, поскольку в будущем такого рода исследования могут быть полезны, например, при создании миниатюрных летательных аппаратов.

Создан электронный интерфейс между мозгом и мышцами

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 Схема эксперимента
Схема эксперимента. Создатели системы полагают, что со временем её можно будет доработать и испытать на людях с повреждённым спинным мозгом (иллюстрация Miller Lab of Limb Motor Control).
 

Новая технология позволяет головному мозгу произвольно управлять мышцами конечностей, минуя спинной мозг. Потенциально она позволит вновь вернуть подвижность парализованным пациентам. Пока, правда, система испытана только на животных.

Нейрофизиологи из школы медицины Северо-Западного университета построили систему, которая позволила обезьянам довольно точно действовать парализованной рукой (временный паралич достигался инъекцией препарата, блокирующего прохождение нервных сигналов).

Для начала учёные внедрили в мозг животных крошечные многоэлектродные имплантаты, фиксировавшие деятельность около 100 нейронов. Подопытным приматам задали задание – подбирать мячик на конце изогнутой трубки и снова бросать его точно в отверстие.

Во время этих тестов компьютер записывал сигналы, которые мозг посылал в руку. Далее исследователи разработали алгоритм дешифровки, позволяющий по активности всего сотни ключевых нейронов восстанавливать команды, выдаваемые мышцам.

Далее при помощи местной анестезии учёные прервали связь мозга с рукой у подопытных обезьян. К руке экспериментаторы подключили нейропротез. Тот посылал в мышцы слабые электрические импульсы в соответствии с командами компьютера, который, в свою очередь, на лету расшифровывал двигательные сигналы мозга и формировал правильные послания всего за 40 миллисекунд.

Хотя с таким обходным путём управления точность движений обезьян снизилась, они быстро научились выполнять всё тоже задание с мячиком. Авторы работы говорят, что ситуация тут напоминает момент, когда вы берёте в руки новую компьютерную мышь или новую теннисную ракетку – поначалу движения кажутся непривычными, но вскоре мозг приспосабливается к новой обстановке, учится, как правильно действовать новым предметом.

Испытан новый способ конверсии инфракрасной картинки в видимую

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 маска и снимки
Сверху вниз: прямой снимок маски для ИК-лучей, сигнал, прошедший через рабочую ячейку, и изображение, конвертированное ею в видимое (фото Dong-Sheng Ding et al.).
 

Смешивание волн в атомарном паре может показаться слишком сложным процессом для массового воспроизведения, но изобретатели считают иначе: метод ещё нуждается в доводке, однако, мол, у него хорошие перспективы в промышленности и науке.

Авторы эксперимента отмечают, что существующие ИК-датчики или недостаточно чувствительны, или обладают довольно узким диапазоном улавливаемых длин волн, или наделены малым разрешением, а если обходят все эти проблемы, то нуждаются в охлаждении до низких температур (в противном случае полезный сигнал забивается шумами).

С другой стороны, обычные матрицы для поимки видимого света производятся в огромных количествах, они надёжны и дёшевы. Потому заманчивым выглядит создание инфракрасных приборов ночного видения или ИК-видеокамер, использующих такие простые матрицы и некое устройство, которое могло бы с хорошей эффективностью превращать тепловые фотоны в фотоны видимого диапазона.

Именно такой преобразователь и испытала группа физиков из Китайского университета науки и технологий (USTC). В их опытной установке использовано явление четырёхволнового смешивания (four-wave mixing). Это взаимодействие между несколькими волнами в нелинейной среде, приводящее к появлению излучения на новой частоте (его, к примеру, использовал экспериментальный усилитель света на микрочипе).

Обычно такие опыты проводятся с нелинейными кристаллами и лазерами относительно высокой мощности. Физики из Поднебесной выбрали совсем иной подход.
 Схема установки
Схема установки (справа) и прыжки рубидия между основным, средним и верхним энергетическими уровнями (слева). Расшифровки и пояснения — в тексте (иллюстрация Dong-Sheng Ding et al.).
 

Сердце китайской установки – пятисантиметровый контейнер с газом рубидия (Rb85), нагретым до 140 градусов Цельсия. В него с разных сторон подаются два различных по частоте луча накачки от обычных маломощных диодных лазеров (Pump 1, 2 на схеме вверху), а также луч, несущий полезный инфракрасный сигнал.

Последний был получен при пропускании инфракрасных волн через трафарет с вырезанными цифрами 0, 2, 3, 4, 5 и 6. Сигнал этот проходил через линзу и фокусировался на ячейке с газом.

Лазеры накачки переводили атомы рубидия в возбуждённое состояние, при этом частоты были подобраны так, что при возвращении атомов «вниз» излучался видимый (красный) свет, рассказывает Technology Review. Но для запуска процесса требовалось дополнительное воздействие ИК-излучения, как раз от полезного сигнала.

В результате такого взаимодействия ячейка выдавала копию инфракрасной сцены, но уже в видимом диапазоне. Этот свет, происходящий от смешивания волн (FWM light на схеме), после фокусировки с помощью оптики снимала самая обычная ПЗС-матрица (CCD).

Как можно увидеть на фото под заголовком, восстановленное изображение получается не столь резким, как инфракрасный оригинал. И ведь даже такую чёткость удалось получить только после подбора ряда параметров ячейки. Это размытие происходит из-за быстрого движения атомов рубидия.

Но зато, полагают новаторы, данный метод конверсии ИК-лучей очень прост, не требует сложных или дорогих материалов и оборудования, а потому перспективен для дальнейшего исследования и улучшения. (Подробности эксперимента можно найти в статье, размещённой на arXiv.org.)

Физики отсняли дифракцию больших молекул в реальном времени

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 опытной установки.
Основные части опытной установки.
 

Опыт с прохождением крупных молекул сквозь щели сопоставимого с ними масштаба не только эффектно продемонстрировал корпускулярно-волновой дуализм вещества, но и представил новый способ изучения сложных соединений и их поведения на границе классической и квантовой физики.

Учёные из Венского университета провели красивый эксперимент с дифракцией и интерференцией молекул фталоцианина и его производных (врезки d и e на рисунке ниже), весящих до 1298 атомных единиц массы.

Как и в похожем предыдущем опыте, главной целью было проявление квантовой природы молекул. Причём во главу угла была поставлена наглядность.

Фталоцианин и его вариации использовались именно потому, что это — флуоресцентные красители, единичные молекулы которых можно эффективно снимать на видео при помощи микроскопа с камерой, попутно определяя их положение с точностью 10 нм.

Пучок летящих друг за другом молекул в вакуумированной трубе создавался при помощи испарения с поверхности стекла (W1 на рисунке вверху) очень тонкого слоя красителя, «нежно» нагреваемого слабым (50 мВт) лазерным лучом с длиной волны 445 нм (синий цвет).

Оригинальная техника измерения площади красителя на стекле позволила убедиться, что с поверхности образца вылетали друг за другом именно единичные молекулы, а не их конгломераты.

Далее эти путешественники пролетали сквозь коллиматорную щель (S), а вслед за ней — дифракционную решётку (G) из нитрида кремния. Её толщина составила всего 10 нм, шаг решётки – 100 нм, ширина разрезов – 50 нм.
 опытной установки.
Несколько кадров из фильма с фталоцианином, сделанных в начале опыта (a) и через две минуты (b), 20 мин (c), 40 мин (d), 90 мин (e). g – направление силы тяжести. Масштабные линейки — 20 мкм. Цветная шкала отражает число пойманных фотонов (от нуля до 650)
 

Эта решётка была создана специально для данного опыта в университете Тель-Авива (Tel Aviv University). Её малая толщина позволила свести к минимуму вредное влияние сил Ван-дер-Ваальса, возникающих между молекулами решётки и пролетающими сквозь щели молекулами красителя. А такое взаимодействие могло исказить интерференционную картину.

После решётки молекулы попадали на поверхность второго (финишного) кварцевого окна (W2), где их возбуждал другой лазер (661 нм, красный), направляемый на пластину под углом так, чтобы не засвечивать камеру.

Флуоресценция фталоцианина снималась через объектив микроскопа и фильтр при помощи светочувствительной матрицы с электронным умножением (EMCCD), способной ловить единичные фотоны.

Таким изящным методом европейским учёным удалось получить фильм, в котором видно, как со временем (по мере выпуска всё новых и новых молекул) на финальной пластине всё ярче и ярче проступает интерференционная картина, передаёт EurekAlert. Благодаря дифракции на ультратонкой решётке случайно прибывающие на финиш массивные частицы великолепно проявляли свою волновую сторону.

Новая установка фиксировала почти 100% частиц, выпущенных на старте и прошедших через решётку, рассказывают учёные. Были получены кривые, описывающие картину интерференции этих частиц как волн. По ним можно было вычислить немало параметров самих молекул.

При этом распределение молекул по вертикали (вдоль направления щелей решётки и действия силы притяжения Земли) показало распределение их по скоростям. От скорости же молекулы (а также от её массы), как известно, зависит длина её волны де Бройля, представляющей эту частицу.

(Детали опыта можно найти в статье в Nature Nanotechnology.)

Физики впервые передали сообщение по нейтринному лучу

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 Схема опыта
Схема опыта (иллюстрация University of Rochester).
 

Учёные переправили слово «neutrino» через 240 метров скальной породы, используя для этого сами нейтрино — частицы крайне слабо взаимодействующие с веществом.

Исследователи из университетов Северной Каролины (NC State) и Рочестера впервые в мире реализовали на практике идею нейтринной связи, выдвигавшуюся неоднократно на протяжении десятков лет.

Поскольку нейтрино беспрепятственно пронзают земной шар, потоки таких частиц могли бы доставлять «письма» по прямой линии с континента на континент. Ещё они могли бы переносить потоки байтов с Земли прямо на обратную сторону Луны, сквозь спутник нашей планеты.

Эти же частицы оказались бы интересным способом передачи сообщений на подводные лодки, пребывающие на любой глубине (такой проект был рассчитан и обоснован в 2009 году).

Но хотя учёные уже давно посылают потоки нейтрино сквозь Землю и успешно ловят их даже за сотни километров, в подобных опытах никогда ещё не передавалась информация по нейтринному пучку.

Авторы сенсационного опыта воспользовались многокилометровым ускорителем лаборатории Ферми (Fermilab) близ Чикаго. Тот разгонял протоны и направлял их в углеродную мишень.

В результате цепочек превращений субатомных частиц рождался очень интенсивный пучок нейтрино, который и отправлялся сквозь скалы в так называемый ближний детектор MINERvA, установленный в пещере на глубине 100 метров под землей.

Этот многотонный аппарат, строительство которого было завершено в 2010 году, – первый в мире прибор, предназначенный для изучения взаимодействия высокоинтенсивных пучков нейтрино с пятью различными по составу мишенями.

Несмотря на большие размеры и относительную близость к источнику, даже этот аппарат способен улавливать одно нейтрино из каждых десяти миллиардов, пронзающих его насквозь. Неудивительно, что опыт по передаче простого сообщения продолжался два часа.

Учёные закодировали слово «neutrino» двоичным кодом, в котором единице соответствовала посылка большой группы нейтрино, а нулю – пауза в нейтринном луче.

После того, как детектор поймал эти прерывистые пучки, компьютер успешно перевёл нули и единицы обратно в словно «neutrino».

Разумеется, признают авторы эксперимента, использование гигантских научных установок не позволяет пока называть нейтринную связь практичной. Да и скорость передачи сообщения очень мала.

Но ведь это – только первый практический шаг на пути развития перспективной технологии передачи информации на огромные расстояния без использования электромагнитных волн.

(Результаты опыта будут опубликованы в журнале Modern Physics Letters A.)

Российские биологи вырастили кусты из 30-тысячелетних семян

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 нормальные взрослые растения  

Сохранённые в вечной мерзлоте на берегах реки Колыма, эти семена некогда были припасены сусликами в своих норах, да так и остались законсервированными на века. Возрождённые в подмосковном институте растения — самые древние из когда-либо возвращённых к жизни.

Исследование выполнила группа учёных под руководством Давида Гиличинского из Института физико-химических и биологических проблем почвоведения. По информации BBC News, биологи обнаружили около 70 нор древних сусликов, расположенных на глубинах от 20 до 40 метров по отношению к современной поверхности.

Особенности льда показали, что норы эти были однажды заморожены и больше никогда не оттаивали. Таким образом, извлечённые из нор запасы постоянно оставались на холоде.

Среди этих припасов учёных заинтересовали семена смолёвки узколистной (Silene stenophylla), до сих пор произрастающей в том же регионе.

После нескольких неудачных попыток экспериментаторам удалось вырастить несколько кустиков этого растения. Точнее, учёные сумели воспользоваться вырезанным фрагментом незрелых, но хорошо сохранившихся семян, названным в работе «плацентарной тканью».

По версии авторов эксперимента, использованные клетки были богаты сахарозой, а она является не только питательным компонентом, но и консервантом. Вероятно, потому данные фрагменты древней смолёвки так хорошо сохранились и оказались способными к оживлению.

Биологи сравнили древний кустарник с современными экземплярами того же вида. Как передаёт «РИА Новости», форма и цвет обоих растений идентичны, за исключением соцветий. Лепестки современной смолёвки более широкие и «рассечённые». Кроме того, у древнего кустарника были «женские» и «мужские» соцветия, тогда как цветы его современного родственника сочетают в себе пестики и тычинки.

Результат исследования опубликован в PNAS.

Добавим, что прежний рекордсмен по «воскрешению» — пальма, выращенная из косточки возрастом 2000 лет.


После появления ростков в лабораторных чашках учёные пересадили побеги в горшки, получив нормальные взрослые растения (фото Yashina et al./ PNAS).

Учёные построили точную модель части Солнечной системы внутри одного атома калия, раздутого до долей миллиметра

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 волновой пакет
«Троянский» волновой пакет, обращающийся вокруг ядра атома, словно группа астероидов-троянцев (кадр Rice University).
 

Учёные построили точную модель части Солнечной системы внутри одного атома калия, раздутого до долей миллиметра. Такой трюк исследователи выполнили, чтобы показать интересные пересечения между квантовой и классической физикой.

Представление о том, что электроны вращаются вокруг ядра атома по чётким орбитам, словно шарики-планеты вокруг звезды, – устарело. Квантовая природа субатомных частиц и их дуализм (электрон – и частица, и волна одновременно) приводят к тому, что электроны будто размазываются вокруг ядра и физикам остаётся рассуждать только о вероятности их нахождения в том или ином месте, описывая частицы волновой функцией.

Однако, как оказалось, при определённых условиях электрон можно заставить бегать вокруг ядра почти что как планету, то есть – локализовать его, не нарушая связанности частей системы.

Экспериментаторы из университетов Райса, Венского технологического и американской национальной лаборатории в Окридже создали атом Ридберга, в котором электрон находился в высоковозбуждённом состоянии (на высоком энергетическом уровне).

Далее при помощи импульсов электрического поля учёные заставили волновую функцию электрона коллапсировать. Частица обратилась в локализованный волновой пакет, внешне напоминающий запятую (это были границы, где электрон может быть найден). В таком состоянии электрон продолжил обращение вокруг ядра, но на очень короткое время.

Физики же хотели заставить его бегать по орбите бесконечно, и так, чтобы не нарушалась целостность атома. Учёные приложили к атому вращающееся радиочастотное электрическое поле, передаёт PhysOrg.com. Поле захватило локализованный электрон (ту самую «запятую») и заставило синхронно обращаться вокруг ядра. Другой электрический импульс позволил сделать мгновенную «фотографию» такой экзотической системы.

Последние находятся в точках Лагранжа на орбите Юпитера, и все вместе формируют две «запятые» (по форме похожие на локализованный волновой пакет), опережающие газовый гигант и отстающие от планеты в её пути вокруг Солнца.

И пусть поведение астероидов и планет описывается классической механикой, совпадение тут далеко не случайно. Знаменитый датский физик Нильс Бор ещё в 1920 году сделал прогноз об отношении между законами движения Ньютона и квантовой физикой.

«Бор предсказал, что квантовомеханическое описание физического мира для систем достаточного размера будет совпадать с классическим описанием, представленным ньютоновской механикой, — говорит лидер группы исследователей Барри Даннинг (Barry Dunning). — Бор также указал на условия, при которых это соответствие можно было бы наблюдать. В частности, такое совпадение должно проявляться в атомах с очень высоким значением главного квантового числа».

Именно это предсказание и подтвердили учёные. В их опытах главное квантовое число электрона в ридберговском атоме составляло от 300 до 600. «В таких возбуждённых состояниях атомы калия в сотни тысяч раз больше, чем обычно, и походят по размеру на точку в конце предложения, — объясняет Даннинг. — Таким образом, они являются хорошими кандидатами для проверки предсказания Бора».

Так же как волновой пакет в ридберговском атоме был захвачен комбинированным электрическим полем ядра и внешних волн, астероиды-троянцы контролируются совместным гравитационным полем Солнца и Юпитера, — продолжают проводить аналогию физики.

Подробности эксперимента можно найти – в статье в Physical Review Letters. В дальнейшем авторы этой работы хотят локализовать сразу два электрона и заставить их бегать вокруг ядра как две планеты – каждая по своей орбите.

Учёные создали камеру с частотой триллион кадров в секунду

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 

Самая быстрая видеокамера в мире способна разглядеть продвижение ультракороткого импульса света через однолитровую бутылку, подобно тому как обычные скоростные камеры в деталях снимают пролёт пули сквозь яблоко.

Уникальную систему построили Рамеш Раскар (Ramesh Raskar) из Массачусетского технологического института и сотрудники его лаборатории Camera Culture при участии группы Бавенди (Bawendi Group).

Раскар известен нам по целому ряду впечатляющих опытов. Достаточно вспомнить камеру, снимающую за углом. Она, кстати, является близкой родственницей новинки – у них есть общие элементы и схожи приёмы работы со светом.

Экспериментаторы называют новую систему Trillion FPS Camera. Правда, на деле эффективное время экспозиции каждого кадра тут составляет 1,71 пикосекунды (триллионных долей секунды), так что аппарат отображает продвижение света по сцене с частотой съёмки «всего» в 0,58 триллиона кадров в секунду. Но округление авторам удивительной машины вполне можно простить.

Для сравнения, предыдущая научная установка для фиксации быстротечных событий выдавала более шести миллионов кадров в секунду.

Заметим, однако, что ещё один метод замедленной съёмки, базирующийся на голографии (light-in-flight holography), позволяет достичь большего темпа — целых 100 миллиардов кадров в секунду. Увы, эта технология пригодна вовсе не для любых ситуаций, так как работает только с когерентным светом. А его лучи теряют согласованность сразу же, как только проходят сквозь разные объекты, и потому метод отказывает.

В способе съёмки Раскара свет может быть самым обычным, а лазер в роли подсветки тут применяется не из-за когерентности исходного пучка, а из-за необходимости в ультракоротких вспышках.

В качестве основы для новой системы учёные использовали стрик-камеру (streak camera). В таком устройстве лучи света попадают на фотокатод через узкую щель.

Выбитые электроны за счёт быстроменяющегося электрического поля отклоняются в направлении, перпендикулярном щели. Далее они летят к детектору.

Таким способом временная развёртка короткого импульса света превращается в пространственную. Прибывшие чуть раньше фотоны отражаются в детекторе в несколько иной позиции, чем частицы прилетевшие чуть позднее.

Изображения, добываемые с помощью такой камеры, получаются двумерные, передаёт институт, но при этом одно измерение в кадре является пространственным (оно расположено вдоль щели), а второе – это время.

Чтобы зафиксировать сцену полностью, изобретатели применили медленно поворачивающееся зеркало, направляющее взгляд щелевой камеры на новые и новые линии.

Для съёмки целого ролика пробег волнового фронта вдоль сцены следует повторить миллионы раз. А чтобы взаимное расположение световых полос в кадрах было правильным, необходимо точно синхронизировать импульсы лазера подсветки (частота следования – 13 наносекунд, ширина импульса – несколько фемтосекунд) и срабатывание детекторов. Последние воспринимают отражённый от объектов свет с временным разрешением примерно в пикосекунду.

Сложная оптика и электроника, необходимая для синхронизации работы всех частей комплекса, как раз составляют секрет «триллионной камеры». Но не единственный.

Важно, что снимаемые объекты остаются неподвижными, так что картина прокатывающихся по ним световых импульсов – всегда одна и та же. Это и позволяет вести съёмку одной задуманной сцены в течение нескольких минут (за это время сканирующее зеркало снимает множество узких линий в поле зрения камеры).

Если вернуться к аналогии с пулей и яблоком, то в данном случае учёные словно получают в финальном ролике один её пролёт по экрану после миллионов попыток – яблоко просто «расстреливают из пулемёта».

Дальнейшая обработка колоссального массива информации (расположение фотонов и время их фиксации в детекторе) отдаётся на откуп компьютеру. Придуманные Рамешом и его коллегами математические алгоритмы позволяют сформировать из таких данных результирующий ролик, состоящий всего из 480 кадров.

Легко посчитать, что за весь фильм (он показывает нам событие, разворачивающееся на протяжении 0,8 наносекунды) световой луч успевает пробежать по сцене примерно 25 сантиметров, а за один кадр – примерно полмиллиметра.

Андреас Фельтен (Andreas Velten), один из авторов этой системы, называет её «ультимативной», мол, «во Вселенной нет ничего со столь быстрым взглядом, как у этой камеры».

Её создатели также подчёркивают, что вдохновлялись съёмками летящих пуль, впервые проведённых десятилетия назад. Тогда ключом к остановке мгновения были фотовспышки, разумеется, доступные в те годы.

Нынешние новаторы в целом используют аналогичный подход, только теперь вспышки света стали в миллиарды раз короче. Раскар называет такие импульсы «световыми пулями». Особенно эффектно они смотрятся в упомянутом вначале опыте с бутылкой.

Никелевая микрорешётка поставила рекорд лёгкости

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 
Новый материал в десятки раз легче пенопласта, так что спокойно лежит на одуванчике, не тревожа его пух (фото Dan Little, HRL Laboratories).
 

Самое низкоплотное в мире твёрдое тело отныне не кварцевый и даже не углеродный аэрогели, а металлическая конструкция, в которой пустоты занимают 99,99% объёма.

Исследователи из университета Калифорнии в Ирвине (UC Irvine), Калифорнийского технологического института (Caltech) и компании HRL Laboratories получили сложную пространственную структуру из никеля, которая по своей низкой плотности легко соперничает с любым твёрдым объектом. Достигнутый показатель – всего 0,9 миллиграмма на кубический сантиметр.

Это меньше плотности воздуха при обычных условиях и, что примечательно, меньше, чем плотность любого известного аэрогеля (эти материалы до сих пор были самыми низкоплотными среди твёрдых объектов).

Необычную решётку авторы создали, используя строительные леса из фоточувствительного полимера. Из этого материала был сделан каркас, который затем покрыли тонким слоем металла. Далее полимер вытравили.

Осталась решётка из труб с толщиной стенок в 100 нанометров. Сами трубки соединяются между собой в узлах, формируя повторяющуюся структуру из звёздочек. Диаметр каждой такой трубки насчитывает несколько микрометров, длина – по нескольку миллиметров, а весь кусок материала в поперечнике занимает несколько сантиметров.

Крайне малое отношение толщины стенок трубок к их диаметру придало всей металлической конструкции высокую гибкость: она поглощает энергию удара столь же хорошо, как эластомеры, и способна полностью восстановить исходную форму при деформации в 50%.

Новинка может найти применение как каркас для катализаторов с большой площадью поверхности, лёгкий электрод для аккумуляторных батарей или упругий мат для поглощения ударов и вибраций.

Утверждены названия трех новых элементов таблицы Менделеева

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

Международный союз теоретической и прикладной химии официально утвердил обозначения элементов с номерами 110, 111 и 112. Об этом сообщает New Scientist.

Имена новым элементам - дармштадтий, рентгений и коперниций (также распространен вариант коперникий) - были присвоены еще в июле 2010 года. Вместе с тем, только сейчас закончилось соблюдение всех формальностей, предписываемых для добавления в таблицу Менделеева нового элемента. Официальные символы новых элементов Ds, Rg и Cn соответственно.

В настоящее время также идет процесс присвоения названий элементам 114 и 116. В этом месяце представители Международного союза теоретической и прикладной химии официально объявят предварительные варианты имен для этих элементов, после чего у специалистов будет 5 месяцев, чтобы представить свои возражения. Если возражений не последует, то имена будут утверждены. После этого начнется серия формальностей, которая завершится официальным принятием названий.

В настоящий момент варианты названий обоих элементов неизвестны. Ранее появлялась информация, что их планируется назвать флеровий (в честь легендарного советского физика-ядерщика Георгия Флерова) и московий соответственно. Открытие элементов было признано только в июне 2011 года.

Ученые решили переопределить ампер, моль, кельвин и килограмм

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

Соответствующее предложение было утверждено на Генеральные конференции по мерам и весам, прошедшей в Париже. Окончательно новые определения могут быть приняты уже в 2014 году, после того как предложение пройдет все необходимые формальности.

Известно, что все единицы в системе СИ сводятся к семи основным - ампер (сила тока), моль (количество вещества), килограмм (масса), кельвин (температура), секунда (время), метр (расстояние) и кандела (cила света). Три из них - секунда, метр и кандела - при этом связаны с фундаментальными константами.

Например, окончательно утвержденное в 1997 году определение секунды - интервал времени, равный 9192631770 периодам излучения атома цезия-133 при переходе между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома в покое и при абсолютном нуле. Несмотря на громоздкость этого определения, оно удобнее для применения в физике, чем связанное с вращением Земли.

До последнего времени четыре других величины - ампер, моль, кельвин и килограмм - определялись исходя из других соображений. Например, кельвин связан с тройной точкой воды (при определенном соотношении давления и температуры вода может существовать сразу в трех состояниях), а килограмм определен при помощи эталона из платино-иридиевого сплава, хранящегося в палате мер и весов. В рамках нового предложения оставшиеся единицы планируется также переопределить новым образом.

Согласно принятому предложению, ампер - эта сила тока, при которой элементарный электрический заряд равен 1,60217653 x 10-19 кулона (кулон определяется как заряд, прошедший через проводник при силе тока в один ампер за одну секунду). Кельвин предлагается определить так, чтобы постоянная Больцманна была равна 1,3806505 x 10-23 джоулей на кельвин, моль - чтобы чтобы Авогадро была в точности 6,0221415 x 1023 на моль, а килограмм - чтобы постоянная Планка была равна 6,6260693 x 10-34 джоулей-секунд. Список предлагаемых изменений можно посмотреть здесь.

В конце сентября 2011 года в New Journal of Physics появилась статья, в которой физики предъявили очередное подтверждение фундаментальности квантового эффекта Холла - дискретности холловского сопротивления в двумерном проводнике в присутствии сильного магнитного поля перпендикулярного плоскости и низкой температуре. Как следствие, ученые предложили использовать этот эффект для определения ампера и килограмма через их связь с постоянной Планка.

Израильтяне поставили эксперименты, проявившие необычные способности сверхпроводников – квантовый захват и квантовую левитацию(видео).

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

Серия новых опытов в яркой и наглядной форме продемонстрировала зрителям удивительные квантовые эффекты. Парящие без видимой поддержки предметы — можно ли придумать что-то лучшее для того, чтобы обычный человек мог «пощупать» квантовую физику?

Нобелевку по физике получили первооткрыватели тёмной энергии

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

Награду поделили пополам. Первую половину получит Сол Перлмуттер (Saul Perlmutter) из США, а вторую — австралиец Брайан Шмидт (Brian P. Schmidt) и американский учёный Эдам Рисс (Adam G. Riess).

Нобелевка присуждена «за открытие ускорения расширения Вселенной путём наблюдения за далёкими сверхновыми». Именно измерения, выполненные двумя независимыми группами (одну возглавлял Сол, вторую – Брайан, и в ней большую роль играл Эдам), столкнули науку лицом к лицу с таинственной тёмной энергией, составляющей, по некоторым оценкам, 75% мироздания.

Свои работы учёные проводили в конце 1980-х – начале 1990-х. Авторы экспериментов следили за сверхновыми типа Ia. В сумме две группы исследователей обнаружили более 50 далёких сверхновых, чей свет оказался слабее, чем ожидалось. Это был признак того, что расширение Вселенной ускоряется.

Две группы перепроверили все возможные ошибки, но получили идентичные результаты. Так в физике появилась концепция, напрямую влияющая на представления не только о ранних этапах эволюции космоса, но и о его далёком будущем.

Вышло браузерное приложение, показывающее трехмерную модель нашей Солнечной системы

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

При желании вы можете переместиться в любую точку модели, если любопытно видеть, что же находится в определенной точке пространства. Кроме того, приложение позволяет и «ускорять» время, наблюдая за движением планет, их спутников и искусственных объектов, созданных человеком. Все необходимое для работы приложения можно скачать вот здесь. Основной компонент, позволяющий этому приложению работать на ПК — это Unity Web Player, для ПК или Mac. Как только вы скачали и установили все необходимые компоненты, можно начинать работу с самим приложением, наблюдая за движениями планет, астероидов и Солнца.

Кроме того, можно использовать и отдельные модули программы, вроде отслеживания экспедиции Juno, продолжительность которой составляет около пяти лет.

По словам разработчиков из NASA, это приложение является первой такой возможностью для пользователей, когда любой человек может в деталях увидеть всю Солнечную систему, плюс отслеживать миссии NASA в режиме реального времени. Приложение, по словам тех же разработчиков, было выпущено для популяризации науки, для того, чтобы сделать данные и опыт, накопленные NASA, доступными для каждого.

Дмитрий Бабич: Выпускники со дна "демографической ямы"

Источник: «РИАНОВОСТИ»

В эти дни, когда в российских школах звенит последний звонок для 727 тысяч новых выпускников, самое время задуматься - что ждет это поколение? В чем-то этим ребятам повезло: их будет на 9,4% меньше, чем выпускников прошлого года, а значит, конкуренция за бюджетные места в вузах не будет такой острой, как в прошлом году. Семьи, решившиеся рожать в трудные девяностые, не прогадали. Правда, и самих студентов скоро будет меньше: по прогнозам специалистов Минобрнауки, уже в 2013 году студентов в России будет 4,2 млн - на 40% меньше, чем в 2009 году (тогда их было 7,4 млн человек). Интересное совпадение: за период с 2001 по 2010 год количество школьников в стране тоже сократилось на 40%. В итоге может так получиться, что демографическое "благословение" этого поколения перерастет в угрозу: именно в период, когда эти ребята будут учиться, пройдет сокращение не соответствующих образовательным стандартам вузов.

Все эти цифры я взял из опубликованной на сайте Рособрнадзора Концепции Федеральной целевой программы развития образования на 2011-2015 годы. Любопытный, скажу я вам, документ, причем официальный: концепция утверждена председателем правительства Владимиром Путиным еще в феврале этого года. Так что на основе этого документа уже вовсю разрабатывается программа, которая поможет нашей школе - высшей и невысшей - сеять разумное, доброе, вечное на протяжении всей ближайшей пятилетки.

Концепция сразу ставит нас перед рядом неприятных фактов, которые должны бы встревожить и нынешних выпускников, и особенно тех, кто их будет учить. В ближайшие годы прогнозируется снижение численности профессорско-преподавательского состава на 20-30%. Авторы сразу же предупреждают: "в связи со значительным количеством высвободившихся работников высшего образования" в стране ожидается рост безработицы, а вместе с ним - и рост социальной напряженности. То есть имеются опасения, что прежде довольно мирных вузовских преподавателей доведут до такого состояния, что они выйдут с плакатами на улицы. Обозначены и "направления ударов" предстоящих сокращений: "за счет совершенствования аккредитации" высших учебных заведений "будет существенно обновлена сеть вузов, не вошедших в число федеральных и национальных исследовательских университетов". На популистский язык эта формула переводится довольно просто: те, кто не МГУ, не ГУ ВШЭ и не физтех, - будьте готовы ко всему! Мало не покажется. Особо жестоко обещают расправляться с филиалами.

Все это позволяет дать сегодняшним выпускникам первый важный совет: не идите в учебные заведения, представляющие собой полуподвалы с рекламным плакатом вместо вывески и прилагательными типа "социально-экономический" и "культурно-юридический" в названии. Уж лучше, ей Богу, нормальный колледж с рабочей специальностью. Алгоритм закрытия вышеописанных полуподвалов был выработан и начал действовать еще в предкризисном 2007-2008 учебном году. Тогда газеты запестрели материалами о закрывшихся медвузах без лабораторий и "гуманитарных университетах" без библиотек. В условиях кризиса административный каток, лишавший аккредитации не соответствовавшие стандартам вузы, слегка попридержали. Очевидно, боялись той самой социальной напряженности: зачем приумножать и без того большое число ничем не занятых молодых людей. Пусть хоть в вузе числятся - спокойней будут. Теперь, когда количество молодежи снизится до социально неопасных величин, самое время продолжить "оптимизацию".

Новая пилюля может оказаться намного горче той, что планировалась к приему в 2007-2008 гг. Тогда сокращение некачественных вузов должно было стать частью общей реформы образования. Еще вовсю работал недавно запущенный национальный проект "Образование", призванный через перемены в средней школе вытянуть всю систему на новый уровень. Напомню: с особым удовольствием в 2007-2008 лишали аккредитации вузы, арендовавшие помещения в школах. Логика понятна: лучше хорошая школа, чем плохой вуз. Но вот прошло время, реформаторский энтузиазм немного выдохся - и что мы имеем? Концепция Федеральной целевой программы развития образования на 2011-2015 годы констатирует, что финансирование проекта "Образование" сократилось с 49 млрд рублей в 2007 году до 16,9 млрд в 2010 году. Задумке проекта этот факт не противоречит: идея была в том, чтобы мощным финансовым впрыскиванием вывести образование на новый уровень, а потом снизить финансирование до стандартных уровней. Но вот беда: большинство учителей не почувствовали "скачка", зарплаты учителей по-прежнему сильно ниже средних по стране. Секретарь ЦК профсоюза работников народного образования и науки Владимир Лифшиц отмечает, что если в 2007-2008 годах у нас наблюдался приличный рост заработной платы педагогов, то в настоящее время одни регионы стоят на месте, а другие идут назад.

Результаты не заставляют себя ждать - читаем все в той же Концепции: "Только 30 процентов выпускников педагогических вузов идут в школы, причем после трех лет педагогической деятельности только одна шестая часть молодых педагогов остается работать в школе".

И эти факты заставляют дать сегодняшним выпускникам второй, очень грустный совет: если вы все-таки захотите еще раз переступить порог покидаемой вами школы в качестве учителей, подумайте и взвесьте все хорошенько. Идите в педагогику в том случае, если вы твердо уверены: эта стезя - ваша, и ради этого выбора вы многое готовы перенести. Терпеливым государство обещает большие и интересные нововведения: к концу следующей пятилетки родители, имеющие доступ в Интернет, получат стопроцентную гарантию контроля над успеваемостью своих чад; в современных условиях будут обучаться не менее 90% учеников (сейчас - 40% в среднем по России). Все эти инновации, наверное, очень нужны стране и о них приятно говорить в телекамеру, но вот нюанс: перед учителями концепция никаких особых обязательств не берет. Возникает подозрение, что всю выделяемую школе супертехнику может постичь судьба неплохих отечественных комбайнов в поздние годы советской власти. Нищие и неквалифицированные селяне бросали эту чудо-технику ржаветь на полях. Почему нищий и недоучившийся учитель не должен сделать то же самое с дорогостоящим школьным оборудованием?

Особенно велика опасность такого исхода как раз в сельских школах, где сегодня обучаются 4 млн человек - 29% общего количества школьников. Есть подозрение, что заявленный высокий процент оснащенных школ в общей массе будет достигнут за счет сокращения сельских учебных заведений. Если не можешь увеличить числитель, сократи знаменатель - эту нехитрую арифметику наши чиновники изучили отлично.

Впрочем, что же это я все о грустном? Хочется пожелать ребятам успеха! Ведь первый государственный экзамен по литературе будет уже через двое суток после выпускного. Читайте, ребята, Некрасова про "разумное, доброе, вечное". Читайте Маяковского про "все работы хороши - выбирай на вкус". И верьте лучше писателям, чем телевизору, который все толкует нам о счастливых мошенниках-финансистах, удачливых крючкотворах-юристах, душевных бандитах и благородных проститутках. А будет время - послушайте, что говорят по этому самому телевизору наши руководители про финансовое и юридическое образование, вернее, про его переизбыток. Получается, что отечественная массовая культура плодит те самые ролевые модели, которые наша власть и жаждущий кадров бизнес силятся сломать. И "культура" явно побеждает.

Мнение автора может не совпадать с позицией редакции

Студенты изобрели ручку для открывания дверей ногами

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 дверная ручка
Как сообщает OhGizmo!, стоит дверная ручка в «формате hands free» недёшево – $49,95 (фото Forge, LLC).
 

Группа студентов из университета Миннесоты основала компанию Forge, которая должна «находить новые простые решения повседневных задач». И первый продукт ребят вызвал большой интерес – ещё бы, ведь с его помощью можно двери ногами открывать!

Toepener – это скорее дверная ножка, чем ручка. Устройство простое до неприличия: никаких движущихся частей, никакого дизайна вообще, есть лишь серый Г-образный элемент на платформе, которая к низу двери крепится четырьмя саморезами.

Однако нужно ли что-то ещё, если поддев этот крючок носком ботинка снизу или надавив сверху, ты выходишь из туалета, не касаясь захватанных дверных ручек?

Идея пришла к студентам во время мозгового штурма, и ребята при поддержке преподавателя взяли кредит в $15 тысяч для запуска «топенера» в производство. Продажи начались в январе, сотня изделий распродана, производится отгрузка ещё пятисот, и новоявленные бизнесмены намерены погасить кредит к концу семестра.

Российский эксперт Владимир Акмолов - о ситуации на японской АЭС

Источник: «Известия Науки - Новости»

В Вене в штаб-квартире МАГАТЭ началась Международная конференция по Конвенции по ядерной безопасности. Главная тема - авария на японской АЭС. Одну из рабочих групп возглавляет первый заместитель гендиректора концерна "Росэнергоатом", заместитель директора РНЦ "Курчатовский институт" профессор Владимир Асмолов. Он рассказал обозревателю "Известий" Сергею Лескову о последних новостях из Японии.

известия: Каждый день сообщают о новых утечках и выбросах радиации. При этом продолжается бетонирование поврежденных блоков АЭС. Бетон не спасает?

Владимир Асмолов: Это пустая трата сил. Опыт Чернобыля прямо говорит об этом. Там было немало горячих голов, которые пытались залить реактор бетоном. Построили саркофаг, но в нем множество дыр для утечек, и иного быть никак не может. А вот доступ в аварийную зону бетонирование закрывает и мешает дальнейшему контролю и эффективным работам по ликвидации последствий. Ситуация может повернуться так, что бетон потребуется снять. Но разбетонирование неизмеримо сложнее, чем бетонирование.

известия: Какой путь самый эффективный на "Фукусиме"?

Асмолов: Наладить циркуляцию воды для охлаждения реакторов. Это не только мое мнение, но и всех авторитетных специалистов. Должен быть обеспечен замкнутый водяной цикл. Существуют и уже внедрены технологии по очистке радиационной воды с хорошими адсорбентами. На конечной стадии радиоактивную воду надо хоронить - эти технологии тоже отработаны. Реакторы на АЭС "Фукусима" постепенно остывают, и воды требуется все меньше. При сохранившемся уровне тепловыделения 5-6 мегаватт для охлаждения требуется около 50 тонн воды в час. Эти объемы были бы вполне по силам даже не такой развитой стране, как Япония.

известия: Поступают тревожные сообщения о чудовищном радиационном загрязнении моря.

Асмолов: Конечно, не стоило допускать утечки радиоактивной воды из контуров атомной станции во внешнюю среду. Но если уж это произошло, надо оценить уровень опасности для экосистем. Сами по себе цифры ничего не говорят. И самое худшее, что можно придумать, - это пугать несведущую публику дозами и уровнями, создавать почву для радиофобии. Расчеты сделаны. Человеку в зоне поражения, вызванного утечками с "Фукусимы", для того, чтобы получить опасную дозу, надо съесть одну тонну спаржи или одну тонну водорослей. Опасности для глобальных экосистем также не существует. Еще раз повторю: не надо запугивать людей. Авария на атомной станции - штука опасная, но правда состоит не в запугивании, а в объективной информации.

Объективные данные говорят о том, что последствия от крупных разливов нефти, которые часто случаются после аварий на танкерах, неизмеримо больше, чем от аварии на АЭС "Фукусима". Но ядерная авария для нас гораздо страшнее. Объяснение надо искать в области психологии.

известия: Насколько эффективны меры, которые используют сейчас японские атомщики?

Асмолов: Японские специалисты оправились от шока первых дней. После приезда российских и американских экспертов они все-таки уняли национальную гордость и воспользовались чужим опытом. Сейчас острота ситуации неуклонно снижается. Красных флажков, которые предупреждают о максимальной опасности, в зоне атомной станции с каждым днем все меньше.

известия: И все-таки в обыденном соз-нании саркофаг над атомной станцией кажется лучшим спасением.

Асмолов: Саркофаг - это воронка, которая создает новые проблемы без гарантии их решения и засасывает неимоверные средства. Человек всегда должен иметь доступ в зону поражения, а не зарываться в саркофаг, как глупый страус.

Инженеры превратили экран мобильника в солнечную батарею

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 система WYSIPS
так упрощённо работает система WYSIPS
 

What You See Is Photovoltaic Surface — «То, что вы видите, это фотоэлектрическая поверхность». Так расшифровывается аббревиатура оригинальной инновации и компании, её представившей. Несложная технология способна преобразовать в фотоэлектрическую батарею любую поверхность без изменения её внешнего вида.

На международной выставке беспроводных технологий CTIA Wireless 2011, прошедшей в Орландо с 22 по 24 марта, французская компания WYSIPS завоевала первый приз в категории Green Telecom & Smart Energy Solutions.

Успех французам принесло изобретение солнечной панели, которая практически незаметно может быть встроена в экран мобильного устройства. В частности, на выставке в США WYSIPS показала прототип мобильника с таким экраном, созданный на основе обычного сотового телефона.

Секрет WYSIPS заключается в незаметных на глаз лентикулярных полукруглых линзах, которые разделяют падающий на экран и исходящий от экрана свет на два потока, разведённые на некоторый угол.

Если поверх экрана расположить очень тонкие полоски фотоэлектрических батарей, они не помешают зрителю наблюдать изображение. Вместе с тем падающий сверху свет будет отклоняться именно на эти полосы.

Изобретатели устройства вдохновлялись старыми «переливными» календариками и нынешними автостереоскопическими экранами, в которых крохотные линзы позволяют видеть различные пиксели в зависимости от угла зрения. В WYSIPS вместо «правого» и «левого» изображения авторы поместили собственно всё изображение и фотоэлектрические панели. всего 10%. Wired уточняет: «Телефонный экран с WYSIPS выдаёт на ярком свету мощность в четверть ватта».

Этого недостаточно, чтобы полностью отказаться от сетевой зарядки телефона или КПК. Разве что в спящем режиме такой телефон сможет полностью зарядиться только от своей фотопанели, часов за шесть.

Но солнечная батарея может существенно продлить время активной работы такого устройства. И, очевидно, чем крупнее WYSIPS-экран, тем больше он будет вырабатывать энергии. Потому инновация выглядит многообещающей для лэптопов и планшетников. Тут важно, что WYSIPS не влияет на работу сенсорных экранов.

Ещё заманчивее — встроить полоски WYSIPS в экраны электронных книг. Такие «читалки» потребляют столь мало энергии, что с солнечными батареями — невидимками могут вовсе забыть о подключении к розетке.

Заметим, солнечные панели в корпуса телефонов встраивают довольно давно, но этот приём не получил широкого распространения. Возможно, дело в том, что при пользовании телефоном такая панель (её можно поместить только на задней крышке) оказывается обращена к земле и частично перекрыта рукой. То же верно и в отношении КПК, ноутов и планшетников — их задние стенки обычно свободны, но света на них попадает мало.

Получается, что классическая солнечная батарейка не может в таком устройстве давать заметный выигрыш в зарядке аккумулятора. Другое дело экран. Как правило, он обращён вверх, к солнцу или лампам в здании.

Французы полагают, что благодаря технологии WYSIPS солнечные панели можно будет незаметно встраивать не только в дисплеи, но и в декоративные панели, ткани, кузова автомобилей, разнообразные пластмассовые изделия и так далее.

Создан самый зоркий оптический микроскоп

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 общий принцип съёмки
Вверху слева – (микросферы – жёлтые, образец – тёмно-серый). Учёные испытали работу системы как с проходящим (на данном рисунке), так и с отражённым светом. Справа вверху – схема работы бусинки, как линзы для эванесцентных волн.
 

Микросферный наноскоп (microsphere nanoscope), придуманный британско-сингапурской командой, обеспечивает разрешение в 50 нанометров в обычном белом свете, что нарушает теоретический предел для оптической микроскопии в видимом диапазоне волн.

Необычную технологию разработали учёные из университета Манчестера (University of Manchester), сингапурского института хранения данных (Data Storage Institute) и национального университета Сингапура (NUS).

Исследователи разместили на поверхности образцов прозрачные бусинки из диоксида кремния диаметром от 2 до 9 микрометров. Сферы стараниями экспериментаторов заработали как суперлинзы, собирающие так называемые эванесцентные (затухающие) волны (evanescent waves), существующие только вблизи самой границы рассматриваемого предмета. Эти волны ближнего поля не ограничены дифракционным пределом и способны формировать изображение с необычайно высоким разрешением.

Микросферы улавливали эти волны, обычно исчезающие в считанных нанометрах от образца, и переправляли в объектив вполне стандартного микроскопа.

«Команда получила хорошие изображения очень мелких деталей на поверхности разных твёрдых образцов и даже канавок на диске Blu-Ray», — сообщает BBC. Последнее ранее было невозможно в рамках оптической микроскопии, работающей с видимым светом.

Слева показаны примеры изображений, созданных микросферным наноскопом. Слева: четыре полоски шириной 360 нм, разделённых промежутками по 130 нм. Справа – канавки диска Blu-Ray. Чётко видны 200-нанометровые полоски, разделённые промежутками по 100 нм. Нижний ряд – фрагменты наноструктур. Во всех случаях в каждой паре кадров левый показывает деталь под электронным микроскопом (для сравнения), правый – в оптическом диапазоне, так, как её видит наноскоп с микросферами (иллюстрации Zengbo Wang, Zaichun Chen, Minghui Hong et al./Nature Communications).

Дальнейшее развитие нового метода, уверены его разработчики, позволит разглядывать внутренности живых клеток (куда не проникают электронные микроскопы) без их уничтожения и без долгой и утомительной подготовки образцов (как в случае с флуоресцентной микроскопией).

Также взору микросферного наноскопа должны быть доступны вирусы и крупные биологические молекулы. Причём команда исследователей считает, что далее сможет ещё повысить разрешение такой съёмки, и 50 нм – далеко не предел.

Народный учитель СССР - о телесном наказании в школе, Троцком, Сталине и новых стандартам образовании

Источник: «Известия Науки - Образование»

Исполняется 90 лет Леониду Исидоровичу Мильграму, который больше 40 лет был директором знаменитой московской школы N 45. Имя, известное каждому российскому педагогу, потому что Мильграм - символ современного учителя. О Мильграме снимали фильмы, писали книги, анализировали опыт, даже сайт появился - "Дети Мильграма". Народный учитель СССР, почетный гражданин Москвы, Леонид Мильграм в беседе с обозревателем "Известий" Сергеем Лесковым вспоминает уроки своей жизни и размышляет о вечных и всегда острых проблемах образования.

известия: Леонид Исидорович, вы всю жизнь работаете с детьми. Мне кажется, это возможно только в том случае, если в детстве с тобой произошло что-то особенное, почти чудесное. Какое первое воспоминание сохранилось в вашей памяти?

леонид мильграм: Никогда не думал, что стану учителем. Но у меня для того времени была антибиография, и в 1951 году после окончания МГУ мне пришлось пойти в учителя. Далеко от Москвы, на Севере, меня пленил интерес в детских глазах. И я понял, что учитель - мое призвание. Что касается детства, то я колесил по странам. Мой отец был профессиональным разведчиком. Когда мне было 4 года, отца арестовали в Греции. Консул брал меня в тюрьму и использовал как почтовый ящик для передачи записок. Потом я узнал, что отец стал первым советским разведчиком, которого обменяли на западного агента, арестованного в СССР. Но больше я конспиративной деятельностью не занимался. В жизни отца было много ярких событий, как в детективе. Когда он был консулом в Шанхае, ему пришлось с оружием освобождать советских граждан, захваченных во время налета на наше представительство. Но чаще всего отца забрасывали в Германию, он еще до Первой мировой вступил в социал-демократическую партию, сидел в тюрьме.

Однажды на приеме в Кремле я подошел к нашему самому известному разведчику и спросил: "Вы знаете, что мой отец, как и вы, тоже работал в Дрездене? Только вы на легальном положении, а он был нелегалом". "Что дальше с отцом было?" - спросил Путин. "А вы не знаете?" - переспросил я. 70 процентов советских разведчиков были репрессированы, отца арестовали в 1937-м. Позже от его сокамерников я узнал, что отец твердо держался, был для всех опорой. Мне показали его дело - отец ничего не признал и ничего не подписал.

и: Ребенком вы с родителями бывали в гостях у Троцкого. Многие гордятся тем, что сидели на коленях у Ленина. А вы сидели на коленях у Троцкого?

леонид мильграм: Не припомню. Троцкий не играл с детьми, сразу удалялся разговаривать с отцом, и нами занималась его жена Наталья Седова. Может, у нее на коленях сидел? Троцкий и отец познакомились, когда Троцкий негласно выезжал в Германию на лечение, а отец по заданию Дзержинского сопровождал его. Что я сегодня думаю о Троцком? Он создал советскую идеологию. Помимо руководства Октябрьским переворотом, Троцкий разработал принципы большевизма - террор, индустриализация за счет обнищания крестьянства, трудовые армии. Если бы Сталин не отодвинул Троцкого от власти, было бы еще хуже. Сталина я тоже в детстве видел, когда меня привели в его ложу в Большом театре. Меня удручает сегодняшняя тяга к Сталину, которая проявляется во всех поколениях, будто у нас нет умения хранить исторический опыт

Однажды на "Эхе Москвы" Евгения Альбац спросила меня: "Вашего отца расстреляли - и вы работали и воевали за эту власть?!" Мой отец, хотя он был далек от идеологии, создавал эту страну, и я, наследник своего отца, чувствую ответственность за свою родину. Кстати, когда началась перестройка, я вновь сел за Маркса. И понял, что я не большевик, а по убеждениям социал-демократ. Везде в мире, где у власти социал-демократы, люди живут хорошо, а где большевики - жизнь ужасная.

и: В советское время московская интеллигенция стремилась отдать свое чадо в школу Мильграма, подключая для этого все знакомства. Но решение вы принимали, не оглядываясь на чины и знакомства. Однажды, несмотря на просьбу министра образования, не взяли в школу внучку Сталина...

леонид мильграм: Дочь Сталина Светлана Аллилуева приехала в школу на машине министра. Мы четыре часа говорили, но ее дочка плохо знала русский язык, ей было бы у нас слишком тяжело. Кстати, Светлана училась, как и я, на историческом факультете МГУ и была самой скромной из "генеральских" дочек. И в моей школе было твердое правило: на отцовской машине в школу приезжать нельзя! Для того чтобы создать нормальный школьный климат, в коллективе должен быть дух социального равенства. Главное зло - это бабушки, которые помнят свое трудное детство и дарят внучкам всякие украшения. Категорически запрещал! И косметикой пользоваться у нас было нельзя. Бывало, сам в уборной смывал с лиц краски. По этой же причине школьную форму придумал. Форма к тому же формирует чувство гордости за свою школу.

и: Сколько ни пытался, не смог выяснить, в чем состоит ваш педагогический метод. Никто алгоритм Мильграма сформулировать не может. Остается обратиться к вам лично.

леонид мильграм: Прежде всего это подбор учителей. Каждый учитель должен быть личностью, у каждого должно быть увлечение, чтобы наполнить школьную жизнь, сделать ее яркой, незабываемой. Моих учителей дети боготворили, и, случалось, я брал на работу талантливых педагогов, которых по идеологическим причинам выгоняли из других школ. Я не боялся брать людей, которые ярче, талантливее меня. Главное - служить делу, нести миссию учителя. Кстати, я в обиде на "Известия", которые увели у меня замечательного учителя литературы Ирину Овчинникову, которая много лет работала обозревателем школьного отдела.

В школе необходимо создать и хранить дух гуманизма, любви к человеку. Этот климат создается в сердце директора, в сердце учителя. Дети должны делиться с учителем самым сокровенным. Не забуду сцен, когда ученица рыдает, уткнувшись в грудь учительнице. Учитель и ученик - это близкие люди. У нас весь первый этаж был в шаржах на учителей, на директора тоже. Было бы здорово, если бы удалось реализовать идеи самоуправления в школе, которые высказывались в 1920-х годах. Мне не удалось, сожалею об этом.

Многое в школе зависит от директора. Я каждое утро стоял в дверях и с каждым здоровался. Директор должен быть неординарной личностью, его идеи должны быть заразительны, чтобы создать коллектив единомышленников. Директор должен быть в центре школьной жизни и должен знать все о каждом ученике. В мой кабинет двери не закрывались. Если кто-то из учеников согрешил, то прямо в моем кабинете писал сочинение "Как я дошел до жизни такой".

и: Это чистой воды исповедь. Проверенный прием. Кстати, как вы относитесь к введению в школьный курс религиозных программ, а также к политическим организациям в школе?

леонид мильграм: Я убежден, что ребенка можно ориентировать на политическую деятельность только тогда, когда он набрался ума. Школа формирует культурно-просветительный базис, на котором строится жизнь человека. Политическую деятельность надо оставить для вузов. То же самое касается вторжения Церкви в школу, чем я очень обеспокоен. Хотя я атеист, некрещеный и необрезанный, у меня в школе еще в давние советские времена митрополит Питирим блестящие уроки вел о роли религии в истории культуры. Каждому ученику и учителю тогда Библию подарили. Кстати, я считаю, что две самые великие книги в истории цивилизации - Библия и "Капитал" Маркса. Но дальше культуры Церковь в школу не должна вторгаться. Когда ученик вырастет из школы, он самостоятельно сделает политический и религиозный выбор.

и: Леонид Исидорович, от ваших учеников приходилось слышать, что вы, директор, практиковали телесные наказания. Правда, все говорят об этом с пониманием. Но ведь это антипедагогично...

леонид мильграм: Заметьте, не я, а вы сами об этом заговорили. Бывало, если ученик согрешил, я его порол. Но никто никогда не жаловался. Главное, чтобы это было с любовью. Тогда порка становится актом близости. В школе знали, что если директор кого-то выдрал, то уже не выгонит. Однажды после экзекуции ко мне пришел отец наказанного парня и подарил мне книгу с авторской подписью "Леонид Исидорович, мы делаем одно дело. Вы - талантливо, а я бездарно. Константин Паустовский".

и: У вас в кабинете до самого выхода на пенсию висел не портрет президента, как положено в государственном учреждении, а портрет Сахарова. Почему к нему такое особое уважение?

леонид мильграм: Я отдал свою жизнь возрождению интеллигенции, это главный мотив моей деятельности. Но Сахаров и Лихачев ушли, а остальные не выдержали искушения властью и деньгами. Если бы настоящие интеллигенты сумели оказаться во власти, на что я надеялся в начале перестройки, наша жизнь сложилась бы иначе. Обязательными качествами интеллигента является умение жить для общества, совестливость, порядочность. Человек должен получать радость от того, что делает добро для других, и значительно меньше он должен радоваться, когда хорошо делают ему. А то, что происходит сегодня, меня удручает. Коррупция гигантская, у всех в глазах знак доллара. Человек измеряется не знаниями, а деньгами. И директору в школе сегодня сложнее - приходится думать не об учениках, а о деньгах.

и: На склоне лет у человека полагается спрашивать: какое время в его жизни было самым счастливым?

леонид мильграм: Служба в армии. Меня забрали в армию в 1939 году, когда я только поступил в МГУ. Наши командиры были настоящие офицеры, военные интеллигенты. В солдате они видели прежде всего человека. Когда стало известно, что мы с товарищами в свободный день ходим в библиотеку, нас стали отпускать в увольнение каждый день. В нашем дивизионе артиллерийским разведчиком я прошел всю войну до Бреслау, и у нас всегда царил великолепный дух. И после войны мы встречались каждый год, пока не распался СССР, и у ветеранов уже не хватало денег на поездки. Когда у некоторых моих учеников появились большие и лишние деньги и они не знали, как с ними поступить, я посоветовал ежегодно раздавать помощь моим фронтовым товарищам.

Я всегда настаивал, чтобы мои ученики служили в армии, которая превращает мальчика в мужчину. Но в последнее время я изменил отношение к службе в армии. Теперь армия портит человека. и: Существует стойкий миф о лучшей в мире советской школе, которая сейчас разрушается. В какой мере этот миф соответствует действительности?

леонид мильграм: Я бывал в десятках стран, наша школа N 45 первой стала обмениваться учениками с Америкой. Мне кажется, в США лучше готовят к реальной жизни, а в СССР сильнее было поставлено академическое образование по точным предметам. Недаром эти специалисты в массовом порядке востребованы на Западе. Но в целом уровень преподавания сильнее всего зависит от личности учителя. Если в школе нет сильных учителей, никакая реформа не поможет.

и: У вас никогда не появлялось соблазна эмигрировать?

леонид мильграм: Из заграничных командировок мне всегда хотелось быстрее вернуться домой. В нашей школе был такой микроклимат, который я ни на что в мире не променял бы. После советского вторжения в Чехословакию в 1968 году я сказал, что это - преступление против нашей идеологии. Никто не донес. Один мой ученик сказал: "Если бы таких школ, как наша, было больше, страна стала бы другой".

и: Последняя горячая новость в образовательной сфере - столкновение вокруг новых государственных стандартов образования в старших классах. Вы на чьей стороне?

леонид мильграм: Идея, которая заложена в новые стандарты, замечательна, и я ее поддерживаю. Есть, конечно, недостатки, но обсуждение пошло на пользу. Считаю, что уже с 7-го класса надо усилить профильные факультативы. ЕГЭ проводить после 9-го класса. В 10-х и 11-х классах ввести профильное обучение с углубленными предметами по выбору и, если надо, добавить еще 12-й класс. В вузах необходимо жестко выгонять олухов после 1-2-х курсов. Параллельно со школой надо значительно укрепить профессионально-техническое образование, которое пришло в запустение, что опасно для государства.

и: В старших классах для многих ребят самой важной темой оказывается любовь. У вас, Леонид Исидорович, невероятная личная история, каких в романах не бывает...

леонид мильграм: Моя жена, Мирелла, - дочь редактора итальянской социалистической газеты "Аванти" и потом коммунистической "Унита" Оттавио Пасторе. Как деятель Коминтерна, он бывал и жил в Москве. Близко дружил с Антонио Грамши и Пальмиро Тольятти, стал одним из основателей компартии Италии. Был знаком с Муссолини, когда тот был социалистом. Сидел в тюрьме. Мы все жили в гостинице "Люкс" ("Центральная") напротив нынешней мэрии. В нашей комнате потом поселился Димитров. Мы с Миреллой учились в школе позади здания ТАСС и переписывались всю войну. В 1946-м поженились. В 1947 году браки с иностранцами были запрещены, а уже заключенные надо было расторгнуть - пришлось бороться. Мой тесть стал сенатором, имел виллу, предлагал дочери приобрести квартиру в Риме. Но она осталась со студентом и учителем. Мы вместе уже 64 года. Учитывая характер Миреллы, надо ввести двойной коэффициент. Таким образом, мы вместе 128 лет. Вы еще спросите меня, что такое любовь? Любовь - это каторга, но очень сладкая. Вообще-то я уверен, что русские женщины - лучшие в мире. Объехав 30 стран, могу сказать, что к русским женщинам по открытости и душевности ближе всего итальянки и испанки. Кстати, жена моего сына - испанка, ее зовут Кармен. Но это уже другая история...

Астрономы впервые получили снимок всего Солнца

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 дальней стороны Солнца"
Это изображение дальней стороны Солнца было получено 2 февраля 2011 года после «сшивания» данных с двух спутников. Чёрная полоса в центре – участок с отсутствующими сведениями, который будет заполнен после обработки кадров, отснятых 6 февраля и после него (фото NASA).
 

Кадры, показывающие полную поверхность дневной звезды в один и тот же момент времени впервые в истории удалось отснять американским специалистам благодаря новому положению спутников STEREO. 6 февраля два аппарата заняли позиции точно над противоположными сторонами светила.

Аппараты-близнецы STEREO, запущенные в космос в 2006 году, обращаются вокруг Солнца почти точно по орбите Земли. Но за минувшие годы они медленно расходились вдоль этой дорожки, что позволило получить множество стереоснимков и открыть немало интересного в анатомии солнечных бурь.

И вот теперь один из аппаратов (спутник A) достиг точки, находящейся на 90 градусов впереди нашей планеты, а второй (B) на 90 градусов позади. Вместе они впервые обеспечили астрономов полным, на все 360 градусов, непрерывным взглядом на Солнце... (Перейдите по ссылке, чтобы прочитать все сообщение).

Зачем рубить вишневый сад (об образовательного стандарте)

Источник: «Известия Науки - Образование»

Андрей Чернаков

Вот уже третий день интернет-сообщество бурно обсуждает открытое письмо представителей общественности федеральным властям с жесткой критикой нового образовательного стандарта для старшей школы. Обозреватель "Известий" Андрей Чернаков побеседовал с автором письма, главным редактором газеты "Литература", учителем русского языка и литературы столичного центра образования N 57 Сергеем Волковым.

известия: Ожидали ли вы, что ваше письмо за первые два дня подпишут 12 тысяч человек, в числе которых Наталия Солженицына, Борис Стругацкий, Дмитрий Быков, Сергей Гандлевский, Людмила Сараскина, Мариэтта Чудакова, Татьяна Толстая, Сергей Лукьяненко, Сергей Шаргунов и другие известные всей стране люди?

Сергей Волков: Честно говоря, нет. Вообще, на такую широкую реакцию я не рассчитывал. Тем более что опубликованный в конце ноября проект стандарта для старшей школы сразу большого ажиотажа не вызвал: то ли люди еще не вчитались в его текст, то ли подготовка к новогодним праздникам помешала. А вот в январе уже началось полноценное обсуждение. О стандарте заговорили и по "Первому каналу", и в сетевых сообществах. Собственно, с этим и связано появление моего письма. Ряд близких мне людей из сферы образования, живущих в разных городах (в Великом и Нижнем Новгороде, Самаре, Перми и др.), спросили о моем отношении к этому документу. Чтобы ответить на этот вопрос, пришлось углубиться в изучение стандарта. И вот на странице 56 я обнаружил, что государство предлагает новый набор обязательных предметов, а все остальное "засовывает" в предметы по выбору. И условия этого выбора таковы, что ученик теперь может не выбрать, например, литературу - предмет, который я считаю важным для любого человека 15-16 лет, потому что, с моей точки зрения, без прочтения написанных великими писателями книг нельзя должным образом сформировать личность.

Сформулировав эти посылы в письме, я разослал его тем коллегам, кто задал мне вопрос о стандарте. А вот то, что произошло дальше, я объяснить не могу. Попав в интернет, письмо, как вы уже сказали, за два дня набрало уже почти 12 тысяч подписей, и чтобы их выкладывать, пришлось открыть отдельный сайт alterfgos.ru. Особенно потрясает, что кроме уже упомянутых писателей и общественных деятелей к нам присоединились сотни две докторов наук из самых разных сфер - биологи, химики, медики, филологи, историки. Есть и академики, в том числе из РАО - Российской академии образования. То есть того органа, который, по идее, должен быть колыбелью этого стандарта. Например, много подписей прислал Психологический институт РАО. Но подписалось и очень много простых людей - рабочие, таксисты, медсестры. Кроме того, свои подписи поставили учителя, библиотекари, экономисты, предприниматели...

и: За что конкретно выступают все эти люди?

Волков: Все пишут об одном - о том, что они не хотят для своих детей сокращения предметов и снижения планок. Последнее, может быть, и не входило в планы разработчиков, но факт остается фактом, а страница 56 говорит сама за себя. Главное требование, которое сформулировано в письме, таково. Мы считаем, что есть четыре предмета, от которых государство не имеет права отказываться, если оно хочет, чтобы в школе формировался гражданин этого самого государства. Какие это предметы? Это государственный язык, история, литература и математика. Россия в мире (это словосочетание теперь в ходу, поскольку именно так будет называться новый обязательный предмет, о котором еще никто ничего толком не знает) - это не только оружие, нефть, водка и прочие клише. Лучше и мощнее всего Россию в мире представляет наша великая русская литература. А математика нужна прежде всего потому, что это универсальный язык для постижения всех остальных наук. И вот эти четыре предмета убраны из общего обязательного списка!

Мы понимаем, что стандарт нужен, что это важный документ - своего рода образовательная конституция. Но мы просим остановиться и поразмышлять, прежде чем, условно говоря, рубить вишневый сад. Держа топор в руках, стоит еще раз задуматься над тем, нужно ли перекраивать школьную программу, которая складывалась десятилетиями, если не веками, таким столь радикальным образом? Причем перекраивать втихомолку, быстро, стараясь не привлекать к этому внимания. И вот такая реакция людей на это простое требование меня страшно поразила. Я думал, ну соберем мы каких-нибудь сто подписей, ну пошлем это письмо, ну будет оно где-то лежать... Однако уже вскоре после того, как письмо появилось в интернете, а это произошло в ночь на пятницу, мне буквально обрывали телефон. А когда я узнал, что министр образования Андрей Фурсенко заявил, что не намерен утверждать стандарт до того, как его серьезно обсудят все заинтересованные стороны, я понял, что мы сделали нужное дело. Правда, с тех пор моя жизнь превратилась в ад, поскольку я не был готов обрабатывать столько подписей, у меня есть в жизни и другие заботы... Но ничего не поделаешь.

и: Главная идея нового стандарта - профильность обучения в старшей школе и освобождение старшеклассников, по примеру их сверстников в ряде западных стран, от избыточных знаний, которые им вряд ли пригодятся в жизни. Как вы к этому относитесь?

Волков: Профильность в старших классах - явление неизбежное. Оно, собственно говоря, уже много лет апробируется у нас в стране и существовало до подготовки нового стандарта. Ориентированные на конкретный вуз ребята всегда выбирали для себя предметы, которые они будут сдавать в институте, а на остальное, выражаясь их языком, "забивали" или изучали в меньших объемах. Это было и в советские времена. Но теперь такую практику решили оформить законодательно, чтобы дать возможность этим ребятам реализовать их право на старшей ступени. Само по себе это нормально, но все упирается в частности. Мы задаем вопрос: почему выбор должен быть организован так, что предметы разбиты по группам, а из группы можно взять лишь один? Ребенок должен сделать выбор и определиться с профилем на исходе девятого класса, чтобы начать учиться по такой схеме с 1 сентября, уже будучи десятиклассником. А если он ошибся? Ведь это дети, им всего по 14-15 лет. А если ребенок в тот момент еще не знал, что выбрать, а в десятом классе понял, что выбрал не то, что тогда прикажете делать? Такая жесткость выбора профиля будет ребенка губить. Он не сможет с этого профиля "соскочить", а весь ужас заключается в том, что остальные предметы, которые в этот профиль не входят, у него уже есть только в урезанном виде. В советской школе мы учили предметы на одном, достаточно глубоком, уровне, и ребенок, поняв, например, что физика ему не особо нужна, а вот биология наоборот, изучал эту биологию на том же, глубоком, уровне. А сейчас, если я понял, что физика мне не нужна, то остальные предметы у меня уже выбраны на интегрированном, то есть общеобразовательном, уровне, который ввели в стандарте впервые. До этого в школе было два уровня - базовый и профильный. А теперь введен третий. Я спросил своих школьников: как вы думаете, какой ввели уровень - "суперпрофильный" или "недобазовый"? Конечно, "недобазовый", улыбнувшись, сказали они. То есть ввели еще один уровень ниже плинтуса, и на нем предлагается изучать естествознание, словесность, математику и информатику.

Но в новом стандарте скрыта еще одна коллизия. Если вы посмотрите на то количество часов, которые следует распределить на семь предметов, то о настоящей профильности говорить нельзя. Не может предмет, на который у ученика отводится два-три часа в неделю, называться профильным. Это и есть базовый уровень. И по факту через какое-то количество лет то, что раньше было обязательной для всех базой, теперь будет уделом лишь тех, кого будут называть профессионалами. В советской школе все должны были писать сочинение по литературе объемом в несколько страниц. Мы сопротивлялись, кричали, списывали, ловчили, нам помогали, но планка была выставлена. И считалось, что это норма. И если ты недопрыгивал, то по крайней мере знал, что недотягиваешь. А что теперь? Теперь в ЕГЭ по русскому языку 150 слов, а на экзамене в девятом классе - 50 слов. Вот какая теперь планка, но теперь уже и до нее не допрыгивают! Налицо общее понижение уровня. То, что раньше вменялось в обязанности любому образованному человеку - написать пять-шесть страниц, теперь становится уделом даже не профильного, а какого-то суперпрофильного уровня. И так происходит со всеми дисциплинами. И я не понимаю, почему это должно быть выгодно нашей стране.

Наталия Дмитриевна Солженицына четко сказала: так учат детей в Америке. Но в Штатах твердо знают, что всегда купят на стороне нужных специалистов, в том числе и в России. А у нас есть возможность купить специалистов на стороне, а своих детей недоучивать в ожидании приезда иностранцев? Не уверен. Так что и с этой точки зрения новый стандарт в таком виде принимать нельзя.

Лучшие экспозиции мира в мельчайших деталях

Источник: «Известия Науки - Новости»

Третьяковская галерея и Эрмитаж в числе семнадцати крупнейших музеев мира приняли участие в международном арт-проекте Google. О плюсах и минусах этого начинания - Дмитрий Смолев.

Отныне на сайте googleartproject.com в мельчайших деталях можно рассмотреть более тысячи произведений искусства. Запуск нового виртуального проекта, посвященного изобразительному искусству, сулит небывалые выгоды и возможности интернет-пользователям по всему свету. Можно даже подумать, что речь идет о своего рода революции в музейном мире...

(Полный текст статьи)

Наука чистой воды: события, открытия и закрытия 2010 года

Источник: «Известия Науки - Новости»

Журнал Science в конце года традиционно выбирает 10 самых интересных открытий в самых разных областях науки. Правда, редакция журнала больше обращает внимание на естественные науки, поэтому "Неделя" решила добавить к этому списку пару открытий в области гуманитарного знания, а также отметить важнейшие не открытия, а события, произошедшие в российском научном сообществе.

В справочнике Российской академии наук указаны адреса и телефоны всех учреждений РАН, академиков и членов-корреспондентов академии и многих сотрудников. В нашей академии размещение сведений об отделениях РАН соответствует представлениям о месте, занимаемом данной научной дисциплиной в общем величественном храме науки. На первом месте стоит царица наук - математика. Затем следуют физика, энергетика, механика и вычислительная техника. На третьем месте - химия, затем идут биология, геология, география. И лишь потом философия, экономика, международные отношения. А последнее место занимает отделение литературы и языка. Точно так же расположил самые заметные открытия и журнал Science.

Квантовая машина

За неимением крупных математических достижений в этом году первое место заняла физика. Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего впервые сумели продемонстрировать квантовые эффекты на созданных человеком объектах. Эти эффекты, которые нормальным человеческим языком и объяснить-то не всегда возможно, наблюдаются в микромире, то есть мире элементарных частиц, атомов и молекул. В нашем макромире поведение объектов подчиняется законам классической физики. Например, из разбитого стакана вода проливается на пол, а в стакане с жидким гелием этот гелий сам по себе поднимается по стенкам и выливается из целого стакана. Создание устройства макроразмеров, но подчиняющегося законам квантовой физики, журнал Science называет "настоящим прорывом".

Живая мертвая ДНК

Химия как-то не отличилась в 2010 году, зато открытий в областях биологии, генетики и медицины было немало. Самое крупное из них - создание фактически искусственного живого организма знаменитым Крейгом Вентером и его сотрудниками ("Неделя" писала об этом 10.12.2010 г.). Биохимики и генетики синтезировали из неживых элементов молекулу ДНК, вытащили из родственного живого микроорганизма его собственную ДНК - остался неживой "каркас" - и вставили туда синтезированную ДНК. Получился гибрид, который был способен к питанию и размножению, то есть совершенно живое существо, впервые созданное человеком. Вопрос о месте бога во всей этой истории остается предметом дискуссии.

Другим достижением генетиков следует считать почти полную расшифровку генома неандертальца, жившего в Хорватии 40 тысяч лет назад, исследователями из лейпцигского Института эволюционной антропологии имени Макса Планка. Самым захватывающим в этой работе является вывод, что у современных людей может содержаться до 4% наследственного материала неандертальца.

Иными словами, неандертальские Ромео встречались-таки с кроманьонскими Джульеттами, причем с гораздо менее трагическими последствиями. Попробуем сделать смелое предположение, что в некоторых популяциях процент "неандертальности" может достигать гораздо больших величин. И автор этого обзора кое-кого знает.

Достижения дилетантов

Журнал отмечает и заметные астрономические открытия. Прежде всего, это обнаружение уже более 500 планет вне Солнечной системы (экзопланет). Точнее, не само рекордное количество этих планет, а усовершенствование методик такого обнаружения - экзопланеты научились открывать даже астрономы-любители с помощью домашних телескопов. Представлены также исчерпывающие доказательства наличия воды на Марсе - правда, не сейчас, а миллионы лет назад. Впрочем, часть воды сохранилась в виде льда на полюсах планеты, и не исключено, что во льду могли сохраниться реликтовые марсианские микроорганизмы.

Последним из описываемых достижений Science считает новые результаты исследования климата, якобы доказавшие виновность человечества в глобальном потеплении. Совершенно правильно, что журнал поместил эти верхоглядные результаты на последнее место - через несколько лет, когда нелепость этих результатов станет очевидной, журналу будет легче оправдываться.

В наших Палестинах

Дополним список журнала самыми интересными открытиями российских ученых, прежде всего гуманитариев. Археологи сообщают о первых находках в Иерихоне (Палестинская автономия), где впервые с 1917 года начались исследования российскими учеными. На территории будущего музейно-паркового комплекса обнаружены византийские постройки VI-VII веков и напольная многоцветная мозаика с плетеным узором общей площадью более 10 квадратных метров.

Важным достижением в науке о языке стала книга Андрея Зализняка "Из заметок о любительской лингвистике", с блеском разоблачающая фантастические построения Анатолия Фоменко и его незадачливых сторонников. Впрочем, так ли уж незадачливых? Книги в жанре фольк-хистори выходят тиражами в десятки раз большими, чем книга выдающегося лингвиста Зализняка...

Закрытие года

Из самых важных событий в российской науке отметим не открытие, а закрытие дискуссии по поводу изобретений Виктора Петрика. Разоблачительные статьи и просто здравый смысл убедили руководителей партии "Единая Россия" отказаться от сотрудничества с этим псевдоученым и продвигать программу "Чистая вода" уже без его доморощенных фильтров на карандашных стержнях. Кстати, Виктор Петрик принял недавно своеобразное участие в работе Нобелевского комитета, присудившего выпускникам нашего Физтеха Гейму и Новосёлову Нобелевскую премию за открытие графена. Оказывается, графен открыл на самом деле Петрик! Надо полагать, что и "Юлия Милославского" написал не господин Загоскин и даже не Хлестаков, а лично изобретатель кипяченого графита

НАУЧНЫЙ ВЗГЛЯД

Бозон ускользнул

Кроме перечисления наиболее интересных научных достижений 2010 года стоит составить список несостоявшихся в этом году открытий. Самое главное из них конечно же "недооткрытие" бозона Хиггса, о котором физики только и говорят с момента запуска Большого адронного коллайдера (БАК). Сначала БАК сломался, его со скрипом чинили, потом долго и нудно проводили экспериментальные "забеги" протонов по подземной закольцованной трубе диаметром 27 километров. И, наконец, совсем недавно кое-какие значимые результаты были получены - но, увы, бозон опять ускользнул, хотя, по некоторым косвенным данным, все-таки может быть обнаружен. Ученые уже было собирались поставить БАК на профилактику, но, ободренные полученными данными, решили еще погонять протоны, до лета 2011 года. Есть надежда, что пресловутую "частицу бога" все-таки найдут и физикам будет счастье.

Не оправдались и надежды на "алмазную планету". Журнал Nature сообщил, что атмосфера экзопланеты WASP-12b чрезвычайно богата углеродом (экзопланеты - это очень далекие от нас планеты вне Солнечной системы). Отсюда в ряде изданий был сделан странный вывод, что поверхность этой планеты покрыта алмазами и графитом, причем якобы об этом сообщил сам автор исследования Никку Мадхусудан, фамилию которого в СМИ перевирали самым безжалостным образом. Разумеется, ничего такого ученый из Массачусетского технологического института, знаменитого MIT, не говорил. Более того, WASP-12b относится к газовым гигантам с температурой около 2500 градусов Цельсия и у нее нет твердой поверхности - ни алмазной, ни даже асфальтовой.

Другое интересное "неоткрытие" также связано с углеродом. Получение пленок углерода толщиной в один атом - графена и присуждение за это Нобелевской премии Гейму и Новосёлову напомнило исследователям о давней идее синтеза алмаза. Имеется в виду не получение небольших кристаллов алмаза из графита при огромных давлениях и температурах, а органический синтез, протекающий при чуть ли не комнатных температурах и давлении. Для этого необходимо, например, изготовить углеводород со структурой, повторяющей структуру алмаза, а затем каким-то образом произвести отщепление водорода. Сделать это можно даже в школьном кабинете химии. Близкие по строению углеводороды тоже получены, например кубан. В этом веществе восемь атомов углерода занимают вершины куба, к каждой из которых присоединен водород. Но предпринимавшиеся в этом году попытки синтеза алмазоподобных углеводородов успехом также не увенчались.

Не состоялось и очередное открытие недостающего звена в эволюции человека. Найденный еще в прошлом году скелет древнего примата, который был поспешно объявлен останками этого звена, уже в 2010 году был идентифицирован как относящийся к лемуру из вымершего семейства. Так что пока наш прапрапра...дедушка продолжает скрываться во тьме веков

Пётр Образцов

Физики создали световое крыло

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 смещение "крыла"
Покадровая съёмка показывает смещение микроскопического "крыла" под действием потока света (фото с сайта nature.com)
 

Оптический аналог аэродинамического профиля, дающий подъёмную силу при попадании в широкий поток света, построили учёные из США.
 достижение поперечной силы
В отличие от оптического пинцета, для достижения поперечной силы в новой схеме не требуется градиента интенсивности света (фото с сайта nature.com).
 

Сначала авторы опыта смоделировали при помощи компьютера, как свет преломляется внутри тел различной формы и как излучение покидает такие тела. Выбрав самый подходящий вариант, физики создали из прозрачного полимера микроскопические изогнутые стержни с полукруглым сечением.

Исследователи поместили эти стержни в воду и осветили милливаттным лазером. Помимо смещения от прямого светового давления инициаторы эксперимента обнаружили боковое перемещение этих стержней, что доказывало появление подъёмной силы.

Учёные объясняют, что полученное световое крыло работает схожим образом с крылом обычным: при облучении такого объекта под определённым углом возникает перекос в направлении света, прошедшего сквозь материал, что создаёт разницу давлений, подобную разнице в давлении воздуха над и под самолётным крылом.

Оптическое крыло, считают учёные, пригодится для привода микромашин, транспорта микрочастиц в жидкости, а также для улучшения конструкции солнечных парусов.

"Это почти как первые шаги в авиации, что сделали братья Райт", — охарактеризовал открытие один из его авторов Гровер Шварцлендер (Grover Swartzlander) из технологического института Рочестера (RIT). Детали опыта можно найти в статье в Nature Photonics.

Впервые ученым удалось непосредственно увидеть атом водорода

Источник: «Nano News Net/»

 Пояснение результатов эксперимента
Рис. 1. К пояснению результатов эксперимента
 

Японские ученые объявили о том, что им, впервые в мире, удалось осуществить непосредственное наблюдение атомов водорода. Водород имеет атомное число 1, атом водорода имеет диаметр около 0.1 нм, что делает его самым маленьким атомом из всех элементов периодической системы Менделеева. Сделанное учеными достижение, как ожидается, позволит ускорить научные исследования в области технологий хранения водорода, изготовления полупроводниковых устройств из кремния и других материалов.


Для проведения таких наблюдений ученым пришлось сделать ряд улучшений в конструкции электронного микроскопа ARABF-STEM, который является достаточно новой разработкой и функционирует с 2009 года. Основной доработке подверглась фокусирующая линза микроскопа ARABF-STEM, ее угол отклонения был скорректирован таким образом, что бы обеспечить разрешающую способность в 0.1 ангстрема (1 ангстрем = 0.1 нм).

После доработок электронного микроскопа ученые поместили в его поле зрения кристалл гидрида ванадия (VH2). Ванадий является металлом, активно сорбирующим водород, атомы которого помещаются в пространстве между узлами кристаллической решетки ванадия. Благодаря высокой разрешающей способности усовершенствованного электронного микроскопа ARABF-STEM на полученных снимках можно было четко различить атомы ванадия (помечены на снимке зеленым цветом) и атомы водорода (помечены синим цветом).

В более ранних исследованиях, проведенных в мае 2010 года, ученые из Токийского университета и компании Toyota Motor Corp наблюдали в электронный микроскоп кристалл окиси сплава лития и кобальта LiCoO2, материала, выступающего в роли положительного электрода литий-ионных аккумуляторных батарей. Тогда ученым, хоть и с большим трудом, удалось различить на снимках атомы лития, имеющих атомное число 3, атомы кислорода и кобальта, конечно, удалось идентифицировать без труда.

Результаты исследований были опубликованы Обществом прикладной физики Японии (Japan Society of Applied Physics, JSAP) в онлайн-версии английского журнала «Applied Physics Express (APEX)» от 5 ноября 2010 года.

Впервые получен конденсат Бозе-Эйнштейна из фотонов

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 конденсация излучения
Схема опыта. Ниже показана резкая конденсация излучения (распределения интенсивности света в ловушке) по достижении фотонами критического числа. Слева – свет до, справа – после такого перехода (иллюстрации Jan Klars, Julian Schmitt, Frank Vewinger, Martin Weitz/Nature).
 

Конденсат Бозе-Эйнштейна из фотонов, вместо привычных уже для физиков атомов, удалось получить группе учёных из Боннского университета (Universitat Bonn).

Для получения Бозе-Эйнштейновского конденсата частицы следует очень сильно охладить. Но для фотонов охлаждение фактически означает исчезновение, к тому же чем ниже температура излучающего тела, тем меньше число самих фотонов. Поэтому долгое время создание необычного состояния для света считалось невозможным.

Физики из университета Бонна нашли способ обойти это препятствие. Они использовали два зеркала с высокой отражающей способностью, между которыми поместили раствор с красителем. Его молекулы регулярно захватывали и вновь испускали проходящие фотоны.

В ходе этого процесса излучение снижало свою температуру до уровня температуры жидкости, то есть комнатной температуры. (Строго говоря, температура фотонов — это температура идеального абсолютно чёрного тела, которое выдавало бы такое же излучение.)

При помощи лазера учёные значительно нарастили число фотонов, пойманных между зеркалами, так, что те в конце концов перешли в новое состояние — превратились в суперфотон, то есть стали вести себя как одна частица. Тут наблюдается аналогия с объединяющимися атомами в обычном Бозе-Эйнштейновском конденсате. (Подробности опыта можно найти в пресс-релизе университета и статье в Nature.)

Авторы эксперимента считают, что новый вид конденсата пригодится как в фундаментальных исследованиях (изучение слабо взаимодействующего практически двухмерного Бозе-газа), так и в прикладной физике. Например, фотонный конденсат может привести к созданию компактных источников когерентного излучения в ультрафиолетовом, а возможно, и рентгеновском диапазоне. Такие приборы в свою очередь будут охотно восприняты в ряде отраслей, в частности, в производстве микросхем.

Антиводород впервые пойман в ловушку

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 Установка ALPHA
Установку ALPHA приходится охлаждать жидким гелием (фото Niels Madsen, ALPHA, CERN).
 

Физики в Европейском центре ядерных исследований (CERN) создали несколько нейтральных атомов антиводорода и сумели удержать их в магнитной ловушке на некоторое время.

Большим успехом увенчался эксперимент ALPHA по получению и изучению антиматерии. Раньше, создавая нейтральное антивещество, учёные не успевали провести все желаемые измерения, например спектроскопию, так как антиводород очень быстро аннигилировал, встречая обычную материю.

Теперь исследователям удалось получить достаточно медленные (холодные) антиатомы, чтобы они на 0,1-0,2 секунды задержались в "магнитной бутылке".

Физикам пришлось создать 10 миллионов антипротонов и 700 миллионов позитронов. При их взаимодействии получились тысячи атомов антиводорода. Большинство покинули "магнитную бутылку" практически мгновенно и аннигилировали, но 38 штук продержались в паутине полей достаточно долго, чтобы над ними можно было бы провести какие-либо измерения (эта фаза ещё впереди).

Учёные намерены развивать опыт, чтобы научиться создавать больше антиатомов сразу и удерживать их ещё дольше. Исследуя свойства антиводорода, физики надеются проверить CPT-инвариантность (симметрию законов природы при инверсии заряда, чётности и времени), тем самым проливая свет на загадку фундаментальной асимметрии материи и антиматерии и их таинственного дисбаланса во Вселенной.

Детали работы можно найти в пресс-релизе CERN и статье в Nature.

Японцы создали демона Максвелла

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 ротор из пары микросфер и четыре электрода
Основа опытной установки: ротор из пары микросфер и четыре электрода (A-D), на которые подаётся синусоидальное напряжение со смещёнными фазами (шарики и электроды показаны в разном масштабе) (иллюстрация Shoichi Toyabe, Eiro Muneyuki, Masaki Sano/Nature Physics).
 

Демона Максвелла — мысленный эксперимент, покушающийся на второе начало термодинамики, удалось поставить в реальности физикам из университетов Тюо (Chuo University) и Токио (University of Tokyo).

Японцы создали два связанных шарика полистирола диаметром 0,3 микрометра каждый. Один находился на поверхности стекла, второй мог вращаться вокруг первого. Установку при этом заполняла жидкость. Её молекулы хаотично подталкивали шарики (броуновское движение), естественно, с равной вероятностью как по часовой, так и против часовой стрелки.

Далее авторы добавили слабое электрическое поле, которое создавало крутящий момент. Это был аналог лестницы, по которой шарик мог "взбираться", увеличивая потенциальную энергию. Иногда молекулы толкали ротор против действия поля (подъём), иногда в сторону поля (прыжок по ступенькам вниз). Но в целом ротор вращался туда, куда его толкало внешнее поле.

Но вот физики добавили "демона" — высокоскоростную камеру, наблюдающую за шариком, и компьютер, управляющий полем. Каждый раз, когда ротор в броуновском движении делал шаг против поля, компьютер сдвигал последнее так, что шарик мог повернуться, но когда ротор пытался вращаться обратно, поле блокировало его.

Так был создан аналог открываемой и закрываемой демоном Максвелла дверцы: ротор увеличивал свою энергию за счёт теплового движения молекул.

Законов природы, впрочем, установка не нарушает, поскольку для работы "демона" (камеры, системы коррекции напряжения) необходима энергия. Но японцы подчёркивают: данный опыт впервые на практике доказал реальность теплового насоса — демона Максвелла, теоретически обоснованного Лео Сцилардом в 1929 году. Такая машина извлекает энергию из изотермической окружающей среды и преобразует её в работу.

Новый эксперимент, утверждают его авторы в статье в Nature Physics, позволил также проверить уравнение Ярзинского (Jarzynski equality), описывающее преобразование информации в энергию. Учёные посчитали, сколько бит содержали кадры с положением ротора, и установили, что при комнатной температуре один бит превращается в 3 х 10 -21 джоулей, в полном соответствии с теорией, — сообщает New Scientist.

Эксперимент по созданию «миниатюрного Большого Взрыва» на Большом Адронном Коллайдере (БАК) прошел успешно

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

В ходе эксперимента вместо протонов столкновению были подвергнуты тяжелые ионы (ионы свинца). В ходе эксперимента, прошедшего 7 ноября, были получены температуры в миллион раз выше, чем в центре Солнца.

До этого эксперимента на ускорителе сталкивали протоны, в результате чего ученые планировали подтвердить существование бозона Хиггса. Но в следующие несколько недель исследователи сосредоточат все свое внимание на анализе данных, полученных в результате столкновения ионов свинца.

Информация, полученная благодаря проведенному эксперименту, может помочь существенно расширить знания о том, какие процессы происходили в исходной плазме через миллионную долю секунды после Большого Взрыва 13,7 миллиардов лет тому назад.

Одна из шести экспериментальных установок БАК (а именно – ALICE) была специально создана для этого эксперимента, но в процессе были задействованы и установки ATLAS и CMS, переключенные в новый режим.

Ученым удалось наблюдать наиболее высокую плотность и температуру, когда-либо полученную в результате эксперимента. При температуре более десяти триллионов градусов даже протоны и нейтроны, из которых состоят атомы, расплавились и распались на смесь кварков и глюонов, называемую кварк-глюонной плазмой.

Именно подобная плазма, как сейчас считают ученые, образовалась сразу после Большого Взрыва. Изучение плазмы может помочь в изучении сильного взаимодействия. Это сила, которая не дает распасться ядрам атомов.

Создан быстрый диод редкого типа

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 два металла и нанометровый слой изолятора между ними
Столь простой бутерброд (два металла и нанометровый слой изолятора между ними) может революционизировать электронику, – мнение авторов.
 

Опытный образец необычного диода, способного работать с высокой скоростью, построен в университете Орегона (OSU).

Диод типа металл-изолятор-металл (metal-insulator-metal – MIM) использует квантово-механический эффект: туннелирование электронов сквозь очень тонкий слой диэлектрика.

"Исследователи пытались сделать такой прибор на протяжении десятилетий, до сих пор без успеха", – говорит один из авторов работы Дуглас Кеслер (Douglas Keszler). Он поясняет, что MIM-диоды, созданные в других лабораториях, не радовали высокой производительностью.

Между тем сам по себе диод такого типа перспективен. Он может сочетать высокую скорость работы (электроны туннелируют мгновенно) и низкую цену. Со слов Кеслера, потенциально схемы на основе диодов MIM могут быть даже дешевле, чем нынешние чипы на базе кремния.

Ключом к новой вариации MIM-диода стало применение тонкого слоя аморфного металла в качестве контакта. Этот слой образует с диэлектриком бесшовное и плотное соединение буквально на атомарном уровне, так что электроны получают возможность беспрепятственно перепрыгивать через "барьер".

Американские физики говорят, что технология совместима с легкодоступными металлами (медью, никелем, алюминием). При этом возможна печать новых схем на крупных подложках из разного материала. Детали исследования раскрывает статья в Advanced Materials и пресс-релиз OSU (иллюстрация Oregon State University, Advanced Materials).

Рейтинг языков программирования (октябрь, 2010 год)

Источник: «РУССКИЕ ДОКУМЕНТЫ»

Голландская компания TIOBE представила очередной рейтинг языков программирования. Рейтинг строится по данным популярных поисковых систем о количестве разработчиков и компаний, использующих язык, а также о количестве обучающих курсов по этому языку.

Что нового в октябрьском рейтинге? В первую очередь это быстро набирающий обороты Objective-C от Apple, который набрал 2.54% за год, и стремится стать языком 2010 года. Появление в первой двадцатке языка Go уже было в начале этого года. И не просто появление — он стал языком 2009 года по версии TIOBE. Сейчас он сместился с 13 места (данные на январь 2010) на 20 место, но продолжает активно собирать последователей.

Помимо языков от Google и Apple в 2009 высокого уровня достигли C# от Microsoft и Actionscript от Adobe. Что касается Java, то он по прежнему остался на первой строчке, хотя его популярность продолжает падать, а Си снова медленно, но верно идёт к первому месту.

Интересно также неожиданное падение популярности PHP, и Javascript. Если ситуация с PHP еще более-менее понятна, то что касается повсеместно используемого Javascript — непонятно откуда такое падение рейтинга.

Пожалуй, самое удивительное — появление в двадцатке легендарного военного американского языка Ada, интерес к которому вознёс его аж на 17 строчку рейтинга (по сравнению с 29 местом год назад).
ПозицияЯзык программированияРейтинг
1Java18.166% (-0.48%)
2C17.177% (+0.33%)
3 (+1)C++9.802% (-0.08%)
4 (-1)PHP8.323% (-2.03%)
5(Visual) Basic5.650% (-3.04%)
6C#4.963% (+0.55%)
7Python4.860% (+0.96%)
8 (+4)Objective-C3.706% (+2.54%)
9 (-1)Perl2.310% (-1.45%)
10Ruby1.941% (-0.51%)
11 (-2)Javascript1.659% (-1.37%)
12 (-1)Delphi1.558% (-0.58%)
13 (+4)Lisp1.084% (+0.48%)
14 (+10)Transact-SQL0.820% (+0.42%)
15Pascal0.771% (+0.10%)
16 (+2)RPG (OS/400)0.708% (+0.12%)
17 (+12)Ada0.704% (+0.40%)
18 (-4)SAS0.664% (-0.14%)
19MATLAB0.627% (+0.05%)
20 (new)Go0.626% (+0.63%)


   График изменения популярности первой десятки языков в рейтинге, начиная с середины 2001 года:

 Рейтинг языков
Разработанный метод исследования когерентной динамики стал доступным только сейчас (изображение: newscenter.lbl.gov)
 

В 2009 году TIOBE предсказывала, что в недалёком будущем PHP и Ruby потеряют популярность, а Python, C# и Erlang станут лидерами. Вот как выглядит текущий прогноз на конец 2010 года от TIOBE: наберут популярность C++ (благодаря новому стандарту), C# (благодаря хорошей динамике развития) и JavaFX script, а вот для Java (не поспевающего за прогрессом) и Perl (в связи с большим количеством конкурентов) настанут не лучшие времена. Тем не менее, очевидно, что в лидеры вырываются языки от Apple и от Google, что в очередной раз подтверждает древнюю истину: прогнозы — неблагодарное дело.

Для информации, язык 2009 года — Go, 2008 — C, 2007 — Python, 2006 — Ruby, 2005 — Java, 2004 — PHP, 2003 — C++. Другая статистика по ссылке www.tiobe.com/index.php/content/paperinfo/tpci/index.html.

Другой рейтинг популярности языков программирования доступен на www.langpop.com/ . Возможно, кому-то он покажется более интересным.

Нобелевскую премию по физике получили выходцы из России

Источник: «РИАНовости»

СТОКГОЛЬМ, 5 окт - РИА Новости, Людмила Божко. Нобелевская премия 2010 года по физике присуждена выходцам из России, работающим в Великобритании - Константину Новоселову и Андрею Гейму - за создание графена, объявила Шведская академия.

Премия ученым присуждена "за новаторские эксперименты по исследованию двумерного материала графена", говорится в сообщении на сайте премии.

Андрей Гейм сейчас имеет голландское гражданство. Он родился в Сочи в 1958 году. В 1987 году защитил кандидатскую диссертацию в Институте физики твердого тела РАН в Черноголовке. В настоящее время занимает пост директора нанотехнологического центра в британском Манчестере.

Награда стала неожиданностью для Андрея Гейма.

"Я хорошо спал этой ночью и премии в этом году не ожидал", - сказал он журналистам.

Отвечая на вопрос о планах на сегодняшний день, Гейм сказал: "Мой план - пойду на работу, надо закончить статью, которую я начал на прошлой неделе".

Константин Новоселов имеет британское и российское гражданство. Он родился в Нижнем Тагиле в 1974 году, сейчас является профессором университета Манчестера.

Гейм и Новоселов начали работать вместе еще в Нидерландах, а затем они оба перебрались в Великобританию. В 2004 году они экспериментально доказали возможность получения наноматериала графена - особой формы углерода, представляющей собой лист толщиной в один атом.

Графен обладает уникальными физико-химическими свойствами, которые делают его незаменимым в самых разных сферах, в частности, в электронике.

Физики измерили замедление времени в лаборатории

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

Эффекты изменения хода времени, зависящие от скорости объекта и силы гравитации, ранее учёные могли обнаружить только при наблюдении за космическими объектами, либо при измерении хода атомных часов, расположенных на стремительных спутниках и высоко летящих самолётах. Теперь удалось уловить те же самые явления, не выходя из лаборатории.

Недавно специалисты из Национального института стандартов и технологий (NIST) на основе ионов алюминия создали самые точные атомные часы в мире. Они работают почти в 40 раз равномернее, чем цезиевые, которые являются международным стандартом (колебания между энергетическими уровнями цезия фигурируют в самом определении секунды).

Казалось бы, ультравысокая точность новых часов (ошибка в секунду у них накапливается за 3,7 миллиарда лет) не может иметь никакого практического применения. Однако, физики NIST поставили опыты, реализовать которые можно было только с "алюминиевыми" хронометрами.

Согласно специальной теории относительности, время для движущегося объекта замедляется. В новом эксперименте учёные использовали двое синхронизированных при помощи оптического кабеля "алюминиевых" атомных часов. В одних ион оставался на месте, а в других постоянно прыгал внутри ловушки со скоростью 4 метра в секунду. Мизерная разница в скорости породила и столь же малое различие в ходе времени, которое, однако, удалось засечь как сбой размером в два такта на каждые 10 квадриллионов "тик-так".

Что до действия на время силы тяжести, то тут авторы воспользовались градиентом гравитационного поля Земли. В ходе проверки этого аспекта общей теории относительности учёные сначала поставили одни атомные часы на 17 сантиметров ниже вторых, а затем перенесли первые на 33 см вверх. Такой сдвиг по вертикали породил смещение в отсчёте времени, равное четырём тактам на каждые 100 квадриллионов.

Величина рассогласования соответствовала предсказанию Эйнштейна — отклонению в ходе часов на 3 микросекунды в год на один километр разницы в высоте над землёй (Детали изложены в статье в Science и пресс-релизе института.)

Учёные объяснили невозможный гол Роберто Карлоса

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 "Невозможный" удар бразильца
"Невозможный" удар бразильца остался в анналах футбола как курьёз и причуда природы, между тем, нашлись люди, которые дотошно описали его с точки зрения физики и математики
 

3 июня 1997 года в товарищеском матче Бразилия-Франция Роберто Карлос (Roberto Carlos) забил гол, который комментаторы объявили "противоречащим законам физики", столь круто, облетев стенку, мяч свернул в ворота Фабьена Бартеза (Fabian Barthez). Теперь же французские физики составили уравнение того полёта и объявили — хотя ворота пали, законы природы устояли.

Кристоф Клане (Christophe Clanet) и его коллеги из парижской политехнической школы (Ecole Polytechnique) решили разгадать тайну удара Карлоса в одном из матчей турнира Tournoi de France. Для начала они поставили серию опытов с пластиковым шариком, перемещающимся в воде. Он был равной с водой плотности и сохранял нейтральную плавучесть, позволяя измерить эффект от вращения шарика и взаимодействия его со средой.

Выяснилось, что по мере продвижения резко закрученной сферы вперёд, её поступательная скорость падает намного быстрее темпа вращения вокруг оси. Траектория закругляется всё сильнее и сильнее, следуя спирали, наподобие раковины улитки. В случае с мячом на него помимо аэродинамических сил действует и притяжение Земли. Но, объясняют французы, при достаточно высокой начальной скорости (а Карлос нанёс сильный удар), влиянием гравитации можно пренебречь.

Главное же, что Роберто находился достаточно далеко от ворот — на расстоянии 35 метров. В случае похожих кручёных ударов дистанция атаки обычно меньше, и зрители видят только первую часть спирали, более пологую. Кажется, что перед нами просто часть окружности.

Но сокрушительный удар бразильца с большого расстояния позволил проявиться и второй половине истинной траектории, которая на деле следует по всё меньшему и меньшему радиусу. Так что резкий поворот мяча в самом конце полёта, уже перед воротами, не был случайностью.

Французы даже вывели уравнения для такой закрученной траектории. Подробности — в статье в New Journal of Physics.

 Схема удара
Схема удара Карлоса (иллюстрация с сайта bbc.co.uk).
 

Движение электронов в атоме

Источник: «Известия Науки - Новости»

 фото: NASA
Разработанный метод исследования когерентной динамики стал доступным только сейчас (изображение: newscenter.lbl.gov)
 

Впервые учёные в реальном времени наблюдали движение одиночных электронов в атоме

Интернациональной группе ученых, включающей в себя исследователей из Института квантовой оптики Макса Планка в Гархинге (Германия), Берклеевской национальной лаборатории Департамента энергетики США, и Университета Калифорнии в Беркли, удалось визуализировать в реальном времени движение электронов с внешней оболочки атомов, используя сверхкороткие импульсы лазера.

Используя технику аттосекундной абсорпционной спектросокопии, ученые наблюдали со сверхвысокой точностью колебания между квантовыми состояниями валентных электронов. Эти колебания и управляют движением электронов.

«На примере простой системы атомов криптона, мы смогли впервые продемонстрировать возможность измерения абсорбционной динамики посредством аттосекундных импульсов [света]», — говорит Стефен Леоне из отдела химических наук Берклеевской лаборатории, профессор химии и физики в Университете Калифорнии в Беркли. «Мы изучали когерентную суперпозицию электронов, определяющую ряд важных свойств в различных системах, например, в процессе фотосинтеза. Разработанный метод исследования когерентной динамики стал доступным только сейчас. Он является весьма общим, применимым к различным задачам физики и химии жидкостей, твердых тел, биологических систем, связанным с аттосекундной динамикой электронов».

Сначала ученые ионизировали атомы криптона фемтосекундными импульсами инфракрасного лазерного света. Затем движение валентных электронов изучали с помощью гораздо более коротких (порядка 100 аттосекунд) импульсов жесткого ультрафиолетового излучения. Результаты исследования будут опубликованы в ближайшем номере журнала Nature.

Источник: Об этом сообщает Информнаука со ссылкой на Berkeley National Laboratory

Впервые отснято превращение графена в фуллерены

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 Изображения листов графена
Изображения листов графена, полученные при помощи просвечивающего электронного микроскопа. Стрелками показаны отдельные сфероиды на разных стадиях образования (иллюстрация Nature Chemistry).
 

Чтобы увидеть, как именно на атомном уровне графен становится россыпью фуллереновых "шариков", учёные из Германии, Испании и Великобритании использовали просвечивающий электронный микроскоп (TEM).

Весь процесс можно разложить на четыре основных шага. Инициировал реакцию высокоэнергетический электронный луч микроскопа, которым исследователи посветили на лист графена. Так как атомы углерода на его краю связаны лишь с парой соседей, "отколоть" их от края очень легко. Из-за этого край листа постоянно меняет форму.
 потеря атомов углерода
Переход от a к b: потеря атомов углерода на краю листа; b – c: образование пентагонов; c – d: сворачивание чешуйки; d – e: образование новых связей, подготовка к "закрытию"; e – f: образование фуллерена C60 (иллюстрация Nature Chemistry).
 

Далее на краю листа с обрывками связей образуются пентагоны, которые заставляют лист постепенно приобретать чашевидную форму (эти части процесса термодинамически выгодны). В конце концов отдельные края будущего фуллерена сходятся вместе. Количество "открытых" связей уменьшается, получается наиболее стабильная в таких условиях конфигурация углеродных атомов.

Образовавшийся шар не теряет составляющие, и электронный луч больше не в состоянии его "расщепить". "Впервые мы наблюдали образование фуллерена in situ", — подводит итог один из авторов работы Андрей Хлобыстов из университета Ноттингема.

Нынешнее исследование объяснило, отчего при получении фуллеренов на руках у учёных в основном оказываются разновидности C60 и C70. При количестве атомов больше сотни на процесс соединения краёв такого "шарика" уходит слишком большое количество энергии, а при значении меньше 60 – края не соединяются из-за того, что связи испытывают слишком большое растяжение.

Статья авторов работы опубликована в открытом доступе в журнале Nature Chemistry. Кстати, совсем недавно фуллеренам нашли новое применение – на их основе создали необычный органический металл. Почитайте также о том, как из графена был создан "воздушный шар", а ещё о водном методе сворачивания листов из углеродных атомов.

Впервые в воздухе измерена скорость броуновского движения

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 Основа опыта – стеклянная бусина
Основа опыта – стеклянная бусина, которую удерживает в воздухе лазерный луч (фото Science)
 

Новый эксперимент физиков из университета Техаса в Остине (UTA) подтвердил известную теорему о равнораспределении кинетической энергии по степеням свободы. Для этого учёным потребовалось всего ничего – определить скорость хаотически перемещающихся частиц.

Теорема о равнораспределении связывает температуру системы с её средней энергией (для определения энергии частицы достаточно знать её массу и скорость). Для броуновских частиц это почти неприменимо ввиду того, что они слишком часто меняют направление и скорость движения.

Хотя опыты разной степени успешности и проводились ранее, любопытна сама методика нового эксперимента: впервые американцы решили использовать для определения скорости движения частиц "щипцы" из двух лазеров. С их помощью они поймали и заставили левитировать несколько стеклянных шариков диаметром 3 микрометра.

Нынешний эксперимент схематично весьма похож на другой, проводившийся пять лет назад командой из этого же университета, но тогда частицы измеряли ещё в жидкой среде.

В новой версии эксперимента из-за меньшей, чем у воды, плотности воздуха мешающие столкновения частиц между собой случались реже. Так что учёным оставалось лишь фиксировать параметры отражения частицами луча лазера ещё до того, как происходили соударения.

Проанализировав эти данные, специалисты смогли оценить скорость движения частиц и определить их энергию – параметры полностью согласовались с положениями теоремы о равнораспределении. Статья американских учёных опубликована в Science.

Названа лучшая иллюзия года

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

Во Флориде объявлены победители конкурса Best Illusion of the Year. Лучше всех, по мнению жюри, обманул зрение Кокити Сугихара (Kokichi Sugihara), профессор института передовых исследований математических наук Мэйдзи, показавший рампу, нарушающую все законы гравитации.

Создан процессор из органического молекулярного слоя

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 "кирпичик" нового компьютера
Приложение напряжения к подложке вызывает деформацию и поворот химических связей в "кирпичике" нового компьютера, что меняет свойства такой ячейки.
 

Умное распределение химических связей, их влияние на проводимость образца в разных точках и переключение состояний отдельных атомов вполне можно использовать как основу вычислительной системы.
 изменяющиеся состояния ячеек
Вверху: магнитно-резонансное изображение полушарий мозга, показывающих разные картины активности в зависимости от типа задачи. Внизу: картина изменяющихся состояний ячеек в мономолекулярном слое, по прихоти экспериментаторов подстраивающемся под вычисления разного характера. Визуальная аналогия не случайна (иллюстрация Anirban Bandyopadhyay).
 

Такой тезис экспериментально подтвердили учёные из Мичиганского технологического университета (Michigan Technological University), а также японских национальных институтов материаловедения (NIMS) и информационных и коммуникационных технологий (NICT). Они построили работоспособный прототип молекулярного компьютера с массовым параллелизмом.

Новая система способна одновременно менять и считывать состояние около 300 бит. По своему принципу, объясняют авторы новинки, такой процессор больше сходен не с суперкомпьютерами, содержащими множество чипов, а с мозгом, в котором гигантское число связей между миллиардами нейронов обеспечивают параллелизм, какой кремниевым монстрам и не снился.

В основе этого вычислительного устройства — молекула 2,3-дихлоро-5,6-дициано-1,4-бензохинона (DDQ) — её схема показана на рисунке под заголовком. Энное число DDQ учёные выложили в два мономолекулярных слоя на золотой подложке. Связанные между собой строго определённым образом, эти молекулы образовали логические переключатели, состоянием которых можно управлять.
 схема молекулярного процессора
Слева: схема молекулярного процессора. Справа: цикл самозалечивания. Молекула DDQ удаляется из верхнего монослоя приложением избыточного напряжения к наконечнику туннельного микроскопа. Вскоре молекулы-соседки перераспределяются (что сопровождается их переходами через разные энергетические уровни), заполняют вакансию и вновь создают правильную по геометрии структуру (иллюстрации Anirban Bandyopadhyay et al./Nature Physics).
 

Авторы убедились на опыте, что молекулярный слой может выполнять цифровые логические операции и что с его помощью можно вычислять диаграммы Вороного, моделировать диффузию тепла и рост раковой опухоли. (Детали — в статье в Nature Physics.) Кроме того, исследователи продемонстрировали, что слой DDQ умеет самозалечиваться после возникновения дефекта. На такой фокус ни один традиционный компьютер не способен, зато опять прослеживается аналогия с живым мозгом.

Получены первые снимки Солнца в высоком разрешении (ФОТО)

Источник: «Известия Науки - Новости»

 фото: NASA
Первые снимки Солнца в высоком разрешении (фото: NASA)
 фото: NASA
(фото: NASA)
 

Космический аппарат Solar Dynamics Observatory (SDO)(видео), запущенный NASA в начале февраля, передал на Землю первые снимки Солнца в высоком разрешении, сообщила пресс-служба космического агентства.

Снимки показывают недоступные ранее детали и крупные планы процессов, происходящих на Солнце, в частности, потоков вещества, которые выбрасывает звезда. Аппарату также удалось наблюдать выброс протуберанцев, который был зарегистрирован 30 марта.

"Эти первые изображения показывают Солнце в динамике, каким я его не видел ни разу за более чем 40 лет исследований.

Обсерватория SDO изменит наше понимание Солнца и процессов на нем, которые влияют на нашу жизнь и общество. Эта миссия имеет огромное значение для науки, такое же, как космический телескоп Хаббл для современной астрофизики", - сказал руководитель подразделения гелиофизики NASA Ричард Фишер, которого цитирует пресс-служба.

Аппарат SDO был запущен 11 февраля 2010 года и является самым совершенным инструментом исследования Солнца, уточняет РИА "Новости".

В ходе миссии, рассчитанной на пять лет, он будет изучать магнитное поле Солнца и его влияние на химию атмосферы Земли и климат. Кроме того, обсерватория будет изучать "космическую погоду" ближайшей к Земле звезды. Разрешение снимков SDO в десять раз выше, чем у стандарта HDTV.

Испытана самая чувствительная система для измерения сил

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 ловушка Пеннинга
Для установки рекорда учёные воспользовались ловушкой Пеннинга (Penning trap)(фото Uni-MAINZ).
 

Специалисты из американского Национального института стандартов и технологий (NIST) обновили рекорд чувствительности измерений, зарегистрировав самую маленькую в истории силу в 174 йоктоньютона (10-24 Н).

Вначале группы ионов бериллия 9Be+ охладили по методу Допплера (Doppler cooling). В ловушке Пеннинга осевое и радиальное смещения заряженных частиц контролируются двумя полями – однородным магнитным (в данном опыте – с индукцией в 4,5 Тл) и электрическим. Затем авторы воздействовали на частицы, подавая напряжение на один из электродов ловушки, и с помощью лазера фиксировали силу воздействия полей, изменяющую частоту вибрации ионов (laser Doppler velocimetry).

Самый лучший результат (упомянутые 174 иН) учёные зарегистрировали в опытах с группой из 60 ионов 9Be+. Эта сила почти на три порядка меньше предыдущего рекорда чувствительности, измерявшегося в аттоньютонах (10-18 Н).

Чувствительность описанного специалистами NIST метода измерения возрастает по мере сокращения числа удерживаемых в ловушке ионов.

Статья физиков выложена в открытый доступ (PDF-документ) на arXiv.org. Ранее специалисты из NIST уже удивляли нас своими измерителем проводимости отдельных атомов, расширяемой ионной ловушкой и новым хронометром-рекордсменом.

Что значило в начале 1961 года быть космонавтом N 1?

Источник: «Известия Науки - Новости»

Василий ГОЛОВАНОВ:

Праздник сверхъестественный и даже волшебный, которого ждали, который должен был прийти - и вдруг явился в такой силе, что люди по всей стране бросали работу, бежали на улицы, обнимались, хохотали, надевали на себя самодельные транспаранты, плакали и пели... Гагарин - было имя праздника. Гагарин, Гагарин, Гагарин!!!

От того дня 1961 года нас сегодня отделяет настоящая вечность - вместе мы являемся то ли гражданами, то ли просто обитателями некоего царства или некоего государства, от которого никто из нас не ждет ни чего-то сверхъестественного, ни, тем более, волшебного. Наши эмоции, оберегая нас от повседневных разочарований, приобрели иронический тон. Мы не чувствуем себя ни свободными, ни счастливыми (разве что молодость).

Утечка оптимизма очевидна, да оно и понятно: на нижнем уровне повседневности творятся какие-то неправдоподобные, инфернальные ужасы. Но если рассчитывать на будущее, на какое-то "завтра", если вообще на что-то рассчитывать, надо привстать на цыпочки... Подняться на один-два уровня вверх, где, собственно, и начертана подлинная история - история человеческого духа. Для будущего только прорывы в области духа имеют значение. А раз так, надо поспешить, и прежде, чем юбилейные публикации будущего года залакируют образ Гагарина неразборчивым и поверхностным восхищением, разобраться - что же произошло? Какой прорыв совершил человек-Гагарин, подаривший нам сверхъестественный, как утверждают очевидцы, и даже волшебный праздник, который все еще остается с нами?

1. "...Полет Гагарина венчает гигантскую пирамиду человеческого труда, труда многих лет и тысяч людей..." - писал мой отец, Ярослав Голованов, в очерке, посвященном 25-летию гагаринского полета. В этой фразе спрессован такой объем информации, что пытаясь распаковать ее, пояснить, что к чему, мы рискуем перегрузить материал деталями, от которых он просто лопнет и протечет потоками важных, несомненно важных, но неисчерпаемых подробностей. Впрочем, известных. Мечтатели, гении-одиночки, изобретатели-энтузиасты составляют как бы подложку этой исполинской пирамиды.

"Великий глухой" - учитель калужской гимназии К.Э. Циолковский создал чертежи своей ракеты, предназначенной для межпланетных путешествий, в 90-е годы XIX века. Гений. На его работе "Исследование мировых пространств реактивными приборами", написанной в 1903 году под влиянием философа Н. Федорова, стоит весь "русский космизм". "Человечество не останется вечно на Земле, но в погоне за светом и пространством сначала робко проникнет за пределы атмосферы, а потом завоюет себе все околосолнечное пространство", - писал он. Великий мечтатель!

Великим мечтателем был и будущий главный конструктор советских космических кораблей С.П. Королев. Уже в 1935 году, будучи инженером ГИРДа (группы изучения реактивного движения), он признавался, что главной своей задачей видит полет человека в стратосферу. Сейчас такой куцый размах кажется несерьезным, но именно мечта позволила ему, оттолкнувшись от послевоенного правительственного задания, поставленного по-сталински жестко (создание баллистической ракеты-носителя, способной донести ядерный заряд точно к цели, неограниченно отдаленной от места пуска), пробить целиком новаторскую отрасль науки - мирный космос, - запустить первый искусственный спутник Земли, путем бесчисленных проб и гениальных находок переделать одну из своих баллистических ракет в космический корабль, приспособленный к полету в нем человека.

2. Этим человеком суждено было стать Юрию Гагарину.

О Гагарине не только бессмысленно сейчас спорить. Бессмысленно говорить. Что говорить? Только взгляни на него. Герой, одним словом. Чистое золото, готовая медаль. Народ любил его горячо и заслуженно. Но парадигма (небесполезное слово) газетного мышления позволяет нам вновь и вновь, как на запиленной пластинке, соскальзывать на проигранную уже дорожку. Случайность или судьба вели его к невиданной роли - первого в истории космонавта? А? Известно, что параметры кандидатов в космонавты были определены Королевым заранее: рост 170, возраст около 30, вес до 70 кг.

Военные медики Петр Васильевич Буянов и Александр Петрович Пчелкин случайно нашли на северном аэродроме недалеко от города Никеля "годных" по всем параметрам Юрия Гагарина и Георгия Шонина. В 1959 году эти двое влились в отряд, состоящий из двухсот кандидатов из разных частей. Потом Гагарин вошел сначала в "двадцатку", а потом и в "шестерку" самых-самых. И это случайностью быть не могло. Алексей Леонов очень точно сказал о Гагарине: "Он никогда никому не бросался в глаза, но не заметить его было нельзя".

Но и середняком он не был. Середняки отсеялись, в "шестерку" не вошли. А у него было качество, за которое он вошел. Отец, много лет знавший Гагарина, говорил мне, что этим его качеством был ум. Не говорун. Но и не молчун. Имел суждение, хотя и не спешил его высказывать. "Это был высокопорядочный, честный человек, - писал отец, - обладавший особой природной интеллигентностью, которая, кстати, не так уж редко встречается у простых и даже вовсе не образованных людей, особенно в русских деревнях".

Когда стало ясно, что первым космонавтом станет Гагарин? Строго говоря, только после утверждения его на заседании Государственной комиссии 8 апреля 1961 года, уже на космодроме, куда они приехали втроем: Гагарин, Титов и Нелюбов. Несомненных лидеров было два: Гагарин и Титов. Личные дела двух летчиков прежде разбирала специальная мандатная комиссия. Первый космонавт должен был - в некотором смысле - стать символом своей родины. И вот: Гагарин - со Смоленщины, а Титов - с Алтая. Но, правда, имя у него какое-то странное - Герман. И потом, у Гагарина было две дочки, он благополучный отец был, а у Титова умер сын и тогда вообще детей не было... В общем, склонялись к Гагарину, но не выбрали никого. В конце концов сделали фотографии, принесли Хрущеву. Тот посмотрел:

- Оба парня отличные! Пусть сами выбирают!

Выбрали Гагарина.

Что значило в начале 1961 года быть космонавтом N 1?

До полета Гагарина из космоса благополучно вернулись лишь три корабля: 19 августа 1960 года в небо был запущен корабль с Белкой и Стрелкой, крысами, мышами и черепахами. Это был первый космический корабль, который улетел от Земли в космос и вернулся обратно. Тогда это было эпохальное событие. Еще один был запущен Королевым как подарок к 27-летию Гагарина 9 марта 1961 года - с собакой Чернушкой, и третий, тоже с живностью, 25 марта, буквально накануне старта. Так, собственно, была отработана система возврата корабля на Землю.

Не знаю, как у Гагарина, а у меня что-нибудь да ёкнуло бы, случись мне лететь и возвращаться по столь свежим и еще ненатоптанным, редким следам. Но Королев обладал потрясающим даром вселять уверенность в своих подчиненных.

На собаках, крысах и мышах было проверено, что живые организмы выдерживают серьезные перегрузки и невесомость. Но конкретно про человека не было известно, как повлияют на мозг перемены в работе системы кровообращения, которая привыкла жить в мире тяжести. Сумеет ли в невесомости человек глотать, не застрянет ли пища в пищеводе? Наконец, не наступят ли некоторые психологические и психические сдвиги в его поведении? Грубо говоря, не повредится ли он рассудком? На все эти вопросы ответов не было. Их должен был дать Гагарин.

3. Ракета на старте. Вечером 11 апреля Гагарина и Титова осмотрели врачи. Все в норме. В 22.00 они уже легли спать в маленьком домике поближе к стартовой площадке. 12-го подъем в 5.30 утра. На вопрос "Как спалось?" Гагарин ответил:

- Как учили.

Завтрак из "космических" тюбиков. Потом - облачение в скафандр. И Титова, и Гагарина. Подошел Королев, спросил, как настроение.

- Отличное, - сказал Гагарин. Потом, заметив, что у Королева осунувшееся, бледное лицо (он не спал ночь, ходил к ракете), тут же спросил: - А у вас? - Помолчал. - Да вы не беспокойтесь. Все будет хорошо...

К Гагарину стали подходить люди, просили автограф... Никто никогда у него автограф не просил... Кто-то протянул даже служебное удостоверение... Чудеса...

Подошел автобус. Расселись. Тронулись.

У корабля Гагарин отрапортовал председателю Госкомиссии.

Прежде чем шагнуть к ракете, обернулся назад и крикнул Титову и Нелюбову:

- Ребята! Один за всех и все за одного!

Просто мушкетер какой-то!

Подошли к лифту. Еще раз обернулся, помахал стоящим внизу людям.

Отвлекусь: Нелюбову очень хотелось быть первым. И он, по глупости или из гордыни, продолжал переживать свое "непервенство" очень горячо. Обида в нем сидела. Она его и подвела. Однажды в пивной между тремя ребятами из отряда космонавтов и администрацией вдруг возник конфликт. Нелюбова просили извиниться. Он отказался. В результате из отряда выгнали всех троих. Пережить крах карьеры "из-за кружки пива" Нелюбову и вовсе было тяжело... В общем, он спился, попал под поезд...

Алексей Леонов очень точно сказал о Гагарине: "Он никогда никому не бросался в глаза, но не заметить его было нельзя"

Когда Гагарину (псевдоним "Кедр") передали, что отошла кабель-мачта, частота его пульса составляла 157 ударов в минуту, но голос оставался совершенно спокойным:

- Дается зажигание, Кедр.

- Понял, подается зажигание.

- Предварительная ступень, промежуточная, главная... Подъем!

- Поехали!!! Шум в кабине слабо слышен. Все проходит нормально, самочувствие хорошее, настроение бодрое, все нормально...

И излился свет, затмевающий солнце. Сопла ракеты непрерывно и чудовищно изрыгали необъятный звук, похожий на вопль, на рев миллионов глоток, всей страны, оставшейся внизу, целиком вложившей себя, все свои трудодни, зарплаты натурой и зелеными трешками, бараки и коммуналки, убитых на войне отцов и сгинувших бог весть где сыновей, свои слезы и радости в это чудо - корабль "Восток". И гром этих зияющих горл разодрал небосвод на два облачных кружева, и туда, в эту промоину неба, ушла ракета...

С высоты Гагарин докладывал: "Вижу реки. Складки местности различимы хорошо. Видимость отличная. Хорошая видимость. Самочувствие отличное. Продолжаю полет. Несколько растет перегрузка, вибрация. Все переношу нормально. Самочувствие отличное, настроение бодрое. В иллюминатор "Взор" наблюдаю Землю. Различаю складки местности, снег, лес. Самочувствие отличное. Наблюдаю облака над Землей, мелкие, кучевые. И тени от них. Красиво. Красота!".

Потом отстрелилась вторая ступень, его основательно проплющило перегрузками и вытолкнуло уже в невесомость. Он приподнял руку, пробуя эту невесомость, поглядел в иллюминатор и увидел небо. Совершенно черное. Без звезд. Такого он не видел никогда - ни с Земли, ни из кабины истребителя. Легко придвинувшись поближе к иллюминатору, Гагарин заглянул ниже и заметил, что горизонт изогнулся какой-то мутной голубоватой дугой, а потом и вовсе сомкнулся кольцом.

Он понял, что так из космоса выглядит далекая Земля. Он был уверен, что это не глюк. А потом...

Потом началось снижение. Гагарин рассказывал моему отцу, что спуск с орбиты он переживал сильнее, чем восхождение в космос. Багровые всполохи, которые видел он сквозь шторки иллюминатора, страшили его; он знал, что теплозащита спускаемого аппарата должна гореть, что перегрузки при спуске будут больше, чем на взлете, волновался страшно.

Но он вернулся! Из космоса - на левый берег Волги, на Землю, что огромным шаром лежит в пустоте космоса неподалеку от города Энгельс. Сначала показался мотоциклист, а затем целая ватага людей, которые бежали к космонавту с криками: "Гагарин! Юрий Гагарин!".

- Как же так, только что передали, что вы над Африкой, - и вот уже у нас... - молвил, пожимая Гагарину руку, мотоциклист. И тут же рванул к кораблю: "посмотреть на какой штуке ты летал".

Приехал председатель райисполкома, оценил обстановку, возбужденно-радостно сказал:

- Поеду сообщать.

Вскоре подъехал майор Гасиев - неподалеку была часть ПВО.

По правде говоря, Гагарин не очень ясно представлял свое возвращение на Землю. Начал докладывать, как учили:

- Товарищ майор! Космонавт Советского Союза старший лейтенант Гагарин задание выполнил...

- Да ты уже майор! - засмеялся Гасиев.

Гагарин не понял. Гасиев объяснил, что по радио его называли майором. Произведен в майоры. Не успев вернуться! Просто не верилось.

Пока майор Гагарин общался с майором Гасиевым, местные мужики стырили из корабля неприкосновенный аварийный запас: рацию и лодку, надувающуюся из крошечного баллончика. Когда майоры укатили в сторону Энгельса, в деревню пришел хмурый капитан КГБ и без выражения сказал: "Если через полчаса не вернете НАЗ, посажу всю деревню". Но эти события уже никак не были связаны с Гагариным.

К вечеру этого бесконечно длинного дня его доставили в тогдашний Куйбышев, ныне Самару, куда прилетели все с Байконура. Закончили день праздничным ужином. Следующий посвятили обсуждению полета.

Четырнадцатого Гагарина встречала Москва.

Самолет Хрущева прибывал во "Внуково" в 12.30. Самолет Гагарина - в 13.00. На летном поле - небольшая трибуна и знаменитая ковровая дорожка.

Едва Гагарин ступил на ковровую дорожку, чтобы отрапортовать о выполнении задания партии и правительства, как у него развязался шнурок и петля забилась в ногах космонавта. Все, кто это видели - а мой отец видел, - замерли от ужаса. Было бы чудовищной несправедливостью, чтобы он упал, когда на него смотрит весь мир. Он не упал. В жестком ритме довоенного марша "сталинских соколов" ("Мы рождены, чтоб сказку сделать былью...") прошел до трибуны. Отрапортовав Хрущеву, расцеловался с ним, и тут начался сон...

Он увидел жену, детей - подумал: а почему они не в Гжатске? Я же их там оставил? Видел лица членов Политбюро, но для него эти лица с портретов, которые никогда не были реальными, так и остались нереальными, хотя Хрущев представлял их: "товарищ Брежнев", "Суслов", "Микоян"... Они тоже, казалось, сон...

А дальше, как в сказке про Алису, всё пошло только страньше и страньше, чудесатей и чудесатей. 26 апреля - первая загранпоездка в Чехословакию. И понеслось...

4. От взлета до посадки он пробыл вне Земли 108 минут, совершив по околоземной орбите один виток вокруг планеты. И однако же он вернулся другим человеком на другую Землю.

Вдруг оказалось, что возвращение туда, обратно, в мир простых и близких ему трудовых людей, для него невозможно. Он стал драгоценностью. Космонавтом N 1. Для которого не осталось даже шанса еще раз отправиться в космос: а вдруг что? Кто же будет выполнять Миссию? Осуществлять, так сказать, представительские функции? Ведь программу ему задавали жесткую: сначала приходил запрос, куда он едет, с кем должен встретиться, какие города посетить... За семь лет до своей гибели он объехал около тридцати стран.

Его встречали главы правительств, особы королевских домов, профсоюзные лидеры, пионеры, скауты, революционеры, консерваторы, звезды спорта и кино, художники и, наконец, бесконечные журналисты... И вот здесь окончательно стало ясно, что когда-то выбор космонавта N 1 был сделан правильно. Потому что он воспринял свою Миссию, как что-то очень важное, а не как увеселительную прогулку по загранкам.

Тогда ведь это было серьезно: заграница. Англия, Франция, Куба, Дания, Египет, Цейлон, весь соцлагерь... У кого хочешь поехала бы крыша. А у него характер был выделан на диво крепко и добротно: везде он оставался самим собой. Мастером своей профессии. Сыном Земли. Посланцем космоса. Посланцем мира. Веселым. Добрым. Доброжелательным. Простым. Но крепким. Не братался с холуями. Не заискивал перед сильными. Не гнулся перед богатыми. Как любил людей труда - так и остался им верен. Сам работал как вол.

Вот ведь какая история: приземлился он, конечно, на другую планету, нежели та, которую знал до этого (мало ли космосов скрыто, как шар в шаре, тут, у нас, на Земле?). Да и роль ему была заготовлена непривычная. Новая обертка, так сказать. Но он сумел остаться собой. И если иметь в виду какой-то предположительный вывод из всего, что написано, то первый урок Гагарина заключается в верности себе. И еще: будучи на вершине славы, которая даже "Битлз", наверно, не снилась, он не предал неказистый, простой народ.

Только! Не поймите меня неверно. Дед Гагарина Тимофей был сверловщиком на Путиловском заводе в Петрограде - и вот его он называет "кряжевый человек", явно любуясь им. "Неказистым" простой народ стал после десятилетий беспрерывной экспроприации: ленинской, сталинской, хрущевской, брежневской... И все равно - Гагарин свой народ не предал. А мы не просто предали - просрали.
 на улицах Парижа
В 1963 году на улицах Парижа: Юрий Гагарин приехал во Францию на XIV Международный астронавтический конгресс
 

"Кто это мы?" - спросит, возможно, читатель. Ну, как-то все мы, понемногу. Им-то там, наверху, по фигу было, сколько подводных лодок, истребителей, боеголовок, танков, бомб и, кстати, космических кораблей вычтут из зарплаты этих неказистых, понимаешь, тружеников. Ну и мы, журналисты, не поднимали эту тему, благо и нельзя было. Совесть чиста. А я почувствовал, что нечиста, когда побывал на Новой Земле: там (даже не в зоне полигона) есть гигантские свалки - отвалы в несколько километров, где валяются почти целые военные тягачи, бэтээры, ракеты, пусковые установки - всего на миллионы, на миллиарды рублей. И вспомнил, на чьи деньги все это было сделано, а потом выброшено: простых, понимаешь, неказистых тружеников. И мне стало стыдно как интеллигентному человеку. Правда, боюсь, это совсем уже другая тема. Не о Гагарине.

5. Сейчас много пишут о том, что космические исследования сворачиваются и какая это беда. Сворачиваются, да. Потому что всё, что можно было сделать на орбите, мы (в смысле - земляне) сделали. И больше тут, в околоземном пространстве, делать нечего. А проекты более масштабные ("лунный", "марсианский") - они требуют таких деньжищ, что даже США от них отказались. Вот у китайцев зудит полететь на Луну, чтобы доказать свой потенциал, - и пусть летят.

Ну, а то, что мы (земляне) сделали с начала космической эры, которую открыл Гагарин, нам этот материал еще осваивать и осваивать. Потому что мы до сих пор не можем понять простую вещь, столь красноречиво видимую с земной орбиты, - что мы все живем на одной небольшой планете, которой за минувшие сорок девять лет стала грозить реальная опасность. Все отчетливее видны на космических снимках в амазонских лесах места наступления пустынь в Африке и Азии, огромные горельники в нашей тайге и участки, начисто сведенные китайцами... Мы не научились жить в мире со своей планетой, в мире друг с другом, в мире с самими собой...

Человечество воистину превосходно себя охарактеризовало, отказавшись следовать Голливуду и превращать Солнечную систему в арену каких-нибудь "Звездных войн". Это очень, очень лестная для нас, землян, характеристика. А что до семян... Очень многое надо еще пропахивать в глубину, потому что зерна, брошенные на заре космической эры, - они не все еще взошли. И взойдут, может быть, нескоро: даже не в XXI веке. Потому что на XXI век людям, судя по всему, хватит и земных проблем. Ну, а Гагарин...

Поймите. Я не могу относиться к этому человеку беспристрастно, ибо обаяние его личности я ощущаю на себе с детства. Он просто подарил мне Праздник. И что же еще я могу к этому добавить?

Физики извлекли картинку из случайного шума

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 автор эксперимента
Приложение к нелинейному кристаллу электрического напряжения и точная подстройка последнего позволили проявить скрытое в шумах (верхний левый кадр) изображение цифр и полосок (фото Jason Fleischer/Dmitry Dylov).
 

Специалисты из Принстона провели впечатляющий эксперимент: они восстановили чёткий образ исходного рисунка, свет от которого прошёл через полупрозрачный пластик, хаотично раскидавший исходные лучи.

В прошлом году Флейшер и его коллеги показали, как нелинейная оптика способна восстанавливать потерянную информацию об объекте. Ныне Джейсон продолжил развивать это направление. В новом опыте физики поставили на пути лазерного луча стеклянную пластинку с рядом цифр и полосок. Получившийся поток света направляли в камеру, передающую картинку на монитор.

Когда между пластинкой и камерой поставили кусочек пластика, изображение на мониторе, очевидно, пропало, превратившись в размытый фон. Тогда авторы опыта поместили перед камерой нелинейный кристалл ниобата бария-стронция. Он заставил взаимодействовать между собой волны "шума" и волны, несущие исходную картинку, восстановив последнюю.

Как пишут Дмитрий и Джейсон в своей статье в Nature Photonics, они использовали новую разновидность стохастического резонанса, чтобы усилить полезный сигнал за счёт энергии шума.

"Мы использовали шум, чтобы подкормить сигнал", — объясняет Дылов. Получилась система с самофокусировкой рассеянного света. Этот принцип взаимного влияния составляющих потока отчасти напоминает идею, применённую ранее другой группой для передачи картинки сквозь непрозрачное тело.

Объединив статистическую физику, теорию информации и оптику, Флейшер и Дылов разработали новую теорию того, как зашумлённые сигналы перемещаются в нелинейных материалах. Учёные полагают, что принцип может быть адаптирован под разные типы волн. Так можно будет улучшить ультразвуковые медицинские сканеры и инфракрасные очки ночного видения, телевизионные системы наблюдения сквозь туман и авиационные радары, аппаратуру для видения под водой.

Построен измеритель проводимости цепочек из считанных атомов

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 автор эксперимента
График иллюстрирует изменение проводимости при удлинении цепочки атомов на 0,6 нанометра (иллюстрация NIST).
 

Новый прибор, созданный американскими инженерами из национального института стандартов и технологий (NIST), позволяет растягивать цепочки атомарной толщины да ещё и регистрировать колебания проводимости, происходящие от изменений в их структуре.

Устройство по внешнему виду напоминает сканирующий туннельный микроскоп, только иглу здесь заменяет тончайший конец золотого провода, который касается поверхности, так же золотой. Зонд постепенно поднимается вверх, пока толщина цепочки не доходит до минимума – то есть до последовательности одиночных атомов.

Сложность подобного эксперимента заключается в том, что положение зонда требуется контролировать с высочайшей точностью, иначе не получится измерить прочность цепи и её проводимость в предшествующий разрыву момент.

Как сообщается в пресс-релизе, инженерам удалось продемонстрировать в опытах точность регулировки положения, доходящую до 5 пикометров (10-12 метра). Для этого рядом с зондом установили оптоволоконную систему, а уже упоминавшуюся золотую поверхность использовали в качестве зеркала оптического интерферометра – его выходной сигнал и позволил отслеживать расстояние.

Одновременно учёные измеряли ток, протекающий между зондом и поверхностью, и отслеживали изменение проводимости при уменьшении толщины цепочки. Как предполагают авторы, новое устройство можно будет использовать в паре с другими приборами для быстрой калибровки прецизионных датчиков силы.

Что толкает людей на самоподрыв в толпе? О психологии террористов-смертников

Источник: «Известия Науки - Новости»

 Профессор Михаил Решетников 

Профессор Михаил Решетников

Десять лет назад, в 2000 году, в Чечне впервые прогремел взрыв с использованием "смертника". С тех пор "живые бомбы" стали основной тактикой террористов. Но откуда они берутся? Что толкает людей на самоподрыв в толпе? Они психопаты или, наоборот, абсолютно вменяемы? О психологии смертников корреспонденту "Известий" Александре Белуза рассказал ректор Восточно-Европейского института психоанализа, доктор психологических наук, профессор Михаил Решетников.

Известия: В чем состоит особенность психологии террористов-смертников?

михаил решетников: Чаще всего это мстители. Мы говорим о циничных вещах, но кавказские женщины, которые потеряли мужа, сына, брата, отличаются особым восприятием действительности. Для них не существует мир, существует только желание мести. Смертников и набирают из таких вот обездоленных людей. Кроме того, они проходят еще специальную подготовку - помимо религиозной составляющей это еще промывка мозгов и обработка психотропными препаратами.

и: За какое время готовится смертник?

решетников: Насколько я знаю, в специальных лагерях их обучают от трех до шести месяцев.

и: Почему у них не работает инстинкт самосохранения, из-за медикаментов?

Решетников: Психотропы не играют особой роли. Подавление инстинкта самосохранения - это психологическая проблема. Препарат в данном случае не подавляет, он только способствует более высокой внушаемости, подверженности тому, кто осуществляет воспитание, подготовку к выполнению конкретного теракта.

Тем не менее в момент выполнения задания инстинкт самосохранения может работать. Это приводит к тому, что "живые бомбы" ездят в метро от станции к станции, долго не решаясь на самоподрыв. Поэтому чаще всего взрывная кнопка есть не только у самого террориста-смертника, но и у того, кто должен контролировать его поведение и в случае чего привести бомбу в действие.

и: Есть мнение, что в смертники набирают в основном молодежь.

Решетников: Не обязательно. Если вас интересует социальный портрет, то преимущественно это вдовы и матери, потерявшие детей. А вот какого-то определенного психологического профиля личности террориста не существует. Смертника вообще нельзя оценивать с точки зрения обыденной психологии. Там действует совершено другая психология - психология мести. Есть два чувства, которые никогда не насыщаются - потребность в любви и потребность в мести.

и: Они понимают, что убивают абсолютно беззащитных и ни в чем невинных людей?

Решетников: Конечно, понимают. Но они об этом не думают. Они, повторюсь, одержимы жаждой мести, а это измененное психическое состояние. Все террористы прекрасно осознают, что их объекты насилия, или, как еще говорят, мишени террора (какое циничное название), не являются главными целями. Главная цель - привлечь внимание.

и: Они вменяемые или нет?

Решетников: Смертников нельзя описывать в терминах психопатологии. С таким же успехом мы можем сказать, что любой человек, который стреляет в противника, патологичен, потому что убивать нельзя. В их сознании идет война. На политическом языке их можно назвать фанатиками. На психологическом языке эквивалента фанатизму нет.

и: Можно ли "смертника" как-то выделить в толпе?

Решетников: Очень трудно. Я бы сказал, практически невозможно. Их тренируют на умение скрывать эмоции, на умение двигаться в толпе, не привлекая к себе внимания.

и: Способен ли смертник, если его схватили до взрыва, к раскаянию?

Решетников: 70% террористов, которые отбывают наказание во всех тюрьмах мира, говорят, что как только они выйдут на свободу, то вернутся к прежней деятельности. Это данные американских исследователей, которые опросили около двух тысяч террористов.

и: Нужно ли преследовать семьи террористов-смертников, как это делают, например, в Израиле?

Решетников: На мой взгляд, проблема терроризма не имеет силового решения. Специалисты по психологии террора неоднократно подчеркивали: борьба с террором путем уничтожения террористов эффективна так же, как попытка справиться с наводнением, вычерпывая воду ковшиком.

Отлавливание террористов и их лидеров ничего не даст. На место тех, кого убрали, придут другие. Нужна адекватная социальная терапия на основе понимания, что такое историческая психическая травма и какие психологические механизмы действуют в травмированных сообществах. Нужно разобраться, в чем проблема - почему целые поколения людей поступают именно таким образом? Для этого требуется народная дипломатия и дедемонизация образа врага.

Зверства не имеют оправдания. Но необходимо принимать во внимание - наряду с дестабилизацией общества, паникой, появлением миллионов косвенных жертв во всех городах, где есть метро, существует еще одна цель террористов, которая не озвучивается. Каждый теракт - это, с одной стороны, послание мести, а с другой - требование быть выслушанными. Если мы обратимся к истории, то вспомним, что в 1944 году деды и прадеды этих террористок были высланы со своей земли, в процессе депортации погибло много людей, потом была война, где погибли внуки и правнуки тех дедов. Это нам кажется, что с тех пор много времени прошло и пора забыть, а им так не кажется.

В БАК столкнули пучки при рекордной энергии

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 автор эксперимента
Чтобы столкнуть частицы, необходимо очень точно направить их в пространстве, как "выстрелить иголками так, чтобы они столкнулись посреди Атлантики".
 

Семь тераэлектронвольт – новый мировой рекорд энергии столкновения пучков протонов, установленный на Большом адронном коллайдере (LHC).

О том, что 30 марта 2010 года частицы попробуют впервые столкнуть на невиданной ранее энергии, Европейский центр ядерных исследований (CERN) впервые объявил ещё неделю назад.

Как водится, без проблем не обошлось. Предыдущий рекорд "разгона" до 3,5 ТэВ на каждый нуклон был повторно установлен ещё ночью. К 8:30 утра по местному времени планировалось начать столкновения частиц. Однако подвели магниты.

Эксперимент пришлось приостановить. Чуть позже ошибку аппаратуры удалось ликвидировать, протоны вновь ввели в систему. Затем энергию пучков постепенно увеличили до 1,75 ТэВ, а чуть позже и до 3,5 ТэВ. Около 15 часов "по Москве" было зарегистрировано первое столкновение частиц.

Нынешние рекордные столкновения позволят учёным узнать много нового о физике частиц. Фактически именно с них начнётся исследовательская программа БАК, которую учёные планируют проводить с небольшим перерывом в течение ближайших 18-24 месяцев.

Создан микролазер, который совершит переворот в микроэлектронике

Источник: «Известия Науки - Новости»

 Микролазер 

Ученым из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (Eidgenossische Technische Hochschule Zurich, ETH Zurich) удалось создать лазер нового рода, способный в будущем совершить переворот в микроэлектронных технологиях. Во всяком случае, на настоящий момент это наименьший по размерам лазер с накачкой электрическим разрядом.

Статья, посвященная работе, была опубликована в журнале Science.

Размеры лазера составляют всего 30 микрометров в длину и 8 микрометров в высоту, а излучаемый им свет имеет длину волны 200 мкм. Таким образом, размеры всего лазера значительно меньше, чем длина волны излучаемого им света. Традиционные лазеры не могут быть меньше длины волны в силу использования оптического резонатора – в простейшем случае двух зеркал, между которыми в процессе накачки многократно отражаются волны. Если расстояние между зеркалами будет меньше, чем длина волны, система работать не будет. Поэтому бесконечно уменьшать размеры традиционных лазеров нельзя.

Преодолеть это естественное ограничение пытались ученые по всему миру, но, по словам ведущего автора работы Кристофа Вальтера (Christoph Walther), «разработав совершенно новую концепцию лазера, нам удалось далеко шагнуть за эту границу». Вальтер и его коллеги из группы квантовой оптоэлектроники (Quantum Optoelectronics Group) работали под руководством профессора Жерома Фе (Jerome Faist), директора Института квантовой электроники при ETH Zurich. Идея подобного устройства была предложена еще в 2008 году, но ее практическая реализация затянулась больше чем на полтора года.

Решение, найденное швейцарскими учеными, было вдохновлено не оптикой, а электроникой – вместо традиционных оптических резонаторов в микролазере используется электрический колебательный контур, состоящий из двух микроскопических конденсаторов, соединенных индуктором. Все они были выращены на плоской подложке из арсенида галлия. Свет вызывает в контуре самоподдерживающиеся электромагнитные осцилляции, за счет которых и происходит накачка.

«Это означает, что размеры резонатора уже не ограничены длиной волны света и могут в принципе – что и делает работу столь замечательной – быть уменьшенными до любого, сколь угодно малого размера», - пишет Вальтер. Эта перспектива делает лазеры особенно интересными для производителей микроэлектроники – в качестве оптической альтернативы транзисторам. «Если нам удастся приблизиться к транзисторам хотя бы в отношении размеров микролазеров, рано или поздно с их помощью можно будет создавать электронно-оптические интегральные схемы с исключительно высокой концентрацией электронных и оптических компонентов». Переход от целиком электронных к оптико-электронным или даже целиком оптическим схемам позволил бы значительно увеличить скорость передачи и обработки данных в микропроцессорах.

Кроме Вальтера и Фе, авторами статьи являются члены группы квантовой оптоэлектроники в ETH Zurich – Джакомо Скалари (Giacomo Scalari), Мария Инес Аманти (Maria Ines Amanti) и Маттиас Бек (Mattias Beck). Об этом сообщает Информнаука со ссылкой на Sciencemag.

Трёхмерный куб обманывает зрителя подвижной перспективой

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

Небольшое устройство демонстрирует объекты виртуального мира. Их можно потрясти, передвинуть или повернуть при помощи наклона самого кубика. Можно дотронуться до них виртуальной указкой и, конечно, рассматривать с разных сторон. Так возникает эффект присутствия трёхмерного предмета внутри прозрачной коробки.

Российские физики разработали портативный рентген

Источник: «Известия Науки - Новости»

 Рентгеновский снимок 

Ученые из Физического института имени Лебедева (ФИАН) и Томского института сильноточной электроники разработали первую в мире компактную рентгеновскую установку, с помощью которой детальные снимки объектов очень малых размеров можно делать за письменным столом, сообщила в четверг пресс-служба ФИАН.

Принцип работы нового устройства - так называемый эффект X-пинча (от английского слова pinch - "сжатие"). В 50-е годы XX века ученые предположили, что если пустить вдоль плазмы сильный ток, под действием магнитного поля она сожмется и нагреется, превратившись в источник мощного излучения.

Однако полностью реализовать на практике этот эффект, изначально получивший название Z-пинча, не удавалось, пока в 80-е годы ученые ФИАН не предложили использовать в качестве канала для плазмы не одну проволочку, а две, скрещенные в виде буквы X.

Источник излучения, возникающий в точке скрещивания проволочек, существует меньше одной наносекунды и дает изображение очень высокого разрешения, позволяя получить качественный снимок миниатюрного предмета.

Аппараты, воссоздающие этот эффект в его новой версии, X-пинч, сегодня есть, например, в Корнеллском университете в США: американские установки XP и Cobra позволяют пропускать вдоль плазмы ток силой в 500 килоампер и 1,2 мегаампера соответственно. Однако сложная система формирования нужного импульса в этих устройствах делает их очень большими: они могут достигать размеров двухэтажного дома, и перемещать их нельзя.

Чтобы создать установку меньших габаритов, ученые ФИАН обратились к своим коллегам из Томска, которые разработали и изготовили для рентгенографа компактный генератор тока. В экспериментальных работах вместе с физиками принимали активное участие студенты кафедры электрофизики МФТИ, уточняет РИА "Новости".

"Параметры Х-пинча получившейся установки - и по энергетике, и по размеру источника, и по длительности импульса излучения - очень близки к тем, которые дают большие установки, наподобие нашей БИН или американской XP. Но пока это только прототип мобильной установки для радиографии, его нужно еще усовершенствовать", - отметила ведущий научный сотрудник института Татьяна Шелковенко.

В частности, разработчики планируют сделать перезарядку проволочек, создающих X-пинч, автоматической: сейчас сотрудникам приходится натягивать проволочки микронной толщины перед каждым снимком, на что уходит около часа. Кроме того, ученые надеются от фиксации изображения на фотопленке перейти к использованию более современных технологий, например ПЗС-матриц, как в фотоаппаратах.

Новое о молекулярной структуре воды

Источник: «Известия Науки - Новости»

Ученым давно были известны 66 необъяснимых свойств воды, отличающих ее от большинства других химических веществ, встречающихся в жидком состоянии. Объяснить эти свойства на основании лишь строения и химических параметров молекул воды ученые до последнего времени не могли. Секрет крылся в структуре, в которую самоорганизуются молекулы жидкой воды. Он долгое время оставался неразгаданным, так как изучить эту структуру теми же методами, что применяются для изучения строения твердых тел, практически невозможно.

Команда Андерса Нильсона, ведущего специалиста Стенфордского центра синхротронного излучения, сумела преодолеть эти трудности благодаря новейшим методам изучения строения жидкостей с использованием мощного рентгеновского излучения, получаемого с помощью больших ускорителей элементарных частиц, называемых синхротронами. Один из использованных в работе синхротронов находится в Японии, а второй — в США.

Ученые выяснили, что существовавшие до сих пор представления о молекулярной структуре воды были неверными — оказалось, что ее молекулы формируют не одну структуру, а одновременно два типа структур, сосуществующих в жидкости вне зависимости от температуры. Один тип структуры формируется в виде сгустков примерно по 100 молекул, структура которых напоминает структуру льда. Второй тип структуры, окружающей сгустки, гораздо менее упорядочен.

Увеличение температуры вплоть до точки кипения воды приводит к некоторому искажению структуры сгустков и уменьшению их количества и доминированию разупорядоченной структуры. «Этот процесс можно представить как танцевальный клуб, где часть людей сидит за столиками, отражая упорядоченную компоненту воды, а часть, находясь в толпе, непрерывно перемещается в танце. Увеличение температуры воды в этом случае можно сравнить с всеобщим поднятием настроения и ускорением музыки, когда люди начинают вставать из-за столов и присоединяться к танцующим, а часть пустующих столов и вовсе убирается для высвобождения места. Охлаждение — обратный процесс, когда танцпол заполняется столами, и за них присаживаются утомленные танцами гости клуба», — пояснил результаты работы Нильсон.

Это, в частности, объясняет нелинейную зависимость плотности воды от температуры — упорядоченные скопления молекул имеют меньшую плотность, чем неупорядоченные, и она мало меняется с изменением температуры, которую можно сравнить с постоянным размером столов, не зависящим от настроения собравшихся или громкости музыки в ресторане.

Беспереходный транзистор ведёт микросхемы к новым масштабам

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

Первый в мире транзистор без полупроводниковых переходов построен ирландскими физиками. Как ни удивительно, общий принцип устройства был предложен 85 лет назад, но только теперь его удалось материализовать. Между тем столь долгожданный новичок разрушает один из важных барьеров, стоящих на пути дальнейшего уплотнения электронных схем.

90 нанометров, 60, 30 — кто меньше? Характерные размеры отдельных элементов схемы при изготовлении чипов памяти и всяческих процессоров медленно, но упорно подбираются к масштабу, за которым в производстве возникнут серьёзные сложности. И одна из них — необходимость филигранной "высадки" на поверхности исходной кремниевой пластины различных легирующих примесей, которые превращают полупроводник в материал с разными типами проводимости (дырочной и электронной, или p- и n-типа).

За счёт таких добавок в нужных точках возникают p-n-переходы — промежуточные зоны в месте контакта двух кусков полупроводника с избытком дырок и электронов по обе стороны от границы. Эти переходы — сердце любого транзистора.

Полевые транзисторы – основа всей современной электроники. В них ток через проводящий канал управляется перпендикулярным электрическим полем, меняющимся в зависимости от величины и полярности напряжения на затворе.

Этот класс транзисторов в свою очередь подразделяется на разные типы, важнейшим из которых является MOSFET (металл-оксид полупроводник или просто МОП). Здесь затвор изолирован от канала очень тонким слоем диэлектрика (обычно диоксида кремния). На рисунке показаны три вариации MOSFET: слева – с индуцированным (вверху) и встроенным каналами p-типа (и основой n-типа), а справа – транзистор, у которого канал и подложка обладают противоположными типами проводимости, то есть n и p соответственно. Как хорошо видно, без p-n-переходов тут не обойтись.
 Схема беспереходного транзистора
Схема беспереходного транзистора Коленжа и его коллег. Ключ к появлению этого устройства – техника получения тонкого (поперечником всего в несколько десятков атомов) нанопровода при помощи гравировки фокусированным электронным лучом. Детали исследования раскрывает статья в Nature Nanotechnology и пресс-релиз института (иллюстрация Nature Nanotechnology).
 

Беда в том, что в современных транзисторах, получаемых в составе интегральных схем, "капли" этих разнонаправленных добавок уже составляют по 10 нанометров в поперечнике (и даже меньше) и буквально соседствуют друг с другом. А "статистический" характер внесения атомов примесей и их дальнейшая диффузия сильно затрудняют получение перехода с чётко заданными размерами и границами уже на таких масштабах. На горизонте маячит тупик.

Выход из него удалось найти Жану-Пьеру Коленжу (Jean-Pierre Colinge) и его коллегам из ирландского национального института Тиндалла (Tyndall National Institute). Причём они возродили на новом витке развития техники очень давнюю мысль — транзистор, в котором нет никаких переходов и, соответственно, необходимости в тонких градиентах легирующих примесей в толще материала.

"Хотя идея транзистора без переходов может показаться довольно необычной, само слово "транзистор" не подразумевает обязательного наличия переходов по своей сути", — пишут авторы эксперимента. И ведь выдвинута была эта идея задолго до появления самих микросхем и электронной промышленности.

Всё нынешнее разнообразие транзисторов берёт своё начало в работах австро-венгерского физика Юлия Эдгара Лилиенфельда (Julius Edgar Lilienfeld), предложившего первый вариант данного прибора ещё в 1925 году.

В силу ряда технологических ограничений в последующие годы люди разработали и построили множество иных по строению транзисторов, но не тот самый, о котором рассуждал изобретатель этого полезного устройства. Это осуществила только команда Коленжа.

Её транзистор состоит из кремниевого нанопровода n-типа (проводящий канал), который окружает крайне тонкий слой диоксида кремния. Поверх него лежит своего рода "скоба" из полупроводника p-типа. Она является затвором, и уже одно его присутствие резко сокращает количество свободных электронов в области канала под "скобой". Если между истоком и стоком имеется напряжение, электроны всё равно не побегут по каналу — затвор не позволит.

"Это "обручальное кольцо" — структура, которая "сдавливает" проводящий кремний так же, как вы останавливаете поток воды в шланге, сжав его", — образно поясняет Жан-Пьер вмешательство затвора в работу нанопроводка. Однако подача напряжения на затвор заставляет его "ослабить хватку", и ток начинает проходить.

Аналогично группа построила "зеркальный" вариант своего транзистора, в котором нанопровод обладает проводимостью p-типа, а "обручальное кольцо" — n-типа. Принцип работы системы от такого обращения не меняется, хотя изменяются основные носители заряда.

Авторы устройства сообщают, что оно имеет превосходную вольт-амперную характеристику, крайне низкий ток утечки и меньшее воздействие на нормальную работу затвора скачков напряжения и температуры, чем у нынешних транзисторов.

Малый ток утечки, в свою очередь, благоприятно влияет на энергопотребление схемы. "Беспереходное устройство близко к идеальным электрическим свойствам и ведёт себя как самый совершенный транзистор. Кроме того, оно обладает потенциалом для более быстрой работы с использованием меньшей энергии, чем обычные транзисторы в сегодняшних микропроцессорах", — утверждает Коленж.

Но куда интереснее перспективы для промышленников. "Эту конструкцию легко изготовить даже в миниатюрном масштабе, что приводит нас к крупному прорыву в потенциальном сокращении расходов", — добавляет Жан-Пьер.

Сейчас команда ирландских физиков ведёт переговоры с некоторыми из ведущих компаний — производителей полупроводниковых схем с целью дальнейшего развития и, возможно, лицензирования данной технологии.

Установлен мировой рекорд постоянного магнитного поля

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 Установка
Установка, запущенная недавно в работу, весит 2,5 тонны (фото National High Magnetic Field Laboratory).
 
Американская Национальная лаборатория сильных магнитных полей (National High Magnetic Field Laboratory – Mag Lab) установила рекорд индукции поля, сгенерированного резистивным магнитом. Испытанная на днях установка будет использоваться для исследования поведения материалов в необычных условиях.

Повышения индукции крайне сложно добиться простым наращиванием силы тока в электромагнитной катушке. При уровне потребления электроэнергии около 20 мегаватт, "протекающих" через довольно компактное устройство, свои ограничения начинают накладывать физические возможности материалов. Так что построить "просто электромагнит" при таких уровнях полей — совсем непростая задача.

Потому учёные и инженеры лаборатории сосредоточили своё внимание на тонких настройках геометрии и архитектуры катушки, составленной из нескольких круглых медных пластин с разрезами и отверстиями для охлаждения (во время работы через магнит прокачивают по 140 литров воды в секунду), перемежаемых листами диэлектриков определённой формы.

Ревизия работавшей несколько лет конструкции позволила нарастить параметры поля фактически без повышения силы тока и напряжения в установке. Новый рекорд составил 36,2 тесла (до рестайлинга эта же установка выдавала 35 тесла), соответственно, обновлённая система стала называться просто 36.2 Tesla Resistive Magnet.

Создаваемое ею поле в 45 тысяч раз сильнее, чем генерируемое типичным магнитиком на холодильник. И это поле пронизывает круглое пустое пространство для образцов, насчитывающее в диаметре 32 миллиметра. Достаточно свободно для широкого спектра опытов.

Создан первый серийный прибор на органических транзисторах

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

На очередной выставке бытовой электроники CES 2010 в Лас-Вегасе компания Plastic Logic продемонстрировала свою новую разработку – QUE proReader. Это устройство для чтения электронных книг — по сути, первый продукт для широкой публики, созданный с использованием органических транзисторов.

 первый серийный прибор
Компания планирует запустить QUE в массовую продажу на американском рынке уже в апреле 2010 года (фото 3DNews.ru).
 
Технология, не покидавшая пределы лабораторий последние 20 лет, лишь недавно начала приносить яркие плоды. В новом гаджете, предлагаемом британской компанией (ранее уже радовавшей нас электронной газетой) один миллион органических транзисторов на лёгкой пластиковой подложке обеспечивает работу чёрно-белого сенсорного дисплея.

Plastic Logic не раскрывает подробную информацию о технологии производства транзисторов, но по заявлению её представителей, в процессе их печатания использовался алгоритм roll-to-roll. Вся электроника изготавливается на заводе компании в Дрездене.

На выставке были представлены две модели прибора – "стандартная" с 4 гигабайтами памяти (розничная цена $649) и вариант с 8 гигабайтами памяти за $799. Восьмигигабайтная версия сможет хранить 75 тысяч документов и обладает дополнительной поддержкой 3G.

Приставка "pro" в названии призвана подчеркнуть отличие QUE от "обычных" электронных читалок. Размеры "книги", позиционируемой специалистами компании как лучшее решение для бизнесменов, составляют 275 x 212,5 x 7,5 мм с диагональю экрана 10,7 дюймов (27 сантиметров). Прибор оснащён ударопрочным покрытием и весит всего 0,45 кг.

Экран QUE основан на технологии электронных чернил, текст можно будет читать даже под прямыми лучами солнца. Прибор поддерживает форматы PDF, файлов Microsoft Office. Посредством Wi-Fi владельцы гаджета смогут подключиться к "родному" онлайн-магазину QUE Store или гиганту eBookstore, а также оформить подписку на различные спортивные, новостные и бизнес-издания.

А.Фурсенко: Лишь 20% студентов учатся "по-настоящему"

Источник: «top.rbc.ru»

 А.Фурсенко   
В российских высших учебных заведениях (вуз) сегодня "по-настоящему" учатся 15-20% студентов. Такую точку зрения высказал в интервью радиостанции "Эхо Москвы" министр образования и науки Андрей Фурсенко.

"Я довольно много общаюсь со студентами и с преподавателями. У нас примерно одни и те же оценки: по-настоящему сегодня учатся 15-20%, ну, в хороших вузах - 30% студентов", - сказал он.

"Есть, кто не хочет и не может - я думаю, что их не очень много. Хотя, тоже, наверное, процент сравним с лидерами. А есть достаточно большое количество людей, может быть, до половины, которые могут, но не хотят. В принципе, если создать правильную мотивацию и правильные условия, то они могут учиться", - добавил министр.

А.Фурсенко отметил, что очень важно понять, что делать с такими людьми, как их учить, а также "как обеспечить мотивацию и как заинтересовать их, и как создать технологии, в которых бы они сумели, может быть, быстрее, проще чему-то выучиться и включиться в реальную жизнь".

По оценке министра, в настоящее время 80% выпускников школ идут получать высшее образования. Для сравнения в Советском Союзе в вузы шло максимум 20% выпускников последнего класса школы. При этом до последнего класса доходили далеко не все ученики школ. "То есть, это означает, что была все-таки небольшая часть общества, которая шла и получала высшее образование", - заключил министр образования.

Учёные предсказали и обнаружили суператомы-соединения

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 Сравнение данных
Сравнение данных, полученных при изучении платины и "изоэлектронного" ей карбида вольфрама, показало, что перед учёными практически братья-близнецы (фото Castleman lab, Penn State University).
 
Материаловеды университета Пенсильвании (Penn State) предположили, что некоторые комбинации атомов могут иметь такие же "электронные подписи", что и другие элементы периодической таблицы Менделеева. Чуть позже учёные подтвердили догадку на практике и даже нашли необычным "заменителям" практическое применение.

Прежде чем рассказывать о нынешнем событии, необходимо напомнить о суператомах (superatom) – кластерах атомов одного химического элемента, обладающих свойствами другого. Мы рассказывали об открытии суператомов алюминия, которые, собираясь в количестве 13 штук, "мимикрируют" под йод, 14 атомов в кластере ведут себя уже как бериллий. Чуть позже физики создали суператомы серебра.

Группа Уэлфорда Каслмана (A. Welford Castleman, Jr.) пошла ещё дальше и распространила идею суператомов на химические соединения. Поначалу учёные предположили, что молекула монооксида титана (TiO) будет равноценна никелю (по электронной оболочке), монооксида циркония (ZrO) — палладию, карбида вольфрама (WC) — платине.

"Выглядело всё так, будто мы можем предсказывать, какие комбинации элементов необходимы и какие суператомы они будут образовывать. Достаточно взглянуть в периодическую таблицу, чтобы увидеть, что монооксид титана образует суператом никеля, — поясняет в пресс-релизе университета Уэлфорд.

 Сравнение графиков
Сравнение графиков энергетических пиков и "фотографий" излучающих электроны атома никеля (справа сверху) и молекулы монооксида титана (справа снизу). Подобия видны с первого взгляда (фото Castleman lab, Penn State University).
 
- Начнём с титана, имеющего на внешней оболочке четыре электрона. Перешагнув на шесть элементов вправо (именно столько "внешних" электронов у кислорода), мы попадаем на никель, обладающий десятью электронами на внешней оболочке. Комбинация из четырёх и шести электронов образует оболочку, изоэлектронную оболочке никеля". Поначалу материаловеды предположили, что это лишь совпадение, а позже решили, что его необходимо проверить на практике.

Каслман и двое его аспирантов исследовали образцы материалов при помощи фотоэлектронной спектроскопии, после чего сравнили полученные данные. Использованный метод позволяет измерить энергию, необходимую для удаления электронов с различных энергетических уровней. Оказалось, что во всех трёх парах (TiO и никель, ZrO и палладий, WC и платина) энергии, необходимые для "срыва" электронов с внешних слоёв молекул и атомов, совпадают. (Подробности описаны в статье авторов, опубликованной в открытом доступе в PNAS.)

Возможно, данное явление не является общим для всей периодической таблицы и охватывает лишь её часть. Сейчас учёные исследуют переходные металлы. Чуть позже группа Каслмана планирует выяснить, обладают ли суператомы теми же химическими свойствами, что и их одноэлементные аналоги.

Если удастся подтвердить последнее, то перед материаловедами откроется совершенно новая область науки, в которой вместо дорогостоящих элементов (таких как платина) будут использоваться более дешёвые изоэлектронные аналоги. "Платина часто применяется как катализатор, если производители заменят её карбидом вольфрама, будет сэкономлено значительное количество денег", — добавляет Уэлфорд.

Точно так же можно было бы сократить расходы, поменяв палладий на монооксид циркония, который стоит в 500 раз дешевле. "Наше открытие является захватывающим как с научной, так и с практической точки зрения", — восхищается Каслман.

Физики нашли хаос в бытовых электроприборах

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

Физики установили, что магнитное поле создаваемое двумя скрещивающимися проводниками - конфигурация, часто встречающаяся в бытовой электронике, - может иметь хаотическую структуру. Статья ученых появилась в журнале Physical Review Letters, а ее краткое изложение приводит Physical Review Focus.

До недавнего времени считалось, что запутанное магнитное поле (речь идет о силовых линиях поля) встречается в плазме, а в "бытовых" условиях его форма не очень сильно отличается от модельных примеров, которые можно найти в любом учебнике по физике. Впервые это утверждение было оспорено в работе 2007 года, когда группе испанских физиков удалось показать, что в случае замкнутого проводника конфигурация силовых линий может быть крайне сложной.

В рамках новой работы ученые использовали компьютерное моделирование - при помощи ЭВМ они численно решали уравнения, описывающие воздействие на пробный заряд магнитных полей, создаваемых двумя проводниками. Плоскости проводников располагались под углом 90 градусов. В результате ученым удалось построить силовые линии, которые "наматываются" на проводники.

При этом полученная структура получилась хаотичной, что с точки зрения математики означает отсутствие достаточного (в некотором смысле) числа законов сохранения, именуемых первыми интегралами. По словам самих исследователей, они совершенно не ожидали обнаружить столь сложное явление при столь простой конфигурации проводников.

Госуслуги попали в сеть

Источник: «Известия Науки - Новости»

По адресу www.gosuslugi.ru заработал портал государственных услуг. Пока там можно найти лишь адреса и телефоны госорганов, бланки документов и точную информацию о порядке оформления паспортов, пенсий, прав собственности и так далее. Но скоро через этот сайт можно будет и подавать заявления, и оплачивать сборы и штрафы.

Если зайти на сайт, то первое действие, которое вам предстоит сделать, это выбрать регион. "Перечень государственных и муниципальных услуг зависит от места их оказания" - гласит надпись в центре экрана. Если указать не только область, но и ваш населенный пункт, то нужная информация будет точнее. Затем на сайте можно зарегистрироваться, и у вас появится собственный личный кабинет.

"Известия" уже писали о том, что правительство планировало перевести в электронную форму 74 приоритетные госуслуги. Но программу в итоге перевыполнили. Сейчас на сайте указано 108 услуг федерального уровня, а в течение нескольких недель появится еще 400 плюс 248 услуг на уровне регионов, уточнил замначальника департамента Минэкономразвития Максим Паршин.

По личному опыту многие из нас знают, что иногда только для получения нужного бланка приходится тратить часы драгоценного времени. Можно, конечно, попробовать позвонить по телефону, но чаще всего в учреждения, где людей и так толпы, не пробиться. Кстати, вместе с порталом по бесплатному номеру 8-800-100-70-10 заработал круглосуточный справочный центр. Позже попасть на портал можно будет и на установленных в общественных местах терминалах вроде тех, через которые многие платят за мобильную связь.

Жители Татарстана могут оценить некоторые "продвинутые" функции портала уже сегодня. Введя номер своей машины и свидетельства на регистрацию транспортного средства, они увидят список выписанных дорожных штрафов. А в начале 2010 года их можно будет тут же и оплатить.

"Портал уже сокращает хождение по инстанциям на одну пятую, - отметил глава Минкомсвязи Игорь Щеголев. - Счет идет на десятки миллионов обращений". Ведь ежегодно регистрируется примерно 360 миллионов обращений граждан в госучреждения. "Это при том, что 17% населения России вообще не обращаются в госорганы", - напомнил Щеголев.

Впрочем, на момент подписания номера в печать на сайт было не попасть. Сначала страница вовсе не желала открываться, а потом долго пыталась справиться с запросом "Москва" в строке выбора региона. Как объяснили в "Ростелекоме", технические трудности возникли при выводе портала из тестового режима. Все проблемы специалисты обещали устранить к утру среды.

Нейтральные атомы обманули заменителем магнитного поля

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 вихри на фотографии
Образовавшиеся вихри на фотографии видны в виде тёмных пятен. Их появление хорошо объяснено в статье в Nature, написанной не участвовавшим в данном исследовании профессором Мартином Звиерлейном (Martin Zwierlein) из Массачусетского технологического института (фото Nature).
 
Необычное магнитное поле для ультрахолодных газов создали физики Объединённого квантового института (Joint Quantum Institute – JQI). Они заставили нейтральные атомы газа вести себя так, будто те являются заряженными частицами, попавшими в настоящее магнитное поле.

На примере ультрахолодных газов можно изучать сложное взаимодействие атомов внутри кристаллических тел. При этом не подмешивается негативное (запутывающее) действие различных примесей и дефектов, которые всегда присутствуют как в твёрдых, так и в жидких материалах.

Учёные научились довольно-таки проворно обращаться с облачками атомов (а в некоторых случаях и с отдельными атомами) даже при температуре, близкой к абсолютному нулю. Однако до сих пор никто не мог смоделировать воздействие на них магнитного поля – и всё из-за нейтральности атомов.

 Облачко атомов
Облачко атомов (показано зелёным цветом) находилось при температуре 100 нанокельвинов. На него воздействовали два лазерных луча (красный). В результате в системе словно появлялось искусственное магнитное поле, направленное перпендикулярно реальному (Beff) (иллюстрация JQI).
 
Между тем учёным очень хотелось изучить при помощи ультрахолодных газов квантовый эффект Холла (quantum Hall effect), когда, упрощённо говоря, электроны формируют квазичастицы, которые несут на себе лишь часть обычного заряда.

Иэн Спилман (Ian Spielman) и его коллеги придумали, как обойти препятствие. Они направили на облачко ультрахолодного газа из атомов рубидия-87, пойманного в магнитооптическую ловушку, два перпендикулярных лазерных луча (с небольшим различием по частоте). Атомы находились в состоянии, называемом конденсатом Бозе-Эйнштейна. Вместе с лазерами физики использовали обычное магнитное поле, но только градиентное – оно менялось вдоль определённого направления.

В результате совместной работы поля и лучей появлялось воздействие, аналогичное силе Лоренца. И получалось, что нейтральные атомы ведут себя как заряженные частицы в магнитном поле.

Атомы в облаке начинали вращаться, образуя своеобразные вихри. По их появлению можно было судить о наличии стабильного "синтетического" магнитного поля, пишут учёные в своей статье в журнале Nature.

В дальнейшем специалисты JQI планируют создать сферическую систему из 20 тысяч атомов рубидия, поделить её на 100 двумерных слоёв (наподобие блинов), в каждом из которых будет около 200 вихрей. (Отметим, что максимальное количество наблюдаемых ныне образований не превышало 12.) В этом случае учёным удастся изучить квантовый эффект Холла с невероятной детальностью.

Возможно, что на основе нынешнего открытия также будет разработана какая-нибудь необычная форма квантового вычисления, отмечают специалисты в пресс-релизе института.

Впервые создана ловушка для радуги

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 Идея подобного опыта
Идея подобного опыта с сужающимся волноводом была предложена ещё в 2007 году Ортвином Хессом (Ortwin Hess) из Суррейского университета (иллюстрация University of Surrey).
 
 модель в разрезе
(A) модель "радуголовки" в разрезе. Расстояние между поверхностью линзы и плоским стеклом, на которое её положили, формирует адиабатически меняющийся волновод; (B) ловушка в действии; (C) захваченная радуга в прицеле оптического микроскопа (фото Vera Smolyaninova/Towson University).
 
При помощи простой линзы и стеклянной пластины удалось построить "ловушку для радуги", демонстрирующую в видимом диапазоне частот замерший свет. Открытие, означающее ещё один шаг к новым методам хранения информации, совершили специалисты университета Таусона под руководством Веры Смоляниновой (Vera Smolyaninova).

Идея опыта заключалась в использовании отрицательного показателя преломления метаматериалов – попросту говоря, по мере того как волновод сужается, втиснутый в него свет останавливается, не в состоянии пройти в отверстие, меньшее, чем длина световой волны.

В итоге свет останавливается полностью, и это называется эффектом "пойманной радуги" (trapped rainbow). Ранее подобные трюки оставались лишь на бумаге, хотя теоретические выкладки подтверждали возможность их провести.

В продемонстрированном командой Смоляниновой эксперименте свойства метаматериала были сымитированы следующим образом: двояковыпуклую линзу диаметром 4,5 миллиметра поместили на плоское стекло стороной, которую предварительно покрыли золотой наноплёнкой толщиной 30 нм. На само стекло также была нанесена аналогичная плёнка слоем толщиной в 70 нм.

Воздушный зазор между этими поверхностями от края к центру сократился почти до нуля и был использован в качестве волновода, описываемого моделью адиабатической кривой.

Учёные послали световой пучок, образованный двумя лазерами – гелий-неоновым (с диапазоном 633 нм) и многоволновым ионно-аргонным (от 457 до 514 нм) в открытый конец волновода. Как и предполагалось, они получили картину застывшей радуги в указанных частотах спектра.

При взгляде сверху под микроскопом эффект наблюдался как серия цветных колец, поначалу красных и плавно перетекающих в зелёные, причём свет просачивался сквозь золотое нанопокрытие. Более подробное описание эксперимента можно прочесть здесь (PDF-документ).

Пойманная радуга – ещё одна маленькая победа экспериментаторов на поле замедления света (slow light), показывающая, что уже очень скоро вместо отдельных электронов для хранения информации будет всё активнее эксплуатироваться световой спектр. Это позволит, к примеру, в тысячи раз увеличить скорость оптических сетей.

Голландские физики совершили прорыв в спинтронике

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 для представления информации используется спин электронов
Разновидность электроники, в которой для представления информации используется не заряд, а спин электронов, сулит дальнейшее сокращение размеров микросхем и их энергопотребления, а значит и тепловыделения, что является одним из лимитирующих факторов при уплотнении чипов (иллюстрация Berkeley Lab).
 
Группа учёных из института нанотехнологий университета Твента (MESA+) создала устройство, открывающее спинтронике дорогу к массовому распространению.

 Общая схема устройства
Общая схема устройства, созданного в Нидерландах. Внизу: для тестирования технологии авторы построили микросхему с тремя переходами (площадь контакта у каждого 100 х 200 мкм), позволившими проводить инжекцию и детектирование спин-поляризованного потока частиц. На этом рисунке синий цвет – ферромагнетик, розовый – оксид, зелёный – кремний (иллюстрации MESA+, Saroj P. Dash et al.).
 
Для построения её элементов среди прочего необходимо обеспечить прохождение спин-поляризованного потока электронов через границу между магнитным материалом и полупроводником без потери согласованной ориентации спина у всех участников такого движения. До сих пор такой переход удавалось осуществлять главным образом с экзотическими материалами, типа арсенида галлия. Однако для внедрения спинтроники в промышленность необходимо было научиться делать элементы на основе кремния — главного стройматериала традиционных микросхем.

В 2007 году группа американских учёных и инженеров построила первое работоспособное кремниевое спинтронное устройство. Однако, действовало оно при 85 кельвинах. К тому же, в нём применялся кремний очень высокой степени очистки.

Прорыв учёных из MESA+ заключается в двух вещах: они применили самый обычный для электронной промышленности кремний (с легирующими добавками для получения полупроводников как p-, так и n-типа), и они продемонстрировали успешное инжектирование спин-поляризованных электронов в данный материал при комнатной температуре, показав, что большинство из них сохранило свой спин.

В рекордном устройстве авторы применили железо-никелевый сплав (аналогичный используемому в считывающих головках жёстких дисков), обычную пластинку кремния, а между ними поместили слой оксида алюминия, толщиной менее одного нанометра (всего несколько атомов).

Оксид алюминия — изолятор, но при приложении напряжения часть электронов может туннелировать через этот слой в кремний. При этом применённый изолятор охотнее пропускает электроны с одним спином, нежели с противоположным, что способствует сохранению первоначальной ориентации потока.

Ультрамалая толщина оксидной плёнки и её качество стали ключами к работе устройства: туннелирование электронов прекрасно шло при температуре 27 °C. (В случае p-типа полупроводника речь шла о создании в кремнии потока дырок.) Глубина же проникновения спин-поляризованного потока в кремний составила 230 нм для электронов и 310 нм для дырок, чего более чем достаточно для функционирования электронных компонентов нанометрового масштаба.

Детали достижения можно найти в статье в Nature и в пресс-релизе института.

ЕГЭ: версия-2010

Источник: «Известия Науки - Новости»

Готовы к печати контрольные измерительные материалы, по которым выпускники будут сдавать Единый госэкзамен. Что отличает новую версию? Можно ли с помощью этих КИМов объективно оценить знания и способности ребят? Об этом "Известиям" рассказали разработчики заданий.

"Хочу сразу предупредить, что в нынешнем учебном году выпускникам и их родителям не следует ждать чего-то революционного, - отметил директор Федерального института педагогических измерений Андрей Ершов. - Все должно быть прогнозируемо, ведь любое изменение в ЕГЭ может привести к серьезным социальным последствиям".

И все же новшеств хватает. Объем преподавания математики сокращаться не будет, но госэкзамен теперь состоит из двух частей - базовой и профильной.

Математика в разных дозах

Базовая - для всех без исключения, профильная - для сдающих математику в качестве вступительного экзамена. "Базовый уровень экзамена можно сравнить со сдачей на права в ГИБДД, где спрашивают не все, чему учат в автошколе, а в минимальном объеме, необходимом для безопасного участия в дорожном движении", - пояснил директор Московского центра непрерывного математического образования Иван Ященко. Задачи второго раздела гораздо сложнее и ориентированы на требования профильных вузов.

Кроме того, в экзаменационных работах увеличено число задач, взятых из реальной жизни. Например, выпускнику предложат рассчитать, сколько билетов на общественный транспорт можно купить на 100 рублей с учетом подорожания стоимости одного билета на 20%. Или попросят выбрать из нескольких магазинов стройтоваров тот, в котором самое выгодное соотношение цены кафельной плитки и стоимости ее доставки. Согласитесь, это вполне живые и конкретные задания.

По замыслу разработчиков заданий деление ЕГЭ по математике на две части позволяет правильно организовать подготовку к экзамену. Если этот предмет не понадобится школьнику при поступлении в вуз, то ему следует лишь закрепить нужный объем знаний. Все задачи базового уровня выложены в бесплатном доступе в интернете. "Так что, пожалуйста, изучайте, - советует старшеклассникам-гуманитариям математик Ященко. - И не думайте о том, как бы перехитрить экзаменаторов. Просто возьмите и подготовьтесь". Получается, что теперь получить "тройку" по математике проще, чем раньше. Но именно честно получить, а не угадать правильный вариант.

Ответ, я тебя знаю?

Подобных "угадаек" стало меньше и в гуманитарных дисциплинах. Например, в материалах по обществознанию, по словам председателя федеральной предметной комиссии по этой дисциплине Елены Рутковской, из 30 заданий с выбором ответа из нескольких вариантов осталось 24. "Мы не хотим, чтобы наш экзамен воспринимался как некая игра по угадыванию правильного ответа, - говорит Рутковская. - Наоборот, стремимся к тому, чтобы выпускник мог обосновать и аргументировать свою позицию. Особенно гордимся тем, что есть обществоведческое эссе на выбранную выпускником тему".

По схожему пути пошли и историки. Как рассказал председатель предметной комиссии разработчиков материалов ЕГЭ по этой дисциплине профессор Василий Зверев, в 2010 году в базовом уровне теста по истории вместо 32 будет 27 заданий. "За счет этого мы повысили количество вопросов более сложного уровня. Теперь в нем 15, а не 11 заданий", - пояснил он.

Писатели учат думать

Из базовых тестов по литературе оставили только те, что требуют точного краткого ответа - слова или словосочетания. Кроме них ЕГЭ-2010 будет включать в себя два художественных текста: фрагмент эпического либо драматического произведения и лирическое произведение. Как рассказал председатель предметной комиссии профессор Сергей Зинин, эти задания требуют развернутого ответа и, самое главное, интерпретации. А завершает экзамен по литературе сочинение, вопросы к которому сформулированы в проблемном ключе.

"Мы ушли от трафаретных ответов, - поясняет Сергей Зинин. - Например, стихотворение Твардовского "Я знаю, никакой моей вины в том, что другие не пришли с войны..." заканчивается строчками: "Речь не о том, но все же, все же, все же...". На ЕГЭ-2009 был вопрос: о чем умалчивает поэт? Дать точный ответ на этот вопрос невозможно в принципе, поэтому и ответы детей были разные. Кто-то написал, что здесь речь идет об ответственности художника за судьбы людей и мира. Кто-то посчитал, что это эмоциональная концовка, иначе получилась бы излишняя велеречивость. И какой из этих двух ответов мы должны признать неправильным? Да никакой, каждый по-своему прав. Мы приглашаем школьника думать, размышлять, сопереживать, сострадать. Без этого литературное образование потеряло бы всякий смысл".

Мощность большого адронного коллайдера начала расти

Источник: «Известия Науки - Новости»

Ученые еще немного подразогнали элементарные частицы, циркулирующие с пятницы по 27-километровому туннелю, расположенному на глубине 100 метров на границе Швейцарии и Франции. В настоящее время энергия пучков протонов увеличена с 450 до 540 гигаэлектронвольт (ГэВ). "Это был всего лишь предварительный тест", - игриво заметил официальный представитель Европейского центра ядерных исследований Джеймс Гиллес, добавив, что исследователи находятся на пути к тому, чтобы добиться к концу этого года мощности пучков в 1,2 тераэлектронвольт (ТэВ), что сделало бы БАК самым мощным коллайдером в мире. В настоящее время таковым считается работащий вблизи Чикаго коллайдер "Теватрон". К январю-февралю ученые надеются довести энергию до 7 ТэВ, или 3,5 ТэВ на пучок. Тогда и начнутся эксперименты, ради которых, собственно, и создавался вновь запущенный на прошлой неделе после годового ремонта БАК стоимостью в $9,8 миллиарда.

При помощи анализа результатов столкновения частиц ученые надеются глубже проникнуть в тайны материи, достичь самых высоких из когда-либо изученных энергий. При самом оптимистичном исходе исследователи смогут воссоздать условия, существовавшие 13 миллиардов лет назад спустя 1-2 триллионные доли секунды после Большого взрыва, приведшего, по господствующей в современной науке теории, к возникновению нашей Вселенной. Первые столкновения частиц, пока на низкой энергии, были зафиксированы учеными ЦЕРН в понедельник, отмечает ИТАР-ТАСС.

Создан первый программируемый квантовый компьютер

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

Физикам из Национального института стандартов и технологий в США впервые удалось собрать простейший программируемый квантовый компьютер. Статья ученых появилась в журнале Nature Physics, а ее краткое изложение приводит New Scientist.

Машина ученых работает с двумя кубитами - квантовыми аналогами бита, которые могут одновременно находиться в двух состояниях. В новой установке эти объекты реализованы как ионы бериллия в миниатюрной (около 200 нанометров) магнитной ловушке. Помимо бериллия в ловушках находятся ионы магния, предотвращающие ненужные вибрации и обеспечивающие стабильность. Ученые заставляли кубиты работать, используя лазерные импульсы в ультрафиолетовом диапазоне.

Чтобы продемонстрировать универсальность своего компьютера, физики отобрали наугад 160 простейших вычислительных программ с участием двух кубитов. Для реализации всех программ потребовался 31 вид лазерных импульсов, каждый из которых обеспечивал работу одного или двух кубитов. Каждая из программ запускалась по 900 раз.

После проведения испытаний, исследователи сравнили полученные результаты, с предсказанными теорией. В результате у них получилось достаточно хорошее согласование. При этом, однако, они отмечают, что пока их компьютер совершает достаточно большое количество ошибок. Так, доля верных ответов составляет около 80 процентов (для нормальной работы необходимо 99,99 процента). По словам ученых, это связано со случайными флуктуациями лазерного источника.

Создатели нового компьютера подчеркивают, что их машина должна стать важной частью будущего полноценного квантового компьютера. Их разработка позволяет, например, достаточно легко выполнять многие рутинные операции.

Квантовые компьютеры - пока существующие только в теории вычислительные машины, работа которых основана на принципах квантовой механики. Считается, что во многих областях применение подобных машин позволит добиться значительных успехов по сравнению с существующими классическими компьютерами. Недавно ученым впервые удалось реализовать квантовый процессор с использованием стандартных технологий производства полупроводниковых чипов.

Далёкий взрыв подтвердил взгляд Эйнштейна на пространство

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 Эйнштейн
Судя по последним данным, пространство всё же "гладкое" и соответствует описанию Эйнштейна, а не представляет собой квантовую пену, как предполагает одна из относительно новых теорий (иллюстрация NASA/GSFC).
 
Орбитальный гамма-телескоп Ферми (FGST) позволил доказать правоту Альберта Эйнштейна ещё раз: скорость света в вакууме оказалась не зависящей от энергии фотонов. А это ставит под сомнение теорию квантовой гравитации, активно развиваемую физиками в последние годы.

Питер Майкельсон (Peter Michelson) из Стэнфорда (Stanford University), ведущий учёный миссии FGST, совместно с большой интернациональной группой учёных опубликовал в Nature статью, в которой изложил детальный анализ гамма-вспышки GRB 090510, зафиксированной FGST 10 мая 2009 года.

В этом событии примечательными оказались два пойманных фотона, порождённых, как предполагается, в результате мощного катаклизма вроде столкновения двух нейтронных звёзд.

 заряды связаны в пары
Всё же имеющийся лаг в прибытии двух фотонов (на рисунке они условно показаны фиолетовым и жёлтым) авторы новой работы списывают не на отличия в скорости бега этих частиц, а на разницу во времени рождения данных гамма-квантов непосредственно на месте события (космической катастрофы). Кстати, вся вспышка, зафиксированная датчиками спутника FGST, длилась 2,1 секунды. Она также поставила рекорд – самое быстрое зафиксированное движение вещества: джет, испускавший гамма-фотоны, двигался со скоростью 99,99995% от скорости света, – сообщают исследователи (иллюстрация NASA/Sonoma State University/Aurore Simonnet).
 
Эти фотоны обладали различной частотой, и их энергия отличалась в миллион раз. Но при этом один был зафиксирован всего на 0,9 секунды прежде другого. С учётом того, что пробежали они через Вселенную расстояние в 7,3 миллиарда световых лет, — это можно считать одновременной фиксацией, то есть летели они через пространство фактически с одной скоростью.

Предыдущее примечательное наблюдение FGST вроде бы приоткрыло дверь для квантовой гравитации: тогда наблюдалось явное расхождение во времени прибытия низко- и высокоэнергичных фотонов, однако, похоже, эти отличия объясняются всё же тонкостями в генерации гамма-вспышек, а не "работой" пространства на пути между источником лучей и Землёй.

Напомним, одним из возможных объяснений запаздывания фотонов высоких энергий является их более сильное взаимодействие с пространством-временем. Мол, на масштабе, в триллионы раз меньшем, чем поперечник электрона, пространство представляет собой "пену", с которой пролетающие фотоны реагируют определённым образом.

Только ещё выстраиваемая учёными теория квантовой гравитации (пытающаяся объединить все известные взаимодействия) как раз предполагает такое явление. Однако, если судить по GRB 090510, его нет, а теорию относительности пока рано считать устаревшей. Лоренц-инвариантность не была нарушена даже в масштабе Планка, объясняют физики в своей статье.

Помимо охоты за гамма-вспышками телескоп Ферми проводит полный обзор неба. Так, только за первый год работы спутник захватил более тысячи отдельных источников гамма-лучей. Как поясняют специалисты, работающие с FGST в пресс-релизе NASA, речь идёт именно о постоянных источниках.

И почти половину из них уже удалось соотнести с астрономическими объектами, давно наблюдаемыми в других диапазонах волн. Это далёкие галактики и массивные чёрные дыры в них, а в Млечном Пути — пульсары и двойные системы, одним из компонентов которых является нейтронная звезда. Анализ всех этих данных позволит получить новые сведения не только о столь разнообразном "населении" космоса, но и о природе пространства-времени.

Впервые создана чёрная дыра для света

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 Модель "чёрной дыры"
Модель "чёрной дыры", состоящей из метаматериалов (иллюстрация Qiang Cheng, Tie Jun Cui).
 
Над первой рукотворной чёрной дырой для микроволнового излучения работали американские теоретики и китайские инженеры. Ловушка для электромагнитных волн получилась довольно компактной.

Теоретическое описание устройства, которое могло бы затягивать световые лучи, представили в начале года Александр Килдышев и Владимир Шалаев из университета Пардью. Тогда учёные выпустили статью в журнале Physical Review Letters (её также можно скачать здесь, PDF-документ, 3,05 мегабайта).

В основе идеи лежало представление о космических чёрных дырах, которые благодаря сильнейшей гравитации искривляют пространство-время и затягивают в свои недра всю окружающую материю и излучение.

Американские физики посчитали, что существует возможность создания устройства, которое схожим образом искривляло бы световые лучи и приводило их к своему центру. Для этого необходимо было бы построить цилиндрическую структуру, состоящую из центрального ядра и ряда концентрических колец.

 рукотворная чёрная дыра
А так рукотворная чёрная дыра выглядит в реальности (внешний диаметр 22 сантиметра). 60 концентрических слоёв различаются не только физическими характеристиками, но и формой, которая показана на врезках (фото Qiang Cheng, Tie Jun Cui).
 
Изменяя путь прохождения света, необходимо сделать так, чтобы диэлектрическая проницаемость колец, влияющая на электрическую составляющую электромагнитного излучения, постепенно (и плавно) возрастала от края к центру. Подобное устройство было бы аналогом искривления пространства-времени близ настоящей чёрной дыры. Чтобы в центре не произошло отражения, а наоборот, свет поглотился, диэлектрическая проницаемость ядра должна совпасть с таковой у последнего кольца.

Именно такой аппарат создали Те Цзунь Цуй (Tie Jun Cui) и Цян Чэн (Qiang Cheng) из Юго-восточного университета Нанкина (Southeast University in Nanjing): 60 колец, сложных структур из метаматериалов (metamaterial), составляют оболочку устройства (40 внешних колец) и ядро-поглотитель (20 внутренних). Правда, пока китайским учёным удалось таким образом поймать лишь микроволновое излучение.

"Когда электромагнитная волна попадает на поверхность устройства, она захватывается и направляется от оболочки к центру, где поглощается. Ядро преобразует абсорбированный свет в тепло", — рассказывает Цуй.

"Не ожидал, что им удастся так быстро реализовать эту идею на практике", — комментирует Евгений Нариманов, ещё один сотрудник лаборатории профессора Шалаева, который участвовал во многих работах подобного рода.

Что же касается видимого света, то его китайские физики пообещали поглотить к концу года. И это несмотря на то, что работать с ним будет гораздо сложнее. Длина волн видимого света на порядок меньше того же значения для микроволнового излучения, а значит, и отлавливающие их кольца должны быть более миниатюрными.

Новинку можно будет использовать для создания более эффективных солнечных батарей. Например, "чёрная дыра" пригодится там, где много рассеянного света. Ведь подобное устройство затягивает в себя лучи любого направления. "Если мы добьёмся чего-то подобного, нам больше не понадобятся эти гигантские параболические зеркала", — считает Нариманов.

Статья китайских учёных опубликована в Applied Physics Letters (препринт статьи можно найти на сайте ArXiv.org). Читайте также о попытках физиков воплотить в реальность при помощи метаматериалов шапку-невидимку и "суперрассеиватели", которые создают иллюзию, что объекты больше, чем они есть на самом деле. А ещё познакомьтесь с моделью чёрной дыры в треугольной капле воды и звуковой чёрной дырой.

Физики обнаружили магнитное электричество

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 магнитричество удалось поймать
Пока магнитричество удалось поймать только в кристаллах определённого рода, которые учёные обобщённо называют спиновым льдом – spin ice (фото STFC).
 
О движении электрических зарядов и образуемом ими токе знают все. С передвижениями магнитных зарядов дела до недавнего времени обстояли несколько сложнее – учёные не могли детектировать ни сами магнитные монополи, ни их транспорт. Однако недавно американцам всё же удалось увидеть магнитричество в эксперименте.

У каждого магнита, как известно, два полюса (северный и южный). И сколько бы физики его ни делили, каждый его кусочек (вплоть до единичного атома) будет обладать двумя полюсами. Однако теоретики предсказывали, что существуют магнитные монополи (magnetic monopole) – квазичастицы, несущие на себе только положительный или только отрицательный магнитный заряд. Они не связаны в пары и могут передвигаться по отдельности.

Долгое время учёные разных стран пытались поймать таинственные магнитные монополи. В сентябре нынешнего года им это наконец удалось. Для этого исследователи направили на кристалл спинового льда, охлаждённого до ультранизкой температуры, нейтроны. Поведение элементарных частиц показало – в материале действительно присутствуют магнитные монополи.

 заряды связаны в пары
На картинке слева: в отсутствие поля магнитные заряды связаны в пары, но некоторые из них всё же диссоциируют, образуя флуктуирующие магнитные моменты (зелёная стрелка). На рисунке справа: при приложении поля некоторые "разбежавшиеся" магнитные заряды остаются врозь, однако часть образует связанные пары для восстановления равновесия. Из-за колеблющихся магнитных моментов, определяемых свободными зарядами, появляются локальные поля, которые можно детектировать с помощью внедрённых мюонов (?+) (иллюстрация Nature).
 
Тогда же другая группа учёных представила свои достижения в виде препринта статьи на сайте arXiv.org. Теперь они выпустили полноценную статью в Nature, в которой рассказали о строении системы, позволяющей фиксировать передвижение магнитных монополей. Работа проводилась под руководством Стивена Брамвелла (Steven Bramwell) из Лондонского центра нанотехнологий.

Британцы не только впервые определили "количество" магнитного заряда, но и измерили магнитный аналог электрического тока. Движение и взаимодействие монополей они назвали "магнитричеством" (magnetricity).

Вместо нейтронов Брамвелл и его коллеги использовали мюоны (muon) – неустойчивые элементарные частицы, которые можно было бы назвать короткоживущими братцами электронов.

Внедрив их в спиновый лёд, физики наблюдали за распадом мюонов и эмиссией образующихся при этом позитронов. Направление движения последних рассказало исследователям о магнитном поле внутри кристалла. В результате учёные установили, что магнитные монополи не просто существуют, но ещё и движутся, образуя магнитный ток.

Британцы определили, что заряд магнитного монополя равен 5 ?B·A-1 (магнетонам Бора на ангстрем). Кстати, теория давала очень близкое значение: 4,6?B·A-1. Отметим, что в отличие от фиксированного электрического заряда магнитный может меняться в зависимости от давления и температуры кристалла спинового льда.

Стивен считает, что в будущем магнитные монополи могут быть использованы для создания более компактной компьютерной памяти (так как один монополь соизмерим с отдельным атомом). "Мы пока делаем лишь первые шаги, но кто знает, в каком виде магнитричество будет использовано человечеством лет эдак через сто", — говорит Брамвелл в пресс-релизе Лондонского центра нанотехнологий.

Американские учёные создали диод из одной молекулы

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

Уменьшение размеров электроники приведёт к снижению стоимости и улучшению производительности электронных устройств. Но не ради самой технологии, а скорее из научного интереса исследователи из разных стран скооперировались, придумали и создали самую миниатюрную копию одного из ключевых компонентов электрических цепей.

Диоды встречаются в бесчисленном множестве устройств. Эти компоненты схем самых разных форм и размеров являются ключевыми ингредиентами полупроводниковой индустрии.

Однако учёные пытаются воспроизвести их и в нанометровом масштабе. "Транзисторы, к примеру, уже достигли размера в несколько десятков нанометров, что в среднем всего лишь в 20 раз больше молекулы вещества. Вот почему люди так увлечены идеей создания молекулярной электроники", — рассказывает в пресс-релизе университета Аризоны ведущий исследователь Нунцзянь Тао (Nongjian Tao). Кстати, известен случай, когда транзистором была признана и одна молекула.

Идея преодоления ограничения размеров кремниевых транзисторов с помощью молекул витала в воздухе давно. О том, что молекулы веществ могут стать диодами, химики-теоретики впервые заговорили ещё в 1974 году. Более 30 лет исследователи пытались реализовать теорию на практике.

В большинстве случаев использовались несколько молекул, например молекулярные тонкие плёнки, и лишь несколько научных групп обращались к единичным молекулам.

 Схема молекулярного диода
Схема молекулярного диода: симметричная молекула (вверху) пропускает ток в обе стороны, несимметричная (внизу) перекрывает поток в одну сторону, превращаясь в одномолекулярный диод (иллюстрация Biodesign Institute at Arizona State University).
 
Одно из препятствий на этом пути – сложности с подключением отдельной молекулы к двум электродам, поставляющим ток, другое – получение нужной ориентации молекулы в устройстве (напомним, что диоды отличаются тем, что позволяют току течь по электрической цепи только в одной направлении).

"Мы смогли создать одномолекулярное устройство со строго определённой ориентацией", — говорит Тао. В своём исследовании учёные использовали ассиметричную молекулу: один её "хвост" образовывал ковалентную связь с положительно заряженным катодом, а второй – с отрицательно заряженным анодом.

Физики сравнили перенос электронов у симметричной и асимметричной молекул. В первом случае ток протекал в обе стороны, то есть молекула работала как обычный резистор. Создать второй вариант было сложнее, но он представлял для учёных куда большую ценность.

"Работать с одной молекулой интересно. Мы прикладывали напряжение, механическое усилие, измеряли ток и отклик на воздействие. Поведение отдельной молекулы определяется законами квантовой физики, в результате свойства миниатюрных устройств отличаются от таковых у стандартных. Мы параллельно изучили и эти различия", — говорит Нунцзянь.

"Лично для меня молекулярная электроника интересна не только из-за своих потенциальных приложений в качестве замены устройств на основе кремния, но и как система с уникальными электронными, механическими и оптическими свойствами. Возможно, она не просто заменит, но и дополнит работу обычных полупроводников", — добавляет учёный.

Нобелевка по физике присуждена создателям оптоволокна и ПЗС-матриц

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

Шведская Королевская академия наук (Kungliga Vetenskapsakademien) объявила лауреатов Нобелевской премии (Nobel Prize) по физике 2009 года. Её получают трое учёных, чьи изобретения сформировали современный технологический облик нашей планеты.

В 1966 году уроженец Шанхая Чарльз Као (Charles K. Kao), работая в британской лаборатории (теперь ставшей корпорацией Nortel Networks), открыл возможность передавать свет на большие расстояния, используя сверхчистое стекло как оптоволоконный материал.

Таким способом учёные стали отправлять сигналы на расстояние более 100 километров, и это был прорыв по сравнению со всего лишь 20-метровым волокном, доступным в 1960-х годах. Энтузиазм Као вдохновил других исследователей на работу по практическому осуществлению его замысла.

Первое сверхчистое волокно было успешно произведено всего четыре года спустя, в 1970-м. И с тех пор без него трудно представить лик нашей планеты. Сегодня оптические волокна — практически кровеносная система нашего социального общения. Интернет, телефония, кабельное телевидение — всё это было бы лишь мечтой без гения Чарльза Као.

Значительную долю данных, передаваемых по оптоволокну, сегодня составляют цифровые изображения. И вторую половину премии (которая в этом году составляет 10 миллионов шведских крон или 975 тысяч евро, не считая медали и диплома) по праву делят американцы-изобретатели полупроводниковых цифровых светочувствительных матриц.

В 1969 году Уиллард Бойл (Willard S. Boyle) и Джордж Смит (George E. Smith), работавшие в Bell labs, изобрели аналоговую микросхему из светочувствительных фотодиодов. Этот прибор с зарядовой связью (ПЗС) использует фотоэлектрический эффект, предполагавшийся ещё Эйнштейном (который сам получил за эту теорию Нобелевку 1921 года).

Свет преобразуется в электрические сигналы, а задача при разработке сенсора изображения заключается в сборе и распознавании сигналов в максимальном количестве точек "картинки" за минимальное время. ПЗС стал революцией в фотографии и незаменимым инструментом во всех областях исследований, от микрохирургии до астрономии.

Предложена новая схема нейтринной связи с подлодками

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 Необычные методы связи с подлодками
Необычные методы связи с подлодками предлагаются не первый раз. Ранее мы говорили о дистанционном генераторе звука под водой (иллюстрация naval-technology.com).
 
Три десятка лет надежд, споров и скептицизма учёных подвели Патрика Хубера (Patrick Huber) из политехнического университета Вирджинии к его нынешней работе. Исследователь рассчитал работоспособный метод нейтринной связи, пронзающей земной шар насквозь.

Идея связи, основанной на нейтрино, обсуждается с 1977 года. Применить данные частицы для пересылки информации (в частности, на атомные субмарины, дежурящие в толще океана) очень соблазнительно — нейтрино с лёгкостью проходят Землю навылет. Но эта способность оборачивается и трудностями: всем известно, как слабо взаимодействуют нейтрино с веществом и сколь огромны детекторы, необходимые для поимки данных частиц.

Потому за тридцать с лишним лет, прошедших после рождения самой мысли о подобной связи, реализовать её никому так и не удалось, хотя в разных странах к нейтринным проектам привлекали финансирование по "оборонной" статье.

Хубер утверждает, что с недавним прогрессом в источниках нейтрино и детекторах данная идея может быть материализована. Причём — в ближайшем будущем. Он предлагает создать односторонний канал пересылки информации (с базы на подлодку), выгодно отличающийся от существующих методов.

В качестве источника частиц Патрик думает применить накопительное мюонное кольцо, способное выдавать поток с интенсивностью 1014 нейтрино в секунду. Большинство из них пронзит всю планету без взаимодействия и улетит прочь, очень малая доля столкнётся на своём пути с атомами и совсем уж крошечный процент прореагирует с веществом в непосредственной близи от субмарины. По оценке Хубера, около подлодки будет происходить два таких столкновения в секунду.

 мюонное кольцо
Так выглядит мюонное кольцо. В данном случае показана установка, работающая в лаборатории Брукхэвен (Brookhaven National Laboratory).
 
Кажется, что немного, но этого должно хватить для организации канала связи по нейтринному лучу. Главное — самой подлодке не потребуется гигантский нейтринный детектор. В его роли выступит океанская вода. Нейтрино, столкнувшиеся с веществом, произведут высокоэнергетические мюоны, а те в свою очередь вызовут в воде черенковское излучение — слабое сияние, которое могут зарегистрировать высокочувствительные фотодетекторы на субмарине.

Американский физик высчитал, что такой канал будет обладать скоростью около 10 бит в секунду. Чтобы понять — какое это будет достижение, следует сравнить его с нынешними способами связи с погружёнными подлодками. Информацию на них переправляют при помощи радиоволн очень низкой частоты (VLF) и крайне низкой частоты (ELF).

Первый канал обладает пропускной способностью 50 бит в секунду, однако имеет большой недостаток: для такой связи подлодка должна выпускать плавающую антенну, которая ограничивает маневренность субмарины и повышает риск её обнаружения. Канал ELF такого негатива лишён, поскольку эти волны пробивают очень приличную водную толщу, но скорость пересылки информации падает до 1 бита в минуту. мНейтринный канал связи должен обладать пропускной способностью почти как у радиоканала VLF, но при этом будет работать на любой глубине. Недостаток (помимо высокой стоимости), пожалуй, только один — лодка должна будет выходить в определённый район океана, чтобы получить сигнал.

Фотонный "пулемет" разработан для квантовых компьютеров

Источник: «Известия Науки - Новости»

В вычислительной технике есть одно очень простое правило, остающееся верным и в необычном квантовом мире: увеличение числа элементов для хранения информации ведет к приросту мощности компьютера. Увеличение числа квантовых битов, или кубитов, в квантовом компьютере ведет к еще большему приросту — каждый дополнительный кубит удваивает мощность компьютера.

Однако увеличение количества кубитов оказалось для исследователей довольно замысловатой задачей из-за трудностей, связанных с производством частиц в сцепленном состоянии. Ныне группа исследователей создала устройство, способное в пулеметном темпе «выстреливать» множеством сцепленных фотонов.

Все существовавшие до сих пор методы создания сцепленных фотонов выдавали отдельные группы фотонов более или менее случайным образом, рассказывает Терри Рудольф (Terry Rudolph) из Имперского колледжа Лондона (Imperial College London). «Ученым удавалось получать до шести сцепленных фотонов, но они появлялись совершенно непредсказуемо. В конечном счете, это никак не могло помочь в создании работающего должным образом квантового компьютера».

Рудольф и Нетанель Линднер (Netanel Lindner) из Техниона — Израильского технологического института (Technion — Israel Institute of Technology) в Хайфе — совместно разработали проект системы, способной по первому требованию выстреливать большим количеством сцепленных фотонов. Она получила название «фотонного пулемета».

В основе устройства лежит «квантовая точка» — нанокристалл, заключенный внутри полупроводника, охлажденного до очень низкой температуры. Когда на квантовую точку попадает короткая и интенсивная вспышка света, один из электронов в точке переходит в возбужденное состояние. Возвращаясь на соответствующий состоянию покоя энергетический уровень, он излучает фотон.

«Мы можем манипулировать электроном так, чтобы он оказался в сцепленном состоянии с фотоном», — говорит Рудольф. При повторном возбуждении электрон снова испустит фотон; этот фотон также будет в сцепленном состоянии с электроном, а значит, и с первым фотоном. Процесс можно повторять сколько угодно раз, получив в итоге цепочку сцепленных фотонов, вполне готовую для включения в систему квантового компьютера.

Изначально Рудольф и Линднер оценивали производительность своего устройства в 12 выдаваемых за раз кубитов. «Думаю, в разговорах с разными экспериментаторами мы были слишком скромны», — замечает Рудольф. — Текущая эффективность собирания делает вполне возможным получение 20 или даже 30 сцепленных фотонов, что может привести к созданию систем, намного превосходящих классические компьютеры».

Исследователи считают, что работоспособная модель устройства может быть построена уже в ближайшие годы. «Только в последний год или около того технологии нанопроизводства сделали это возможным», — утверждает Рудольф.

Проект квантового пулемёта уже привлек к себе повышенный интерес в научной среде. «Это настоящий шедевр», — отмечает Эндрю Уайт (Andrew White) из Квинслендского университета в Брисбейне, Австралия. «Думаю, это одна из самых замечательных теорий, о которых мне только приходилось слышать за последние пять лет — она произведет настоящий переворот в создании фотонных квантовых компьютеров», — заключает специалист. Об этом сообщает агентство "Информнаука".

Европа начала борьбу с плеерами

Источник: «Известия Науки - Новости»

Нередко в метро оказываешься по соседству с молодыми людьми, слушающими плеер. Почти всегда с ужасом думаешь: если мне по ушам так стучат его басы, то что же делается в голове у юного любителя музыки? Опасения небеспочвенны - каждый десятый слушатель плееров имеет серьезные проблемы со слухом.

Европейская комиссия выпустила новый список стандартов, касающихся предельно допустимых уровней громкости MP3-плееров. Они обяжут производителей по умолчанию устанавливать не максимальный уровень громкости, а допустимый для безопасного прослушивания - 80 дБ. Кроме того, в документации должно будет появиться специальное предупреждение о том, что прослушивание музыки выше заданного уровня громкости вредит слуху.

Новые стандарты, которые будут утверждены в ближайшее время, появились в результате двухгодичных консультаций с медиками, производителями и потребителями. По официальной статистике, сейчас в странах ЕС насчитывается более 10 млн молодых людей с приобретенными проблемами слуха. Большинство из них - это как раз те самые любители громкой музыки.

Европа тут следует по стопам США. В 2006 году американский предприни-матель Джон Паттерсон подал жалобу про-тив фирмы Apple, заявляя, что его iPod, способ-ный воспроизводить звук до 115 дБ, может нанести непоправимый вред слуху. В итоге Apple приняла решение предоставить пользо-вателям iPod бесплатную программу с новой опцией, позволяющей лимитировать уровень звука в аппарате. Вслед за этим американские производители цифро-вых плееров, и Apple в их числе, ограничили максимальный уровень громкости в своих аппаратах 100 дБ.

По данным научного комитета ЕС, сейчас большинство продаваемых в Европе плееров имеет уровень громкости от 80 до 115 дБ. Наушники могут добавить к этому еще 5-7 дБ. Но безопасной для постоянного прослушивания является лишь нижняя граница громкости. Звук в 85 дБ уже равен по силе грохоту мотоцикла с глушителем, 90 дБ при постоянном прослушивании могут вызвать нервные заболевания и ухудшение слуха вплоть до глухоты. Авторы новых стандартов считают, что на плеерах также должна быть предупреждающая наклейка, а при попытке сделать звук громче должен включаться предупреждающий сигнал о вреде этого. Может, и мы больше не будем страдать от грохота из наушников соседа в метро или автобусе.

Исследователи извлекли числа и фотографии из голов испытуемых

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

Сразу две научные группы сообщили о независимых, но похожих по сути экспериментах, приблизивших науку ещё на один шаг к пресловутому чтению мыслей. Теперь можно по "отпечатку" мозговой активности вычислить, на какое число или какую картинку только что смотрел человек.

О первом достижении сообщили Эвелин Эже (Evelyn Eger) из Парижского университета (Universite Paris-Sud) и её коллеги из ряда вузов Франции. Они использовали функциональную томографию для регистрации активности нейронов в теменной доле головного мозга — участке, который в предыдущих исследованиях был увязан с обработкой чисел.

На этот раз учёные применили высокое разрешение, позволяющее различать тонкие картины в работе групп нейронов внутри этого участка. Исследователи предъявляли испытуемым различные числа в двух видах форм — символической (цифры) и несимволической — группы точек. Так выяснилось несколько вещей.

Оба вида чисел вызывают всплеск активности в теменной доле. Но получающаяся при этом картина заметно отлична. То есть по ряду характерных черт можно предсказать — видит человек четыре точки или цифру "4".

Более того, устойчивые тонкие отличия в активности нейронов наблюдаются и для каждого числа индивидуально (1, 2, 3, 4 и так далее). При этом наиболее ясные различия в образце проявляются для чисел в несимволической форме. И для них же мозговые "рисунки" обладают свойством плавного изменения.

Таким образом, рисунок активных нейронов для шести точек является чем-то переходным между "отпечатками", проявляющимися в мозгу при созерцании пяти и семи точек. Для символических чисел такого чёткого линейного изменения обнаружить не удалось.

Чтобы проверить свои догадки, авторы работы проанализировали типичные рисунки работы нейронов, возникающие при наблюдении разных чисел, и составили программу, которая с высокой долей успеха "говорила", на какое число человек только что глянул, анализируя данные со сканера.

При этом процент верного попадания для групп точек был значительно выше, чем для символических чисел. Для последних уловить закономерности оказалось труднее всего. Эже объясняет это тем, что несимволическое представление эволюционно намного более древнее. (Кстати, большие группы точек успешно подсчитывают обезьяны, а цыплята, пчёлы и рыбы способны считать в пределах четырёх.)
 Типичное распределение активности
Типичное распределение активности клеток сначала было выявлено по результатам множества сеансов просмотра, а затем занесено в модель, способную угадывать, к примеру, число точек на экране, которые видит человек (иллюстрации Eger et al.).
 

"Числа в принципе бесконечны, и очень маловероятно, что мозг может иметь (а мы можем обнаружить) подписи для каждого числа, — говорит Эже. — Существует некий намёк в наших данных, что чем меньше число, тем более чёткая у него подпись, которая может быть связана с их повторяемостью в повседневной жизни. Потребуются ещё исследования, чтобы сказать что-то более определённое об этой связи и о том, как мозг работает с крупными числами".

"Мы только начинаем подступать к основным строительным блокам, на которые, вероятно, опирается символический счёт", — добавила исследовательница. Детали нынешнего опыта Эвелин и её коллеги изложили в статье в Current Biology.

Второй эксперимент был обставлен сходным образом. Только вместо анализа наблюдаемых чисел его авторы занимались поиском характерных рисунков активности, возникающих в зрительной коре при наблюдении фотоснимков определённого характера (портреты, пейзажи, дома, животные, растения, много объектов, мало объектов и так далее), а также при взгляде на изображения предметов той или иной формы.

Все эти знания были "утрамбованы" в программу, которая вычленила характерные подписи для тех или иных свойств и признаков изображений. Далее эта программа с приличной долей попаданий вычисляла, какую фотографию человек только что наблюдал. Или указывала на очень близкий по композиции и семантическому содержанию кадр.

Правда, выбирать ей приходилось из заранее составленной базы в 6 миллионов снимков, по которым ранее и калибровали модель, сообщает Wired. Один из снимков случайным образом показывался человеку в магнитном томографе, а программа должна была узнать его "отпечаток" в голове.

Это ещё не то же самое, что восстановление увиденной испытуемым картинки с нуля, но некое продвижение на пути к данной цели. В будущем эта технология может обрести практические приложения вроде мысленного составления архитектурных проектов или систем мысленной речи (если говорить об аналогичных "отпечатках" при обдумывании слов). Последняя, впрочем, уже реализована, но на иных принципах. Об этом можно прочесть наш мини-обзор.

Авторы опыта с фотографиями — Джек Галлант (Jack Gallant) и его коллеги из Калифорнийского университета в Беркли (UC Berkeley) — отчитались об эксперименте в статье в журнале Neuron.

Заметим, учёные не первый раз действуют по схеме: фиксация рисунков активности нейронов — выявление общих закономерностей и частностей — построение компьютерной модели — "угадывание" мыслей по мозговым "отпечаткам". Так, ранее мы детально рассказывали об опытах по извлечению из голов простых графических символов, прочтённых и услышанных слов, а также — дислокации в компьютерной игре.

Построен электронный микроскоп нового типа

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

Специалисты корпорации Hitachi High Technologies и Национальной лаборатории Брукхэвен (Brookhaven National Laboratory – BNL) разработали новый сканирующий микроскоп, который позволяет снимать атомы одновременно на поверхности и в объёме образца.
 демонстрация возможностей нового прибора
Для демонстрации возможностей нового прибора учёные провели съёмку отдельных атомов урана (обведены кружками) на поверхности тонкой подложки из углерода. Вверху: изображение, полученное в прошедших через образец электронах. Внизу: изображение поверхности образца. По центру: объединённая картина (объём – красным, поверхность – зелёным). Атомы, которые не видны на нижнем снимке, находятся на нижней стороне углеродной подложки (фото Department of Energy Brookhaven National Laboratory).
 

"Наши знания о влиянии индивидуальных атомов на свойства нанообъектов и процессы, происходящие в устройствах преобразования энергии, очень сильно ограничиваются возможностями наблюдения за ними", — говорит один из ведущих исследователей Имэй Чжу (Yimei Zhu) в пресс-релизе BNL. Как известно, для понимания многих реакций недостаточно "видеть" только объём материала. Его поверхность, где собственно и происходит взаимодействие, важна не меньше.

Именно этого объединения и добились разработчики новой машины, которая расположилась на территории Центра функциональных наноматериалов (Center for Functional Nanomaterials).

Как и все сканирующие электронные микроскопы, новый инструмент освещает образец пучком электронов, сфокусированным на небольшой точке, затем детекторы ловят испущенные материалом вторичные электроны. Полученные данные позволяют определить структуру поверхности и топографию образца.

Но теперь исследователи разместили детекторы как перед образцом, так и за ним. Второй набор регистрирует электроны, прошедшие через толщу изучаемого материала, благодаря чему появляется возможность построить внутреннюю структуру (получается как бы помесь сканирующего и просвечивающего электронных микроскопов).

Учёные применили в новинке ряд усовершенствований. В частности, оригинальную систему коррекции сферической аберрации. Дополнения привели к увеличению разрешающей способности исходного прибора в четыре раза (до одной десятой нанометра), то есть теперь у машины появилась возможность делать изображения, на которых можно различить отдельные атомы.

"Эффект похож на тот, что получается при использовании большей линзы в фотоаппарате: данных собирается больше и они при этом фокусируются на меньшей площади", — поясняет биофизик Джозеф Уолл (Joseph Wall), один из авторов разработки, описывающих её в статье в журнале Nature Materials.

"Информация, полученная с помощью нового устройства, позволит больше узнать о расположении атомов и активных центров, разглядеть небольшие вариации состава и положение дефектов кристаллической структуры образца. Все эти показатели значительно влияют на свойства материалов и их реакции друг с другом", — добавляет Чжу.

Действительно, такая двойная съёмка помогает учёным лучше понять полную картину происходящего, например, как взаимодействуют атомы поверхности и объёма во время каталитической реакции.

Для нормальной работы столь чувствительного прибора, конечно же, понадобились особые условия. Чтобы изолировать новый микроскоп от вибраций, перепадов температуры и даже слабых электромагнитных полей, его поместили в особую комнату.

В ней все 24 часа температура регулируется вплоть до сотых долей градуса Цельсия, амортизирующие пластины защищают прибор от проезжающих вдали грузовиков и хлопающих дверей, обычная система вентиляции заменена на охлаждающие воздух панели. "Всё здание является своего рода технологическим шедевром. Микроскоп просто не смог бы работать в других условиях", — поясняет Чжу.

Заметим, разрешение в 0,1 нанометра является одним из лучших показателей для электронных микроскопов, но вдвое уступает достижению аппарата Titan.

Противоположные заряды могут отталкиваться

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 Место соприкосновения двух капель
Место соприкосновения двух капель и образование мостика из двух конусов. Масштабная линейка соответствует 0,1 миллиметра (фото W. Ristenpart et al./Nature).
 
Любой учёный знает, что противоположно заряженные тела притягиваются друг к другу, а одинаково заряженные отталкиваются. Уильям Ристенпарт (William Ristenpart) из университета Калифорнии в Дэвисе обнаружил, что и из этого, казалось бы, фундаментального правила есть исключения.

Ещё в 2005 году химик-технолог Ристенпарт проводил опыты со столбцом воды в масле. Он изучал изменение формы колонны, происходящее при приближении к заряженной пластине.

"Я случайно ошибся и вместо положенного среднего заряда поднял напряжение до нескольких киловольт. Систему закоротило, и вода будто взорвалась", — рассказывает Уильям. В результате мелкие капли воды разлетелись во все стороны заполненного маслом сосуда.

Ристенпарт также заметил, что противоположно заряженные шарики жидкости как будто отталкивались друг от друга. "Поначалу я не поверил своим глазам", — говорит Уильям. Оно и понятно, как и любой другой учёный, он был поражён и запутан увиденным.

Ристенпарт и его коллеги три года изучали феномен в лаборатории Ховарда Стоуна (Howard Stone) в Гарварде. Но чтобы понять, к каким выводам пришли учёные в своей статье в журнале Nature, необходимо для начала определиться с процессами, происходящими в обычной системе, где сталкиваются две капли воды с противоположным зарядом.
 Схема эксперимента
На рисунке слева показана экспериментальная установка (на самом деле водой обозначен 0,2 М раствор KCl). В зависимости от величины электрического поля происходит слияние (справа вверху) или отталкивание (справа внизу) капли воды и мениска (иллюстрация и фото W. Ristenpart et al./Nature).
 
Капли могут легко изменять свою форму. Когда при приближении друг к другу они начинают притягиваться, каждая образует на своей поверхности так называемый конус Тейлора (Taylor cone). При соприкосновении между бывшими шарами образуется своеобразный мостик.

Если заряд капель пересекает некое критическое значение, то мостик тоже образуется, но лишь на короткое время, после чего капли будто отскакивают друг от друга. Исследователи установили это, проведя математические расчёты и съёмку высокоскоростными видеокамерами (посмотреть можно здесь, MPEG-файл, 2,2 Мб).

Оказалось, что заряд капель определяет параметры того самого конуса Тейлора. Если шар жидкости обладает небольшим или средним зарядом, образующийся конус получается коротким и широким (то есть с большим углом в вершине). В необычных условиях, когда заряд велик, – конус получается высоким и узким (малый угол).
 Эксперимент с несколькими каплями
Эксперимент с несколькими отталкивающимися каплями воды в масле. Красной стрелкой показаны места обмена зарядами. Масштабная линейка соответствует 0,5 миллиметра (иллюстрация и фото W. Ristenpart et al./Nature).
 

При соприкосновении вершин конусов в месте контакта электрическое поле становится ничтожным, поскольку происходит перетекание зарядов. Таким образом, при образовании мостика именно форма первоначальных конусов определяет, сольются капли или нет.

Если заряд был небольшим, конусы невысокими, то поверхностное натяжение стремится соединить два шара в одно целое. Если же заряд велик, а мостик длинный и тонкий, то он легко рвётся из-за того, что поверхностное натяжение стремится разорвать контакт между двумя шарами.

Электрическая сила больше не удерживает капли поблизости, и они рикошетят друг от друга. Резюмируя, учёные заключают, что существует некое значение критического угла (или критического заряда), при котором капли уже не хотят сливаться и разбегаются.

Данное открытие имеет большое значение не только для науки, но и для промышленности. Многие предприятия по всему миру используют электростатическое разделение воды и сырой нефти. Может, именно из-за открытого Ристенпартом явления ранее не удавалось добиться высокой эффективности очистки природных углеводородов (в непрозрачной нефти просто-напросто невозможно наблюдать отталкивание противоположно заряженных капель).

Лазером впервые переохладили очень плотный газ

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 инфракрасная фотография
Эта инфракрасная фотография демонстрирует разницу температур охлаждённого лазером газа (голубой цвет) и окружающей его стальной камеры (жёлтый и красный цвета). Лазерный импульс длился всего 30 секунд. На шкале справа показано изменение температуры в Кельвинах (фото Nature).
 
Лазерное охлаждение газов (laser cooling) успешно реализуется учёными всего мира вот уже более тридцати лет. Однако охлаждение в полном соответствии с теорией удалось получить только теперь.

Как ни странно, но лазер действительно умеет не только нагревать и резать, но и охлаждать материю. Только для этого ему необходимы некоторые особые условия.

Если говорить упрощённо, то электрон может перескакивать с более близкой к ядру атома орбиты на более высокую. Однако он не может проделать это сам по себе, его необходимо подкормить светом с соответствующей длиной волны. Известно, что красный свет имеет меньшую энергию, нежели синий. Потому красного лазера электрону может не хватить для прыжка.

Чтобы помочь ему это проделать, можно попробовать увеличить концентрацию атомов. Тогда они начнут сталкиваться между собой чаще, а орбиты электронов станут словно изгибаться. Благодаря этому процессу электрон сможет перескочить с ближней орбиты на дальнюю даже при красном освещении (ведь для этого понадобится меньше энергии).

Однако после столкновения орбиты вернутся на свои законные места, и электрону придётся где-то брать недостающую энергию, чтобы не свалиться обратно к ядру. Электрон занимает её у атома, отбирая у него кинетическую энергию. В результате атом замедляется, а так как скорость и температура суть две стороны одной медали, то газ охлаждается. Таким образом, бомбардировка лазером и приводит к охлаждению газа.

Все вышеприведённые рассуждения были сделаны ещё в 1975 году. Однако на практике всё оказалось гораздо сложнее. Высокое давление (концентрация) приводило к тому, что между собой сталкивались обычный и возбуждённый атомы. Из-за этого уже перепрыгнувший электрон возвращался на нижнюю орбиту, выбрасывал избыток энергии, а газ нагревался (то есть происходил обратный желаемому процесс).

Из-за этого ограничения учёным не удавалось взять для эксперимента максимальные концентрации вещества – приходилось довольствоваться малыми количествами атомов. Физики из университета Бонна впервые обошли это препятствие.
 Схема эксперимента
Схема эксперимента (иллюстрация Nature).
 

Для эксперимента они взяли смесь инертного газа аргона и следовых количеств атомов рубидия. Повысили температуру до 350 °C, а давление до 230 бар. "В таких условиях мы получили возможность стимулировать рубидий лазером с меньшей энергией. При этом газовая смесь охладилась на 70 градусов в течение нескольких секунд", — рассказывает один из авторов нынешней работы Мартин Вайц (Martin Weitz).

Плотный рубидиевый газ должен был бы стать твёрдым веществом (как положено в нормальных условиях). Но из-за высокой скорости охлаждения исследователи получили его в новом необычном переохлаждённом состоянии. И что самое главное в их распоряжении была не пригоршня атомов, а куда более реальный макроскопический объект.

Более подробно о проведённых экспериментах и их выводах можно узнать из статьи авторов, опубликованной в журнале Nature (на сайте arXiv.org есть также её препринт) и из пресс-релиза университета.

В будущем та же технология позволит создавать новые экстраординарные состояния разных веществ, и, к примеру, улучшит работу телескопов, сенсоры которых необходимо охлаждать для получения более чёткой картинки.

Физики получили плоский лёд в отсутствие давления

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 строение нового плоского льда
Вверху показано строение нового плоского льда, внизу его обыкновенного собрата (иллюстрация с сайта physorg.com).
 
Новую необычную форму плоского двухслойного льда получили и тщательно исследовали физики из Рурского университета в Бохуме (Ruhr-Universit&aunl;t Bochum) и Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (Pacific Northwest National Laboratory).

Для того чтобы заполучить нестандартную форму водяного льда, экспериментаторы объединились с теоретиками. Последние предсказали: двухслойный плоский лёд можно создать, зажав молекулы воды между двумя водоотталкивающими поверхностями. Однако опытные физики пошли немного другим путём.

Сначала они нанесли на платину тонкий слой углерода, который образовал лист графена (graphene). Поместив "конструкцию" в ультравысокий вакуум, на её поверхность налили небольшое количество воды. Затем температуру системы опустили до 125 кельвинов (напомним, что обычный лёд замерзает при 273 К).

При помощи методов низкоэнергетической электронной дифракции (LEED) и инфракрасной спектроскопии (IR-spectroscopy) экспериментаторы изучили структуру получившейся плёнки плоского льда. Для обсчёта результатов также был подключён суперкомпьютер: он позволил установить положение каждого отдельного атома.
 гексагональная симметрия
Вид сверху. У двухслойного льда учёные обнаружили гексагональную симметрию (иллюстрация с сайта physorg.com).
 

Итак, плоский лёд представлял собой два слоя молекул воды. Они сформировали шестисторонние кольца немного большего размера, чем обычно. Каждая молекула H2O имела четыре водородные связи: три с молекулами из своего слоя и одну с представительницей соседнего.

Углы между атомами в молекуле H-O-H отличались от стандартного: образовалось как бы два новых типа молекул, у одних угол был больше, у других меньше обычного. "Это характерно для сдавленного льда", — поясняет один из исследователей доктор Грег Киммель (Greg Kimmel).

Подробнее о новом состоянии замороженной воды можно узнать из статьи, опубликованной в Journal of the American Chemical Society.

Учёные полагают, что подобный опыт поможет лучше понять строение воды и гидрофобных поверхностей. Первое необходимо для дальнейшего исследования важных белковых структур (а именно их сворачивания), второе – также для создания лучших водоотталкивающих покрытий.

Сейчас физики пытаются выяснить, в каком температурном диапазоне сохраняется такое строение плоского льда и к чему приведёт нанесение дополнительного количества воды поверх первого слоя. Почитайте также об очень тонком тёплом льде и впервые полученных льде XV и пятиугольных кристаллах льда.

Физики расшифровали структуру цемента

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

Учёные разгадали множество тайн микромира, океана и космоса, но при этом никто отчего-то не обратил внимание на самый распространённый материал из когда-либо созданных человеком. А группа исследователей из Массачусетского технологического (MIT) взялась и расшифровала трёхмерную структуру цементных гидратов, веществ определяющих прочностные и прочие свойства основного строительного материала.
 Молекулярная модель C-S-H
Молекулярная модель C-S-H. Голубым и белым цветом показаны атомы кислорода и водорода в молекуле воды, зелёным и серым – ионы кальция (внутрислойные и межслойные), жёлтыми и красными палочками – атомы кремния и кислорода в тетраэдрах (иллюстрация PNAS).
 

Гидраты образуются тогда, когда цементный порошок смешивается с водой. Постепенно образующаяся паста довольно быстро затвердевает. Химикам и строителям было известно, что в ходе этого процесса появляются различные структуры, но никто не исследовал их на молекулярном уровне.

Ранее учёные полагали, что гидратированный цемент (а именно гидраты кальция кремния, также обозначаются C-S-H) на атомном уровне напоминает строение редкого минерала тоберморита (tobermorite). Внутри него слои бесконечных цепочек тетраэдрических молекул кремния перемежались со слоями оксида кальция и выстраивались в упорядоченную структуру.

Но учёные из MIT показали, что в застывшем цементе всё обстоит несколько сложнее. Во-первых, гидраты кальция кремния не являются кристаллами в чистом виде, а представляют собой некий гибрид кристаллической и аморфной составляющих. В двухмерном пространстве один базовый элемент гидратированного цемента содержит некоторые отклонения от "нормы" (тоберморита). В слоях треугольников (кремниевых тетраэдров) каждый третий, шестой и девятый их них отклонён от горизонтальной оси вверх или вниз (в сторону соседних слоёв оксида кальция).

В образовавшихся "дырах" (в слоях оксида кальция) располагаются молекулы воды, они-то и придают застывшему цементу его прочность. То есть "недостатки" возникшие на микроуровне, приводят к изменению свойств материала уже на макроуровне.

"Вода ослабляет тоберморит или дженнит, но укрепляет цемент. Теперь, когда у нас есть молекулярная модель системы, мы можем управлять химическими свойствами материала, варьировать его прочность и влияние на окружающую среду, можем сделать его более устойчивым к давлению и высоким температурам", — говорит один из исследователей Франц-Йозеф Ульм (Franz-Josef Ulm) в пресс-релизе MIT.

Он имеет ввиду моделирование на атомистическом уровне, которое собственно и позволило установить истинное строение C-S-H. 260 процессоров пришлось соединить воедино профессору Роланду Пелленку (Roland Pellenq), чтобы провести моделирование образующейся структуры по методу Монте-Карло.
 данные рентгеновской дифракции
В статье, опубликованной в открытом доступе в PNAS, авторы приводят данные рентгеновской дифракции образцов цемента и тоберморита, а также просчитанные для смоделированной структуры гидрата цемента (иллюстрация PNAS).
 

Пелленк поначалу извлёк из базового элемента тоберморита все молекулы воды, затем посмотрел, как при этом перестроилось геометрическое строение минерала. Потом учёный стал добавлять молекулы по одной обратно, каждый раз обсчитывая получающуюся структуру. На 104 молекуле воды компьютерный гидрат заполучил ту же атомную массу, что и его реальный прототип. Таким образом Пелленк убедился, что перед ним структура базового элемента C-S-H. "Мы надеемся, что наша работа будет первым шагом на пути подробного изучения молекулярной структуры цементных гидратов, что она пригодится другим учёным в их работе", — говорит ещё один участник нынешнего исследования профессор Сидни Ип (Sidney Yip). Он также нескромно сравнивает достижение своей группы с расшифровкой структуры ДНК, которая стала новой ступенькой развития науки и основой многих открытий.

"Цемент так широко используется в строительстве, что в ближайшее время вряд ли от него откажутся насовсем", – считает Ип. Однако общемировое производство цемента определяет около 5% выбросов CO2 в атмосферу. Новое исследование, возможно, повлияет на работу других учёных в этой области. Это может привести как к снижению выбросов парниковых газов, так и к улучшению свойств самого цемента.

Магнитный монополь показался учёным в спиновом льду

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

Существование неуловимого магнитного монополя было предсказано ещё 80 лет назад. Частица, представляющая собой южный либо северный полюс магнита, но никак не их комбинацию, очень важна для науки. Если её не обнаружат, то все теории, описывающие первые моменты существования Вселенной, не имеют никакого смысла. И вот сразу четыре статьи рапортуют о регистрации магнитного монополя.

что у любого магнита есть два полюса: южный (S) и северный (N). Каждый физик знает, что как ты этот самый магнит ни дели, всё равно его части так же будут обладать обоими полюсами (то есть останутся диполями).

В 1931 году известный британский физик Поль Дирак (Paul Dirac) после проведения определённых теоретических расчётов предсказал, что должны существовать некие частицы – магнитные монополи (magnetic monopole) – которые присутствуют на концах так называемых струн Дирака. Однако до сих пор их никто не смог обнаружить.

Где только не пытались ловить гипотетически существующие магнитные монополи! Годы работы и множество научных трудов были посвящены попыткам обнаружить таинственные частицы в космическом излучении, внутри ускорителей высокоэнергетических частиц, в земном и даже лунном грунте.

 южный и северный полюса
Так могут ли всё-таки южный и северный полюса существовать отдельно друг от друга? (фото с сайта wordpress.com, иллюстрация Fermilab)
 
В 1980-х теоретики показали, что существование монополей можно считать основой "Теорий Великого объединения" (GUT). Эта группа моделей предполагает, что сильное, слабое и электромагнитное взаимодействия являются различными проявлениями одной и той же силы.

В 2008 году учёные предположили, что магнитные монополи могут существовать в так называемом спиновом льду (о нём речь пойдёт чуть ниже). Чтобы наблюдать неуловимые частицы, необходимо проследить за изменениями в спинах атомов, которые "прокатываются" по такому кристаллу.

Впоследствии несколько научных групп провели исследования различных материалов, относящихся к этому классу соединений, и пришли к выводу, что магнитный монополь наконец-то найден.

 эксперимент Морриса
Рисунок, иллюстрирующий эксперимент Морриса и его коллег, а также полученный ими результат (иллюстрация Jonathan Morris).
 

Одной из них руководил Джонатан Моррис (Jonathan Morris), исследователь Центра материалов и энергии Гельмгольца в Берлине (Helmholtz-Zentrum Berlin fur Materialien und Energie — HZB). Он и его коллеги могут похвастаться тем, что нашли наиболее убедительное доказательство существования "магнитных частиц" (читайте пресс-релиз группы).

Для этого учёные охладили кристалл титаната диспрозия (Dy2Ti2O7) до температуры, близкой к абсолютному нулю. Это соединение обладает особой решёткой, которую также именуют спиновым льдом (spin ice), она по некоторым параметрам напоминает обычный водяной лёд. Кроме титаната диспрозия ещё несколько других веществ могли бы продемонстрировать наличие магнитных монополей.

 Тетраэдр
Тетраэдр, в котором три иона "указывают" внутрь (с голубым шаром внутри), представляет собой "северный монополь". Соседний тетраэдр лишь с одним ионом, указывающим внутрь, есть не что иное, как "южный монополь" (иллюстрация L.D.C. Jaubert, P.C.W. Holdsworth/Nature Physics).
 
При охлаждении таких кристаллов составляющие их атомы (в обычном состоянии расположенные в вершинах четырёхгранной пирамиды и представляющие собой маленькие магниты) "выравниваются". Иногда до трёх из четырёх спинов атомов пирамиды принимают одно и то же направление, в результате в центре пирамиды образуется область положительного или отрицательного магнитного заряда. Этот заряд не "закрепляется" на каком-либо физическом объекте, но при этом он ведёт себя так, как должен бы предсказанный магнитный монополь.

При охлаждении до ультранизких температур (0,6 -2 K) с помощью рассеяния нейтронов (взаимодействуют со струнами Дирака) и приложения магнитного поля физики смогли "увидеть" в Dy2Ti2O7 некие "иглы", похожие на северные и южные монополи. Однако частицы находились на расстоянии не больше нанометра друг от друга, и из-за этого их нельзя было измерить напрямую. Моррису со товарищи ничего не оставалось, кроме как поверить, что они наблюдали те самые монополи Дирака.

Дальнейшее измерение теплоёмкости, проведённое Бастианом Клемке (Bastian Klemke), тоже косвенно подтвердило существование монополей в кристалле экзотического вещества. Кроме того, благодаря этому опыту физики установили, что монополи взаимодействуют таким же образом, как и электрические заряды.

Вторая работа была проведена под руководством Тома Феннелла (Tom Fennell) из Института Лауэ-Ланжевена в Гренобле (Institut Laue-Langevin). По основным этапам она мало чем отличается от первой, разве что эти учёные использовали кристалл титаната гольмия, Ho2Ti2O7. (Пресс-релиз французско-британской группы здесь.)

 

 

Двойное" открытие привело к появлению сразу нескольких статей. Две из них уже опубликованы в журнале Science (1 и 2). Ещё две пока находятся на сервере препринтов arXiv.org (3 и 4).
 Картина рассеяния с переворотом спина
Картина, полученная с помощью рассеяния с переворотом спина (spin-flip scattering). Вверху – реально наблюдаемая в кристалле титаната гольмия, внизу – предсказанная для него же при помощи моделирования по методу Монте-Карло (иллюстрация Institut Laue-Langevin).
 
Первая из неопубликованных работ рассказывает о дополнительных наблюдениях магнитных монополей, а вторая – предлагает новую технологию определения заряда каждого монополя. По мнению профессора Стива Брамвелла (Steve Bramwell), значащегося в списке авторов двух из четырёх публикаций, этих данных более чем достаточно, для того чтобы убедиться в существовании монополей Дирака.

Но далеко не все учёные готовы утешиться малым. "Монополи, конечно, крайне тяжело зарегистрировать по отдельности. И всё же я не думаю, что это совсем уж невозможно", — считает профессор физики Питер Шиффер (Peter Schiffer) из университета Пенсильвании.

"Честное" свидетельство существования магнитных монополей действительно необходимо научному сообществу. Но и этот шаг можно считать значительным продвижением вперёд. Возможно, именно нынешние публикации сподвигнут другие научные группы на новое "прямое" открытие. Кроме того, полученным данным наверняка найдётся применение в технике. Например, некоторые учёные уже сейчас говорят о разработке нового типа памяти.

Учёные впервые запечатлели анатомию молекулы

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

Получить изображение внутренней химической структуры молекулы с беспрецедентным разрешением удалось специалистам из лаборатории IBM в Цюрихе (IBM Research — Zurich). Сделали это они посредством бесконтактной атомно-силовой микроскопии (AFM).

Как сообщается в пресс-релизе IBM, объектом исследования была продолговатая органическая молекула пентацена (pentacene), состоящая из 22 атомов углерода и 14 атомов водорода. В длину молекула насчитывает 1,4 нанометра, а расстояние между соседними атомами углерода в ней составляет лишь 0,14 нм.

Микроскоп работал в сверхвысоком вакууме и при очень низких температурах: до -268 °C. Учёные говорят, что необходимо было сделать аппарат очень стабильным как механически, так и термически, чтобы оба кончика AFM и сама молекула оставались в неизменном положении на протяжении более чем 20 часов.

 пять углеродных колец
На полученной с помощью AFM "картинке" (вверху) можно увидеть пять углеродных колец гексагональной формы и разглядеть позиции атомов углерода и водорода. На иллюстрации внизу модель той же молекулы: серые шарики – атомы углерода, белые – водорода (фото и иллюстрация IBM Research – Zurich).
 
Учёные говорят, что результаты нового исследования могут оказать заметное влияние на развитие нанотехнологий в части понимания и контроля самых маленькие объектов, которые знает человечество. Статья авторов эксперимента опубликована в журнале Science.

Читайте также о рекордной съёмке при помощи микроскопа Titan и о том, на какие ухищрения приходится идти физикам, чтобы заставить подобную аппаратуру работать со столь феноменальным разрешением.

 атомно-силовой микроскоп
На переднем плане – тот самый атомно-силовой микроскоп. На заднем – команда экспериментаторов в неполном составе. Слева направо: Николай Молл (Nikolaj Moll), Рето Шлиттлер (Reto Schlittler), Герхард Мейер (Gerhard Meyer), Фабиан Мон (Fabian Mohn) и Лео Гросс (Leo Gross). Дело в том, что Шлиттлер в авторах статьи не числится, а не хватает Петера Лильерота (Peter Liljeroth) из Утрехтского университета (фото IBM Research – Zurich).
 

Команда исследователей Университета Иллинойса создала первую в мире акустическую линзу

Источник: «Новости электронного web-журнала Physics.com.ua»

Эта инновация может иметь практическое значение в ультразвуковой диагностике высокого разрешения, неразрушающем контроле зданий и мостов, а также новой подводной stealth-технологии.

Группа исследователей во главе с Николасом Фангом (Nicholas X. Fang), профессором науки и техники Иллинойса, успешно провела испытания по фокусировке ультразвуковых волн через плоскую линзу из метаматериала на пятне приблизительно в половину ширины длины волны частотой 60,5 кГц за счет сети заполненных жидкостью резонаторов Гельмгольца. По данным исследований, акустическая система напоминает индукторно-конденсаторную цепь. Канал передачи выступает в качестве последовательности индукторов, резонаторы Гельмгольца, играющие роль конденсаторов, Фанг описывает как емкости, в которых резонируют волны, они колеблются на определенных звуковых частотах, почти как в музыкальном инструменте.

Фанг поясняет, что визуализация звукового поля в некоторой степени напоминает оптическое формирование изображений, поскольку искривление звука походит на искривление света. "В сравнении с оптическими и рентгенографическими исследованиями, создание изображений из звука более безопасно, именно поэтому УЗИ проводится даже на беременных женщинах", — говорит Шу Джанг (Shu Zhang), аспирант Университета Иллинойса и микроскопист Института Беркмана. Однако получаемые изображения акустоскопии уступают в четкости или точности традиционным оптическим исследованиям.

"С акустоскопией мы не можем увидеть то, что меньше нескольких миллиметров", — говорит Фанг. И лучшим средством обнаружения опухоли остается оптика, но воздействие некоторых типов электромагнитного излучения, таких как рентгеновские лучи, подвергает риску здоровье человека. Для обнаружения и вывода на экран новообразований в человеческом организме на ранней стадии при помощи ультразвука требуется повысить разрешение и контрастность. "В теле опухоль часто окружена костными тканями с высокой контрастностью, поэтому их нельзя четко выделить, и акустоскопия может предоставить больше данных, чем оптическое исследование".

Однако области применения не ограничены медициной. "В скором времени эта технология может открыть области знаний, ранее скрытых от науки", — утверждает Фанг. В области неразрушающего контроля структурная прочность зданий или мостов может быть оценена как на наличие трещин, так и на глубинные дефекты, не видимые глазу или не доступные оптическим методам.

Также визуализация звуковых изображений может использоваться для совершенствования подводной stealth-технологии, возможно даже для акустического камуфляжа подводных лодок. На данный момент целью является использование этих научных достижений в практической плоскости для создания действующих устройств или систем, которые позволят использовать визуализацию звукового поля в различных ситуациях. Финансирование этого исследования было обеспечено Управлением перспективного планирования оборонных научно-исследовательских работ (Defense Advanced Research Projects Agency) Министерства обороны США.

Открыта новая субатомная частица

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 Место новой частицы
Место новой частицы (она показана звёздочкой) в схеме, представляющей разнообразие барионов (иллюстрация DOE/Fermi National Accelerator Laboratory).
 
Физик Патрик Люкенс (Patrick Lukens) и его коллеги из лаборатории Ферми (Fermi National Accelerator Laboratory) сообщили о наблюдении новой субатомной частицы. Её удалось зафиксировать в эксперименте CDF, в котором участвуют 600 учёных из 15 стран.

Частица названа ?b. Это барион, состоящий из трёх кварков: двух странных и одного прелестного (s-s-b). Новый родственник протона превышает его по массе примерно в шесть раз.

Поскольку экзотические частицы живут крайне короткое время, наблюдать их можно только по следам распада — специфическому набору других частиц. Чтобы увидеть следы ?b физики проанализировали результаты почти 500 триллионов столкновений протонов и антипротонов на ускорителе Tevatron. И всего в 16 столкновениях была зафиксирована "подпись" искомой частицы.

Прежде, чем распасться, новая частица успевала пробежать доли миллиметра. Группа физиков измерила время жизни ?b, которое оказалось чуть большим одной триллионной доли секунды.

 Детектор CDF
Детектор CDF и элементарные кирпичики строения материи (кварки, показаны розовым; лептоны, показаны зелёным; и бозоны, показаны голубым) (фото и иллюстрация DOE/Fermi National Accelerator Laboratory).
 
Наблюдение данной частицы, предсказанной Стандартной моделью, имеет большое значение: оно укрепляет учёных в уверенности, что они правильно понимают кварковое строение материи и к тому же — красиво дополняет "Периодическую таблицу барионов". Однако, с этим открытием связана загадка.

Дело в том, что впервые о наблюдении ?b сообщили физики, работающие в рамках родственного эксперимента DZero (всё на том же "Теватроне" в лаборатории Ферми) ещё в августе 2008-го. Но те выводы были сделаны при анализе сравнительно небольшой выборки данных о столкновениях частиц в ускорителе и потому вызывали сомнение.

Теперь же выяснилось, что результаты того опыта и новой работы — статистически несовместимы. В частности, расхождение в вычисленной массе ?b слишком велико, чтобы списать на погрешности расчётов (6054,4 МэВ/с2 по версии CDF и 6165 МэВ/с2 по версии DZero). Также существенно различным оказался уровень производства этих частиц. Это заставляет учёных задуматься — одну и ту же частицу они наблюдали?

И хотя именно данные CDF лучше согласуются с теоретическими ожиданиями, противоречие в результатах двух экспериментов нуждается в объяснении.

Открытие ?b последовало за обнаружением бариона ?b в 2007 году, столь же существенно укрепившим стройную кварковую модель строения материи.

Детали новой работы изложены статье в Physical Review D.

Закрученный луч позволил определять атомы поштучно

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

Зафиксировать прохождение через прибор всего одного нейтрального атома, мгновенно и почти со 100-процентной точностью. Головоломная задача. Но её решение всё же недавно было найдено. Специалисты, проводящие исследования в таких областях, как химия, биохимия и квантовые компьютеры, радуются: в их арсенале появился ещё один изящный инструмент.

Чтобы уловить присутствие чего-либо, нужно с этим как-то взаимодействовать. Хотя бы при помощи электромагнитных волн. Но тут физика накладывает свои ограничения.

Это ведь только в массе "общение" вещества и потока излучения организовать проще простого. Даже в микросекундных импульсах лазера число фотонов — чудовищно велико. А в мельчайших крупинках исследуемых материалов или в разнообразных магнитных или лазерных ловушках, удерживающих облачка атомов, "подопытных кроликов" также содержится немало. А значит — свет и атомы не могут не встретиться. Вещество так или иначе влияет на проходящее излучение, поглощает его или отклоняет, излучает фотоны вновь...

Но что делать, если мы ждём появления одного-единственного атома? Как точно узнать — пролетел он наконец-то мимо или ещё нет? Тут нужно идти на хитрость. Его величество случай нужно обмануть, чтобы установка гарантировано выдала сигнал. Да ещё чтобы сделала это всего за миллионную долю секунды — в 20 раз быстрее, чем это было возможно ранее.

Именно о таком впечатляющем достижении группы учёных из американского Объединённого института квантовой физики (Joint Quantum Institute — JQI) и чилийского университета Консепсьона (Universidad de Concepcion) повествует статья в Nature Physics.

(Кстати, именно в JQI в январе нынешнего года физики впервые телепортировали атом на метр.)

 ловушка, поставляющая атомы
Шаг первый. A – ловушка, поставляющая атомы по очереди; B – отдельные атомы попадают в детектор-резонатор, где взаимодействуют с лучом лазера; C – горизонтально поляризованный луч попадает в камеру, где начинает многократно отражаться от торцевых зеркал. Пропорции и масштаб различных объектов не соблюдены (иллюстрация Joint Quantum Institute).
 
В новом опыте небольшая популяция атомов рубидия была помещена в магнитооптическую ловушку с отверстием в нижней части. Время от времени некоторые атомы покидали эту вакуумную камеру и "проваливались" через 1,5-миллиметровое отверстие в дне, выскакивая на скорости 20 метров в секунду в соседний (расположенный на расстоянии 8 сантиметров) детектор — цилиндр с шириной и диаметром порядка 2 миллиметров. Полость внутри него атом пролетал всего за 5 миллионных долей секунды, но за это время в ней многое успевало произойти. А что именно — сейчас увидим.

Первые успешные эксперименты со светодиодами и лампочками на основе квантовых точек учёные проводили не так уж давно — в 2005 году (пример один и пример два). И вот теперь две американские компании представили совместный проект: первые в мире коммерческие осветительные приборы на базе квантовых точек. Их козырь — сочетание приятного для глаз спектра излучения с высоким КПД.

Датчик, придуманный в Объединённом институте, представляет собой оптический резонатор с двумя параллельными зеркалами с высокой отражающей способностью. Зеркала эти смотрят друг на друга.

В резонатор направляется луч лазера с длиной волны 780 нанометров и (что является отличием от сходных ранних опытов) с горизонтальной поляризацией. Луч этот эффективно возбуждает атом, заставляя его излучать во всех направлениях. При этом фотоны, испускаемые атомом, обладают вертикальной поляризацией. И хотя время нахождения частицы между зеркалами очень мало, оно в 200 раз больше, чем время, необходимое ей для перепрыгивания на следующий энергетический уровень и последующего излучения нового фотона. Так что за время полёта один атом успевает проделать это несколько раз, что увеличивает число импульсов, которые будут доступны для регистрации.

Однако это далеко не все уловки. Ведь даже в описанной ситуации вторичный свет от атома будет слишком слаб для уверенного его различения (нужно не забывать о помехах, а именно случайных фотонах из внешней среды).

Потому физики решили применить в том же самом устройстве второй метод определения наличия атома — по эффекту Фарадея.

Заключается он в закручивании плоскости поляризации линейно поляризованного света, проходящего через вещество, находящееся в магнитном поле. Именно такое поле и создали учёные внутри оптического резонатора.

 возбуждённые атомы начинают излучать
Шаг второй. A – возбуждённые атомы начинают излучать волны с вертикальной поляризацией; B – зеркала успевают отразить входной пучок тысячи раз; C – магнитное поле, ориентированное параллельно лучу лазера, вызывает поворот плоскости поляризации пучка в присутствии атома (иллюстрация Joint Quantum Institute).
 
Датчик, придуманный в Объединённом институте, представляет собой оптический резонатор с двумя параллельными зеркалами с высокой отражающей способностью. Зеркала эти смотрят друг на друга.

В резонатор направляется луч лазера с длиной волны 780 нанометров и (что является отличием от сходных ранних опытов) с горизонтальной поляризацией. Луч этот эффективно возбуждает атом, заставляя его излучать во всех направлениях. При этом фотоны, испускаемые атомом, обладают вертикальной поляризацией. И хотя время нахождения частицы между зеркалами очень мало, оно в 200 раз больше, чем время, необходимое ей для перепрыгивания на следующий энергетический уровень и последующего излучения нового фотона. Так что за время полёта один атом успевает проделать это несколько раз, что увеличивает число импульсов, которые будут доступны для регистрации.

Однако это далеко не все уловки. Ведь даже в описанной ситуации вторичный свет от атома будет слишком слаб для уверенного его различения (нужно не забывать о помехах, а именно случайных фотонах из внешней среды).

Потому физики решили применить в том же самом устройстве второй метод определения наличия атома — по эффекту Фарадея.

Заключается он в закручивании плоскости поляризации линейно поляризованного света, проходящего через вещество, находящееся в магнитном поле. Именно такое поле и создали учёные внутри оптического резонатора.

Обычно про явление Фарадея говорят в связи с большим количеством вещества — для единственного атома, пересекающего луч, эффект будет ничтожным. Но вот тут-то к месту оказываются зеркала резонатора.

Пока атом рубидия пересекает поле зрения прибора, лучи исходного лазера успевают поскакать между зеркалами 10 тысяч раз. И пусть в каждом случае взаимодействия с атомом отдельные фотоны поворачивают свою плоскость поляризации на очень небольшую величину, они наталкиваются на атом вновь и вновь, и в сумме получается немало градусов поворота плоскости. А это значительно увеличивает общее число фотонов с вертикальной поляризацией (первые из них были получены иначе — в результате излучения новых фотонов рубидием — помните?).

Набегавшись между зеркалами вдоволь, суммарный свет покидает полость резонатора и попадает на поляризационный делитель. Здесь фотоны с горизонтальной плоскостью поляризации (те, что с пролетевшим атомом никоим образом не взаимодействовали) отправляются по одной дорожке, а "вертикальные" фотоны — по второй. В конце каждой — детекторы, в которых происходит регистрация фотонов по одному, причём для каждого записывается точное время прибытия. Соотношение между фотонами первой и второй групп говорит об отсутствии или присутствии искомого атома.

Очевидно, на наличие вертикально поляризованных волн в этой системе могут влиять и внешняя засветка (несмотря на все меры к её устранению — вспомним — речь-то идёт буквально о десятках фотонов) и какие-то случайные процессы. Потому сигналы с обоих датчиков идут постоянно. Но поскольку в новой установке "подопытный" атом производит всплеск характерного излучения, его всё же можно определить.
 ловушка, поставляющая атомы
Шаг третий. A – взаимодействие лазерного луча и атома в присутствии магнитного поля приводит к появлению в выходном пучке (зелёный цвет) двух составляющих с горизонтальной (показана жёлтым) и вертикальной (показана синим) поляризацией; B — делитель расщепляет луч на эти две составляющие; C — всплеск числа фотонов с вертикальной поляризацией на фоне ровной линии "горизонтальных" фотонов говорит о присутствии атома в детекторе (иллюстрация Joint Quantum Institute).
 

И вот тут нашлась ещё одна хитрость. Руководитель группы Луис Ороско (Luis A. Orozco) поясняет: очень трудно было показать, что датчик чувствует единственный атом. Но учёные пропустили через систему достаточно большое число атомов, чтобы собрать статистику — какие именно "отпечатки пальцев" в виде характерной последовательности прибывающих один за другим фотонов они оставляют.

А это между тем позволило компьютеру системы, образно говоря, обучиться различать "на лету" настоящие события (пролёт атома через камеру) и ошибочные сигналы, сравнивая "отпечатки".

"Существующие способы были слишком медленными для детектирования движущихся атомов, в результате чего было трудно сделать что-либо с ними до того, как они исчезали. Наша работа снижает это ограничение скорости, — заявил один из авторов эксперимента Дэвид Норрис (David Norris). — Кроме того, обычно трудно провести различие между подлинным обнаружением и случайными ложными срабатываниями без сбора данных за большой период времени. Наша система фильтрует оба сигнала и сокращает время обнаружения".

Что же в результате? "Наша установка позволяет в реальном времени обнаруживать свободно движущийся атом менее чем за микросекунду с уверенностью (точностью) в 99,7%", — отчитываются исследователи. Их коллеги по цеху уже обдумывают, где можно применить новую установку. А нам остаётся порадоваться за полёт мысли заокеанских экспериментаторов.

Впервые с помощью телепатии отправлено электронное сообщение

Источник: «Известия Науки - Новости»

В мировой науке состоялась премьера, когда впервые по Интернету с помощью телепатии было отправлено электронное сообщение. "Вперед, Барсуки" - эта фраза, переданная Эдамом Уилсоном в мировую сеть из лаборатории американского университета Висконсина, уже вошла в мировую историю открытий. О первой телепатической отправке сообщения по Интернету сообщает последний номер лондонского еженедельника "Санди таймс".

Эдам Уилсон сумел написать мыслями текст и передать его с помощью сканера новейшего поколения, который способен улавливать в клетках мозга изменения электромагнитных полей и превращать их в буквы и цифры.

Еженедельник передает, что в последнее время в работах по получению информации из мозга посредством сканеров достигнут впечатляющий прогресс. Наряду с текстами, сканеры смогли "распознать" и образные картины, которые представляли себе участвовавшие в исследованиях добровольцы. Об этом сообщает ИТАР-ТАСС.

Представлены первые коммерческие лампы на квантовых точках

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 Array PAR30
Array PAR30 (фото AP/Mark Lennihan).
 
Первые успешные эксперименты со светодиодами и лампочками на основе квантовых точек учёные проводили не так уж давно — в 2005 году (пример один и пример два). И вот теперь две американские компании представили совместный проект: первые в мире коммерческие осветительные приборы на базе квантовых точек. Их козырь — сочетание приятного для глаз спектра излучения с высоким КПД.

Светодиоды осветительного класса медленно теснят на рынке высокоэффективных световых приборов компактные флуоресцентные лампы. Однако помимо высокой цены у светодиодов есть один недостаток: самые эффективные из них, способные побить даже лампы дневного света по удельной световой отдаче, дают очень прохладный спектр, а светодиоды с тёплым оттенком белого в эффективности отстают.

Теперь всё может измениться: в новых лампах "холодные" светодиоды пропускают свой поток излучения через тончайший слой квантовых точек (это полупроводниковые нанокристаллы), который поглощает одни частоты и излучает другие. 10 тысяч квантовых точек, кстати, можно поместить на срезе волоса.

Меняя параметры квантовых точек (размер отдельных кристаллов в частности), можно легко контролировать спектр выходного излучения, не жертвуя эффективностью всего прибора. Таким способом впервые можно получить действительно приятный для глаз свет, идентичный таковому у ламп накаливания, одновременно с высоким КПД светильника. А это открывает заманчивые перспективы во внутреннем освещении и также в художественной подсветке.

Именно такую лампу (из линейки Array) представила 5 мая на выставке Lightfair International в Нью-Йорке компания Nexxus Lighting.

На рынок "квантовая лампочка" должна выйти в конце нынешнего года (цена ещё не названа). Все параметры новинки не указаны, но отмечается, что в общих чертах она будет сходна с другой передовой разработкой компании — светодиодной лампой Array PAR30 (правда, та выпускается пока ещё без квантовых точек).

В PAR30 работают 120 маленьких светодиодов. Потребляет эта лампа 7,8 ватта, а светит примерно как лампа накаливания на 75 ватт. Выпускается в трёх вариантах цветовой температуры (тёплый белый 3000 К, естественный белый 5000 К и холодный белый 6500 К). При этом эффективность в этих трёх модификациях составляет соответственно 70, 77 и 82 люмена на ватт. Не рекордные показатели, но очень достойные. К тому же производитель гарантирует 50 тысяч часов работы. Эта лампа продаётся за $100.

А что же новинка?

Она выдаёт ещё более тёплый спектр (2700 К), а эффективность её, как утверждает Nexxus, — "более 65 люмен на ватт". Срок службы же обозначен так: "в 25 раз дольше, чем у галогенных лампочек". При этом фирма отмечает, что коэффициент воспроизведения цвета (color rendering index), показывающий точность генерации желаемого спектра и насыщенность цвета, у новой "квантовой лампы" превышает 90, в то время как у вполне приличной по этому параметру серийной PAR30 он составляет "всего" 75-80.

Оптику на основе квантовых точек — технологию Quantum Light — разработала для Nexxus компания QD Vision — дочерняя фирма знаменитого Массачусетского технологического. Quantum Light — одна из четырёх энергосберегающих технологий, которые недавно удостоились чести быть представленными американскому президенту на специальной церемонии в Белом доме.

Nexxus сообщает, что намерена внедрить Quantum Light в целом ряде своих нынешних моделей светодиодных ламп (включая и PAR30).

Создан новый тип электронной бумаги

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 Увеличенный фрагмент
Увеличенный фрагмент новой электронной бумаги (фото Gamma Dynamics).
 
Электронная бумага, превосходящая предшественников по контрастности, разрешению и быстродействию, создана группой учёных под руководством профессора Джейсона Хейкенфельда (Jason Heikenfeld) из университета Цинциннати. Для достижения выдающихся параметров авторам разработки пришлось фактически придумать новый принцип работы электронной бумаги.

Напомним, основная масса электронных книг (в том числе первые электронная газета и электронная обложка печатного журнала) применяют "классическую" электронную бумагу. В её основе мириады чёрных и белых микрочастиц, всплывающих к поверхности и тонущих в толще экрана под действием меняющегося электрического заряда.

Но это не единственная технология электронной бумаги. Скажем, появившаяся в марте нынешнего года первая в мире цветная электронная книга "Флепия" использует другой принцип формирования изображения — на основе отражающих жидких кристаллов (Reflex LCD). А в декабре прошлого года группа учёных из Канады и Британии создала дисплей на базе управляемого синтетического опала, мгновенно меняющего цвет почти во всём видимом спектре. Так что поиск идеала не прекращается.

Все эти разработки объединяет одно — необычные экраны работают на отражённом свете, так же как "действует" и лист обычной бумаги с буквами и рисунками. Потому эти системы и именуют электронной бумагой. Расход энергии такими устройствами на порядки ниже классических ЖК и прочих типов экранов, а читаемость электронной бумаги только улучшается по мере роста внешней освещённости (это актуально на улице), в противовес обычным "светящим" дисплеям, которые при внешней засветке блекнут.

И вот Джейсон и его коллеги "построили" новый тип электронной бумаги. Каждый её пиксель представляет собой пустотелую герметичную гексагональную ячейку, в основе которой лежит алюминиевая пластина (она отражает свет). А в центре ячейки — крошечные полимерные колодцы, заполненные углеродными чернилами (ч/б вариант). Сверху же конструкцию прикрывает тонкоплёночный прозрачный электрод из оксида индия олова.

 прототип новой бумаги
Вверху: первый прототип новой бумаги. Ячейки с вытекающим и стягивающимся обратно пигментом. Внизу: бумага с сотовыми пикселями. Чернила отступают в колодцы (кадры Gamma Dynamics).
 
Напряжение, приложенное к электроду и подложке, заставляет чернила мгновенно вытечь из колодца и заполнить всю ячейку. После снятия напряжения чернила тут же собираются обратно в колодец. А поскольку резервуар занимает порядка 5% от общей видимой площади, в "свёрнутом" состоянии чернила почти не видны.

Для получения цветных пикселей авторы проекта решили применить светофильтры, наложенные поверх ячеек.

Ширина одной точки в новом дисплее составила 100 микрометров, а разрешение экрана — 300 точек на дюйм. Это, по словам Хейкенфельда, больше, чем у большинства моделей электронных книг, имеющихся на рынке.

Но главное преимущество новинки в другом. Новая бумага отражает 55% падающего света, в то время как серийные электронные книги — 35-40%. Причём, уверяет Джейсон, новую технологию можно улучшить, подняв степень отражения света до 60%, а потом и выше (тут подразумевается именно цветной вариант дисплея). А это уже сравнимо с обычной белой бумагой: у неё — 85% отражения, которые, заметим, для новой бумаги в чёрно-белом исполнении уже не представляют трудности. Значит, такая бумага с "бегающими" чернилами будет намного ближе по восприятию к печатной продукции, чем все предыдущие варианты.

Второе колоссальное преимущество новинки — время переключения пикселей между чёрным и белым состоянием. Оно составляет всего одну миллисекунду, что даже быстрее, чем у хороших ЖК-экранов, и намного лучше, чем у традиционных электронных книг (там — десятки и сотни миллисекунд). Следовательно, новая бумага куда лучше приспособлена для воспроизведения видео.

Наконец, разработка американских учёных очень тонка и способна гнуться.

Нейтрон обладает загадочной способностью

Источник: «Известия Науки - Новости»

 известные ядерные силы не могут нейтрон там удержать
Оказывается, нейтрон обладает загадочной способностью удаляться от своего ядра на столь огромное расстояние, что известные ядерные силы не могут его там удержать.
 
"Интуитивно мы представляем себе атомное ядро как компактный шар из протонов и нейтронов. Однако четверть века тому назад было обнаружено, что у некоторых легких элементов есть нестабильные изотопы, которые совсем не соответствуют этому представлению. У них нейтрон может выйти из ядра и создать вокруг него так называемое гало", — рассказывает доктор Вилфрид Нёртерсхойзер, который в 2005 году возглавил молодую исследовательскую группу по изучению этого явления в Институте ядерной химии Майнцского университета имени Иоганна Гутенберга (ФРГ).

В число таких экзотических изотопов входит и бериллий-11. В нем один нейтрон должен создавать гало вокруг компактного ядра бериллия-10. Время жизни бериллия-11 невелико, менее секунды, поэтому исследовать такой изотоп крайне сложно, тем более что судить о строении ядра приходится по косвенным данным, ведь нет способов провести прямые измерения. Однако современные лазерные технологии позволили группе Нёртерсхойзера заглянуть внутрь ядра. И там они обнаружили нечто не согласующееся с современной ядерной физикой: расстояние от гало до плотного остатка составляет 7 фемтометров. Радиус же этого остатка равен 2,5 фемтометра, то есть нейтрон удален от ближайшего нуклона на 5 фемтометров. А сильное взаимодействие, которое собирает нуклоны в ядро, действует только на расстоянии в 2—3 фемтометров.

Чтобы не предполагать наличие каких-то неизвестных науке сил, немецкие ученые свалили все на квантово-механические эффекты: если рассматривать каждую частицу в виде волновой функции, то можно заметить протяженные "хвосты" распределения плотности этой функции. Они-то и попадают в область действия сильного взаимодействия. То есть с какой-то вероятностью эти силы на нейтрон действуют, с какой-то нет, а точнее никто ничего пока сказать не может. Об этом сообщает "Химия и жизнь".

Кривой луч зажигает плазму и большие надежды

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 Поперечное сечение кривого луча
Поперечное сечение кривого луча выявляет его "шлейф" (фиолетовые пятна), который и помогает основному потоку двигаться в открытом пространстве не как все "порядочные" лучи – по прямой, а по пологой дуге (фото Science).
 
Лазерный луч, сгибающийся непосредственно в воздухе, да так, словно рядом находится какая-нибудь крошечная чёрная дыра, учёные создают не впервые. Но в новой работе имеется достаточно новизны, чтобы о ней заговорили ведущие СМИ. И даже принялись размышлять о всевозможных практических применениях открытия — от исследований до оружия. Последнее, по ряду соображений, не выглядит сколь-нибудь реальным. Но и без него "согнутому" лазеру найдётся работа.

Профессор Павел Полынкин (Pavel Polynkin) и его коллеги из университета Аризоны в Тусоне — Мирослав Колесик (Miroslav Kolesik) и Джером Молони (Jerome V. Moloney) – вместе с физиками из университета Центральной Флориды (University of Central Florida) Георгиосом Сивилоглоу (Georgios A. Siviloglou) и Деметриосом Кристодоулидесом (Demetrios N. Christodoulides) впервые на опыте показали, как при помощи криволинейного луча лазера можно создавать криволинейные же плазменные каналы в воздухе, о чём группа исследователей отчиталась в своей статье в Science.

Достижение, вызвавшее восторги даже у специалистов, а уж у широкой публики — тем паче, показывает, что современная техника может вытворять с давно изученным, казалось бы, светом. Но мы начнём, пожалуй, от печки.

А печкой был британский астроном и математик Джордж Эйри (George Airy), который ещё в XIX веке теоретически доказал, что возможно создание криволинейных лучей света. Не преломляющихся в среде с переменной плотностью (как в случае пустынных миражей, например), а искривляющихся сами по себе. Такие лучи потом и назвали лучами Эйри (Airy beam). Если точнее — Джордж вывел уравнения, описывающие поведение таких волн, а предсказали их реальную выполнимость (используя уже законы квантовой механики) физики Майкл Берри (Michael Berry) и Нэндор Балаш (Nandor Balazs) ещё в 1979 году (вот их статья в American Journal of Physics).

"Гнутся" лучи Эйри потому, что на деле состоят из целой комбинации волн: одна — ведущая волна, несёт большую часть интенсивности общего луча. Другие — более слабые, "завершающие" волны, и каждая отстаёт от предыдущей на половину длины волны. "Завершающих волн" очень много, а интенсивность каждой из них падает по мере отдаления от главной волны.

Все эти составляющие влияют друг на друга так, что ведущая волна искривляется в одну сторону, а хвостовые волны — в противоположную. При этом луч Эйри практически не испытывает дифракции, то есть он не рассеивается по мере отдаления от источника даже на таком расстоянии, на котором обычный лазерный луч уже ощутимо увеличил бы своё сечение.

Впервые луч Эйри был создан в 2007 году группой американских физиков, среди которых были наши нынешние персонажи — Сивилоглоу и Кристодоулидес.

 луч Эйри
Первый луч Эйри, созданный Кристодоулидесом, Сивилоглоу и их коллегами в 2007-м, на 35-сантиметровом пути отклонялся на 1 миллиметр. Вверху показана компьютерная симуляция такого кривого луча, на которой хорошо видны "хвостовые" волны, уходящие в противоположную от "главной артерии" сторону.
 
Экспериментаторы использовали пространственный модулятор света на основе быстродействующей ЖК-матрицы на 500 тысяч пикселей. Она по команде компьютера организовывала просто филигранную корректировку фаз для целой армии лучиков (для каждого — индивидуально), сплетавшихся в результате в общий луч Эйри, который, в свою очередь, прекрасно изогнулся дугой в воздухе, в полном соответствии с теорией.

(Детали той работы можно найти в статье в Physical Review Letters, а ещё — в материалах Focus и PhysOrg.com.)

Далее создавать лучи Эйри при помощи сравнительно слабых лазеров научились в других лабораториях и институтах. Так, в прошлом году британские физики из университета Сент-Эндрю (University of St. Andrews) сумели приспособить такой кривой луч для переноса микроскопических объектов по дуге. Согнутый свет, словно снегоочиститель, перебрасывал микроскопические шарики через стенку, разделяющую две камеры (о необычном опыте рассказал PhysOrg.com).

Это свойство луча Эйри (выступающего искривлённым аналогом светового пинцета) может быть использовано для сортировки микро— и наночастиц, управления микропотоками жидкостей или отбора живых клеток, в общем — пригодится во многих областях, рассудили учёные.

А вот нынешняя команда "сгибателей" задумала вывести лучи Эйри из лабораторных стен на открытые просторы. Зачем — скажем чуть позже.

Итак, в чём прорыв? Физики впервые применили для создания луча Эйри не слабый постоянный лазер, а очень мощный импульсный (титан-сапфировый, с длительностью импульса в 35 фемтосекунд). Настолько мощный, что он вызвал ионизацию воздуха и создал плазменный канал в форме дуги.

При этом отклонение нового луча Эйри достигло 5 миллиметров на 60-сантиметровом отрезке "пробега" через воздух. А для его генерации исследователи применили, как и в предыдущих опытах, набор из маски, модулирующей матрицы и объектива, которые разбивали исходный пучок лазера на множество, составляющее суммарный луч Эйри.

Излучение плазмы, созданной таким лазером, несёт в себе информацию о веществах, попавших под обстрел. Этим и раньше пользовались физики, генерируя плазменный канал и направляя суммарный луч на спектрометр. Но результирующее излучение в таком случае всегда приходит в одну и ту же точку как от молекул, находящихся ближе к лазерному источнику, так и от молекул, расположенных дальше вдоль луча. Это позволяет определить не состав газов "по слоям", а только общий состав на всем протяжении плазменного канала.

А вот кривой луч может это сделать. Ведь вторичные волны от каждого фрагмента дуги будут приходить в разные точки детектора. Так возможно при помощи одного достаточно мощного луча Эйри просветить земную атмосферу, собрав спектры газов на разных её высотах по отдельности или (если луч идёт горизонтально) — в разных районах.

Сохранение же высокой интенсивности главной части луча Эйри на большом расстоянии может привести к ещё одному любопытному применению достижения — вызыванию искусственных молний.

 Кривой плазменный канал
Кривой плазменный канал. По вертикали – отклонение от прямой линии в миллиметрах, по горизонтали – путь в сантиметрах, цветная шкала – интенсивность (фото Science).
 
В 2004 году Каспарян (группа биофотоники университета Женевы) проводил интересный опыт во время грозы в Нью-Мексико. В разгар буйствагрозовых разрядов он посылал с земли в тучи мощные импульсы лазера по 10 раз в секунду. Необходимый канал так и не был создан — искусственной молнии не получилось, но учёные фиксировали всплески электрической активности в атмосфере синхронно со вспышками лазера, что говорило о сильном влиянии луча на атмосферу.

Кривой луч мог бы тут сделать большой шаг вперёд. Не из-за своей кривизны, заметим, а из-за почти полного отсутствия рассеивания, а значит — сохранения высокой плотности светового потока на большом расстоянии.

Тут необходимо краткое отступление. У идеального луча Эйри дифракции вообще нет. И его основной пучок сохраняет диаметр и интенсивность на любом расстоянии от источника. Но для создания такого идеального луча необходимо... бесконечное число "хвостовых" лучиков.

Посмотрите ещё раз на разрез лучей Эйри под заголовком и в тексте. Видите армию вторичных пятнышек, которые постепенно тают по мере отстранения от главной волны? Пусть интенсивность каждого такого лучика по мере увеличения его порядкового номера быстро падает, общее число этих точек должно быть бесконечным (как должна быть бесконечной и общая энергия, передаваемая в идеальном луче Эйри).

Заслуга Кристодоулидеса и его товарищей в работе 2007 года заключалась как раз в том, что они на опыте показали: для создания очень близкого подобия идеального луча Эйри достаточно разумного числа вторичных лучиков (это те самые тысячи пикселей на модулирующей матрице).

Почему же этот луч не расходится? Всё по той же причине, по которой он искривляется. Ведь фактически это не единый луч, а феерическая картина интерференции огромного числа слабых лучиков.

Да что там расхождение, луч Эйри даже через непрозрачные препятствия может проникать, лишь бы вторичный шлейф проходил в стороне. Главный пучок при этом бесследно гибнет. Но армия "поддерживающих" его потоков мгновенно восстанавливает главную волну сразу за препятствием, из-за чего кажется, что для луча Эйри оно прозрачно.

Это означает, что лучу Эйри будут не страшны капли дождя. А Каспаряну только того и надо, чтобы "достучаться до облаков". Он уже мечтает о кривых молниях, огибающих стороной стадионы и электростанции. О том же потенциальном применении нового открытия говорит и один из его авторов — Малоуни.

А Ян Уолмсли (Ian Walmsley) из Оксфорда (University of Oxford) рассуждает о том, как на основе кривого лазерного луча и порождённого им искривлённого плазменного канала можно создать новое поколение коллайдеров, которые будут намного компактнее нынешних. Или такой свет можно приспособить для передачи информации в оптических чипах. В общем, перспективы "кривого света" — очень широки.

Углеродные микролодки движутся от солнечных зайчиков

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 Световой ротор
Световой ротор виден как крошечный крестик. Слева – край линзы, направляющей солнечный свет, справа от "пропеллера" – блик от ярких лучей (фото Stefan Pastine).
 
Американские физики построили два миниатюрных устройства, которые плавают по поверхности воды, движимые силой солнечного света практически напрямую: в необычных изделиях нет ни солнечных батарей, ни электроники и даже ни одной подвижной детали.

Это исследование возглавили профессора Алекс Зеттл (Alex Zettl) и Жан Фречет (Jean M.J. Frechet) из Калифорнийского университета. Зеттл, кстати, нам знаком по таким достижениям, как внутриклеточный наноинъектор, наноэлектромеханический осциллятор релаксации и "демонический" выпрямитель тепла. Вот и на этот раз необычные "игрушки" учёных выполнены с применением нанотехнологий.

Что интересно, оба крошечных устройства покоятся на воде за счёт сил поверхностного натяжения и приводятся в движение также за счёт этих сил.

Первый "кораблик" создан из тонкого листа прозрачного пластика, а в поперечнике он насчитывает около сантиметра. Одна сторона этого изделия покрыта целым лесом из стоящих вертикально миллиардов углеродных нанотрубок. Они способны поглотить почти весь упавший на них свет (о таком полезном свойстве нанотрубок учёные говорят давно).

 "Край "лодки"
"Край "лодки" под сканирующим электронным микроскопом. Виден лес из мириад нанотрубок, покрывающих пластиковую основу (фото David Okawa).
 
Если на один край этой лодки посветить ярким светом (в опытах использовался солнечный, сконцентрированный линзой, но, утверждают исследователи, подошёл бы и лазер), этот край моментально нагреется и нагреет прилегающий к нему тонкий слой воды. А поскольку сила поверхностного натяжения падает с ростом температуры, возникает дисбаланс, толкающий плавающую пластинку вперёд. Таким образом учёные научились произвольно менять траекторию своего "кораблика", который словно следовал за солнечным зайчиком.

Второе устройство, построенное калифорнийцами, работает по тому же принципу, но отличается формой и распределением нанотрубок. Это "пропеллер" с четырьмя лопастями, также плавающий на воде за счёт поверхностного натяжения. При направлении на него солнечного света он начинает вращаться с темпом до 70 оборотов в минуту.

Зеттл поясняет, что красота разработки — в устранении промежуточных стадий преобразования энергии, как было бы, если "кораблики" передвигались бы за счёт электричества, вырабатываемого от света. При этом эффективность преобразования излучения в движущую силу высока, поскольку "силы поверхностного натяжения очень мощные", — поясняет профессор.

Данный принцип движения, уверены авторы опыта, можно распространить как на изделия гораздо меньшего масштаба (различные микромеханические устройства), так и на большие механизмы. В частности, Зеттл и его соратники намерены апробировать нанотрубочный привод на макроскопических устройствах. Есть надежда, что такие "лодки" или "роторы" смогут приводить в движение электрические генераторы (заменяя тем самым солнечные батареи) либо водяные насосы.

Российский "вечный двигатель" прошел первые испытания в космосе

Источник: «Известия Науки - Новости»

Российские специалисты из Научно-исследовательского института космических систем провели испытания "вечного двигателя". Движитель без выброса реактивной массы, с легкой руки журналистов названный "вечным двигателем", был установлен на спутнике "Юбилейный", который в мае 2008 года был выведен на орбиту в качестве попутной нагрузки на ракете-носителе "Рокот". С помощью этого аппарата, который включается автономно или по команде с Земли, спутник должен переходить с одной орбиты на другую. "В июне-июле прошлого года мы провели первые испытания, результаты их неоднозначны, - признал заместитель генерального директора ГКНПЦ, директор НИИ КС Валерий Меньшиков. - Мы получили некий результат, который сейчас анализируется". По его словам, в ходе испытаний высветились некоторые проблемы, которые надо решить в дальнейшем, чтобы внести коррективы в аппарат, однако в целом специалисты положительно оценивают проведенный на орбите эксперимент.

Первоначально двигатель хотели испытывать на МКС, однако затем было принято решение установить его на спутник, где эксперимент, по мнению конструкторов, получится более чистым. Перемещение происходит за счет движения внутри аппарата жидкого или твердого рабочего тела по определенной траектории, напоминающей по форме торнадо. При этом в получаемом эффекте движения ученые, возможно, наблюдают неизвестное явление взаимодействия рабочего тела с полями, природа которых мало изучена, как, например, природа гравитационного поля. Срок работы такого двигателя - не менее 15 лет, утверждают его разработчики, а максимальное число включений - около 300 тысяч. Для питания используется энергия солнечных батарей.

Образец двигателя нетрадиционного типа прошел испытания на Земле и получил поддержку в Роскосмосе, где проходил экспертизу. Если испытания в космосе также увенчаются успехом, двигатели без выброса реактивной массы в дальнейшем могут найти применение не только для управления и коррекции орбит космических аппаратов и орбитальных станций, но и как индивидуальные средства передвижения космонавтов в открытом космосе. "Особое место такие движители займут в наноспутниках - в этом случае масса движителя может быть снижена до нескольких десятков граммов", - отметил Меньшиков. Кроме того, экологически чистый двигатель можно будет использовать и на Земле - на воздушном и наземном транспорте, отмечает ИТАР-ТАСС.

Квантовая механика бизнес-объектов

Источник: «Новости электронного web-журнала Physics.com.ua»

Мировая экономика находится сейчас в глубоком кризисе, и перспективы выхода из него весьма неопределенны. Тем более, что, по общему признанию, ни одна из существующих макроэкономических теорий не в состоянии полностью описать происходящие в настоящее время экономические процессы. А могут ли тут физики помочь экономистам? Может быть… И вот, два физика из МГУ в своем недавнем препринте [1] попытались применить квантовую механику для описания поведения некоторых структурных элементов экономики.

В работе введены такие понятия, как эффективная масса (численность сотрудников и клиентов данной компании, другими словами, всех участников экономического процесса), спин компании (собственный момент импульса компании), связанный с понятием эффективной скорости (скорости работы сотрудников и совершения расчетных операций (компании с разными типами спинов подчиняются квантовым статистикам аналогичным статистикам Ферми-Дирака и Бозе-Эйнштейна)), нестабильность компании и время ее жизни; различные пути "распада" и "рождения" компаний; взаимопревращение компаний; основные и возбужденные энергетические состояния компаний (мера энергии – любая денежная единица) и другие. Получено обобщенное соотношение неопределенностей, содержащее подлежащую экспериментальному определению новую константу – обобщенную постоянную Планка. Показано, что бизнес-компании с малыми эффективными массами, как и квантовые микрообъекты, имеют следующие общие черты: несепарабельность, отсутствие понятия траектории и, следовательно, заметные трудности с каким-либо прогнозированием поведения (как квантовых частиц, так и компаний), малые эффективные массы, дискретный процесс взаимодействий и передачи энергии. По сути, авторы предлагают экономистам познакомиться с основами квантовой механики и попробовать вместе с физиками описать характер протекания экономических процессов или любых других событий, явлений, объектов, имеющих малую эффективную массу на малых участках пространства. Возможно, это поможет бизнес-структурам и нам вместе с ними успешно протуннелировать в светлое будущее.

1. V.I.Zverev, A.M.Tishin, http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/0901/0901.4767.pdf

У пользователей Интернета появилась возможность наблюдать за Землей

Источник: «Известия Науки - Новости»

NASA запустило новый интернет-сервис, позволяющий пользователям увидеть Землю так, как она выглядит со спутников. Проект Eyes on the Earth 3-D (это можно перевести как "Глаза на Землю в трехмерном варианте") использует данные 15 спутников, изучающих поверхность планеты, ее атмосферу, а также океаны. Основные сведения о сервисе перечислены в сообщении Лаборатории реактивного движения (JPL) при NASA.

Проект Eyes on the Earth 3-D дает возможность наблюдать за Землей, "перемещаясь" над ней по орбитам исследовательских спутников. Пользователи могут видеть "классическую" панораму планеты, а могут наблюдать результаты измерений (например, если выбрать спутник OSTM, разные области океана будут представлены различными цветами в зависимости от глубины в данном месте).

Пользователи нового сервиса также смогут увидеть компьютерные модели всех 15 спутников, оценить их размер, сравнив с человеком или с машиной, и подробно ознакомиться с их функциональными характеристиками.

Физики уточнили возможные значения массы бозона Хиггса

Источник: «Лента.Ру»

Группе исследователей под названием DZero, в которую входят 550 ученых из 18 стран мира, удалось получить самое точное на сегодняшний день значение массы W-бозона в рамках одного эксперимента. Опыт был выполнен на ускорителе Тэватрон. Сообщение о научном результате появилось в пресс-релизе лаборатории Ферми, которая курирует работу ускорителя. Новые данные помогут уточнить возможную массу еще не открытого бозона Хиггса.

W-бозоны в физике элементарных частиц являются переносчиками так называемого слабого взаимодействия, которое ответственно, например, за радиоактивный распад ядер некоторых элементов. Масса данного бозона является важным параметром, знание которого необходимо для теоретических предсказаний характеристик еще не открытых частиц.

В рамках эксперимента физики изучали время распада W-бозона, образовавшегося в результате столкновения других элементарных частиц в ускорителе, на электрон и электронное нейтрино. Эти данные позволили физикам установить, что масса бозона составляет примерно 80,401 ГэВ/c2. Последнее означает, что при переходе всей массы W-бозона в энергию по эйнштейновской формуле E=mc2 выделится 80,401 гигаэлектронвольта энергии.

Ошибка нового измерения составила менее 0,05 процента, что является рекордом для измерения массы W-бозона в рамках одного эксперимента. Для достижения необходимой точности исследователи в течение нескольких лет занимались калибровкой детекторов Тэватрона.

Новые данные позволяют уточнить ограничения, накладываемые теорией на значение массы бозона Хиггса. Поиск этой частицы, которая в рамках Стандартной модели ответственна за наличие массы у некоторых своих собратьев, является одной из основных задач Большого адронного коллайдера (БАК).

Кольцевой ускоритель-коллайдер Тэватрон, построенный в 1983 году, расположен в Национальной ускорительной лаборатории Энрико Ферми в штате Иллинойс. После поломки БАК он является самым крупным работающим ускорителем элементарных частиц. Длина кольца ускорителя составляет примерно 6,3 километра. Аналогичный показатель для БАК составляет 27 километров.

Европейские ученые впервые измерили способность очень длинной молекулы проводить электрический ток

Источник: «Новости электронного web-журнала Physics.com.ua»

Исследователи из научной группы, объединившей физиков из Национального центра научных исследований Франции (Centre National de la Recherche Scientifique, CNRS), Свободного университета Берлина (Free University of Berlin) и Университета Гумбольдта (Humboldt University) впервые измерили электрическую проводимость одиночной очень длинной молекулы.

 Одиночные полимерные цепочки
Одиночные полимерные цепочки как молекулярные провода. (Изображение: CNRS)
 

До сих пор в распоряжении физиков имелись только статистические данные измерений наборов проводов длиной несколько нанометров. Теперь же, благодаря блестящей постановке эксперимента с использованием сканирующего туннельного микроскопа, исследователи получили возможность характеризовать отдельные полимерные цепочки известной длины, вплоть до 20 нм. Результаты экспериментов были опубликованы в недавнем номере журнала Science.

Электронные микросхемы завтрашнего дня будут, по всей видимости, изготавливаться из индивидуальных молекул, соединенных друг с другом посредством «молекулярных электрических проводов» (в качестве которых будут использовать одиночные длинные молекулы). Очевидно, что первым делом ученые должны представлять себе как электрический ток течет по такого рода проводникам. В макромире способность проводить электрический ток, называемая электрической проводимостью, изменяется линейно с длиной и поперечным сечением проводника (точнее, прямо пропорционально поперечному сечению и обратно пропорционально длине проводника).

В масштабе молекулы это правило не работает. Соответственно, необходимо измерить электрический ток, протекающий по одиночной молекуле- проводу, соединенной с парой электродов, и определить, как он меняется в зависимости от длины провода. До настоящего времени все эксперименты проводились с очень короткими проводами (длиной несколько нм) или результаты базировались исключительно на расчетных данных.

Физики из объединенной группы поставили сложный эксперимент для измерения проводимости одиночной молекулы точно определенной длины. Вначале они расположили короткие молекулы на подложке из золота, что инициировало реакцию полимеризации, в результате которой образовались длинные молекулярные цепочки. Затем, по изображениям, сделанным с помощью сканирующего туннельного микроскопа, они отобрали одну из цепочек и химическим путем закрепили один ее конец на металлическом пробнике микроскопа, который, с этого момента, они использовали в качестве одного из электродов. Второй конец молекулярной цепочки оставался на подложке, которая и играла роль второго электрода. Поднимая пробник микроскопа от подложки, исследователи постепенно поднимали цепочку, натягивали ее и формировали молекулярный электрический провод, длина которого регулировалась перемещением пробника от подложки или к ней.

Сканирующий туннельный микроскоп использовали и для измерения длины отобранной молекулярного электропровода (разрешение микроскопа находится на атомарном уровне, что позволяло ученым считать мономеры) и для измереня тока, проходящего через проводник. В результате поставленных экспериментов впервые стало возможным измерение прохождения электрических зарядов через полимерную цепочку изменяемой между двумя электрическими контактами длины (вплоть до 20 нм).

Результаты измерений оказались в хорошем согласии с теоретическими выкладками – ток уменьшается экспоненциально с увеличением длины молекулярной цепочки. Теперь, имея физическую возможность подобных измерений, слово остается за химиками – именно им предстоит подобрать электропроводные молекулы, которые будут способны проводить ток на подобных и больших длинах.

Источник: http://www.nanowerk.com/…sid=9522.php

Распространяется вредоносная программа - вирус

Источник: «Известия Науки - Новости»

Вирус, атакующий карты памяти, сети и персональные компьютеры с низким уровнем защиты, представляет все большую угрозу для пользователей. Программа-вирус, известная под несколькими названиями - Conficker, Downadup или Kido - появилась в октябре 2008 года.

Несмотря на то, что компания Microsoft сразу же выпустила заплатку к Windows, около 3,5 миллионов компьютеров оказались заражены.

Эксперты предупреждают, что эта цифра может многократно возрасти, и призывают пользователей обзавестись последними антивирусными программами и заплаткой Microsoft MS08-067.

Специалисты Microsoft утверждают, что вирус проникает в систему через файл Windows "services.exe", становясь частью его кода.

Очутившись в Windows, вирус присваивает себе распространение ".dll" и название, состоящее из 5-8 букв, например, "piftoc.dll".

Затем активизированный вирус создает сервер HTTP, перегружает всю систему, что делает очень сложным ее последующее восстановление, и начинает загружать файлы с хакерских сайтов.

Однако эксперты из компании F-Secure, специализирующейся на компьютерных антивирусах, уверены, что возможности вируса распространяются намного дальше.

По их мнению, программа использует такой сложный алгоритм, что в состоянии создавать сотни различных названий доменов в день.

Специалисты пока не нашли эффективного метода борьбы с этим явлением, однако, благодаря последним разработкам, могут установить количество зараженных компьютеров.

"В настоящий момент мы видим, что зарегистрированные нами вирусные домены "сидят" в программах сотен тысяч компьютеров, - говорит эксперт из F-Secure Тони Ковунен. - Мы их видим, но удалить не можем".

Самое большое число пользователей, подвергшихся распространению вируса, зарегистрированы в Китае, Бразилии, России и Индии. Об этом сообщает BBCrussian.com.

Чёрная дыра смоделирована в треугольной капле воды

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 Треугольная капля намекает
Треугольная капля намекает на возможность существования треугольных чёрных дыр? (фото Richard Hill, Laurence Eaves/University of Nottingham).
 
Необычное поведение гигантских водяных капель, подвешенных в специальном "антигравитационном" устройстве, как полагают британские учёные, поможет им по-новому взглянуть на свойства чёрных дыр. Экзотический опыт провели исследователи из университета Ноттингема.

Физики подвесили капли воды в сильном магнитном поле, созданном сверхпроводящей катушкой. Благодаря диамагнетизму в воде создавались поле, противоположное внешнему, и, соответственно, сила, компенсирующая вес капли.

Интерес для учёных, впрочем, представлял не сам факт "подвеса", а дальнейшие опыты с левитирующей жидкостью. В неё погружали два тонких электрода и пропускали электрический ток.

Взаимодействие тока с полем приводило к раскручиванию воды. "Фактически мы превратили каплю в электрический двигатель", — заявил один из авторов работы Ричард Хилл (Richard Hill).

 "Антигравитационная" установка
"Антигравитационная" установка, а также принцип подвеса и вращения капли в сильном магнитном поле (иллюстрация Richard Hill, Laurence Eaves).
 
При подвешивании капли с поперечником в один сантиметр (в такой искусственной невесомости это было реальным) и достижении ею темпа вращения примерно в три оборота в секунду экспериментаторы наблюдали эффект, никогда не фиксировавшийся ранее: на виде сверху капля становилась треугольной и, что принципиально важно, оставалась стабильной, пока не менялись условия.

При других скоростях наблюдались двухсторонняя (нечто вроде колбы, вертящейся лёжа на боку), квадратная (конечно, со скруглёнными углами), пятиугольная и другие формы капли, предсказываемые теорией.

Причина — взаимодействие сил поверхностного натяжения и центробежных сил, сложная динамика воды в капле, которая при каждой фиксированной частоте вращения стремится занять наиболее выгодную, с низким "энергетическим состоянием" форму.

В предыдущих схожих опытах, в которых капли подвешивались акустическим воздействием, стабильных форм при вращении наблюдать не удавалось, отмечают учёные.

А вот в данном эксперименте важным элементом оказались электроды и наводимый ими ток — вокруг электродов формировались микроскопические потоки воды, генерирующие на поверхности капли крошечные волны, по-видимому, и способствующие стабилизации формы.

Витор Кардозо (Vitor Cardoso) из университета Миссисипи (University of Mississippi) прокомментировал достижение британцев так: "Прорыв в этой работе заключается в воспроизведении в простом настольном эксперименте 100-летней теоретической работы по гидродинамике".

Физики же из Ноттингема объясняют, что опыт с каплями — шаг к пониманию сил, действующих как в масштабе атомного ядра, так и в космологических масштабах. Ведь по своему характеру силы гравитации и сильное ядерное взаимодействие во многом напоминают силы поверхностного натяжения, то есть ведут себя сходным образом.

Некоторые учёные считают правомерной такую аналогию: горизонт событий чёрной дыры — это некая поверхность, или мембрана, в которой действуют силы поверхностного натяжения (об этом говорит и Хилл).

Потому изучение стабилизации вращающейся капли, принимающей ту или иную форму, мол, поможет лучше узнать о свойствах быстровращающихся чёрных дыр.

Любопытно, что другие аспекты "работы" чёрной дыры (излучение Хоукинга в частности) физики как-то тоже смоделировали при помощи воды, да ещё в целом бассейне. Да и за опытами с другими левитирующими каплями мы уже как-то следили – только это были расплавленные металл и стекло.

Детали же новой работы можно найти в статье в журнале Physical Review Letters, но за странным поведением крупных вертящихся капель лучше понаблюдать своими глазами (на сайте есть видеоролик).

Получен кремниевый аналог графена — силицен

Источник: «Элементы - новости науки»

 Изображение параллельных силиценовых полосок
а) Изображение параллельных силиценовых полосок, выращенных при комнатной температуре на серебряной подложке размером 6,2 ? 6,2 нм. b) изображение решетки силиценовых полосок с шагом приблизительно 2 нм. Размер изображения 22 ? 20 нм. Все картинки получены с помощью сканирующего туннельного микроскопа.
 
Группе исследователей из Франции, США, Италии и Испании впервые удалось получить силицен — атомарный слой кремния. Он был выращен методом молекулярно-лучевой эпитаксии на серебряной подложке. По мнению ученых, кремниевый «родственник» графена должен продлить жизнь закону Мура, описывающему процесс миниатюризации микроэлектронных устройств со временем.

В последнее время графен — слой атомов углерода — стал одним из самых «горячих» и популярных материалов в физических исследованиях. И это неудивительно, ведь он обладает уникальными механическими, теплопроводящими, электрическими и даже оптическими свойствами. Правда, есть одно существенное но. Когда говорят о практическом применении графена, прежде всего подразумевают его предположительное использование в микроэлектронике (лучше даже сказать в «наноэлектронике») — создание графенового «микропроцессора». Эндрю Гейм и Константин Новосёлов называли даже сроки реализации такого устройства — приблизительно 20 лет. Однако современная микроэлектроника по-прежнему строится на кремниевой основе, а значит, перейти на углеродные технологии не так уж и просто. Поэтому неудивительно, что некоторые группы ученых пытаются получить эдакий аналог графена — силицен, представляющий собой атомарный слой кремния. При этом хотелось бы, чтобы свойства силицена не сильно отличались от графеновых.

В 2000 году в журнале Physical Review B вышла статья с любопытным названием Ab initio calculations for a hypothetical material: Silicon nanotubes («Предварительные расчеты свойств гипотетического материала — кремниевых нанотрубок»). Авторы этой статьи, бразильские физики, рассмотрели физические свойства кремниевых одностенных нанотрубок и показали, что в зависимости от хиральности (то есть от того, как скрутить нанотрубку) они могут проявлять металлические и полупроводниковые свойства, также как и углеродные нанотрубки. Это была первая попытка изучить, пусть и теоретически, кремниевые структуры, подобные углеродным.

Какое отношение имеют нанотрубки к плоскому силицену? Дело в том, что теория, которая используется для описания свойств нанотрубок — не важно, углеродных или кремниевых, — может быть с легкостью использована и для случая, когда эти трубки разворачиваются в плоскость, превращаясь, соответственно, либо в графен, либо в силицен. Поэтому можно говорить о том, что работа ученых из Бразилии была первым шагом на пути к получению силицена. Кстати, кремниевые нанотрубки уже получены, причем сравнительно давно — в 2005 году (см. статьи Experimental imaging of silicon nanotubes и Silicon Nanotubes, последняя статья находится в открытом доступе здесь, PDF, 306 Кб).

Подробное же исследование характеристик силицена (и других кремниевых атомных структур), опять-таки теоретическое, было выполнено в 2007 году в статье Electronic structure of silicon-based nanostructures. Вывод, полученный авторами этой статьи для силицена, таков: свойства силицена практически идентичны свойствам его углеродного «родственника» графена. К примеру, носители заряда обладают таким же линейным законом дисперсии — энергетическим спектром частиц в кристалле. Это означает, что, например, электроны, находящиеся в определенных участках кристаллической структуры силицена, ведут себя как частицы, не имеющие массы. Подобное поведение присуще также еще одной частице — фотону. Правда, как показали расчеты, — и это одно из отличий силицена от графена — скорость движения «безмассовых» электронов в силицене на порядок меньше, чем графеновых.

Итак, дело оставалось за малым — получить силицен. И, похоже, это удалось группе ученых из Марсельского междисциплинарного центра нанонауки под руководством Кристеля Леандри.

Силицен был получен методом молекулярно-лучевой эпитаксии на серебряной подложке. В препринте Physics of Silicene Stripes содержатся изображения силиценовых полосок толщиной в один атом кремния, полученные с помощью сканирующей туннельной микроскопии (рис. 1). Кроме того, авторы заявляют о детально изученных физических и химических свойствах силицена. Одно из них заключается в большей химической стабильности силиценовых полосок по сравнению с графеновыми. В частности, речь идет о сильной химической активности атомов углерода, находящихся на краях графеновых полосок, в то время как силиценовые края подвержены такому явлению в значительно меньшей степени. Грубо говоря, удержать силицен в руках и не разрушить его намного проще, чем графен.

Интересно, что в своей работе, опубликованной в Архиве, исследователи ссылаются на свою же неопубликованную пока что статью, в которой силицен будет изучен более подробно.

Таким образом, вслед за кремниевыми нанотрубками была получена и другая структурная разновидность кремния — силицен. По мнению авторов статьи, применение силицена в микроэлектронике должно продлить жизнь закону Мура, согласно которому емкость запоминающих устройств удваивается примерно каждые два года при их неуклонной миниатюризации.

Источник: A. Kara, C. Leandri, M. E. Davila, P. de Padova, B. Ealet, H. Oughaddou, B. Aufray, G. Le Lay. Physics of Silicene Stripes // препринт arXiv:0811.2611 (17 November 2008).

Машина считала зрительный образ с мозга человека

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 восстановление образа
Не впечатляет картинка? А ведь это – прорыв. Впервые человек сумел восстановить (нижняя надпись) увиденный другим человеком образ (верхняя надпись), "считывая" его прямо из коры головного мозга. Не без помощи техники, разумеется (иллюстрация с сайта chunichi.co.jp).
 
Съёмка красочных снов в мозгу спящего может оказаться реальностью через несколько лет. Начав с распознавания в картине активности нейронов простых двигательных команд, учёные ныне добрались до считывания зрительных образов. Пусть картинки эти ещё примитивны – но наши мысли постепенно перестают быть территорией, куда нет доступа посторонним.

Не вводя в мозг какие-либо электроды, экспериментаторы научились чётко определять — что видит испытуемый. Хотя предъявляемые его взору изображения пока ещё чёрно-белые и содержат всего сотню довольно крупных пикселей (применялось изображение 10 х 10), — это огромное достижение в понимании "шаблонов" нейронной активности, связанных со столь сложными процессами, как восприятие зрительной информации.

Фантастический опыт японских учёных открывает дорогу к распознаванию в мозге человека и тех изображений, которые он никогда не видел наяву — снов или воображаемых миров. Только представьте работу художника или дизайнера, который просто сидит в кресле и закрыв глаза придумывает образы, которые тут же появляются на экране компьютера.

Такую потрясающую перспективу рисуют Юкиясу Камитани (Yukiyasu Kamitani) и его команда из лаборатории вычислительной неврологии института передовых телекоммуникационных исследований (ATR Computational Neuroscience Laboratories). Совместно с несколькими учёными из ряда других японских институтов и университетов они осуществили первую в мире визуализацию того, что видят люди, основанную на снятии параметров мозговой активности.

Камитани, кстати, знаком постоянным читателям "Мембраны". Это он и его коллеги в 2006 году построили и испытали любопытную вариацию интерфейса мозг-машина (Brain Machine Interface — BMI): человек, лежащий в кольце томографа, показывал рукой различные жесты, а компьютер, опираясь только на картинки мозговой активности, распознавал движения пальцев и выдавал соответствующие команды руке робота, которая повторяла жесты за человеком.

Новая работа является глубоким развитием того эксперимента. Только на этот раз учёные сосредоточили своё внимание на распознавании в мозге зрительных образов. Для чего, как и раньше, применили функциональную магнитно-резонансную томографию (fMRI).

Разумеется, никакой томограф не увидит в голове человека "лодки под парусами" или "солнце над рекой". Всё что он может — это показать изменение в кровотоке через определённые зоны коры, связанные с активностью тех или иных групп нейронов. Но, поняв закономерности в таких изменениях, можно научиться выполнять обратное преобразование — от возбуждения нейронов к тому, что вызвало эту реакцию — будь то голоса, мысли или те же самые картинки, стоящие перед глазами.

Этот подход, заметим, отличается от активно развивающегося параллельного направления чтения мыслей, в котором применяются обручи или шлемы с датчиками электроэнцефалограммы. Учёные уже показывали, как таким способом можно управлять гуманоидным роботом, а некоторые компании даже подготовили к выходу на рынок коммерческие версии BMI такого типа.

С одной стороны, применение громоздкого сканера fMRI (в отличие от носимых на голове датчиков мозговых волн) ограничивает опыты по чтению мыслей стенами лабораторий (или госпиталей), с другой, оно позволяет гораздо детальнее разглядеть мгновенные изменения в разных зонах коры, вызываемые тем или иным раздражителем.

Недавно, кстати, исследователи из Нидерландов научились выявлять в картине мозговой активности следы отдельных звуков речи, услышанной человеком. От этой работы до "телепатического общения" (которое так жаждет заполучить Пентагон) — настоящая пропасть. Но и первые шаги на этой ниве — важны. Вот и японские экспериментаторы во главе с Юкиясу объясняют, что даже получение на экране 100-пиксельных чёрно-белых картинок, "вынутых" из мозга человека, — лишь начало. А ведь и этот опыт, если разобраться, не так уж прост.

О "приблизительном угадывании" путём перебора всех вариантов картинок и их сравнения с "мозговым отпечатком" тут не могло быть и речи. Это слишком непродуктивно, ведь даже картинка, состоящая из 100 чёрных или белых квадратов, в пределе даёт 2100 возможных комбинаций. Это значит, что машина должна была выявлять в картине активности нейронов практически каждый пиксель увиденной человеком картинки по отдельности.

Для этого компьютер сначала должен был выявить закономерности в отклике тех или иных нейронов на предъявляемые картинки. Чтобы обучить машину, экспериментаторы показывали испытуемым 440 "стопиксельных" изображений (сгенерированных случайным образом), в течение 6 секунд каждое (с 6-секундными паузами). Томограф исправно поставлял компьютеру рисунки активности групп нейронов в зрительной коре (причём — в трёхмерном пространстве). Затем последовала ещё серия изображений, но уже не со случайным шумом, а с простыми геометрическими фигурами или отдельными буквами.

После такого обучения программа нашла корреляцию между пикселями на тестовом изображении и включающимися нейронами. А насколько составленные "правила" оказались верны — было легко проверить.

Во-первых, людям предъявляли разнообразные простые рисунки (в пределах всё той же решётки 10 х 10 точек), которые с хорошей достоверностью "проявлялись" на мониторе. А во-вторых, испытуемым показывали слово Neuron — и оно также исправно отражалось на компьютерном экране.

Ключом к успеху стало построение моделей отклика групп нейронов на разном масштабе для одной и той же картинки. То есть, получив сигнал с томографа, программа разбивала гипотетическое поле 10 х 10 пикселей (которое ей предстояло заполнить) на перекрывающиеся зоны разного размера (1 х 1 пиксель, 1 х 2 пикселя, 2 х 1, 2 х 2 и так далее). Затем, пользуясь своими шаблонами, она определяла, какова вероятность, что данная группа пикселей белая, чёрная или является комбинацией двух этих цветов.

Множество таких оценок позволяло машине выставлять цвет уже для каждого пикселя по отдельности, и такое реконструированное изображение оказывалось очень близким к тому, что видел человек на самом деле, хотя, конечно, не совпадало полностью.

О рисовании одной силой мысли собственно картин или дизайнерских набросков мы уже упоминали (кстати, в компанию этой области применения новой технологии напрашивается мысленное сочинение музыки, опыты по которому уже давно идут).

Но это не всё. Медики, скажем, охотно получили бы "доступ" в мир галлюцинаций психически больных людей. Насколько упростилась бы диагностика и контроль за лечением заболевания, если бы доктора могли на экране компьютера наблюдать — что мерещится их подопечным!

Доктор Кан Чэн (Kang Cheng) из японского института исследования мозга (RIKEN Brain Science Institute) предсказывает, что дальнейшее развитие этой технологии в течение 10 лет не только позволит добавить к картинкам цвет, но вообще – перейти к буквальному чтению мыслей "с некой степенью точности".

Лидер топ-10 самых главных научных событий 2008 года ни для кого не стал сюрпризом

Источник: «Известия Науки - Новости»

Журнал TIME назвал 10 самых главных научных событий 2008 года. Рейтинг возглавил Большой адронный коллайдер, запуск которого состоялся 10 сентября 2008 года.

Крупнейший в мире ускоритель элементарных частиц строился с 1990-х годов усилиями физиков и инженеров из многих стран, в том числе из России. Ученые надеются, что результаты исследований позволят подтвердить существование бозона Хиггса - частицы, отвечающей за массу всех других элементарных частиц.

Первая попытка провести пучок частиц по всему кольцу 10 сентября была успешной. Однако через несколько дней на ускорителе произошла авария и значительная утечка в туннель жидкого гелия. В результате новый запуск БАКа был отложен до весны.

Следом за БАКом в рейтинге TIME следует марсоход "Феникс". В мае зонд совершил успешную посадку вблизи северного полюса "красной" планеты, который прежде был недоступен для исследований.

При помощи марсохода ученые установили, что по мере наступления "марсианской зимы" над планетой начинает идти снег. Он идет на высоте 4 км и испаряется, не достигая поверхности планеты. Также "Феникс" смог обнаружить в грунте планеты воду.

На третьем месте оказалась первая в мире искусственная хромосома, созданная американским генетиком Крейгом Вентером (J. Craig Venter) и его коллегами. Ученые надеются, что полученные данные позволят им создавать новые формы жизни, не существующие в природе.

Четвертым по значимости в научном мире событием стал первый выход в открытый космос китайского космонавта. Офицер китайских ВВС Чжай Чжиган пробыл за пределами космического корабля 20 минут, провел ряд экспериментов и приветствовал космическое пространство взмахом национального флага Китая.

Таким образом, КНР стал третьей страной в мире, освоившей открытый космос. Ожидается, что до 2020 года Китай построит на орбите собственную космическую станцию и создаст космическую лабораторию.

На пятом месте рейтинга оказалось исследование Общества по защите дикой природы, согласно которому число горилл в Конго в два раза больше, чем считалось ранее. Исследователи выяснили, что в лесах и болотах Республики Конго находятся 125 тысяч животных. Тем временем, в заповеднике Вирунга, оказавшемся в центре гражданской войны, горные гориллы находятся под угрозой полного исчезновения. Военные действия угрожают жизни около 350 горных горилл.

Эксперты Time уделили внимание и астрономическим открытиям. В июне этого года швейцарский астроном Мишель Мейор (Michel Mayor) и его коллеги открыли 45 прежде неизвестных экзопланет за пределами Солнечной системы. Одна из них оказалась в 9,5 раз больше Земли, пишет "Версии.Com".

Седьмое место журналисты присудили ученым Университета Калифорнии в Беркли, создавшим "плащ-невидимку". Полотно, которое в 10 раз тоньше листа бумаги, состоит из нанопроводов, идущих внутри пористой алюминиевой трубки. Чтобы сделать предмет невидимым, ученые завернули его в материал и пустили вокруг него световые волны.

Одним из самых значимых научных событий в уходящем году стала расшифровка 80% генома мамонта. Благодаря исследованию американских ученых из Университета Пенсильвании, мамонт стал самым генетически изученным вымершим видом.

Профессор биохимии и молекулярной биологии Стивен Шустер не исключает, что данное исследование поможет возродить мамонта, однако произойдет это в далеком будущем.

В "десятку" самых главных научных событий также попало исследование, посвященное неграмотности населения США. Согласно полученным данным, только четверть жителей страны обладают научной грамотностью (civic scientifically literate). Таким образом, читать и понимать статьи из научной рубрики The New York Times способен каждый четвертый американец.

Замыкает рейтинг находка археологов – человеческое захоронение, сделанное 4600 лет назад в центральной Германии. Древняя могила членов одной семьи была обнаружена на территории федеральной земли Саксония-Анхальт. Эта находка позволила сделать вывод о том, что уже в каменном веке люди жили семьями современного типа, состоящими из родителей и детей. Об этом сообщает РИА "Новости".

Новое измерение постоянной тонкой структуры подтвердило справедливость квантовой электродинамики

Источник: «Элементы - новости науки»

 Сравнение результатов
Сравнение результатов нескольких недавних экспериментов по измерению постоянной тонкой структуры, сделанных разными методиками: через скорость атомов (h/m) или через аномальный магнитный момент электрона (ae). Новое измерение показано красным цветом. Изображение из обсуждаемой статьи в Physical Review Letters.
 

Французские физики измерили постоянную тонкой структуры через импульс отдачи атомов с рекордной для этой методики точностью. Сравнение с результатами, полученными по другой методике, привело к самой сильной проверке квантовой электродинамики за всю ее историю.

Одна из величин, которую физики измеряют со всё возрастающей точностью уже многие десятилетия, — это так называемая постоянная тонкой структуры, обозначаемая греческой буквой альфа. О том, как определяется эта величина, и о ее истории можно прочитать в новости Уточнена постоянная тонкой структуры. Вкратце, альфа — это безразмерная величина (равная примерно 1/137), которая характеризует силу электромагнитного взаимодействия. Именно она определяет энергетические уровни электронов в атомах — ведь эти уровни возникают за счет электрического притяжения электронов к ядру и электромагнитного взаимодействия между электронами. Собственно, и само название альфы проистекает из тонкой структуры уровней энергии в атомах. Так что альфа, кроме фундаментального интереса, еще и исключительно важна для всех спектроскопических методов исследований, например для науки о материалах или для астрофизики — ведь именно через спектроскопические измерения мы можем проверить состояние вещества или получить разнообразную информацию о далеких звездах, галактиках, квазарах.

Наиболее точное значение постоянной тонкой структуры было получено в недавних экспериментах по измерению магнитного момента электрона, проведенных группой под руководством Джеральда Габриэльса (Gerald Gabrielse) из Гарвардского университета (зеленая точка на рис. 1). О результатах этих экспериментов см. в той же заметке Уточнена постоянная тонкой структуры; правда с тех пор группа Габриэльса поставила новые эксперименты, в которых погрешность уже составляла не 0,7 миллиардных, а 0,37 миллиардных — измеренное ими значение постоянной тонкой структуры составляет: 1/? = 137,035999084 ± 0,000000051.

В недавней статье французских физиков, опубликованной в журнале Physical Review Letters, сообщается об измерении постоянной тонкой структуры альтернативным методом (красная точка на рис. 1). Полученный ими результат имеет относительную погрешность 4,6 миллиардных и в пределах этих погрешностей совпадает со старым результатом. Это сравнение оказалось самой жесткой проверкой среди всех, которые выдержала КЭД за всю свою 50-летнюю историю.

Использованный авторами метод измерения известен на самом деле довольно давно. Он опирается на то, что постоянная тонкой структуры выражается при помощи очень простого соотношения через энергию ионизации атома водорода, скорость света и постоянную Планка, деленную на массу электрона (h/m). Энергия ионизации измерена с огромной точностью (относительная погрешность всего 0,007 миллиардных), скорость света вообще считается абсолютно точно известной величиной, поэтому остается узнать только отношение h/m.

Вот тут имеется загвоздка. И постоянная Планка, и масса электрона по отдельности известны довольно плохо, с неопределенностью в 50 миллиардных долей, поэтому просто брать числа из справочника и делить одно на другое бессмысленно. Однако это отношение можно измерить экспериментально, и намного точнее, чем каждая из этих двух величин по отдельности. Именно это и сделали французы, причем аккуратнее, чем во всех предыдущих опытах по этой методике.

На самом деле, в отношении h/m вместо массы электрона можно подставить и массу какого-нибудь другого атома — это не принципиально, поскольку отношение масс атомов и электрона тоже известно хорошо. Экспериментаторы в своих опытах использовали атомы рубидия, которыми легко манипулировать при помощи света. Свет оказывает на вещество давление, поэтому каждый квант света обладает не только энергией, но и импульсом. Из-за этого если первоначально атом покоился, а потом поглотил квант света, то после этого он будет двигаться с небольшой скоростью. Эта скорость целиком определяется длиной волны поглощенного кванта света и отношением h/m (где m — это масса атома). Итак, чтобы измерить это отношение (а через него — и альфу), надо просто «толкнуть» атом с помощью света и измерить скорость отдачи.
 периодическое световое поле
Встречные лазерные лучи создают в пространстве периодическое световое поле (слева). Будучи помещенным в такое световое поле, атомы рассаживаются по узлам решетки, образуя своего рода кристалл (справа). Изображение составлено из рисунков к статье Condensed-matter physics: Optical lattices // Nature 453, 736–738 (5 June 2008)
 

Измерить длину волны света для современной спектроскопии не составляет труда. А вот для измерения скорости с нужной точностью авторам пришлось прибегнуть сразу к нескольким нетривиальным физическим эффектам.

Они поместили атомы в «световую решетку», которую образуют лазерные лучи, направленные друг навстречу другу (см. рис. 2). Получился свободно висящий в пространстве кристалл из атомов, созданный и удерживаемый светом. Затем экспериментаторы начинали двигать этот кристалл — это осуществлялось за счет небольшого дисбаланса частот встречных лазерных лучей. Вся система была настроена очень тонко, так что атомы попадали в резонанс с обоими лазерными лучами — они поглощали фотоны с частотой, как в одном лазерном луче, и резонансно излучали фотоны с меньшей частотой, как в другом луче. Такой двойной резонанс был возможен за счет эффекта Доплера: движущийся после толчка атом «видит» свет с чуть иной частотой, чем в лабораторной системе отсчета. Эта сдвижка (то есть разница между частотами двух световых лучей) как раз и зависит от скорости атомов, позволяя измерить ее.

Достигнутая французами точность пока на порядок хуже точности группы Габриэльса. Однако авторы уверяют, что в ближайшем будущем погрешность можно будет уменьшить в несколько раз. Это подвергнет КЭД еще более строгой проверке и, возможно, даже даст более точное значение постоянной тонкой структуры.

Сверхтвёрдый и сверхскользкий материал передадут промышленности

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 Сталь, покрытая слоем суперскользкого материала
Сталь (слева), покрытая слоем суперскользкого материала BAM толщиной 3 микрометра (фото US DoE Ames Lab).
 
Физики совершенно случайно открыли материал, более скользкий, чем тефлон, и при этом почти такой же твёрдый, как алмаз. Ныне авторы разработки из американской лаборатории Эймса (Department of Energy Ames Laboratory) получили $3 миллиона для превращения необычного состава в уникальную вечную смазку.

Материал под названием BAM был открыт случайно в 1999 году. Учёные искали материал, который генерировал бы электричество при нагревании, однако, поэкспериментировав с различными составами, получили совсем другое.

BAM уступает по твёрдости лишь алмазу и нитриду бора с кубической решёткой (ну и, видимо, новейшему и пока мало известному нанокомпозиту нитрида бора), при этом демонстрируя удивительно низкий коэффициент трения — 0,02 (у тефлона он равен 0,05-0,1, а у хорошо смазанной стали — 0,16).

BAM представляет собой комбинацию металлических сплавов бора, алюминия и магния (AlMgB14) с боридом титана (TiB2). Исследователи до сих пор не вполне понимают — откуда у него такие свойства.

Большинство сверхтвёрдых материалов (вроде алмаза) обладают простой, регулярной и симметричной кристаллической структурой. Но в BAM она запутанна, несимметрична, и в его решетке полно пробелов, несвойственных столь твёрдому материалу.

Про уникальное скольжение также пока есть лишь гипотеза: бор взаимодействует с кислородом, производя крошечные количества оксида бора на поверхности образца. Оксид притягивает молекулы воды из воздуха, которые и работают как невидимая, перманентная и возникающая сама по себе смазка.

Теперь исследователи из лаборатории Эймса намерены довести полученный когда-то случайно BAM до уровня промышленного применения. После ряда необходимых ещё исследований ему прочат светлое будущее в качестве материала для подшипников самых разных валов — от водяных насосов до турбин авиадвигателей.

Построен ультраскоростной четырёхмерный микроскоп

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

Новая разновидность электронного микроскопа способна генерировать видео на атомном уровне, показывающее тончайшие изменения, происходящие в материалах при внешнем воздействии или в ходе химических реакций. И это не было бы удивительным, если бы не временaя шкала — новая установка способна раскладывать на множество кадров события, длящиеся триллионные доли секунды.

Оригинальная техника съёмки, названная четырёхмерной электронной микроскопией (4D electron microscopy), разработана в физико-биологическом центре науки и технологии ультрабыстрых процессов (Physical Biology Center for Ultrafast Science and Technology — UST) Калифорнийского технологического института.
 Общий принцип электронного 4D-микроскопа
Общий принцип электронного 4D-микроскопа (иллюстрация Nano Letters/Caltech).
 

В основе устройства — система, которая позволяет контролировать с высокой точностью траекторию каждого отдельного электрона, направляемого на образец. Причём изображение снимается (фиксируется отражённый сигнал) также по отдельности для каждого электрона (а они идут с точно отмерянными интервалами в фемтосекунду (10?15 с), а не для их "обобщённого" потока, как в установках прежних поколений.

Миллионы таких кадров, проигрываемых с нужной скоростью, формируют фильм, демонстрирующий ранее неуловимые изменения в образцах.

Главный автор этого проекта Ахмед Зивейл (Ahmed Zewail) в 1999-м получил Нобелевку по химии за разработку метода ультрабыстрой съёмки молекул, освещаемых сверхкороткими лазерными импульсами. Тот способ придал съёмке атомарного масштаба новое измерение — время, но не давал того высокого пространственного разрешения, которое было присуще электронным микроскопам.

В новом устройстве учёные сумели "соединить" оба принципа, впервые получив подвижную картинку в малом масштабе как во времени, так и в пространстве.

Для проверки аппарата они пронаблюдали за тонкими (порядка нанометра) листами золота и графита. Удалось визуализировать небольшие и очень быстротечные (с частотой порядка мегагерца) механические колебания таких структур (в частности, возникающие при быстром нагреве образца), которые можно было зафиксировать во всех деталях, только преодолев по шкале времени пикосекундный масштаб и пойдя дальше, практически к фемтосекундам.

А в настоящее время специалисты UST занимаются аналогичной съёмкой компонентов живой клетки — белков и рибосом.

Различные подробности работы изложены в статье в Science, а ещё — в материале, опубликованном в журнале Nano Letters.

Европейская электронная библиотека открывается во всемирной сети

Источник: «Известия Науки - Новости»

Во всемирной сети открывается европейская электронная библиотека, которая предоставит доступ к более чем двум миллионам памятников культурного наследия стран Евросоюза. Как сообщила в Авиньоне комиссар ЕС по вопросам информационного общества и СМИ Вивиан Рединг, с 20 ноября все желающие смогут бесплатно пользоваться информацией портала www.europeana.eu.

Эта "мечта стала реальностью", благодаря усилиям нескольких сотен культурных учреждений Европейского союза, отметила комиссар. Основной вклад в создание виртуальной библиотеки внесла Франция, предоставившая 52 проц размещенных материалов. "Это только начало фантастического приключения", - подчеркнула Рединг. По ее словам, данный ресурс станет "олицетворением европейской культуры в Интернете". Об этом сообщает ИТАР-ТАСС.

Ультрабыстрые лазеры запечатлели движение электронов

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

Человек давно мечтает замедлить и до конца понять химию многих процессов на уровне атомов и электронов. Канадские и американские учёные нашли новый способ увидеть движение электронов в молекуле по мере изменения её формы.

Для чего физикам понадобилось вглядываться в столь сложные взаимодействия? Понимание этих процессов станет первым шагом к совершению множества научных прорывов в областях материаловедения, катализа и альтернативных источников энергии, считают в лаборатории профессоров Маргарет Мёрнейн и Генри Каптайна (Kapteyn-Murnane group) из университета Колорадо в Боулдере (University of Colorado at Boulder), а также Альберт Столоу (Albert Stolow) из Института молекулярных наук Стиси (Steacie Institute for Molecular Sciences).

"Наблюдение за трансформацией молекул и движением электронов во время протекания химической реакции раздвинуло бы существующие границы всех молекулярных наук. Впрочем, мы пока ещё не достигли этой цели, заветной для многих учёных, но сделали ещё один большой шаг на пути к ней", — поясняет Мёрнейн.

Образование и разрыв химических связей — одни из самых быстрых в мире процессов (фемтосекунды или 10-15с), как следствие, наблюдать за ним может лишь очень точная аппаратура.

Чего же добились физики из Боулдера? Они смогли отснять (конечно же, не в прямом смысле) искусственно вызванные колебания молекулы димера оксида азота N2O4.

Сначала они "раскачали" её коротким лазерным импульсом, а затем при помощи второго лазера заставили молекулу испускать рентгеновские лучи, пишут физики в статье, опубликованной в журнале Science Express.

Рентгеновский спектр позволил посмотреть на энергетические уровни молекулы и положение электронов на них. Вместе с тем у учёных появилась возможность проследить за изменением положения энергетических уровней по мере модификации формы молекулы.

"Это совершенно новый метод наблюдения за составляющими вещества, — говорит Каптайн. — Он позволил нам замедлить движение электронов в системе, а затем проследить за их головокружительным танцем".

Молекула N2O4 была выбрана по той простой причине, что она колеблется медленнее остальных, это облегчает наблюдение за процессами.

По мере происходящей периодической модификации электронного облака молекулы димера её свойства также изменяются. Выяснение причин, по которым электроны делают то, что наблюдают учёные, помогает понять, как можно улучшить/получить необходимые свойства материалов.

"Если мы поймём физику происходящих взаимодействий, то в будущем сможем перевести это знание в лучшие технологические решения, например, в более эффективные светособирающие молекулы или катализаторы и даже элементы солнечных батарей", — говорит Столоу в пресс-релизе университета Боулдера.

Экономическая наука нуждается в новых подходах

Источник: «Элементы - новости науки»

Французский физик Жан-Филипп Бушо в своей статье, опубликованной в последнем номере журнала Nature, считает, что глобальных экономических кризисов можно в будущем избежать, если использовать физические подходы к моделированию экономических процессов, изменив при этом систему мышления экономистов и их подготовку.

Похоже, тема глобального экономического кризиса не обошла стороной и физику. В последнем номере журнала Nature появилось небольшое эссе французского физика (правильнее будет сказать эконофизика) Жана-Филиппа Бушо (Jean-Philippe Bouchaud) с громким названием Economics needs a scientific revolution («Экономике нужна научная революция»).

«По сравнению с физикой результаты, которые приносит экономика, вызывают глубокое разочарование... Какие можно назвать достижения экономической науки, кроме ее неспособности предсказывать и предотвращать кризисы, включая и наблюдаемый сейчас крах кредитной системы? Почему так получается?» — начинает свою статью автор.

Бушо с иронией приводит слова Исаака Ньютона о том, что моделировать безумие людей — задача гораздо более сложная, чем предсказывать движение планет. Тем не менее, утверждает французский эконофизик, в описании поведения людских масс должны существовать некие статистические закономерности, подобно законам идеального газа, возникающим из хаотического движения отдельно взятых молекул. Для Бушо главное различие между моделированием физических и экономических процессов кроется в разном подходе этих двух наук к использованию научных концепций, уравнений и эмпирических данных, на которых это моделирование базируется.

Всё дело в том, что классическая экономика построена на очень сильных предположениях, которые быстро становятся аксиомами: «невидимая рука рынка», рациональность поведения экономических агентов, гипотеза эффективного рынка и т. п. Физики же подходят к различным аксиомам и моделям с определенной долей скепсиса. Если эксперимент не согласуется с предложенной моделью, то ее необходимо либо исправить, либо вообще отбросить, какой бы красивой и математически совершенной она ни была.

Подобный подход совершенно не используется в экономике, где все модели утвердились в качестве непререкаемых истин. И это несмотря на то, отмечает автор, что в настоящее время количество эконофизиков в правительствах различных стран и солидных финансовых институциях неизменно увеличивается. Причину такой инертности в отношении прогресса Бушо видит в системе подготовки экономистов. По его мнению, студентов учат лишь слепо использовать полученные знания, не задумываясь о смысле того, что они делают.

Бушо также считает, что все проблемы свободного рынка начались в середине 50-60-х годов, когда рынок рассматривался не как научный объект, нуждающийся в тщательном изучении и описании, а больше как пропагандистская машина в борьбе с коммунизмом. В действительности же, свободные рынки — это «дикие» рынки. По мнению автора, наивно верить в то, что рынок может самостоятельно, без внешних воздействий превратиться в самоупорядоченную структуру — влияние извне необходимо, иначе невмешательство может привести к печальным последствиям. В качестве примера такого бездействия Бушо приводит поведение Комиссии США по торговле ценными бумагами, которая в 2004 году позволила банкам наращивать долговые обязательства (в статье, опубликованной в Nature, этот пример отсутствует; он остался только в препринте).

Излишняя самоуверенность в отношении некоторых экономических моделей может иметь печальные последствия. Ярким примером служит модель опционного ценообразования Блэка–Скоулза, согласно которой изменение цены происходит по гауссовскому распределению и резкое увеличение цены имеет пренебрежимо малую вероятность. Бездумное использование модели Блэка–Скоулза и привело в 1987 году к «черному понедельнику», когда падение индекса Доу–Джонса составило 23%.

Конечно, идея применения физических подходов к изучению поведения рынка во время экономического кризиса не нова. Так, сравнительно недавно, в 2006 году, в журнале Physical Review Letters появилась работа японских ученых, которые рассматривали колебания биржевого индекса S&P 500 до и после «черного понедельника» 1987 года (см. рис.).
 Аналогия между эффектами Зеебека
Динамика изменения индекса S&P 500 с 1984-го по 1995 год. Буквой C обозначен промежуток времени, соответствующий «черному понедельнику». Во врезке — увеличенный временной масштаб колебания индекса 19 октября 1987 года. Рис. из упоминаемой выше статьи Ken Kiyono, Zbigniew R. Struzik, Yoshiharu Yamamoto. Criticality and Phase Transition in Stock-Price Fluctuations
 

Они установили, что этот индекс в окрестности «точки кризиса» по своей структуре проявляет признаки самоподобия (фрактальности), также как и течение турбулентной среды.

Более того, предложены методы описания в экономике по аналогии с классической и квантовой механикой с последующим получением экономического уравнения Лагранжа и Шрёдингера, где вместо физического пространства рассматривается пространство цен (см.: Physical Modeling of economic systems: Classical and Quantum Economies).

Одна из главных мыслей, которую высказывает Бушо в своей заметке, — это что классическая экономика не имеет четкого представления о том, как «понять» дикие рынки. И вот здесь, считает автор, на помощь должен прийти физический подход к описанию экономических рынков, поскольку в распоряжении физиков есть теории, позволяющие описать систему, для которой маленькое воздействие может привести к значительным последствиям. Такие системы в физике называются системами с самоорганизованной критичностью: они естественным образом эволюционирует к критическому состоянию, при этом маленькое возмущение (флуктуация) может вызвать полное изменение всей системы.

Классический пример системы с таким свойством — куча песка. Если средний наклон поверхности кучи не очень большой, то песок неподвижен. Если же наклон превышает некоторое критическое значение, то наблюдается спонтанный сход песка по поверхности кучи. В общем, здесь ничего необычного и неожиданного нет. Самое интересное происходит только в критической точке, где сход песка еще не наблюдается, но любое возмущение может привести к сколь угодно большой лавине песка. В качестве примеров систем с самоорганизованной критичностью можно привести также землетрясения, лесные пожары и т. п. Вообще, в физике есть целый раздел, посвященный изучению таких явлений, — теория сложности.

Так вот автор и предлагает активно использовать физические подходы при описании экономических ситуаций. Ведь «дикий» рынок, который мы сейчас наблюдаем, и есть система с самоорганизованной критичностью, утверждает Бушо.

Но одного только привлечения физических идей в экономику, по мнению Бушо, недостаточно. Необходимо также изменить и тип мышления современных экономистов, которое должно стать более «естественнонаучным». Экономика должна отказаться от дискредитировавших себя экономических догм.

Новое покрытие расширит границы солнечных батарей на 40%

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 Обычные светопроницаемые поверхности
Обычные светопроницаемые поверхности, например линзы очков, пропускают в полном объёме лишь ту часть фотонов, что направлены перпендикулярно отражающей плоскости. Чем больше угол расхождения – тем больше фотонов просто "теряются". Новый многослойный наноматериал, по утверждению авторов исследования, позволит решить эту проблему (Rensselaer/Shawn Lin).
 
Американские учёные разработали "антиотражающее" покрытие для фотоэлектрических панелей. Теперь их эффективность должна значительно повыситься – за счёт расширения воспринимаемого спектра и угла поглощения света.

О новой технологии группа физиков из политехнического института Ренсселера (Rensselaer Polytechnic Institute) сообщает в журнале Optics Letters.

"Максимальная эффективность подразумевает способность поймать и превратить в электричество каждый отдельный фотон – вне зависимости от положения Солнца над горизонтом", — рассказывает руководитель исследования Шанъюй Линь (Shawn-Yu Lin). В качестве контрольного образца американцы использовали стандартный фотоэлемент, который в среднем "усваивал" 67,4% падающего света. Другими словами, около трети всей потенциальной энергии терялось.

Над тем, как это исправить, исследователи бились несколько лет. В конце концов им удалось с помощью нанотехнологий создать специальное покрытие, которое позволило повысить коэффициент поглощения до 96,21% — то есть более чем на 40%.

Новое покрытие состоит из семи слоёв, каждый из которых устроен таким образом, что плоскости отражения перекрывают небо под всеми возможными углами, причём воспринимаемый спектр расширяется, позволяя захватывать лишние "синие" и "красные" фотоны. Дополнительно каждый последующий слой увеличивает поглощающую способность предыдущего – "изгибая" свет под нужным углом.

Толщина слоёв – от 50 до 100 нанометров, а образованы они наностержнями из диоксида титана, которые и задают угол отражения. Частицы титана, в свою очередь, покоятся на кремниевой подложке.

По мнению доктора Линя, покрытие может быть использовано в любых существующих на сегодняшний день типах солнечных панелей.

Учеными из Китая и США открыта новая форма углеродного материала

Источник: «Известия Науки - Новости»

Новую форму углеродного материала, потенциально более легкого и прочного, чем углеродные нанотрубки, открыли ученые из Китая и США.

Хуйшенг Пен из Университета Тонцзи, Шанхай, и его коллеги открыли, что пары углерода, получаемые за счет нагрева этилена и парафина, конденсируются в трубочки чистого углерода диаметром десятки микрометров и длиною в сантиметры. Они прочнее углеродного волокна, их свойства схожи со свойствами металлических проводов.

Авторы полагают, что такие карбоновые трубочки можно использовать для создания пуленепробиваемых жилетов. Согласно расчетам, они будут надежнее кевларовых.

"Это новая, неожиданная форма углерода", - говорит Мильдред Дрессельхаус, специалист по углеродным технологиям из Массачусетского технологического института, США.

Стенка трубочки толщиной около 1,4 микрона имеет пеноподобную структуру, состоит из прямоугольных сэндвичей между внутренними гладкими и внешними цилиндрическими чешуйками, похожими на графитовые структуры. Это очень необычная структура для углерода, считает Дрессельхаус.

Губчатая структура способствует легкости и малой плотности материала: один кубический сантиметр весит всего одну десятую грамма (для сравнения, обычные углеродные трубки - примерно 2 грамма).

Пористый углерод получали раньше, но не в форме фибрилл, пористые формы были непрочными. Кроме того, новые трубки хорошо проводят электричество и могут использоваться в электронике.

Исследователи назвали структуру "колоссальные карбоновые трубки", поскольку они огромны по сравнению с нанотрубками. Попытки создать очень прочный материал на основе нанотрубок предпринимались, но ничего не получалось. Быть может, на основе колоссальных карбоновых трубок такой материал будет создан.

Пока не очень понятно, как в такой трубке уложены атомы углерода. Вероятно, сначала стенки формируются как плоский лист, потом сворачиваются в цилиндр. Об этом сообщает агентство "Информнаука" со ссылкой на www.nature.com.

Цивилизованный запад прожирает свое здоровье: три основных типов питания

Источник: «Известия Науки - Новости»

Ученые Университета МакМастер (Онтарио, Канада) проанализировали, как едят люди в 52 странах мира, и выделили три основных типа питания: восточный, средиземноморский и западный. Оказалось: цивилизованный Запад буквально прожирает свое здоровье.

На Востоке люди едят много морепродуктов, сои (растительный белок) и разнообразные соусы. В Средиземноморье - много рыбы, фруктов, овощей и оливковое масло. А носители западной культуры налегают на мясо, яйца, потребляют много жареного и соленого. И в результате такого питания на треть чаще страдают от сердечных приступов, инфарктов и инсультов.

- Это исследование показывает: неважно, где ты живешь - в Бостоне или в Бомбее, что ты любишь больше - британскую, карибскую или азиатскую кухню. Самое главное - снизить до минимума потребление соли, жареных и жирных продуктов и больше есть фруктов и овощей, - считает Эллен Мэйсон, член Британского кардиологического фонда.

Конечно, осенью и зимой, когда организм сам просит больше жирного и сладкого, недостаток жиров и углеводов может вызвать сезонную депрессию, признают диетологи. Но это вовсе не значит, что с ней надо бороться при помощи бекона и тортов. Лучше включить в рацион бананы, шоколад и орехи. И бокал красного вина. Во всех этих продуктах содержатся антиоксиданты - вещества, которые защищают клетки от разрушения и противостоят депрессии.

А нам, россиянам, стоило бы вспомнить, как питались наши прабабушки-прадедушки. Мясо ели далеко не каждый день даже в состоятельных семьях, соблюдали постные среду и пятницу, а также многочисленные многодневные посты, жарили разве что блины, соль и сахар из-за их дороговизны расходовали экономно, а сладости так и вовсе ели только по праздникам.

Основу домашнего рациона составляли хлеб, похлебки - густые первые блюда, чаще постные, разнообразные каши и запеканки, картофель, капуста и множество овощей, в том числе и почти забытые репа и брюква, бобы и горох. Сдабривали еду постным маслом - льняным, конопляным. Ели речную рыбу, грибы, много квашеной капусты, моченых яблок, лесной ягоды. По праздникам варили "мясное", пекли пироги с десятками разных начинок, чаще всего тоже постных. Немногим отличался рацион питания и образованных и даже богатых людей, разве что более тонкой кухней. Знакомые нам по книгам и кинофильмам "купецкие забавы" по пожиранию метровых осетров и жареных поросят и тогда считались дикостью.

Но индустриальные методы приготовления еды, рост жизненного уровня и вовлечение женщин в производство постепенно изменили наши привычки питания. И вот оказалось, что это попросту опасно для здоровья: эпидемия сердечно-сосудистых заболеваний растет практически след в след с ростом уровня жизни. Нормы питания наших предков теперь диетологи считают почти идеальным рационом. Может, уже пора бросить гамбургеры и чипсы да вернуться к прабабушкиным кулинарным шедеврам?

Физики открыли новое состояние материи

Источник: «Известия Науки - Новости»

Физики открыли новое состояние материи, названное квазитрехмерным электронным кристаллом, которое возникает при воздействии сильного магнитного поля на охлажденный полупроводник, говорится в статье, опубликованной канадскими учеными в журнале Nature Physics. Открытие может привести к ускорению развития электроники.

"Это на самом деле не настоящее трехмерное состояние, а что-то промежуточное. Это совершенно новое явление. Это то, что любят теоретики, теперь они будут думать, как подвести существующие модели к новой ситуации", - заявил руководитель исследования, доктор Гийом Жерве из университета Макгилла, слова которого приводятся в сообщении этого университета.

Новое состояние вещества было получено на основе так называемого двумерного электронного кристалла, открытого в 1990-х годах.

"Представьте сэндвич, где вместо ветчины находятся электроны. В такой системе электроны протискиваются между двумя материалами, поэтому кристалл называется двумерным. Электроны могут двигаться только в плоскости, аналогично бильярдным шарам на столе. Они имеют толщину, но не могут двигаться вверх и вниз", - поясняет доктор Жерве.

В новом эксперименте ученые охладили двумерный электронный кристалл до сверхнизкой температуры, примерно в 100 раз ниже температуры межгалактического пространства.

Затем материал поместили в магнитное поле, созданное самым мощным магнитом на Земле, находящимся во Флориде. В результате электроны стали двигаться в ранее "запрещенных" направлениях и двумерная система внутри полупроводника начала трансформироваться в "квазитрехмерную".

По словам ученых, это открытие может привести к новому этапу в развитии электроники, в частности, оно позволит сохранить действие так называемого "закона Мура". Согласно этому закону, число транзисторов на кристалле удваивается каждые два года за счет уменьшения их размеров. Но так как при достижении наноразмеров физические свойства транзисторов изменяются, закон перестанет действовать. По словам авторов исследования, их открытие позволит обойти это ограничение. Об этом сообщает РИА "Новости".

Оторванный скотч показал учёным рентгеновские лучи

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

Физики из университета Калифорнии в Лос-Анджелесе (UCLA) подтвердили, что известная во всём мире липкая лента есть не что иное, как источник рентгеновского излучения.

Для того чтобы зарегистрировать рентгеновские лучи, учёным пришлось поместить скотч в вакуумную камеру и очень быстро дёрнуть за конец липкой ленты, оторвав её таким образом от катушки.

Провернув такой, в общем-то, немудрёный эксперимент, физики даже сделали рентгеновский снимок пальца одного из исследователей.

 Рентгеновские изображения пальца и конденсатора
Рентгеновские изображения пальца и конденсатора.(фото Carlos G. Camara, Juan V. Escobar, Jonathan R. Hird и Seth J. Putterman).
 
Кто бы мог подумать! Хотя однажды (более 50 лет назад, по данным Discovery) советские учёные уже сообщали о наблюдении ими рентгеновского излучения, которое появлялось в момент отрыва клейкой ленты от поверхности стекла.

"Мы поначалу были просто поражены, — рассказывает аспирант Хуан Эскобар (Juan Escobar). — Энергия, которую можно было бы извлечь таким нехитрым способом, огромна".

Он полагает, что с помощью простых доработок процесс можно будет усовершенствовать и использовать для создания простейших рентгеновских установок. Они могли бы пригодиться в местах, где обычное электричество стоит слишком дорого или отсутствует вовсе. Ведь в конце концов липкую ленту в специально разработанных машинах можно отклеивать даже вручную (примерно так же, как раньше заводили автомобили).

Исследователи и университет даже подали заявку на патент подобных устройств.

В своей статье, опубликованной в журнале Nature, физики рассказали, что в их эксперименте специальный механизм отрывал обычный скотч от катушки со скоростью 3 сантиметра в секунду. Были зарегистрированы рентгеновские импульсы длительностью всего лишь в одну миллиардную секунды. Их источником было место контакта липкой ленты и катушки.

Судя по всему, в момент отрыва происходил перескок электронов с валика на липкую часть скотча (расстояние всего лишь от 30 до 300 микрометров). Попадая на липкую сторону, элементарные частицы резко останавливались, что приводило к испусканию ими рентгеновского излучения. Это физическое явление называется триболюминесценция. Должны ли результаты нового открытия обеспокоить офисных работников и прочих людей, использующих скотч ежедневно? Вряд ли (хотя многие, узнавшие об эксперименте, всё же пытаются очень быстро оторвать скотч в темноте и хоть что-то увидеть).

Эскобар обращает внимание на то, что излучение имеет место только в вакууме. "Если вы соберётесь разматывать скотч в вакууме, нужно быть крайне осторожными, однако ежедневная работа с липкой лентой в обычных условиях ничем здоровью не грозит", — шутит Хуан.

Американские исследователи создали безвредную альтернативу рентгену

Источник: «Известия Науки - Новости»

Американские исследователи из Гарвардского университета впервые создали устройство, которое может стать безвредной альтернативой рентгеновским установкам, применяемым для медицинских целей и в сфере обеспечения безопасности, говорится в сообщении университета.

Физики создали лазер, испускающий так называемые Т-лучи, излучение терагерцового диапазона, которое находится на границе между радиоволнами и инфракрасными лучами. Т-лучи обладают высокой проникающей способностью — они легко "просвечивают" бумагу, картон, ткани, пластмассу, кожу, но не наносят вреда живым организмам, в отличие от рентгеновских лучей.

Использование лазеров терагерцового диапазона долгое время представляло большие проблемы, так как существующие устройства нуждались в мощных охладительных системах, что сильно ограничивало их коммерческое применение.

Гарвардские ученые создали полупроводниковый терагерцовый лазер, способный работать при комнатной температуре. Для получения Т-лучей исследователи использовали квантовый каскадный лазер среднего инфракрасного диапазона, который излучает свет одновременно на двух частотах. Об этом сообщает "Знание - Сила"

Робот, не дотянувший всего 5% до отметки, за которой машина становится неотличимой от человека

Источник: «Известия Науки - Новости»

Обладателем премии Лебнера за 2008 год стал робот по имени Элбот, не дотянувший всего 5% до установленной Тьюрингом критической отметки, за которой машина становится неотличимой от человека.

Сотрудники Университета Ридинга (Великобритания) протестировали пять машин, проверяя, сможет ли искусственный интеллект выдать себя за человеческий. Тест был разработан в 1950 году британским математиком Аланом Тьюрингом, который предположил, что если при обмене текстовыми сообщениями машину нельзя отличить от человека, значит она "думающая". До сих пор ни одному роботу не удалось пройти испытание, в результате которого надо перехитрить более 30% людей-"собеседников".

В эксперименте приняли участие пять устройств, способных в течение пяти минут поддерживать беседу на любую тему. Как правило, в ходе испытания судья (человек) взаимодействует с двумя компьютерами. Он задает вопросы и получает ответы в виде текстовых сообщений. Один из компьютеров отвечает на вопросы сам, за другого ответы посылает человек. Судья должен решить, где "скрывается" человек, а где нет. Если он не в состоянии определить, какой из виртуальных собеседников - программа, машина считается прошедшей тест.

"Хотя победитель был только один, разговорные способности всех участников получили оценку 80-90% в сравнении с человеком. Это демонстрирует, насколько близко подошли машины к критической точке, когда общение с нами не представит для них никаких затруднений", - говорит Кевин Уорик, один из организаторов соревнований. Недалек день, считает он, когда машины начнут принимать непосредственное участие в нашей повседневной жизни. Об этом сообщает агентство "Информнаука" со ссылкой на BBC News.

Открыты новый физический эффект и источник спинового напряжения

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 Аналогия между эффектами Зеебека
Аналогия между эффектом Зеебека (вверху) и спиновым эффектом Зеебека. Пояснения – в тексте (иллюстрация Nature).
 
Спинтроника — перспективная альтернатива обычной электронике — получила в своё распоряжение новый важный элемент. Это устройство, создающее так называемое спиновое напряжение.

Спинтроника манипулирует спинами частиц и спин-поляризованным транспортом. Потому в противовес обычной электронике, манипулирующей зарядами и электрическими токами, спинтронные устройства потребляют несравненно меньше энергии и практически не греются. Соответственно, в будущем на базе таких схем возможно построение очень быстрых и миниатюрных компьютеров.

Однако на пути превращения спинтроники в массовый продукт исследователям предстоит решить множество вопросов. Например, создание удобного, простого и надёжного источника спин-поляризованных электронов.

Теперь такой источник, по-видимому, найден. Оказывается, если нагреть один конец намагниченного стержня, выполненного из никель-железного сплава, то электроны с верхним спином (ориентированным в соответствии с магнитным полем) соберутся у тёплого конца, а электроны с нижним спином — у холодного.

Такой стержень фактически является источником спинового напряжения, поясняют учёные, то есть аналогом напряжения электрического, но только производимого не разделением зарядов (как плюс и минус в аккумуляторе), а сегрегацией спинов.

Открытие совершили Эидзи Саитох (Eiji Saitoh) из университета Кейо (Keio University) и его коллеги из ряда японских институтов. Физики назвали это новое явление "спиновым эффектом Зеебека", по аналогии с обычным эффектом Зеебека, при котором разность температур на спаях двух металлов создаёт электрическое напряжение.

Подробности исследования можно найти в статье в журнале Nature.

Нобелевку по физике тоже поделили на троих

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

Нобелевскую премию (Nobel Prize) по физике 2008 года разделят между собой три японца, каждый из которых в своё время сделал крупное открытие в физике элементарных частиц.

Объявление лауреатов прошло в шведской Королевской академии наук (Kungliga Vetenskapsakademien). Торжественная церемония награждения состоится, как всегда, 10 декабря в Стокгольме.

Кажется, скоро станет традицией делить премию как минимум на двоих, а то и на троих исследователей.

Сегодня стало известно, что половину Нобелевки (а кроме медали и диплома это ещё и 10 миллионов шведских крон или 1,4 миллиона долларов) получит Ёитиро Намбу (Yoichiro Nambu). В 1960 году он впервые математически описал механизм спонтанного нарушения симметрии (spontaneous symmetry breaking) на субатомном уровне.

До сих пор никто не смог объяснить происхождения нарушения симметрии, которое имело место с рождением космоса во время Большого взрыва. Если образовались одинаковые количества вещества и антивещества, рассуждают учёные, то затем они должны были аннигилировать, но этого почему-то не произошло. Отчего-то образовалось расхождение в количестве одной "дополнительной" частицы вещества на каждые 10 миллиардов частиц как антивещества, так и вещества. Возможно, только по этой причине наш космос и выжил. Вопрос о том, как такое могло произойти, остаётся открытым. Физики надеются получить ответ хотя бы на часть вопросов при помощи Большого адронного коллайдера (LHC).

Другую половину премии между собой поделят продолжатели дела Намбу — Макото Кобаяси (Makoto Kobayashi) и Тосихидэ Маскава (Toshihide Maskawa). Как гласит пресс-релиз Нобелевского комитета, они получили свою награду за "открытие первопричин нарушения симметрии, предсказывающих существование в природе как минимум трёх семейств кварков" (нынешние лауреаты отличились в 1972 году).

Эти японцы описали нарушение симметрии в рамках Стандартной модели (Standard Model), но предположили, что для этого необходимо увеличить количество семейств (или "ароматов") кварков ещё на три (фактически предсказали их существование).

Только в 2001 году кварки, описанные ранее в научных трудах, зафиксировали два детектора частиц (американский BaBar и японский Belle).

Создано самое гладкое в мире зеркало для первого наноскопа

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 Зеркало напоминает вафлю
Зеркало напоминает вафлю: оно составлено из кристаллов кремния толщиной 50 микрометров, покрытых слоем свинца толщиной в один или два атома (иллюстрация Barredo et al.).
 
Испанские учёные объявили о создании уникального свинцово-кремниевого зеркала. Авторы новой технологии уверены, что она может быть использована для разработки рабочей модели наноскопа, способного разглядеть мельчайшие поверхности, подсвечивая их атомами гелия.

Даниэлю Барредо (Daniel Barredo) и его коллегам из Мадридского автономного университета (Universidad Autonoma de Madrid) впервые удалось поместить несколько слоёв свинца толщиной в один атом на "идеально ровную" кремниевую поверхность при температуре 114 градусов по Кельвину (-159 °C).

Отчёт об этой работе опубликован в журнале Advanced Materials.

Речь идёт об атомном микроскопе (он же наноскоп, он же сканирующий гелиевый микроскоп). Мощных микроскопов, вообще говоря, очень много разных применяется, но основным конкурентом давно ожидаемого наукой прибора является электронный.

Но у этого конкурента есть ряд недостатков, особенно при исследовании органических образцов.

Во-первых, объекты должны быть электропроводящими (или хотя бы полупроводниками). Во-вторых, изображение, полученное с помощью отражённых электронов, недостаточно точно воспроизводит "просвеченную" поверхность. И в-третьих, облучение электронами высоких энергий может просто-напросто уничтожить биологический материал.

Для решения этих проблем науке необходим атомный микроскоп, где для облучения использовался бы поток частиц низких энергий. Нейтральный атом гелия идеально подходит на эту роль: он отскакивает от любой поверхности, ограничиваясь взаимодействием лишь с её внешним слоем. Что позволяет получить идеально чёткую картинку.

 Атомный силовой микроскоп
Атомный силовой микроскоп сканирует исследуемую поверхность посредством специальной иглы (на рисунке). Доктор Хольст считает, что новый прибор сможет конкурировать даже с этим мощным девайсом. Тоже не лишённым недостатков: принцип его работы не позволяет рассматривать неровные поверхности – исследуемый образец должен быть предельно плоским. Да и работает "силовой" очень медленно
 
Однако до сих пор реализовать такую схему не удавалось, поскольку для фокусировки атомов гелия в определённой точке требовалась поверхность, способная отражать поток частиц, не рассеивая их, – "идеально ровное зеркало".

Работа испанцев базируется на результатах предыдущих исследований, в ходе которых удалось "собрать" отражённые от кремниевой поверхности атомы гелия на пятачке диаметром 210 микрометров. Правда, сфокусировать тогда получилось всего лишь 1% от общего числа нейтральных частиц.

Решить проблему фокусировки отражения можно было бы, использовав более подходящий для этого материал – металл. Однако атомы металла на кремниевой поверхности до сих пор ровным слоем стабилизировать не удавалось – обычно они "сбиваются в кучки", хаотично рассеивающие отражённые атомы во все стороны.

По словам профессора Миранды, справиться с рассеиванием удалось, опустившись до наноразмеров и стабилизировав атомы на ультратонкой свинцовой плёнке.

В результате были сфокусированы 67% отражённых частиц на зеркале диаметром 2 сантиметра. Это при сверхнизких температурах. Однако самое интересное, что даже в "комнатных условиях" устройство способно работать с 15-процентной эффективностью.

"Это просто невероятно: зеркало не просто не разрушилось при комнатной температуре, но и осталось таким же гладким", — радуются испанские учёные.

Бодиль Хольст (Bodil Holst) из университета Бергена (Universitetet i Bergen) полагает, что новая технология наконец-то поможет обеспечить долгожданный прорыв в построении работоспособного наноскопа.

Правда, для этого предстоит решить ещё одну важную проблему – создание зеркала с искривлённой поверхностью, необходимого для эффективных наблюдений. Что непросто.

По мнению Билла Эллисона (Bill Allison) из Кембриджа, который также работает над созданием прибора, конкретные результаты (то есть снимки) появятся уже в течение ближайших двух лет.

Есть и скептики. Например Петер Тённис (Peter Toennies), ранее возглавлявший Институт динамики и самоорганизующихся систем Макса Планка (Max-Planck-Institut fur Dynamik und Selbstorganisation). Он не уверен, что ультрагладкую и при этом искривлённую свинцовую плёнку удастся получить в ближайшем будущем.

Однако авторы новой технологии уверены, что уже в 2009 году их группе удастся сфокусировать поток частиц гелия диаметром 100 нанометров – а этого достаточно для получения первых снимков.

Министр образования и науки РФ А. ФУРСЕНКО: "Современных вузов в России - 10%, научных институтов - 5%"

Источник: «Известия Науки - Новости»

В последние годы ни одна область по числу перемен, горячих дискуссий и громких конфликтов не сравнится с научно-образовательной сферой. Переполоху почти пять лет. Эти годы Министерство образования и науки, которого в прежней структуре правительства вовсе не существовало, возглавляет Андрей Фурсенко. Министр решает сложнейшую задачу модернизации науки и образования, которые походили на застойное болото, не отвечали требованиям времени и жили на голодном финансовом пайке. Однако из беседы министра с обозревателем Сергеем Лесковым следует, что впереди у образования и науки - новые неизбежные перемены.

вопрос: Андрей Александрович, согласно официальной статистике, в этом году за школьные парты сели 13 млн 300 тысяч ребят. Это на 400 тысяч меньше, чем в прошлом году. Для сравнения: в 1995 году школьников было 22 млн. При этом, подтверждая непомерный расцвет негосударственных вузов, количество студентов по-прежнему растет. В этом году их 7 млн 460 тысяч против 7 млн 310 тысяч в прошлом учебном году. Диспропорции имеют объективные демографические корни, но как, на ваш взгляд, они сказываются на экономике?

ответ: Дополню безрадостную статистику. В 2012 году выпускников останется всего 730 тысяч против нынешних 1 млн 105 тысяч. Уже сейчас даже в приличные вузы имеется недобор студентов на бюджетные места. Если так пойдет, вузы начнут принимать всех, кто способен поставить "плюс" против своей фамилии. Демография напрямую связана с кадровым наполнением экономики. Специалистов не просто мало - уровень подготовки никуда не годится. Абсолютно ясно: если мы не повысим производительность труда, мы не выправим экономику. Речь уже не о преодолении вечной зависимости от углеводородов. Если в образовании пойдет так, как идет, мы не сможем сами добывать нефть и газ - будем приглашать чужих спецов и продавать иностранцам концессию на разработку российских недр.

вопрос: Итак, школьников становится все меньше, студентов все больше, а рабочие вовсе испаряются как класс. Естественный вопрос: сколько вузов необходимо России? Разговоры о сокращении их числа ведутся давно, но вузы по-прежнему плодятся, как кролики.

ответ: Сейчас в России вместе с филиалами 3200 вузов. Из них негосударственных - 1200. Если исходить из потребностей общества, их должно остаться не больше тысячи. При этом сокращение не должно происходить жестким, административным путем. Необходимо отталкиваться от оценки качества организации образовательного процесса, в том числе качества преподавания. Именно с этой позиции можно говорить об ужесточении лицензирования вузов. Кроме того, в вузы необходимо принимать только тех, кто может и хочет учиться. Но я знаю случаи, когда человека, который пишет "малако", принимают в вуз и когда учительницу начальной школы назначают доцентом!

Без сомнения, ЕГЭ позволяет поставить барьер на пути "двоечников", не ущемляя ничьи права.

вопрос: Когда речь заходит о проблемах образования, выясняется, что общественность больше всего беспокоит Единый государственный экзамен, который является для значительной части нашего народонаселения самым страшным пугалом...

ответ: Ответственно заявляю, что все разговоры о неадекватности ЕГЭ беспочвенны. ЕГЭ - это только зеркало, которое отразило заметное падение качества школьного образования. И это, естественно, отражается на качестве вузовской подготовки. В итоге современному уровню высшего образования отвечают 10, от силы 15% российских вузов. Все это знают, но предпочитают не замечать.

Система образования, это очевидно, нуждается в решительных изменениях. Образование кровно связано с наукой, которая не может развиваться, не получая кадровой подпитки. Реформирование в образовании и науке должно быть системным и идти одновременно и параллельно.

Нельзя забывать, что государство вкладывает в науку и в образование все больше средств, бюджет растет стремительно. Количество ребят, обучающихся в оснащенных по современным требованиям школах, удалось увеличить в 2 раза, и они теперь составляют не 15%, как в 2005 году, а 30%. В 2010 году их будет уже 70%. Бюджет гражданской науки растет на 20-25% каждый год. Но качество не всегда зависит от количества. Для повышения качества хорошего финансирования мало, необходимо грамотное использование средств.

вопрос: Информационные агентства, прослеживая маршруты министров, отмечают, что в последнее время вы часто встречаетесь с руководителями высшего ранга за пределами дежурных собраний.

ответ: Это так. Я представил план действий, который в рабочем порядке одобрен. Этот план точно укладывается в Концепцию долгосрочного развития страны. Вы желаете, чтобы я удовлетворил ваше любопытство?

вопрос: Хотелось бы. Иначе окажется, что у СМИ те же пороки, что у потерявших любопытство ученых и школяров.

ответ: Любой план действий начинается с анализа ситуации. В нашем случае это оценка результативности научных институтов. В мире разработаны системы оценки эффективности - это не формальное количество профессоров, а индекс цитируемости, фондовооруженность, ресурсы, международные связи и т.д. Но никто в нашей стране не применяет подобную систему. Пусть каждое ведомство предложит свою систему, но оценка необходима! Координироваться работа должна из одного центра, чтобы можно было провести сравнительный анализ эффективности институтов.

И тогда на основании результатов оценки научные институты, а их в государственном секторе около 3 тысяч, будут разбиты на 4 группы. В группу лидеров, которые способны конкурировать с лучшими мировыми центрами, войдет, полагаю, 5-7% научных учреждений. Последнюю, четвертую, группу составят около 10% институтов, которые де-факто потеряли связь с наукой. Думаю, что не менее половины наших институтов, если им оказать поддержку, могут работать на нормальном уровне. Хочу подчеркнуть, что это моя личная оценка ситуации, которая не будет являться базой для принятия грядущих административных решений.

Государственное финансирование должно зависеть от эффективности института. Лидеры обязаны получать больше! Но пока ведомства предпочитают равномерно подкармливать даже те конторы, которые откровенно паразитируют. Ждать результата от эволюции научных учреждений уже нет времени - необходимо использовать жесткие инструменты. И они опробованы - 4 государственных научных центра лишены высокого статуса, причем решение принималось в рамках пилотного проекта с применением упомянутой методики.

Подчеркну, дело не в количестве институтов. Если бы все они работали хорошо! Нужна оценка качества работы. На нынешнее количество псевдонаучных и псевдообразовательных заведений не хватает ни средств, ни людей.

Инструменты, которые позволяют поддерживать лидеров, уже созданы - это государственные фонды, федеральные целевые программы, важнейшие инновационные проекты, конкурсы инновационных вузов и т.д. Эти инструменты действуют несколько лет, доказали эффективность, но область их применения необходимо расширить. Мне этот процесс напоминает работу золотодобытчиков. Чтобы найти в научной среде редкий самородок, приходится просеять горы руды.

Еще одно направление комплексного развития образования и науки - федеральные университеты. Уже созданы федеральные университеты в Красноярске и Ростове-на-Дону, обсуждается идея университета во Владивостоке. Кроме того, будет создана сеть исследовательских университетов, куда войдут МГУ, СПбГУ, МИСиС, МИФИ, ряд других ведущих вузов, но не больше нескольких десятков. Кардинальным решением станет проведение общих конкурсов на долгосрочные гранты для исследовательских вузов и научных учреждений, где будут учитываться известные в мировой практике критерии эффективности. Это поможет формированию единого научно-образовательного комплекса в России, который у нас отсутствует, что, по мировому опыту, является серьезным упущением.

Будут создаваться также национальные исследовательские центры, которые возьмут много полезного от опыта национальных лабораторий в США. Первый такой центр создается на базе Курчатовского института. Всего в России будет несколько - не более 10 таких центров.

вопрос: Последнее собрание Российской академии наук оставило тяжкое ощущение. Прежде всего, из-за выборов. Достойных людей откровенно прокатили, зато выбрали немало сомнительных, далеких от настоящей науки личностей. Какое будущее ждет Академию наук? Исходя из сказанного вами, можно предположить, что центр тяжести развития науки будет перемещен от РАН к другим структурам.

ответ: В конкурсах могут и должны участвовать академические институты. Если показатели эффективности окажутся высокими, любой НИИ получит заслуженный грант. Важно сохранить академию, которая имеет богатые традиции и сделала немало полезного для страны. Но необходимо создать систему, которая будет эффективно работать в новых условиях и из которой вырастет новая научно-образовательная среда.

Надо напомнить, что предложенный министерством пилотный проект РАН, несмотря на мильон сомнений, все же заработал. Удалось в несколько раз поднять зарплату ученым. Удалось ввести систему формальных параметров оценки работы ученых. Удалось стимулировать сильных исследователей и несколько отодвинуть бездеятельных. Еще раз напомню, что бюджет гражданской науки растет на 20-25% каждый год. Если же добавить федеральные целевые программы, бюджет науки увеличивается на 40% в год. Государство и налогоплательщики имеют право спросить у ученых результат.

вопрос: Можно выращивать все что угодно и насаживать невероятно щедрый опыт. Но не кажется ли вам, что главной преградой для победоносного расцвета науки в России остается ее невостребованность обществом и экономикой?

ответ: Да, это так. Правительство принимает меры, чтобы стимулировать бизнес использовать достижения науки, прежде всего отечественной, - это налоги, система софинансирования инновационных проектов. Но есть и другая сторона вопроса. Перед моими глазами множество примеров, когда экономика ждет предложений от науки. Проблема в том, что одни не могут сформулировать то, что им нужно. Другие не могут грамотно изложить потенциальному заказчику свои предложения. И потому часто проще договориться с иностранцами, которые вообще-то говорят на другом языке, но язык внедрения освоили в совершенстве. К тому же существует патологическое недоверие к отечественным разработкам. Тем не менее статистика свидетельствует, что объемы инновационной деятельности в России год от года растут, но совсем не теми темпами, которые необходимы.

Острая беда - отсутствие квалифицированных кадров. Знаю крупные проекты, на которые опытных сварщиков приходилось привозить со всей России. Извечную проблему попутного газа на Севере уже можно решить, но катастрофически не хватает химиков, чтобы наладить производство по его переработке. Многим предприятиям даже на самых лучших условиях не удается найти рабочих, которые умеют работать на станках с числовым программным управлением.

вопрос: После отставки Грефа и Зурабова не знаю другого министра, который подвергался бы столь массированной, как вы, критике. Хотя в последнее время сторонников у вас прибывает. Вы не устали от борений? Нередко приходится слышать, что образование по природе своей - консервативная область.

ответ: Может быть, образование и было консервативным - в Средние века. Но не сейчас, в век научной революции и высоких технологий. То, что я говорил четыре года назад, воспринималось в штыки. Сегодня с этим согласны уже все - и многое удалось сделать. В Союзе ректоров многие вставали на дыбы, когда я говорил, что требования к образованию должен определять не сам вуз, а будущий работодатель. Теперь это стало избитой истиной. Ректоры боролись с аттестационными комиссиями, а сейчас их польза признана. Удалось повысить требования к кандидатам на ректорский пост, снизить средний возраст ректорского корпуса на 9 лет. Но "штыки" и сейчас существуют. Тревожный факт: российские вузы давно не попадают в мировые рейтинги. Для тех, кто ничего не хочет менять, удобно и успокоительно видеть антироссийский заговор. Никаких доказательств этого не существует, а унизительный факт остается фактом.

Конкуренции не выдерживает и российская наука. По индексу цитируемости наша наука на 17-м месте, по количеству публикаций в мировых изданиях - на 14-м. Мы оказались, стыдно сказать, на вторых ролях. Опять говорят про мировой заговор. Но у академиков Фаддеева и Алферова рейтинги цитируемости зашкаливают. Даже у гуманитариев, где этот показатель объективно ниже, есть немало ученых с очень высоким уровнем.

Многие успешные по нашим меркам научные коллективы отлично сознают, что не могут составить конкуренцию мировой науке. Вероятно, отсюда и рождаются категоричные возражения от академических начальников по вступлению России в 7-ю Рамочную программу Евросоюза по исследованиям и разработкам, которая является важным организационным и финансовым инструментом для развития науки и техники. Для научных организаций участие в программе является конкурсным - вот начальники от науки и опасаются, что ничего не выиграют и не получат. Между тем местечковой науки не бывает, интеграция в мировое научное пространство неизбежна, и нельзя ставить палки в колеса прогрессу.

Проблемы образования и науки схожие - они не выдерживают конкуренции и не отвечают современным требованиям. Единый план действия уже выработан.

ZyXEL Powerline – витая пара больше не нужна!(выдержки из статьи)

Источник: «РУССКИЕ ДОКУМЕНТЫ»

Технология HomePlug AV позволила соединять компьютеры в доме через электрическую розетку. А за счёт сечения проводов и низкочастотного сигнала (30 МГц) теоретическая пропускная способность такой линии составляет 200 Мбит/с. Недостатков у технологии тоже хватает. Так, устройства будут работать только в пределах одной квартиры и не далее щитка с предохранителями. Но тем, кто уже закончил ремонт и прокладка витой пары для него – это дополнительный стресс, устройства ZyXEL Powerline обеспечат спокойствие в семье и лёгкость в работе.


Что такое Home Plug AV?

Всем известно, что «ходить в Сеть» долгое время можно было через обычный модем: подключился к телефонной линии, позвонил – и сиди себе скачивай. Но полоса пропускания обычной аналоговой линии была чрезвычайно узка, и скорость передачи данных не превышала 56 кбит/c, что в пересчёте на привычные цифры – менее семи килобайт в секунду. На далёком Западе уже в то время применяли технологию ADSL – при её использовании телефонная линия остаётся свободной, а скорость передачи данных возрастает до 6 Мбит/с. ADSL стал популярен благодаря простоте настройки и стабильности работы, но самое главное – никаких «лишних» проводов, всё работает по обычной «медной паре» от ближайшей АТС. А китайские инженеры уже давно думали, как ещё можно передать информацию по привычным проводам и иным коммуникациям. Ну, там, через водопроводную трубу или посредством лазерного диода. Ответ оказался на поверхности, и технология HomePlug AV позволила соединять компьютеры в доме через электрическую розетку. За счёт сечения проводов и низкочастотного сигнала (30 МГц) теоретическая пропускная способность такой линии составляет 200 Мбит/с. Недостатков у технологии тоже хватает – так, устройства будут работать только в пределах одной квартиры и не далее щитка с предохранителями. Но тем, кто уже закончил ремонт и прокладка витой пары для него – это дополнительный стресс, устройства ZyXEL Powerline обеспечат спокойствие в семье и лёгкость в работе.

Реформа высшей школы для новой России

Источник: «Известия Науки - Новости»

Учёные довольны результатом тестового запуска Большого адронного коллайдера (БАК). Об этом «Науке и жизни» сообщил пресс-секретарь Объединенного института ядерных исследований РАН (ОИЯИ РАН, г. Дубна) Борис Старченко. Напомним, что в отличие от двух предыдущих тестовых пусков, состоявшихся в августе этого года, во время вчерашнего эксперимента пучок протонов совершил полный пробег по вакуумной трубе в 27-километровом туннеле коллайдера – сначала в направлении по часовой стрелке, а затем, спустя пять часов – в обратном. В эксперименте принимали участие и российские специалисты – из ОИЯИ РАН, ИТЭФ РАН, МИФИ и др.

Эксперимент по полному «прогону» протонного пучка специалисты ОИЯИ РАН, как и августовские, называют техническим, в ходе которого проверялась работа сверхпроводящих магнитов, удерживающих протонные пучки и тысяч датчиков. Первый эксперимент по столкновению пучков элементарных частиц намечен на 21 октября, причем предполагается, что сталкивать будут с максимально возможной энергией – 14 ТэВ на один протон. Получится это или нет, сказать трудно, говорят в ОИЯИ РАН. Возможно, в итоге столкнут пучки с более низкой энергией. Однако по информации Би-би-си, столкновения с низкими уровнями выделяемой энергии, позволяющими инженерам отладить аппаратуру, могут последовать уже в ближайшие дни.

Так или иначе, именно 21 октября предполагается официальное открытие БАК, на которое приглашены физики многих стран.

Первые результаты экспериментов учёные ожидают не раньше 2010 года: необходимо набрать статистику, поскольку по одному двум событиям (вследствие столкновений пучков элементарных частиц) сказать что-либо будет трудно, поясняет Борис Старченко.

Строительство Большого адронного коллайдера обошлось примерно в 10 млрд. долларов. Физики надеются, что во время экспериментов удастся воссоздать условия, возникшие во Вселенной в первые мгновения после Большого взрыва.

Виртуальные объекты можно пощупать прямо в воздухе

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 Ощущения прикосновения генерируются
Ощущения прикосновения генерируются в области объёмом примерно 30 кубических сантиметров, разрешение же "картинки" составляет 2 сантиметра (фото с сайта news.bbc.co.uk).
 
Для создания тактильных ощущений от объектов виртуального мира вовсе не обязательно использовать вибромоторы или специальные перчатки. Достаточно лишь особым образом сформировать звуковое поле. Этого добились Такаюки Ивамото (Takayuki Iwamoto) и его коллеги из университета Токио (University of Tokyo).

Японские учёные построили "Воздушный ультразвуковой тактильный дисплей" (Airborne Ultrasound Tactile Display), генерирующий осязаемые образы предметов, которые можно потрогать прямо в свободном пространстве над столом.

Достигается это наложением ультразвуковых волн, испускаемых набором из 91 излучателя, расположенного в пределах шестиугольника.

В зависимости от формы виртуального объекта волны настраиваются так, чтобы фокусироваться в определённых точках. Возникающее в этих точках звуковое давление вызывает на ладони ощущение прикосновения к предмету.

Таким образом, человеку не нужно носить на себе каких-либо специальных приборов или прикасаться к какому-нибудь тактильному дисплею.

Опытный прототип прибора оснащён камерой, которая отслеживает положение руки пользователя. В результате при перемещении последней система синхронно сдвигает и фокус ультразвуковых волн, вызывая ощущение, что вы проводите рукой по объекту определённого размера с явно ощущаемыми краями.

Правда, пока система обеспечивает весьма небольшое усилие — 0,8 грамма. Да и направлено оно только по вертикали. Потому полноценных трёхмерных образов Airborne Ultrasound Tactile Display создать не в состоянии. Однако Ивамото со товарищи намерены увеличить число и мощность излучателей, чтобы у человека возникало ощущение более "материального" тела и к тому же более чётких очертаний.

Тут, впрочем, имеются физиологические ограничения: добиться передачи усилия в точности как при прикосновении к прочному и твёрдому предмету — вряд ли удастся. Ведь для этого нужно будет поднять мощность излучателей до небезопасного для здоровья уровня.

Тем не менее японцы полагают, что ультразвуковой тактильный дисплей может быть успешно соединён с трёхмерными системами отображения виртуальных объектов (применяемыми как в играх, так и, к примеру, при моделировании). И даже с ограниченными возможностями Airborne Ultrasound Tactile Display способен вывести взаимодействие пользователя и виртуального мира на новый уровень.

Реформа высшей школы для новой России

Источник: «Известия Науки - Новости»

Валерий ЗУБОВ, депутат Государственной думы, д.э.н., профессор

Мягкий вариант реформы

Выступление президента России Дмитрия Медведева в МИФИ подтвердило обеспокоенность руководства страны накапливающимся отставанием российской системы образования. Своевременной выглядит готовность президента дать серьезный импульс организационным изменениям в системе высшего образования с целью повысить качество подготовки специалистов в высшей школе. Возможности наращивания качества напрямую зависят от конкурентности среды. Этот закон работает и в бизнесе, и в образовании, и в обществе. Поэтому стимулирование конкурентных начал, которое лежит в основе предложений о реформировании высшей школы, - верное направление реформы.

Сопротивление реформе в начальной стадии ее реализации вполне естественно: положительные результаты только обозначены, они еще в зародыше, не осязаемы, а проблемы реальны, и требуются усилия на их преодоление. Система образования по своей природе отличается консервативностью, а за годы реформ накопила значительный арсенал борьбы с разного рода нововведениями. Поэтому вряд ли стоит ожидать, что высказанная президентом России идея о реструктуризации высшей школы не вызовет сопротивления. Однако объективная оценка состояния системы образования в мире свидетельствует о том, что институциональная система сталкивается с более серьезными вызовами и предложенный президентом вариант скорее сдержанный, обозначающий вектор развития высшей школы России в глобальном образовательном пространстве, чем радикальный.

Профессора не ходят строем

Принципиальная задача трансформации системы управления - повышение академического статуса, расширение самостоятельности профессорско-преподавательского состава. Профессора не ходят строем - азбучная истина. Для профессоров должны быть обеспечены академические свободы, как на уровне отдельных ученых, так и на уровне творческих коллективов, кафедр, факультетов. С одной стороны, академическая свобода является базовой ценностью в научно-педагогическом сообществе во всем мире. С другой - академическая свобода имеет под собой и вполне устойчивые практические основания. В частности, без академической свободы невозможна реализация одной из основных миссий университетов: формирование инновационной среды, воспитание в студентах независимого критического мышления.

В связи с этим необходимо изменение системы управления в вузе - создание управляющих советов, разделение функций, повышение прозрачности и ответственности в принятии стратегических решений. Административные функции - финансовые, хозяйственные, а также функции стратегического планирования развития должны быть максимально отделены от научно-педагогических - присуждение ученых степеней, разработка и внедрение авторских курсов, обновление образовательных стандартов.

Гарантии автономии (в оговоренных приделах), прозрачность системы управления и реальная подотчетность являются необходимым условием привлечения средств доноров, в том числе для формирования фондов целевого капитала, которые обеспечивают финансовую устойчивость университетов в долгосрочной перспективе.

Своевременно выбрасывать старые башмаки

Необходимо последовательно реализовывать принцип персонификации ответственности на рынке. Получение права двумя ведущими вузами России выдавать именные дипломы должно стать общей практикой. Государству при этом придется оставаться заказчиком на специальности, не имеющие развитого рыночного спроса. Вузы должны уточнять свое позиционирование на рынке, развивать и поддерживать свой бренд.

Если бы меня спросили, в чем заключается главное условие успешного инновационного процесса, я бы сказал: "своевременно выбрасывать старые башмаки". Чаще всего самое трудное на пути инноваций - это не придумать что-то новое, а расчистить для него дорогу. Для усиления исследовательской компоненты в вузах какую стимулирующую роль играет сегодня ВАК? ВАК консервирует ситуацию, сдерживает развитие в безуспешных попытках цементировать прошлое. Какие бы степени и звания ни присуждал сегодня ВАК, практически никто из российских и зарубежных ученых, исследователей, экспертов не знает работ этих докторов наук. Оценка заслуг происходит не в ВАК, а в профессиональном сообществе, в конкуренции.

Построение эффективной, конкурентоспособной системы высшего образования не может быть просто данью моде. Для инновационного, а не догоняющего общества принципиально важна установка на конкурентность идей, на дискуссионность, полемику по всему публичному фронту - в парламенте, в СМИ, между институтами гражданского общества, профессиональными элитами, в политике. Только наличие внутренней конкурентности делает общество в целом и соответственно экономику конкурентоспособными в современном мире. В инновационной экономике необходима общественная поддержка индивидуализма, персональной ответственности за свой продукт. Если для университета таким продуктом служит диплом - то нужна персонификация диплома.

Неконкурентоспособная оплата интеллектуального труда

В американских университетах средняя годовая зарплата профессоров от $54 тысяч до 68 тысяч. Лучшие профессора получают более $90 тысяч в год. Это на порядок выше, чем зарплата профессоров в наших университетах, причем как в среднем, так и для лучших профессоров. По сравнению с этой ситуацией средняя зарплата работников, например, в нефтяной отрасли в России и в зарубежных странах примерно одинаковая. Таких диспропорций в нефтяном бизнесе нет. Это означает серьезную недооценку интеллектуального труда в нашей стране. Но для решения задачи вывода зарплаты профессорско-преподавательского состава вузов на конкурентоспособный уровень только бюджетных источников недостаточно, необходимо привлечение внешних источников финансирования.

Несмотря на возросшие возможности бюджета в решении проблем образования, мы должны иметь в виду два обстоятельства.

Во-первых, удельный вес расходов на образование в федеральном бюджете остается величиной постоянной на протяжении последних 9 лет. Поэтому в структурном отношении приоритетного финансирования высшего образования нет. Образование не проигрывает другим секторам и отраслям, но насыщается бюджетными ресурсами пропорционально общему темпу роста.

Во-вторых, рост удельных расходов на одного обучающегося приходится за счет личных, а не корпоративных ресурсов. Но личные ресурсы (ресурсы семей) не становятся поводом для последующего контроля за качеством учебного процесса. Бизнес крайне заинтересован в повышении качества рабочей силы, но не вкладывается заметными деньгами в учебный процесс в вузах, не имея возможности их контролировать. Переход на автономную организационно-правовую форму и трансформация органа административного управления вузом в аналог совета директоров стейкхолдеров, представляющих собственников вуза (государство, профессорско-преподавательский состав, бизнес, частных жертвователей, независимых директоров), - необходимый этап привлечения корпоративных средств.

"Культурно-медицинская" модель взаимодействия с бизнесом

В программе, которую представил президент, отчетливо заявлена идея инновационности в связке вуз-наука. Логическим следствием этого подхода будет завершение цепочки справа: вуз-наука-бизнес. Представляется, что взаимодействие бизнеса и вузов не следует понимать как дорогу с односторонним движением - не только бизнес должен быть представлен в органах управления вузами, но и профессора и преподаватели должны быть представлены в органах управления бизнесом. Идея о включенности в советы директоров предприятий с государственным участием независимых директоров от образования вполне уместна. В результате взаимного участия в управлении обеспечивается трансляция современных управленческих технологий от бизнеса к университету и от университета в бизнес, обеспечивается трудоустройство выпускников в компаниях и фирмах, где налажено соучастие в управлении, повышается качество подготовки студентов на основе реальной практики.

Вообще следует заметить, что идея "взаимоопыления" учебного и производственного процессов успешно представлена в ряде профессий - культуре, медицине. Задача сегодняшнего дня - сделать общепринятой "культурно-медицинскую" практику.

Залог успеха - в скорости принятия решений

Сегодня скорость принятия и реализации решений становится основным конкурентным преимуществом. Мы более 5 лет потратили на споры о ЕГЭ, для того, чтобы убедиться, что около 20% наших школьников не справляется с программами по математике и естественнонаучным дисциплинам. В настоящее время стали тратить усилия на споры, насколько объективны международные рейтинги и какой нам лучше подходит, но ведь ни в одном рейтинге университетов мы не представлены достойно. Мы снижаем свои позиции, а другие университеты стремительно врываются в первую сотню, в первую двадцатку, в первую десятку. В пример можно привести экономический факультет университета Помпей Фабра (Испания), который с момента образования в 1990 году сегодня уже вошел в десятку экономических факультетов Европы.

Сегодня такие же успехи демонстрируют не только университеты Европы, но и стран Восточной Азии - Китая, Южной Кореи, Японии. Их технология - "безостановочно двигаться вперед, опираясь на камни", а мы даем "задний ход", утопая в спорах и не видя точек опоры под ногами.

От собеса к инвестиционной отрасли

Мы привыкли относиться к образованию, как и ко всем отраслям социальной сферы, как к собесу, пока не смогли разорвать цепкие объятия патернализма. Там, где патернализм эффективен (например, в подготовке школьников младших классов), - мы занимаем первые места в международных рейтингах. А там, где надо уйти от модели образовательного собеса к образованию как инвестиционному проекту, - мы оказываемся аутсайдерами. В последнем рейтинге ни одного российского университета нет среди 200 лучших вузов мира. Освоив модель образовательного собеса, мы достигли высоких результатов, но для университетов нужна модель инвестирования в человеческий капитал.

Так как современное российское общество рассматривает образование и как социальное благо, и как необходимую стадию инвестирования под нужды бизнеса, то государству и образовательному сообществу следует уточнить акценты в данной дилемме в конкретных сегодняшних обстоятельствах. Представляется, задачам бизнеса сегодня должен быть отдан приоритет.

Запуская новую инвестиционную модель образования на конвейер, нам необходимо думать о новом опытном образце. И в свете этого тем вузам, чей статус на первых порах видится заниженным, скорее следует обратить внимание на открывающиеся возможности в совершенно новой среде образования.

Создан микроскоп без линз и зеркал

Источник: «Элементы - новости науки»

В Калифорнийском технологическом институте (California Institute of Technology) создан микроскоп с поперечником меньше монетки в 25 центов и высотой порядка сантиметра, способный поставлять качественные изображения крошечных объектов.

 Микроскоп с поперечником меньше монетки в 25 центов
Микроскоп с поперечником меньше монетки в 25 центов
 

Такое серийное устройство может стоить всего $10, утверждают экспериментаторы (фото Changhuei Yang/California Institute of Technology).

Чанхуэй Ян (Changhuei Yang), главный автор новинки, сумел соединить традиционную технологию (а именно — матрицу ПЗС, сходную с теми, что работают в цифровых фотоаппаратах) и набирающую обороты технологию микропотоковую.

На поверхность формирующей изображение матрицы учёные нанесли слой металла. Затем исследователи проделали в покрытии ряды "дырок" — с шагом пять микрометров и диаметром отверстия менее одного микрометра. Причём каждое отверстие пришлось точно напротив одного пикселя в матрице.

Далее сверху разместили микропотоковую схему, по которой должна проходить исследуемая жидкость (под действием силы тяжести, либо — за счёт приложенного электрического заряда). Освещение — естественное, на просвет.

Проецирование изображения объекта на ПЗС-матрицу тут происходит напрямую, фактически без традиционной оптической системы. В таком микроскопе бактерии или клетки крови, проходя над отверстиями, перекрывают доступ света к элементам ПЗС-матрицы, позволяя себя увидеть.

Учёные построили два экземпляра так называемого оптопотокового микроскопа на чипе, различающихся некоторыми деталями и разрешением — 0,8 и 0,9 микрометра.

Данное устройство пригодится для оперативных "полевых" работ: изучения проб крови на предмет заражённости малярией или для анализа воды в поисках лямблий (микроскопических паразитов), в других сходных ситуациях.

А ещё, считает Ян, в будущем подобные сверхминиатюрные микроскопы могут войти в состав медицинских имплантатов. В теле человека эти аппараты могли бы выбирать из кровотока раковые клетки и делать их снимки (для анализа). К тому же этот отбор могло бы замедлить развитие заболевания.

Физики выявили самый твердый материал на Земле

Источник: «Известия Науки - Новости»

Эксперименты, проведенные группой физиков Колумбийского университета, показали, что графен является самым твердым материалом из известных науке на сегодняшний день.

Графен - углеродная пленка толщиной в один атом, был получен в 2004 году группой Андре Гейма (Andre Geim) из Манчестерского университета. Графен можно представить себе как двумерный "срез" кристаллической гексагональной решетки графита.

Физики из Колумбийского университета изучали механические свойства графена. В своих экспериментах они использовали частицы графена диаметром от 10 до 20 микрометров. Ученые помещали частицы на кристаллическую пластину, с отверстиями диаметром от одного до полутора микрометров. Ученые "давили" на незакрепленные частицы графена, расположенные над отверстиями, с помощью алмазной иглы атомно-силового микроскопа и оценивали, насколько сильно они деформируются.

Исследователи обнаружили, что прежде чем частицы графена начнут разрушаться, их можно продавить вниз приблизительно на 100 нанометров с силой около 2,9 микроньютона. Согласно подсчетам ученых, это соответствует пределу прочности на разрыв, равному 55 ньютонов на метр. Если бы физикам удалось получить слой графена толщиной с обычную пищевую пленку (около 100 нанометров), то для ее разрыва потребовалось бы приложить силу около 20 тысяч ньютонов. Если принять во внимание, что вес тела - это сила, с которой оно давит на опору, то для разрыва гипотетической графеновой пленки потребовалась бы тело массой около двух тонн.

Кроме необычной прочности графен обладает еще целым рядом уникальных характеристик. В частности, самая высокая среди известных материалов подвижность электронов делают его вероятным кандидатом на "материал номер один" в наноэлектронике.

Физики научились хранить числа в атомарном паре

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 Исходная двойка и её изображения
Исходная двойка и её изображения, сохранённые на 2 и 6 микросекунд.
 
Моше Шукер (Moshe Shuker) и его коллеги из израильского технологического университета Technion, а также — специалисты из института Вайзмана (Weizmann Institute of Science), провели опыт по хранению изображений в атомарном паре.

В качестве среды хранения информации выступал горячий (52 градуса по Цельсию) рубидиевый пар (дополненный неоном).

Пар находился в 5-сантиметровой ячейке. Исследователи направляли в неё световые лучи, несущие изображение (цифры 2, например, или трёх палочек).

Далее свет поглощался атомами рубидия и исчезал. А позже изображение восстанавливалось — пар излучал свет, воспроизводя довольно точно сохранённое трёхмерное световое поле.

Время хранения информации достигало 30 микросекунд. Причём изображение той же двойки хранилось в "зашифрованном" виде — в сочетании квантовых состояний атомов, составляющих пар в ячейке.

По словам Шукера, отправной точкой для данных опытов послужила работа Джона Хоуэлла (John Howell) из университета Рочестера (University of Rochester): в 2007 году он продемонстрировал так называемую систему хранения данных на одном фотоне, фактически научившись "замораживать" образы букв.

Правда, у Джона картинки сохранялись всего на 100 наносекунд, а Шукер и его коллеги сумели продлить это время в 300 раз. Каким образом?

Когда импульс попадает в рубидиевый пар, свет интенсивно поглощается и возбуждает атомы. Если на такой газ направить второй луч, он побуждает атомы вернуться к исходным состояниям, при этом газ излучает ранее поглощённые фотоны — с теми же фазами, той же интенсивностью и прочими исходными параметрами. Это явление называется электромагнитно-индуцированная прозрачность.

В опытной установке на ячейку сначала направляли два луча — один с изображением, второй — управляющий. В момент отключения второго луча свет задерживался в рубидиевом облаке.

 изображение, сохранённое в ячейке
Левый большой прямоугольник показывает изображение, сохранённое в ячейке без смещения фаз на время (сверху вниз) в 2, 10, 20 и 30 микросекунд. Самый левый столбик — фактический эксперимент. Правее видно моделирование на компьютере. Правый же большой прямоугольник демонстрирует то же самое изображение, замороженное на то же время, но уже с применением технологии смещения фаз. Видно, что чёрточки расплываются намного меньше (фото M. Shuker et al.).
 
После включения луча номер два образ цифр или чёрточек вновь возникал в ячейке и отправлялся дальше — к регистрирующей аппаратуре.

Поскольку время задержки "данных" в серии опытов достигало 30 микросекунд, учёные не могли не заметить влияние движения атомов газа на конечное изображение. Попросту картинки расплывались.

Но физики придумали, как нивелировать этот эффект. В исходном луче соседние элементы картинки кодировались волнами со смещёнными на 180 градусов фазами. Когда некоторые из атомов газа, "впитавших" это изображение, значительно сдвигались со своих первоначальных мест, излучённые ими волны просто гасили друг друга.

Шукер и его коллеги полагают, что придуманный ими метод хранения информации пригодится при создании оптических и квантовых компьютеров, причём в момент, когда данные хранятся в виде набора квантовых состояний атомов, над ними ещё можно и производить различные манипуляции, воздействуя на атомы в облачке пара.

Таким образом, после письма на воде учёные ещё и научились делать "надписи" на атомарном паре, субстанции, которая, казалось бы, мало подходит для хранения образов.

Подробности опыта изложены в статье его авторов в Physical Review Letters.

Найдены генетические отличия в строении мозга мужчин и женщин

Источник: «Известия Науки - Новости»

Женщины и мужчины действительно мыслят по-разному, говорится в исследовании, обнаружившем определенные генетические отличия в строении мозга представителей разных полов.

Ученые нашли сотни генов, которые по-разному включаются и выключаются в мозгу мужчин и женщин. Это заставляет предположить, что многие модели поведения, которые считаются характерными для определенного пола, определяются в равной степени и природой, и воспитанием.

Как утверждают специалисты, мужчины и женщины отличаются друг от друга десятками особенностей характера и навыков. К ним относятся умение сопереживать другим, склонность к агрессии, способность рисковать и ориентироваться в пространстве, а также предпочтение определенных качеств в сексуальном партнере.

Сегодня существование подобных различий широко признано, однако ученые-естественники и представители общественных наук долгое время расходились в вопросе о том, в какой степени эти расхождения определяются биологией. Возможно, люди просто усваивают их, просто научаются из-за различной социальной роли мужчин и женщин? Женщины лучше мужчин умеют улавливать чужие эмоции. В стандартных тестах, проверяющих личностные особенности, они демонстрируют большую сострадательность к окружающим.

Мужчины более склонны к агрессии и риску, а также лучше разбираются в существующих системах и создают новые – начиная от автомобильных двигателей и заканчивая футбольными правилами.

В общем уровне интеллекта представители обоих полов не различаются, однако у женщин обычно сильнее развита зрительная память, а мужчины лучше справляются с визуализацией объектов, "разворачивая" их в пространстве. Возможно, поэтому мужчины чаще предпочитают ориентироваться по картам, а многие женщины – запоминать конкретные ориентиры.

Подобные наблюдения заставили профессора Саймона Барона-Коэна из Кембриджского университета выдвинуть версию о том, что существуют разные типы мозга – ориентированные на восприятие чужих эмоций и ориентированные на системное мышление. Один тип чаще встречается среди мужчин, а другой – среди женщин. "Это крайне оригинальное исследование, – объясняет профессор. – Мы проверили, как по-разному действуют гены у самцов и самок различных видов приматов. Эта работа подтверждает предположение о том, что генетические различия полов проявляются не только во вторичных половых признаках, но и в строении мозга".

"Обнаружение генов, которые оказались законсервированными у различных видов, показывает эволюционное происхождение этих генетических различий между полами, а их обнаружение в мозгу показывает, что они отчасти могут оказывать влияние на работу сознания и отчасти сказываться на нашем поведении".

Мужчины и женщины также различаются в подходе к поиску сексуальных партнеров. Мужчины обычно больше ценят молодость и привлекательную внешность, в то время как женщин зачастую больше привлекает статус.

Новое исследование, проведенное Еленой Джазин из шведского Университета Уппсалы, не доказывает напрямую, что эти черты связаны с различиями в активности генов, однако показывает расхождения в генетической структуре мужского и женского мозга, которые могли стать причиной отличий мужчин от женщин.

Гены у обоих полов в основе своей одинаковы, однако многие из них более активны в мозгу представителей определенного пола. Эти свойственные одному из полов схемы работы генов способны влиять на многие аспекты поведения, указывают исследователи.

"Естественно возникает вопрос: имеют ли эти половые признаки в работе мозга физиологическую значимость для мозга или для поведения", – пишут ученые в журнале Public Library of Science Genetics.

"Полученные нами результаты позволяют предположить, что различия в активности генов в мозгу могут являться важной причиной отличий в поведении как между различными видами, так и внутри одного вида". Эти различия одновременно способны объяснить различия в области душевного здоровья и развития нервных заболеваний у мужчин и женщин: например, женщины чаще страдают депрессиями и болезнью Альцгеймера.

"Знать о половых различиях важно по многим причинам, – объясняет доктор Джазин. – К примеру, эту информацию в будущем можно будет использовать при вычислении дозировки лекарств, а также при лечении заболеваний или повреждений мозга". По словам ученых, необходимо продолжить работу и проверить, связано ли поведение людей или различия в их здоровье с половыми различиями в активности генов. Об этом сообщает Inopressa.ru.

Создана планетарная модель атома калия

Источник: «Известия Науки - Новости»

Физики из американского Университета Райс (Хьюстон) с помощью лазера увеличили атом калия до гигантского размера - миллиметрового, что примерно в десять миллионов раз больше его обычного размера. Результаты этого эксперимента опубликованы в журнале Physical Review Letters.

"Используя ридберговские атомы в высоковозбужденном состоянии и пульсирующие электрические поля, мы смогли управлять движением электронов и привести атом в планетарное состояние", - говорит ведущий автор исследования Барри Даннинг (Barry Dunning), слова которого приводятся в сообщении университета.

Планетарная модель атома была разработана около ста лет назад датским физиком Нильсом Бором. Согласно этой модели, электроны обращаются вокруг ядра атома, как планеты вокруг звезды. Электрон может испускать фотон, переходя с высокого энергетического уровня на низкий. Напротив, поглощение фотона переводит электрон на более высокий уровень, приводит в возбужденное состояние.

Ридберговскими называют атомы, в которых один из электронов внешней оболочки находится в высоковозбужденном состоянии. Воздействуя на такой атом лазерным излучением с определенной длиной волны, можно добиться "раздувания" его внешней электронной оболочки.

Согласно квантовой теории, положение электрона на орбите вокруг атома не может быть определено - электрон представляет собой волну, "размазанную" по оболочке. Однако в случае с ридберговскими атомами, электроны переходят в псевдоклассическое состояние, в котором движение электрона можно отслеживать.

"В достаточно большой системе квантовые эффекты на уровне атомов могут переходить в классическую механику модели атома Бора", - поясняет Даннинг.

Группа ученых из Университета Райс, в которую также входили исследователи из Венского технологического университета и Окриджской национальной лаборатории (США), используя лазер довела уровень возбуждения атома калия до чрезвычайно высоких значений. С помощью тщательно подобранных серий коротких электрических импульсов ученые смогли привести атом в состояние, в котором "локализованный" электрон обращался вокруг ядра на значительно большем расстоянии.

Диаметр оболочки достиг одного миллиметра, при том что размер атома калия в обычных условиях составляет 243 пикометра (триллионных долей метра).

По словам Даннинга, измерения показали, что электрон оставался локализованным на определенной орбите и вел себя почти как "классическая" частица. Об этом сообщает РИА "Новости".

Автомобили на парковке защитят себя коллективным разумом

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 Всё что нужно системе — наличие соседей по парковке
Всё что нужно системе — наличие соседей по парковке и базовой станции-ретранслятора — на ней же.
 
Хуэй Сун (Hui Song) из мерилендского университета в Фростбурге (Frostburg State University), а также Сэньцунь Чжу (Sencun Zhu) и Гохун Цао (Guohong Cao) из университета Пенсильвании (Pennsylvania State University) разработали оригинальную и очень эффективную систему предотвращения угона и краж автомобилей.

Новинка называется SVATS (Sensor-network-based Vehicle Anti-theft System), то есть противоугонная система, основанная на сети датчиков. Сразу несколько сенсоров системы SVATS предполагается разместить в автомобиле (так, чтобы их было сложно обнаружить). Однако под сетью в данном случае подразумевается совсем другое.

Изюминка комплекса в том, что несколько машин на стоянке, оборудованных такой системой, постоянно обмениваются сигналами друг с другом и следят за тем, чтобы ни одного из членов их "коллектива" не украли.

Работает это таким образом. Как только владелец ставит авто на охрану, его система SVATS посылает на общей частоте сигнал "Привет!" (просьба о присоединении), и на него откликаются все рядом стоящие машины, также оборудованные SVATS.

Автомобили обмениваются визитками и записывают друг друга в память. Причём автоновичок выбирает в качестве партнёров по сети только несколько соседних авто, а не все — стоящие на данной парковке (ориентируясь по силе сигнала передатчиков).

Все авто в такой группе регулярно посылают друг другу сигнал "Я на месте". До тех пор пока не придёт хозяин и не снимет машину с охраны. Тогда авто говорит своим товарищам "Пока!", и его удаляют из списка переклички.

Если же в очередной раз сигнал "Я на месте" от авто не поступил (а с хозяином машина не уезжала), то оставшиеся автомобили "понимают", что их собрата увели, и поднимают тревогу: связываются через ретранслятор базовой станции с владельцем похищенного транспортного средства, сотрудниками автостоянки и полицией.

Также система позволяет машине заранее поднимать сигнал опасности, если она начинает несанкционированно двигаться (скажем, её толкают). Определяется это по изменению силы сигналов "Я на месте", получаемых от других авто. Причём машина ориентируется не на один сигнал (который может слабеть из-за садящегося аккумулятора на каком-то из участников сети), а сразу на несколько. Тогда уже похищаемый автомобиль может привести в повышенную готовность соседей.

Всё это позволяет SVATS значительно снизить риск ложных срабатываний и в то же время моментально поднимать тревогу при настоящем угоне.

Система была испытана на группе из нескольких авто, оборудованных этим экспериментальным комплексом.

Исследователи по очереди "похищали" один из автомобилей в коллективе. Оставшиеся машины в 100% случаев обнаруживали пропажу через 4-9 секунд после угона, пишет New Scientist.

Создан первый автомобиль со сверхпроводящим мотором

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 электромотор на сверхпроводниках
Одно из достоинств электромоторов на сверхпроводниках — высокая удельная (на килограмм собственной массы) мощность, а также — экономичность. И перегрев такому мотору никак не грозит (фото с сайта pinktentacle.com).
 
Компания Sumitomo Electric построила первый на планете автомобиль на сверхпроводниках. Более того — японцы подумывают о запуске таких необычных транспортных средств в серию. Правда, о возможной цене новинки — ничего пока не известно.

Сам по себе автомобиль, взятый за основу — Toyota Crown Comfort — интереса не представляет. Однако специалисты Sumitomo выкинули из седана ДВС и поставили на его место электромотор. Да какой!

Он выполнен на основе так называемых высокотемпературных сверхпроводников. Данное прилагательное, впрочем не означает, что мотор — горячий. Напротив, специальная система с жидким азотом охлаждает его до температуры минус 200 по Цельсию.

Мощность очень компактного электромотора составляет 365 киловатт!

Его обмотки обладают нулевым сопротивлением, так что в сердцевине мотора нет потерь на омический нагрев, хотя в других частях силовых цепей машины они, очевидно, есть. И всё же – необычная для автоиндустрии технология реально позволяет экономить энергию.

Sumitomo утверждает, что сверхпроводящая Crown может проехать на 10% большее расстояние на одной зарядке, нежели продержался бы на трассе аналогичный автомобиль, оснащённый обычным электромотором и теми же самыми аккумуляторами.

В не слишком отдалённом будущем Sumitomo намерена вывести сверхпроводящий автомобиль на рынок. Также её инженеры работают над аналогичными моторами для автобусов и грузовиков.

Физики замедлили свет до скорости улитки

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 схема
Iin и Ip — входные лучи, справа — лучи на выходе. На врезке — исходная (a) и полученная (b) буква А (иллюстрация Residori et al.).
 
0,2 миллиметра в секунду — таков новый рекорд замедления света. Интересный опыт поставили Стефания Резидори (Stefania Residori) и Умберто Бортолоццо (Umberto Bortolozzo) из института нелинейной оптики Ниццы (Institut Non Lineaire de Nice) и Жан-Пьер Уиньар (Jean-Pierre Huignard) из компании Thales Reseach and Technology France.

Для замедления импульса учёные впервые применили устройство на основе жидкого кристалла. Ранее в подобных опытах использовали другие системы (набор атомов, охлаждённых до ультранизких температур, особые волноводы и так далее).

С одной стороны кристалла физики подавали в одну точку два луча — высокой и низкой интенсивности. Взаимодействие фотонов в кристалле приводило к интересному эффекту — кристалл начинал работать наподобие голограммы, расщепляя лучи на несколько отдельных потоков с различными скоростями. Для каждого из них в кристалле существовал свой групповой коэффициент преломления.

И один из полученных лучей демонстрировал рекордно низкую скорость — менее 0,2 миллиметра в секунду.

Таким образом, расходящиеся под разными углами лучи покидали этот кристалл с сильно отличной задержкой.

Так исследователи передали в слабом луче изображение буквы А с поперечником в несколько миллиметров (длительность импульса составляла 180 миллисекунд), подсветив его лучом высокой интенсивности. На выходе же устройства это изображение задержалось со своим появлением на 82 миллисекунды.

Разрешение "отпечатка" при этом осталось высоким (15 микрометров), а сама картинка — практически неискажённой. Это обеспечила высокая однородность кристалла, поясняют авторы опыта.

Они утверждают, что такой заторможенный свет может сильно повысить чувствительность интерферометров, а также он может пригодиться в различных физических опытах, в метрологии и в системах оптической связи.

"Жидкокристаллическая технология очень хорошо развита, и такое устройство можно было бы легко поставить на коммерческую основу, — говорит Резидори. — Кроме того, оно очень компактно (20 х 20 х 1 мм) и устроено сравнительно просто".

Подробности — в статье в Physical Review Letters.

Надо добавить, что в данном опыте речь шла о так называемой групповой скорости, которая может сильно колебаться в зависимости от параметров среды.

Физики замедлили свет до скорости улитки

Источник: «Элементы - новости науки»

Новый портрет нашего звездного дома — галактики Млечный Путь — создан с помощью Космического телескопа им. Спитцера в инфракрасном диапазоне. На этом портрете есть всё: и зародыши будущих звезд, и звезды, только-только родившиеся, и взрослое звездное население нашей Галактики, и умирающие звезды.

 Инфракрасное изображение Млечного Пути
Рис. 1. Инфракрасное изображение Млечного Пути, полученное «Спитцером». Верхняя и вторая панель показывают крайнюю левую и левую части фотографии, центральная — изображение центра Галактики, а две нижних — правую и крайнюю правую части фотографии. Фото с сайта www.spitzer.caltech.edu
 

Космический телескоп им. Лаймана Спитцера (далее — просто «Спитцер») — одна из Великих обсерваторий НАСА. Этот инфракрасный (ИК) инструмент с зеркалом диаметром 85 сантиметров работает на орбите с 2003 года. «Спитцер» способен проводить наблюдения космических объектов в широком диапазоне длин волн — от 3 до 160 микрон (1 микрон — одна миллионная часть метра); для сравнения: человеческий глаз может воспринимать свет с длиной волны меньше 0,8 микрон. А поскольку инфракрасный свет не может пробиться сквозь толщу земной атмосферы, его могут принимать только специальные камеры, помещенные за ее пределами, в открытом космосе, — то есть на космическом телескопе.

ИК-диапазон очень информативен. В нем можно увидеть облака межзвездного газа и пыли, в которых рождаются новые звезды, определить массы этих облаков, плотность и температуру газа в них. Без этой информации невозможно понять где, как и с какой скоростью образуются звезды. Сложные молекулы, в том числе органические, излучают в ИК-диапазоне. Проводя наблюдения в этом диапазоне, астрономы пытаются найти всё более и более сложные молекулы, в частности простейшие аминокислоты. Конечная цель этих поисков — разгадать загадку появления жизни на Земле. Кроме того, межзвездная пыль, поглощающая ультрафиолетовый свет звезд, частично прозрачна для ИК-излучения, исходящего от них. Благодаря этому астрономы могут увидеть очень далекие объекты и изучать не только появление жизни и рождение звезд, но и рождение самой Вселенной.

3 июня на 212-м съезде Американского астрономического общества команда «Спитцера» представила результат многолетней работы — крупнейшее и наиболее детальное ИК-изображение Млечного Пути, которое охватывает очень большую часть неба шириной 120 градусов (по 60 градусов вправо и влево от центра Галактики) и высотой в 2 градуса дуги (см. рис. 1 и 2).

Почему же изображение в высоту составляет только 2 градуса? Дело в том, что Млечный Путь, в котором находятся Солнце, а вместе с ним и планета Земля, многие миллиарды звезд и межзвездный газ, представляет собой плоский диск, диаметр которого, по-видимому, достигает 100 тыс. световых лет, толщина звездной составляющей диска — 12 тыс., а газовой — 1 тыс. световых лет. Солнце вместе с окружающими планетами находится в плоскости галактического диска на расстоянии 26 тыс. световых лет от центра Галактики, то есть примерно на половине ее радиуса. Поэтому мы видим Галактику с ребра как узкую полоску света, проходящую по всему небу. «Спитцер» же способен различать мелкие детали в этой полоске — объекты, удаленные от Земли на расстояния до 60 тыс. световых лет. Поэтому на фотографии мы видим галактический диск пористым и можем даже заглянуть в ту часть Галактики, которая находится за ее центром.

Эта фотография (рис. 1) составлена более чем из 800 тыс. отдельных снимков. Над ней работали две крупные исследовательские группы, специально созданные для проведения обзоров неба. Первая группа — проект «Глимпс» (GLIMPSE, Galactic Legacy Infrared Mid-Plane Survey Extraordinaire) — отвечает за исследования на инфракрасной камере; вторая — проект «Мипсгал» (MIPSGAL) — проводит наблюдения с мультиволновым фотометром. На фотографии красным цветом представлено излучение на длине волны 24 микрона, зеленым — 8 микрон, голубым — 3,6 микрон. Как из трех разных цветов составить одно изображение, показано на рис. 3.

На этой замечательной Фотографии мы можем видеть всю историю звездообразования в нашей Галактике. Те туманные области, которые содержат зародыши будущих звезд и едва родившиеся звезды, окрашены зеленым цветом. В «зеленых» областях возникает излучение сложных органических молекул — так называемых полиароматических углеводородов. Каждая зеленая область — окрестности одной молодой звезды или целого скопления. Сложные молекулы содержатся в том родительском газе, где была рождена звезда (или скопление), они освещаются ею и излучают в ИК-диапазоне. На Земле точно такие же молекулы можно обнаружить в составе автомобильных выхлопов и обуглившихся на костре сосисок. Вообще, везде, где есть углеродосодержащие молекулы, сгоревшие не до конца, мы найдем полиароматические углеводороды.

Также на фотографии мы видим искривленные темные борозды на фоне зеленых туманностей. Борозды на самом деле представляют собой «пузыри». Это пустые области, из которых звездный ветер от молодой звезды выдул родительское вещество — пыль и газ. Сами молодые звезды видны на снимке как желтые и красные точки. Клочковатые комочки красного цвета, которые наполняют большую часть пузырей, — это излучение частичек пыли, состоящих из графита.

Голубые пятнышки, разбросанные по фотографии, — это отдельные, уже взрослые звезды Млечного Пути, а бело-голубой туман в центре Галактики — их рассеянный свет. Поскольку в центре Галактики звезд больше, то и туман в центре более концентрированный. Если приглядеться повнимательнее и увеличить масштаб, то можно увидеть оранжевые округлые пятна — это пылевые оболочки вблизи умирающих или уже умерших звезд.

Изображение, полученное «Спитцером», превосходит по качеству все когда-либо полученные инфракрасные изображения, поскольку чувствительность инструментов «Глимпс» и «Мипсгал» (то есть способность детектировать даже слабое излучение) беспрецедентно высока, угловой размер этого изображения не имеет аналогов в своем классе, а пространственное разрешение этой фотографии (возможность различить на ней далекие объекты) также высочайшее. По словам руководителя группы «Мипсгал» Шона Карея (Sean Carey), сейчас мы можем видеть целое звездное скопление там, где раньше видели просто одиночную светлую точку.

Данные «Спитцера» — это не только потрясающе интересное изображение. Все снимки будут использованы для поиска ответов на фундаментальные научные вопросы: как образуются массивные звезды (звезды малой массы здесь просто не видны), сколько спиральных рукавов имеет Млечный Путь, с какой скоростью в нем идет процесс звездообразования и многие другие. А поскольку в настоящее время ни у НАСА, ни у кого бы то ни было еще нет планов по созданию космического ИК-телескопа, качество которого превзошло бы качество «Спитцера», эти данные — лучшее из того, что мы имеем на сегодняшний день и будем иметь в обозримом будущем. Эпоха «великих инфракрасных открытий», которая наступит вскоре после начала массовой интерпретации полученных «Спитцером» данных, не за горами!

Создано новое поколение самоочищающейся одежды

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

  Принцип создания новой ткани: микроволны имплантируют наночастицы в ткань.
Принцип создания новой ткани: микроволны имплантируют наночастицы в ткань. Набор химикатов соединяется с поверхностью наночастиц, образуя покрытие, отталкивающее воду и устраняющее запахи, грязь, пот и бактерии (иллюстрация с сайта telegraph.co.uk).
Компании IBM, Macronix и Qimonda объявили результаты совместного исследования в области сверхскоростной компьютерной памяти совершенно нового типа.

Учёный Джеф Оуэнс (Jeff Owens), работающий в ВВС США (USAF), создал нанотехнологическую ткань для одежды, способную убивать бактерии, разлагать грязь и пот, и легко пропускать влагу наружу, отталкивая внешнюю воду.

По сообщению Telegraph, Оуэнс и его коллеги уже создали по этой новой технологии футболки и нижнее белье, которые можно носить в течение многих недель, одновременно не умываясь, без проблем с грязью и запахом. Для военных — это настоящий подарок. Тем более, что новая ткань убивает не только естественные бактерии на коже, ответственные за неприятный запах, но и такие опасные бактерии, как сибирская язва (это проверили в опытах).

Недавно эта технология была лицензирована для лондонской компании Alexium, которая развивает гражданские товары на этой основе: от спортивной одежды до постельного белья в госпиталях и одежды для медиков.

Надо сказать, что это не первая работа в области самоочищающейся одежды. Мы уже видели проекты, эксперименты и образцы таких тканей, базирующихся на сочетании химикалий и мембраны, частицах диоксида титана, особого полимера с добавлением серебра.

Однако данный проект отличен от всех этих работ. В суперткани, созданной командой Оуэнса, на обычные волокна, при помощи микроволнового излучения, были посажены специальные наночастицы. А затем к этим частицам, при помощи рассчитанных химических связей, "приклеили" набор реагентов, отвечающих за уничтожение бактерий и прочие функции материала. Крастота нового метода именно в том, что данный очень полезный набор химикатов сам по себе присоединяться к волокнам не желал.

Хотя новая ткань не устраняет необходимости в стирке, делать это придётся реже. А в случае использования на поле боя — такая ткань поможет солдатам находиться в опрятной форме, не снимая её неделями (что уже было проверено на практике). При этом данная технология (в случае серийного производства ткани) добавит к стоимости каждого предмета одежды лишь несколько долларов.

Данная удивительная ткань — результат 5-летнего многомиллионного проекта, проводившегося под эгидой ВВС США. Приятно, что военная технология сразу же нашла мирное применение. Alexium уже ведёт переговоры с рядом крупных производителей одежды для вывода технологии на массовый рынок.

Создана фазовая компьютерная память

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

  Микроснимок экспериментальной ячейки памяти типа phase-change.
Микроснимок экспериментальной ячейки памяти типа phase-change (фото IBM).
Компании IBM, Macronix и Qimonda объявили результаты совместного исследования в области сверхскоростной компьютерной памяти совершенно нового типа.

Так называемая память с изменением фазы (phase-change memory) может заткнуть за пояс ныне существующие типы энергонезависимой памяти (флэшки) и скоростью работы, и долговечностью.

Самые быстрые на сегодня типы компьютерной памяти (DRAM/SRAM) в тысячу раз превосходят по скорости работы так называемые флэшки, но, в отличие от последних, хранят информацию только до тех пор, пока получают питание. Энергонезависимость же флэшек обеспечила им широкое использование в мобильных устройствах, где скоростью работы можно поступиться.

Теперь, кажется, можно будет угнаться сразу за двумя зайцами, что открывает интересные перспективы как для мобильных, так и для стационарных компьютерных устройств. Память типа phase-change является энергонезависимой, но при этом превосходит флэшки по скорости работы, по меньшей мере, в 500 раз!

В основе каждой ячейки такой памяти — крошечный кусочек специально разработанного полупроводникового сплава сурьмы и германия с легирующими добавками. Этот кусочек назван "мостом". Его размеры (расстояние между "опорами" и сечение моста) составляют порядка 20 нанометров. Кроме моста в данном устройстве есть подложки, покрытия и различные проводники из платины, соединений кремния, титана и так далее.

При записи информации мост можно очень быстро перевести из кристаллической фазы в аморфную или в обратную сторону — за счёт пропускания через него краткого импульса тока с определённой силой, формой и длительностью. Фазы эти сильно различаются по сопротивлению и, таким образом, могут представлять двоичные нули и единички.

Пребывание в той или иной фазе не требует энергии. А сама перемена состояния отнимает вдвое меньшей энергии, чем запись одного бита во флэшке. При этом новая память прекрасно проявляет свои свойства при уменьшении размера элементов до 22 нанометров, в то время как для флэшек, хранящих биты в виде электрических зарядов, уже 45 нанометров станут непреодолимой "стеной", за которой, согласно пресс-релизу IBM, они уже не смогут сохранять свою надёжность (и без того не идеальную), а главное — потеряют энергонезависимость.

Детали этого исследования были обнародованы на международном форуме электроники в Сан-Франциско (International Electronic Devices Meeting 2006).


Физики зарегистрировали u-кварк

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

  Схема детектора, использовавшегося для обнаружения u-кварка.
Схема детектора, использовавшегося для обнаружения u-кварка. В результате опыта с высокой вероятностью происходит разложение u-кварка на W-бозон и b-кварк. W-бозон распадается на мюон (детектируется в точке 1) и нейтрино (точка выхода — 2); b-кварк производит один из потоков прочих частиц (3), тогда как другой такой поток возникает в момент возникновения u-кварка (иллюстрация DZero Collaboration).
В результате эксперимента, проведённого международным коллективом из 50 учёных под руководством Энн Хейнсон (Ann Heinson) из Калифорнийского университета в Риверсайде (University of California, Riverside), была впервые зарегистрирована субатомная частица — так называемый верхний кварк (или u-кварк). Это открытие позволит учёным сделать ряд фундаментальных выводов, в частности, узнать, за счёт чего тела приобретают массу.

Одна из самых тяжёлых элементарных частиц — верхний кварк — имеет такую же массу, как и атом золота, и является одним из основных "кирпичиков", составляющих материю. Считается, что верхние кварки находились в свободном состоянии после Большого Взрыва, но сейчас их можно получить только в результате проведения опытов в ускорителе при очень высоких энергиях.

"Мы искали верхние кварки на протяжении 12 лет, но за это время ни разу их не видели", — рассказывает Хейнсон. Однако теперь физикам удалось добыть целых 62 таких частицы при проведении опытов в рамках исследовательской программы DZero Experiment, посвящённой столкновениям частиц при сверхвысоких значениях энергий.

Для "ловли" u-кварка Хейнсон и её коллеги на первом этапе работы собрали результаты опытов по столкновению протонов и антипротонов, проводившихся на ускорителе Tevatron (штат Иллинойс) в 2002-2005 годах. Затем они провели анализ столкновений, который помог определить тип частиц, возникающих в ходе реакции.

Когда протон и антипротон сталкиваются с околосветовыми скоростями, при определённых условиях может появиться u-кварк. В свободном состоянии эта частица нестабильна — через доли секунды она распадается, порождая другие частицы. Из-за этого регистрация кварка усложняется, и физики могут судить о его рождении только по возникающим "частицам-наследникам".

Именно таким методом и действовал коллектив Хейнсон. Для того чтобы найти следы распада u-кварка (а значит, и появления самого кварка), учёные регистрировали "электронную подпись" его продуктов распада.

Для этого посредством специального кремниевого детектора определялось пространственное расположение заряженных частиц, сталкивавшихся с ним после того, как кварк распадался. С помощью этого устройства учёным удалось реконструировать траектории частиц, а значит, и узнать, что это за частицы и каковы их энергии.

К началу проведения опыта уже существовала теоретическая модель, предсказывавшая ход событий в результате столкновения, и исследователи, по крайней мере, знали, что и как им искать. По окончании реакции должен был возникнуть всего один верхний кварк, поэтому его регистрация была невероятно сложным делом.

В скором времени Хейнсон и её сотрудники планируют проанализировать другие данные ускорителя Tevatron и поработать с ускорителем Large Hadron Collider, который сейчас достраивается на окраине Женевы и должен вступить в строй в конце 2007 года.


Бихромофорный полимер возбуждает терабайтом на диске

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

Фантастическую плотность записи двоичной информации, да ещё с использованием для хранения данных почти всей толщины оптического диска, можно получить, если заставить работать в качестве питов (физических "отпечатков" единиц и нулей) группы молекул. Главное было придумать способ, как заставить их меняться в ту или иную сторону. И его действительно придумали.

Столь необычную систему записи информации разработал, как ни странно, химик — профессор Кевин Белфилд (Kevin D. Belfield) — и его команда (Belfield Research Group) из университета Центральной Флориды (University of Central Florida).

В основу "Двухфотонного трёхмерного оптического устройства хранения данных" (Two-photon 3D optical data storage) или, проще, "Системы высокоплотной оптической записи" (High-density optical data storage), Белфилд положил принцип двухфотонного возбуждения. Говоря упрощённо, это когда некая светочувствительная молекула откликается флуоресценцией, поглотив сразу два фотона меньшей энергии, так, как если бы она поглотила один фотон большей энергии.

Используя сочетание двух лазеров с разными длинами волны, можно добиться того, что на диск будет спроецировано очень чёткое изображение, с разрешением куда более высоким, чем возможно получить при одном лазере. Внутри этого изображения будут свои тёмные и светлые участки — будущие биты.

При этом настройкой лазеров можно добиться того, что по паре фотонов получат всего несколько молекул в толще прозрачного материала, расположенных точно в той точке, где мы хотим записать очередную двоичную единичку. Обратите внимание: целеуказание можно менять не только в плоскости диска, но и по его глубине, причём разницу между соседними слоями записи можно сделать очень маленькой, а число слоёв — большим (в опытах Белфилда это были 1 микрон и 33 штуки, соответственно).

Но что дальше? Как сохранить информацию?

Для этого авторы придумали бихромофорный состав из молекул некой производной флуорена и представителя класса диарилэтенов, которые реагируют на облучение той или иной частоты изменением своей формы.

Последнее вещество имеет два устойчивых изомера, так называемые открытый и закрытый типы. Вот вам и двоичные "ноль" с "единицей" на молекулярном уровне. При записи флуорен воспринимает фотоны и, словно гонец, передаёт полученную энергию диарилэтену, чтобы тот записал "единичку".

Но главное, что требовалось придумать, — не как записывать информацию лазерами, а как ими же и считывать данные, причём чтобы они не стирались. Оказалось, что это легко сделать при помощи флуоресценции данного состава в ответ на облучение с определённой частотой.

Опыты показали, что надёжность считывания записи с такого диска остаётся безупречной даже после 10 тысяч циклов чтения, хотя всё же контраст по яркости отклика между "единичками" и "нулями" немного снижается. Работа Белфилда сотоварищи опубликована в журнале Advanced Materials.

  Восстановленная в компьютере трёхмерная картина распределения двух форм изомеров диарилэтена аж в 33 слоях записи.
Восстановленная в компьютере трёхмерная картина распределения двух форм изомеров диарилэтена аж в 33 слоях записи. Шкалы координат размечены в микрометрах (иллюстрация с сайта belfield.cos.ucf.edu).
Пока авторы проекта экспериментируют с небольшими объёмами данных. Они проверяют сам принцип такой фотохимической записи. Однако, по их расчётам, в будущем один оптический диск, размером с DVD, сможет вместить терабайт данных — это объём какой-нибудь крупной научной или исторической библиотеки.

Тут нужно вспомнить, что терабайтную ёмкость для оптических дисков нам уже показывали, например, в виде оригинальной системы голографической цифровой записи, а также в виде диска с несимметричными питами. Теперь появилась альтернативная технология, замахнувшаяся на такой же внушительный показатель.

Сколько времени пройдёт прежде, чем эта технология станет общеупотребительной, неизвестно. Но зато любопытно, что новый метод записи вполне допускает создание не только оптических дисков, но и, скажем, маленьких прозрачных кубиков, биты в которых будут записываться в виде трёхмерной молекулярной решётки практически во всей толще полимера.


Следить за Землёй со спутника теперь могут все

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

  Envisat
Увидеть изображения — это одно, а вот правильно их интерпретировать — совсем другое. На этом снимке от 24 июля Envisat "поймал" крупные лесные пожары в Сибири (изображение ESA).
Наблюдать из космоса за событиями — видеть в развитии пожары, наводнения, извержения вулканов или просто исследовать нашу планету через "глаза" спутника — отныне может любой желающий, если у него есть подключённый к Сети компьютер.

Дело в том, что Европейское космическое агентство (ESA) открыло для публики специальную страничку MIRAVI, на которой можно видеть Землю из космоса в "почти реальном" времени. Причём — бесплатно и без какой-либо регистрации.

Изображения на сайте — это часть необработанных данных, собираемых оптическим инструментом MERIS, которым оснащён один из крупнейших спутников, наблюдающих за нашей планетой — Envisat (мы рассказывали о нём).

Новые спутниковые снимки проходят маршрут "космос—Интернет" в течение двух часов. Из-за невысокого разрешения они не подходят для научного использования, а вот для любопытных будут в самый раз.

Также на страничке есть архив, в котором хранятся изображения, собранные с мая этого года. Всё необходимое можно найти с помощью поиска по времени создания снимка.

"ESA открыло MIRAVI, чтобы публика могла иметь доступ к ежедневным видам Земли. Естественно, учёные уже знакомы с этими данными, но мы подумали, что такие изображения будут интересны каждому. Наблюдение самых свежих снимков нашей планеты позволит людям увидеть всё великолепие и красоту Земли, узнать больше об окружающей среде", — рассказал один из авторов проекта Фолькер Либиг (Volker Liebig).

Кстати, используя данные с Envisat, учёные однажды обнаружили, что молодой океан растёт с огромной скоростью. Вполне вероятно, что теперь и вы сможете открыть для себя что-нибудь интересное. Успехов!

Столь миниатюрная струна представляет интерес не только с точки зрения чистой науки, но и как прикладное устройство — ведь она может служить сверхточными весами. Напомним, именно благодаря изменению резонансной частоты наноустройства при добавлении "лишней" массы учёные уже ухитрились взвесить вирус.


Новое явление в физике сложных систем - резонанс, порожденный разнообразием

Источник: "Элементы": новости науки - 2006-12-05

Оптимальная беспорядочность, заложенная в сложной системе, может резко повысить ее чувствительность к слабым внешним воздействиям. Не исключено, что такой резонанс играет важную роль в био- и экосистемах.

Хаотическое воздействие, или попросту шум, обычно считается вредной помехой, препятствующей нормальному функционированию устройств. Физикам, однако, давно известно, что в определенных ситуациях шум может играть и конструктивную роль. Именно это происходит, например, при стохастическом резонансе, когда шум определенной мощности резко улучшает чувствительность системы к слабым внешним воздействиям. Другим примером такой ситуации является возможность подавления внутренних шумов с помощью внешних (см. заметку Шум борется с шумом).

Испанские физики, авторы недавней статьи C. Tessone et al., Physical Review Letters, 97, 194101 (6 November 2006), доступной также как cond-mat/0605082, на основании своих расчетов предсказали еще один эффект, целиком обязанный созидающей роли беспорядочности, — резонанс, порожденный разнообразием.

Обнаруженное явление отчасти похоже на стохастический резонанс, поэтому напомним вкратце его суть. Пусть есть некоторый триггер — детектирующий элемент, который под действием внешних периодических возмущений переключается из одного состояния в другое. У любой детектирующей системы есть порог чувствительности: слишком слабая внешняя сила не вызывает никакого отклика. Явление стохастического резонанса состоит в том, что в присутствии сильного шума чувствительный элемент начнет отслеживать даже подпороговое периодическое воздействие. Слово «резонанс» означает, что это явление избирательное: чувствительность к внешнему воздействию резко повышается только при шуме определенной «громкости».

Испанские физики предложили несколько видоизменить эту схему. Они рассмотрели не один, а множество чувствительных элементов, связанных друг с другом в максимальную сеть (то есть каждый связан с каждым). Внешняя сила действовала на каждый элемент, и если какой-то из них переключался, то он «тянул» за собой другие. Переключение большинства элементов означало, что сеть как целое отреагировала на внешнее воздействие.

Такие сети, конечно, изучались и раньше, но обычно они конструировались из идентичных элементов. Испанцы же заинтересовались тем, как изменится отклик сети, если параметры элементов будут слегка различаться. (Подчеркнем, что средние по всей сети параметры элементов были фиксированы, изменялась лишь величина разброса свойств элементов относительно среднего.) Привнесенное таким образом разнообразие в систему тоже можно представить как некую форму «шума», только на этот раз застывшего, «встроенного» в систему.

Авторы работы вывели уравнение, описывающее, как такая сеть откликается на слабые периодические внешние воздействия, и, проанализировав его, обнаружили примечательное явление. «Правильная сеть», состоящая из почти одинаковых элементов, откликалась на подпороговые внешние воздействия столь же слабо, как и единичный триггер. Сеть с чрезмерно большим разнообразием тоже плохо отслеживала внешнее возмущение, поскольку ее удерживал от этого слишком большой процент «неподатливых» элементов. Однако при оптимально подобранном разнообразии чувствительность сети возрастала, причем существенно — в десятки раз. Вся система целиком могла чувствовать гораздо более слабые возмущения, чем какой-нибудь один типичный триггер.

Авторы назвали обнаруженное явление резонансом, вызываемым разнообразием. Так же, как и в случае стохастического резонанса, ключевую роль здесь играет некая «оптимальная беспорядочность», правда «зашитая» в устройство сети. Можно сказать, что эта оптимальная беспорядочность как бы «мобилизует» детектирующую систему и позволяет ей генерировать сильный отклик даже на малейшие внешние воздействия. Благодаря ей отпадает необходимость накладывать внешний шум на слабый сигнал: оптимальный шум уже присутствует в устройстве сети.

Стохастический резонанс за 20 лет проделал путь от абстрактного открытия в теоретической физике до явления, которое не только, как оказалось, широко распространено в природе, но и уже нашло применение в современной медицине. Авторы статьи надеются, что и их открытие ожидают столь же радужные перспективы. В частности, в конце своей статьи они высказывают предположение, что разнообразие в био- и экосистемах могло быть специально настроено эволюцией для максимального усиления чувствительности к слабым внешним изменениям.


Создана самая маленькая струна

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

  Варьируя параметры прилагаемого напряжения, исследователи меняли поведение этой струны в широких пределах. Её длина составляет 1 микрометр.
Варьируя параметры прилагаемого напряжения, исследователи меняли поведение этой струны в широких пределах. Её длина составляет 1 микрометр (фото TU Delft).
Вибрирующая струна длиной в 1 микрон и толщиной всего в 2 нанометра создана специалистами технического университета Дельфта (TU Delft) и голландского фонда фундаментальных исследований материи (Stichting voor Fundamenteel Onderzoek der Materie).

Струна выполнена из углеродной нанотрубки, помещённой на подложку из оксида кремния. Часть этой подложки была вытравлена кислотой, так что струна повисла над выемкой.

Под слоем оксида был размещён слой кремния. Приложение к этим слоям высокочастотного переменного напряжения заставляло струну притягиваться и отталкиваться от подложки, вызывая вибрацию. На её параметры влияли сила и частота тока, а также изменяющаяся в процессе колебаний электрическая ёмкость системы. При резонансной частоте в несколько десятков мегагерц колебания струны резко возрастали (до нескольких нанометров).

Столь миниатюрная струна представляет интерес не только с точки зрения чистой науки, но и как прикладное устройство — ведь она может служить сверхточными весами. Напомним, именно благодаря изменению резонансной частоты наноустройства при добавлении "лишней" массы учёные уже ухитрились взвесить вирус.


Кухонное тепло разогревает жильё персональной электростанцией

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

Когда-то давно каждый дом обогревался собственным очагом, потом наступила эпоха гигантских теплоцентралей. Теперь же идёт обратный процесс — всё больше семей в развитых странах приобретают миниатюрные устройства, способные заметно уменьшить сумму счетов за электроэнергию и заодно обеспечить обогрев дома и доставку горячей воды зимой.

Одновременная генерация электричества и тепла — идея очень старая. Собственно, по такой схеме, позволяющей более полно использовать энергию топлива, работают теплоэлектроцентрали. Но если в дома электричество доставляется с более-менее низкими потерями, то потери тепловой энергии в централизованных системах теплоснабжения довольно велики. Особенно в России, где зимой зачастую подземные тепловые трассы отлично видны на поверхности — на них нет снега.

  генератор типа MicroCHP.
На кухне генераторы типа MicroCHP можно спутать со стиральной или посудомоечной машиной, благо размеры и внешность — такие же и шума — почти нет. Впрочем иногда эти машины ставят в подвале — с глаз долой (фото с сайта treehugger.com).
На Западе давно развивается альтернативное направление в снабжении зданий электричеством и теплом — сравнительно небольшие комбинированные станции, обеспечивающие тепловой и электрической энергией группы домов, больницы или небольшие предприятия. А за последние несколько лет децентрализация в этой области достигла своего логического завершения — появления необычайно компактных домашних теплоэлектростанций.

Называются они "Микро-комбинированные теплоэнергетические устройства" (Micro Combined Heat and Power — MicroCHP). В их основе лежат очень маленькие и исключительно тихие ДВС (в редких моделях — стирлинги), соединённые с небольшим генератором. Работают они на природном газе, благо газовые сети широко распространены, а многие дома оборудованы газовыми плитами.

Главная изюминка MicroCHP — в букве "C", означающей "комбинированные". Вспомните, что КПД двигателя внутреннего сгорания — порядка 30%, остальная энергия сгоревшего топлива в буквальном смысле улетает в трубу. А в MicroCHP она не теряется зря: нагревает воду в водопроводе или воздух в доме, а во многих моделях — и то и другое сразу. Эти агрегаты производят около пяти фирм из Японии, Новой Зеландии, Европы и, с недавних пор, США.

Выгода очевидна — MicroCHP обеспечивает дом электричеством и теплом при минимальных эксплуатационных затратах (начальная цена установки — другой вопрос, и об этом — ниже).

В часы, когда потребляется минимум электроэнергии, домашняя электростанция может поставлять электричество в распределительную сеть города или района. Благо рассчитаны такие устройства чуть не на круглосуточную работу, а их движки сконструированы так, что имеют высокий моторесурс.

Схема работы MicroCHP
Схема работы MicroCHP. Фиолетовым показаны газовые трубы. Печь (указана её эффективность) потребляет газ лишь при лютом морозе, а обычно нагревает воздух исключительно за счёт бросового тепла, которое передается от стоящего рядом ДВС. Топливная эффективность комбинированного генератора показана суммарная — по выработке электричества и тепла для дома (иллюстрация Climate Energy).
 
Дальше всё зависит от разумности местных законов и расторопности энергокомпаний. Современные электронные счётчики позволяют не только регистрировать энергию, забранную домом из сети, но и вычитать из неё энергию, поставленную в обратном направлении — из дома в сеть. А счета выписывать только за разницу в этих величинах.

Такая схема уже давно работает во многих странах, она была отработана ещё на домашних хозяйствах, установивших солнечные батареи или ветряки в качестве дополнительных генераторов электричества.

Десятки тысяч домов в Японии и Европе уже оснащены различными моделями портативных комбинированных теплоэлектрогенераторов, а недавно системы MicroCHP начали завоевание Нового Света с установки первых таких машин у нескольких семей.

Описываемый MicroCHP соединил в себе японский ДВС-электрогенератор (также работающий на природном газе) с американским газовым нагревателем.

Основной режим устройства — работа только ДВС. Он поставляет 1,2 киловатта электричества, а его теплообменник обеспечивает обогрев дома.

Суммарный КПД этого комбинированного генератора, в зависимости от нагрузки, составляет 83-90%, то есть такая доля энергии, содержащейся в метане, превращается в электричество и тепло для дома.

А поскольку природный газ — топливо сравнительно недорогое, выгода в сравнении со 100-процентной покупкой электричества в сети очевидна. Ну и газовые компании не в накладе: потребители платят по газовому счётчику.

В самый же пик морозов, когда бросового тепла от ДВС уже не будет хватать для поддержания в доме нормальной температуры, хозяева этого японско-американского агрегата могут включить дополнительно газовый обогреватель, встроенный в систему.

Такая комбинация воздухонагревателя и ДВС-генератора выбрасывает на 30% меньше углекислого газа на каждый джоуль выработанной в сумме электрической и тепловой энергии по сравнению с классической схемой с использованием централизованной теплоэлектростанции.

Увы, сами MicroCHP недёшевы — модель, генерирующая киловатт электричества плюс тепло, достаточное для коттеджа в три спальни, стоит $13 тысяч. Система на несколько киловатт электрической мощности стоит уже $20 тысяч.

С другой стороны, если речь идёт о постройке нового дома, для которого и так пришлось бы покупать системы обогрева помещений и нагрева воды в водопроводе, из этой суммы нужно вычесть более половины — ведь MicroCHP заменяет собой эти отдельные устройства.


Процесс формирования галактики перестал быть тайной

Источник: «Известия Науки - Новости»

Американским исследователям из Калифорнийского университета, проводившим работы под руководством Юрга Диманда, удалось получить самую детальную на сегодняшний день анимацию процесса формирования галактики из темной материи.

Присутствием темной материи объясняют, в частности, то, что образующие скопления галактики не разлетаются в разные стороны, хотя гравитации наблюдаемых объектов недостаточно для удержания галактик вместе. Предполагается также, что без присутствия темной материи галактики имели бы совершенно иную форму, а сверхновые звезды вспыхивали бы ярче. Однако реально темную материю пока никому обнаружить не удалось.

Для начала формирования галактики, по мнению ученых, необходимо определенное количество темной материи. Причем для различных галактик это количество одинаково.

В ходе моделирования процесса формирования галактики американские исследователи использовали самый мощный суперкомпьютер NASA. В расчетах были задействованы несколько сотен процессоров, при этом обработка данных заняла около двух месяцев.

Полученный ролик охватывает период длительностью порядка 13,7 миллиарда лет через 50 миллионов лет после Большого взрыва. При этом симулировалось взаимодействие 234 миллионов объектов. С результатами работы американских ученых можно ознакомиться на этой странице. Об этом сообщает "Компьюлента".


Ручной видеолазер копирует сыщикам место преступления

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

Попадая на место преступления, любой детектив старается узнать о нём как можно больше. Для этого часто делается масса фотоснимков с разных ракурсов. Но они не могут показать полной картины, да и работать с ними неудобно. И вот криминалистам готовят подарочек – вещицу, которая от этой проблемы не оставит и следа.

Об этом впечатляющем эксперименте поведала в последнем выпуске Nature Physics международная группа учёных во главе с Генри Чепменом (Henry Chapman) из Ливерморской национальной лаборатории (LLNL) и Яносом Хайду (Janos Hajdu) из университета Уппсалы (Uppsala University).

В общем, сошлись в этой работе две организации. Одна – под восхитительно простецким названием "Промышленные исследования" (Industrial Research), другая – под удивительно нелепым – "Правое полушарие" (Right Hemisphere). И сделали они интересную штуку – трёхмерный сканер, причём прямо-таки специального назначения – для работы криминалистов. А нужно это устройство, соответственно, для съёмки различных мест преступления.

Чтобы получить чёткое изображение интересующих предметов, достаточно медленно провести сканером над нужным объектом, делая практически такие же движения, как, скажем, при покраске с помощью пульверизатора.

А если требуется общее представление о месте действия, то устройством можно провести быстро – тогда получится грубая картинка без мелких деталей.

Для получения таких изображений сканер использует цифровую видеокамеру, совмещённую с лазером, посредством которого определяется расстояние. Затем эти сигналы – видеоряд и данные о расстоянии – передаются в компьютер на обработку, уровень которой оператор может выбрать сам, задавая бoльшую или меньшую детализацию.

Окончательным результатом должна быть трёхмерная компьютерная скульптура в натуральном цвете, которую можно даже покрутить мышкой и разглядеть с разных сторон. Очевидно, что при всех преимуществах видео перед фото, даже с видеозаписями ничего подобного сделать нельзя.

Для демонстрации люди из Industrial Research решили продемонстрировать действенность сканера на практике. Они взяли манекен в человеческий рост, который должен, судя по всему, изображать собой "не совсем живое" тело. А после сделали своё "видеолазерное" сканирование. Чтобы оцифровать безмолвного участника эксперимента, провели съёмку, на которую потребовалось около двух минут. В итоге вышел снимок, автоматически составленный из 2400 цифровых фотографий! Как всё это происходит – и съёмка и обработка – вы можете глянуть сами (файл WMV, 273 килобайта).

Высокая точность изображения достигнута благодаря усилиям компании Right Hemisphere, и это настоящий прорыв. Да, раньше были и другие трёхмерные сканеры – но они могли создавать либо маленькие изображения, либо сами были неподвижны, и их приходилось устанавливать поочерёдно в разных точках относительно фотографируемого объекта. Или вообще сразу ставить несколько таких сканеров или камер

Последовательное восстановление трёхмерного изображения.
Последовательное восстановление трёхмерного изображения манекена. Сначала – воссоздание рельефа, затем – грубого изображения, после – детализированного (иллюстрация Industrial Research).
Новое устройство в Industrial Research (там его пока так скромно и называют – "устройство") задумали ещё в 2004 году, но функционирующий прототип собрали совсем недавно.

И хотя наиболее ожидаемая сфера применения (расследование убийств и прочее) выглядит мрачновато, сканер прошёл и творческое "тестирование" в некоторых студиях и художественных музеях Новой Зеландии. А ещё его хотят приспособить для оборонной промышленности, в аэрокосмических и морских исследованиях.

Ближайшая цель разработчиков – наладить массовое коммерческое производство таких сканеров, но пока идея далека от воплощения. К примеру, чтобы отснять нужные изображения надо, чтобы аппарат был присоединён к компьютеру, который пока что оператору приходится таскать в большом рюкзаке за спиной. Но это не беда — Валкенбург обещает, что сканер станет беспроводным, то есть — совершенно ручным.


Выпрямитель тепла

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

В будущем компьютеры станут работать не за счёт управления потоками электронов. И даже не на фотонах. Они смогут оперировать фононами — квантами тепловых колебаний атомарной решётки вещества. Во всяком случае, первый шаг в этом направлении уже сделан: физики построили фононный диод.

Вопрос на знание физики школьного уровня. Если при разности температур в 10 градусов через слой некоего твёрдого материала толщиной в один сантиметр за секунду проходит 10 джоулей энергии, сколько пройдёт тепла в обратном направлении, если мы будем нагревать аналогичным образом не левую, а правую сторону этого же материала?

Ответ кажется очевидным: ровно столько же. Ведь теплу всё равно, в какую сторону распространяться.

А теперь представьте, что скорость теплопередачи у некоего объекта меняется в зависимости от направления потока энергии. Что получится? Получится тепловой аналог электрического диода.

Надо отметить, что в последнем варианте электрическое сопротивление различается в зависимости от направления тока в тысячи и тысячи раз. А в реально построенном тепловом диоде соответствующая разница в теплопроводности пока несравненно скромнее. Но дело тут не в цифрах — важен сам факт.

О создании первого в мире твердотельного термического выпрямителя (Solid-State Thermal Rectifier), или термического диода, отрапортовали в журнале Science профессор Алекс Зеттл (Alex Zettl) из университета Калифорнии в Беркли (University of California, Berkeley) и его соавторы.

Четыре года назад Мишель Пейрар (Michel Peyrard) из Высшей школы Лиона (Ecole Normale Superieure de Lyon) первым предложил план построения теплового диода. Вот, кстати, одна из его свежих работ (PDF-документ), посвящённых физике этого удивительного устройства.

Пейрар вспомнил, что разные материалы по-разному меняют свою теплопроводность в зависимости от температуры. И вместе с коллегами решил сделать тепловой выпрямитель, комбинируя тонкие слои определённых материалов. Но, несмотря на колоссальную сферу потенциального применения теплового выпрямителя (диода), Пейрар никогда не пробовал воплотить эти идеи в эксперименте.

Зеттл и коллеги обратили своё внимание на нанотрубки: ведь из-за огромного соотношения между длиной и диаметром их практически можно считать одномерными объектами. Для тепловых потоков, во всяком случае.

Для опыта воспользовались нанотрубками двух видов — из углерода и из нитрида бора, диаметром 10 и 40 нанометров. Но как создать разницу в распределении массы?

Учёные решили покрыть нанотрубки неравномерным слоем специально подобранного аморфного материала (C9H16Pt), который с одного конца был нанесён весьма щедро, а к другому плавно сходил на нет.

Такую нанотрубку закрепляли между электродами на основе кремния и платины — они служили попеременно то нагревательным элементом (на одном конце трубки), то термодатчиком (на другом).

Посылая тепло сначала от одного конца нанотрубки к другому, а потом — в противоположном направлении, исследователи каждый раз измеряли её теплопроводность.

Они убедились, что при передаче тепла от конца с большой массой к более лёгкому краю этого устройства по трубке пробегало на 7% больше фононов, чем при передаче энергии в обратном направлении.

Эта невысокая эффективность ещё недостаточна для практического использования новинки. Однако, как справедливо заметил профессор Джулио Казати (Giulio Casati) из итальянского университета Инсубрии (Universita degli studi dell'Insubria), который вместе с Пейраром первым предложил идею теплового выпрямителя, "это — первый шаг": "Когда учёные построили первый электрический диод, его эффективность также была очень низкой, — напомнил Казати, — таким образом, нужно ещё время".

Но даже 7-процентное отличие в теплопроводности при протекании энергии в разных направлениях впечатляет. Авторы новой работы пишут, что его нельзя объяснить в рамках обычной теории распространения тепла и предлагают "приспособить" для этого гуляющие по нанотрубке солитоны.

Арунава Маджумдар (Arunava Majumdar), ещё один соавтор эксперимента с нанотрубками, говорит, что, поскольку тепловые фононы не имеют заряда, ими нельзя управлять на манер электронов в микросхемах. Однако фононный выпрямитель — вот он, построен живьём. А это означает, что в будущем могут появиться и другие необычные системы, командующие потоками тепла.

Это могут быть не только диковинные вычислительные устройства, но и, скажем, необычные системы охлаждения микросхем или новые энергосберегающие материалы для зданий.

Маджумдар рассказывает, что следующим шагом научной группы будет изучение различных конфигураций нанотрубок и различных вариаций платинового покрытия. Учёные попробуют повысить разницу в теплопроводности "вправо" и "влево", меняя геометрию и химический состав устройства.

Нам же остаётся помечтать, к примеру, о создании фононных транзисторов. Или о воплощении демона Максвелла.


Рентгеновский микроскоп взорвал объекты наблюдения

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

  снимоки дифракционной картины, отражающий структуру микроскопического объекта
Вверху: снимок дифракционной картины, отражающий структуру микроскопического объекта. Внизу: тот же объект, но отснятый с опозданием, то есть уже взорванный лазером — дифракционная картина совсем иная (фотографии H. N. Chapman).
Новый способ получения детальных изображений вирусов, бактерий и даже крупных органических молекул открыли учёные из США, Германии и Швеции. Они научились фотографировать тела нанометрового масштаба при помощи мощного ультракороткого импульса рентгеновского лазера. И не беда, что через несколько фемтосекунд объект съёмки просто исчезает, разлетевшись во все стороны облачком плазмы.

Об этом впечатляющем эксперименте поведала в последнем выпуске Nature Physics международная группа учёных во главе с Генри Чепменом (Henry Chapman) из Ливерморской национальной лаборатории (LLNL) и Яносом Хайду (Janos Hajdu) из университета Уппсалы (Uppsala University).

Чтобы решить эту проблему, исследователи воспользовались другим методом работы.

В эксперименте был задействован сравнительно новый (построенный в 2004 году) лазер на свободных электронах FLASH германской электронно-синхротронной лаборатории (DESY) в Гамбурге.

Проведённую недавно фотосъёмку можно назвать фотографией с самой короткой выдержкой: импульс рентгеновского лазера (с длиной волны 32 нанометра) длился всего 25 фемтосекунд. Луч проходил через объект съёмки, вкраплённый в мембрану толщиной всего 3 микрометра.

Энергия лазерного пульса нагревала образец приблизительно до 60 тысяч градусов Кельвина, так что он тут же испарялся.

Однако до того, как объект разлетался облачком плазмы, учёные ухитрялись зафиксировать дифракционную картину, по которой можно было точно восстановить "портрет" образца и его структуру.

Полученные в результате такой обработки чёткие изображения микроскопических объектов (их разрешение составило 50 нанометров) показали, что съёмка происходила действительно до того, как рентгеновский лазер успевал нанести повреждение фотографируемому объекту.

Предыдущие теоретические исследования предсказали, что можно получать образец дифракции от непрозрачных объектов. "Но оставались два важных вопроса, — говорит Хайду. — Получится ли изображение, поддающееся толкованию, от единственного и очень короткого импульса; и действительно ли дифракция передаст информацию о структуре объекта, прежде чем он будет разрушен? В нашем эксперименте мы впервые проверили всё это".

  упрощённая схема эксперимента.
Слева: упрощённая схема эксперимента, приведённая в релизе ливерморской лаборатории. Общий принцип на удивление прост — импульс рентгеновского лазера рассеивается на объекте и прежде, чем объект взорвётся, успевает донести его образ до "фотоаппарата". Справа: а судя по схеме, приведённой лабораторией DESY, в опыте была задействована ещё некая наклонная полупрозрачная пластина, направлявшая рассеянный пучок на фотоприёмник (иллюстрации Lawrence Livermore National Laboratory и H. N. Chapman).
И, что самое интересное, возможности нового метода съёмки далеко не исчерпаны.

Развитие же и внедрение в практику исследований такой экзотической фотографии создаст уникальные возможности для изучения структуры и динамики частиц нанометрового масштаба, включая большие биологические молекулы, без потребности в их предварительной кристаллизации, необходимой при обычном рентгеновском структурном анализе.

А это обещает революционизировать исследования структур веществ во многих областях науки (материаловедении, например), включая и биологию, и биохимию. Ведь здесь для новых исследований требуется очень высокое разрешение съёмки — как пространственное, так и временное.


Движение молекул впервые снято на видео

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

  Один из кадров фильма, в котором зарегистрировано движение молекулы водорода.
Один из кадров фильма, в котором зарегистрировано движение молекулы водорода (фото Max Planck Institute for Nuclear Physics).
Исследователи Института ядерной физики Макса Планка (Max Planck Institute for Nuclear Physics) впервые смогли получить изображение движущейся молекулы водорода.

Обыкновенная световая оптика не подходит для фотографирования молекул водорода: их размер в 5 тысяч раз меньше длины волны видимого света. Это значит, что волны просто будут "обходить" молекулы, не отражаясь от них.

Чтобы решить эту проблему, исследователи воспользовались другим методом работы.

Они изучили систему из двух молекул дейтерия ("тяжёлого водорода"), которые облучали высокочастотным лазером.

В результате воздействия первого импульса произошёл отрыв электрона от одной из молекул, и она отодвинулась в сторону, начав колебаться вокруг точки с другой координатой. К тому же из-за полученного импульса у молекулы началось вращательное движение.

После второго импульса электрон оторвался от второй молекулы. Так как обе они оказались заряженными, молекулы резко оттолкнулись друг от друга. Измеряя энергию взаимодействия, исследователи определили расстояние между молекулами, а при компьютерной обработке этих данных было получено графическое изображение.

Меняя интервал между импульсами, учёные смогли получить различные изображения расположения молекул. Серия таких снимков составила "молекулярный фильм", который может дать некоторое представление о динамике молекул.

Получившаяся картина колеблющихся ядер оказалась эквивалентной динамике волнового пакета, который первоначально существует как целостное образование, затем "расплывается", а через какое-то время снова "восстанавливается".

К примеру, в эксперименте, длившемся 800 фемтосекунд (фемтосекунда равна 10-15 секунды), примерно на 100-й фемтосекунде изображение начало расплываться, а через 400 — снова стало чётким. При этом в ходе опыта использовались лазерные импульсы с частотой 0,3 фемтосекунды.

В дальнейших исследованиях такого рода учёные планируют выяснить, при каких условиях будет сохраняться модель волнового пакета, а также провести ряд аналогичных экспериментов с более крупными молекулами.


Впервые получен кислородно-водородный сплав

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

Физики создали невозможную, казалось бы, структуру — прозрачный твёрдый сплав молекулярного водорода и молекулярного кислорода. Его точная кристаллическая структура пока не известна, но учёные говорят, что столь необычный сплав будет "энергичным" материалом.

Отчёт об этом достижении опубликовали в Science Венди Мао (Wendy L. Mao) из Нейтронного центра Национальной лаборатории в Лос-Аламосе (Los Alamos Neutron Science Center), Рассел Хемли (Russell Hemley) и Хо Кван Мао (Ho-kwang Mao) из геофизической лаборатории института Карнеги в Вашингтоне (Geophysical Laboratory), а также ряд их соавторов из других научных организаций США и Тайваня.

Учёные поместили образец воды между алмазными наковальнями и создали в нём давление в 170 тысяч атмосфер. Вода превратилась в лёд VII.

После этого авторы опыта направили на установку высокоэнергетические рентгеновские лучи. Радиация разрушила химические связи между кислородом и водородом в воде, а затем кислород и водород сформировали молекулы O2 и H2.

Получился кристаллический сплав из "несовместимых" (определение Венди Мао) в таком виде молекулярных водорода и кислорода. Свойства этого сплава только начали изучать. В частности, сохраняя давление в установке на уровне 10 тысяч атмосфер, его подвергали различным температурным изменениям, рентгеновскому и лазерному облучению — материал оставался стабильным.

Любопытно, что ранее физики в разных лабораториях сотни раз пытались создать твёрдый сплав молекулярных водорода и кислорода, но все опыты проваливались. Ключом к успеху оказался точный выбор уровня энергии рентгена для диссоциации льда VII. Правильный диапазон был очень узким: чуть больше — и лучи беспрепятственно проходили сквозь образец, чуть ниже — и рентген поглощался алмазом. Кроме того, облучение образца продолжалось несколько часов. Ранее столь долгие попытки не предпринимались.


Создана новая искусственная сетчатка

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

  Качество изображения, полученного новым чипом, очевидно, уступает природному восприятию.
Качество изображения, полученного новым чипом, очевидно, уступает природному восприятию, но для слепого человека и такая картинка будет прорывом (фото Zaghloul/Boahen/IOP).
Новый чип-имплантат, способный заменить сетчатку глаза, создали Карим Заглул (Kareem Zaghloul) и его коллеги из университета Пенсильвании (University of Pennsylvania).

В отличие от прежних систем такого рода — с вживляемыми в сетчатку пациента микросхемами, — новый проект устраняет необходимость во внешней видеокамере. Фактически он работает как сетчатка, фиксируя свет, прошедший через глазное яблоко, обрабатывая его и выдавая сигналы прямо в глазной нерв.

Авторы микросхемы постарались сделать её как можно более схожей с живой сетчаткой. Так, в ней реализовано предварительное сжатие информации, поступающей от светочувствительных датчиков.

Чип имеет размеры 3,5 х 3,3 миллиметра и содержит 5760 кремниевых фототранзисторов, которые играют роль светочувствительных нейронов в живой сетчатке. Эти транзисторы связаны с другими 3600 транзисторами, которые подражают нервным клеткам сетчатки, осуществляющим предварительную обработку зрительной информации перед отправкой в мозг.

Новый чип хорошо приспосабливается к изменениям в яркости и контрастности наблюдаемой сцены, а также прекрасно воспринимает движущиеся предметы, выделяя их на неподвижном фоне. Однако перед началом клинических испытаний американские новаторы намерены доработать свой проект — уменьшить размеры чипа и снизить его энергопотребление.

Из других интересных работ в области возвращения зрения слепым или слабовидящим людям можно вспомнить: зрительную машину, бионический глаз, телескоп-имплантат и очки, печатающие на лбу.


Фокусы с фотонами сулят энергетике солнечное будущее

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

Эффективность современных солнечных батарей во многом ограничена из-за того, что они не могут преобразовывать в электричество свет с низкой частотой и, соответственно, низкой энергией излучения. Ключом к решению проблемы может стать своеобразный "обман". Надо сделать так, чтобы весь белый свет, льющийся с неба, для батареи выглядел монохромным, причём чтобы энергия не терялась.

Усилия многих лабораторий направлены на то, чтобы позволить солнечным батареям впитывать более широкий диапазон волн. Можно вспомнить интереснейшие работы по созданию полупроводниковых материалов с расщеплёнными полосами поглощения и солнечных батарей на их основе, преобразующих в ток фотоны сразу нескольких частот. Эти, давно начатые, работы ведутся до сих пор. Успехи есть, но массового продукта на основе этой технологии пока нет.

Другой метод повышения эффективности батарей заключается в фильтрации света, чтобы полупроводнику доставались только фотоны нужной частоты, которые он мог бы эффективно перерабатывать в электричество. Таковы, к примеру, голографические солнечные батареи.

Но, оказывается, возможен совсем иной подход к решению этой проблемы — очень изящный.

Представьте, что некая система или некий процесс будут преобразовывать все фотоны падающего солнечного света в фотоны только одной частоты, той оптимальной, на которую рассчитан фотоэлектрический преобразователь. Тогда КПД батареи можно было бы поднять до удивительно высокого уровня.

Стоп, стоп! Но разве сам этот процесс преобразования частот не будет отнимать энергию? И станет ли такое преобразование выгодным? Учёные говорят, что всё можно организовать так, что потерь практически не будет.

Интересные опыты провела недавно объединённая команда физиков из Института исследования полимеров Макса Планка в Майнце (Max Planck Institut für Polymerforschung, Mainz) и лаборатории материаловедения Sony в Штутгарте (Sony Materials Science Laboratory, Stuttgart).

Исследователи направляли на ёмкость с жидким раствором луч зелёного цвета, а на выходе получался синий луч.

Важно отметить, что этот процесс, при котором два фотона низкой энергии преобразовывались в один высокоэнергетический фотон, ранее демонстрировался лишь с лазерными лучами, причём при высокой плотности энергии в пучке. А вот теперь учёные продемонстрировали тот же "фокус" с обычным светом, ведь их конечная цель — преобразование солнечных лучей, падающих на фотоэлектрическую батарею.

Как же работает этот своего рода синтез фотонов? В растворе, созданном экспериментаторами, присутствуют два вида специфических молекул: так называемые "антенны" и "эмиттеры".

Молекула-антенна захватывает фотон с частотой, соответствующей зелёному свету, и переходит на более высокий энергетический уровень. Однако находится на нём не так уж долго, а отдаёт эту энергию молекуле-эмиттеру, как только та окажется поблизости. Отдав квант, антенна возвращается в невозбуждённое состояние, чтобы принять очередной фотон, а вот эмиттер перепрыгивает на высокий энергетический уровень и ждёт.

А ждёт он, когда рядом окажется ещё одна такая же молекула-эмиттер, и тоже в возбуждённом состоянии. Тогда одна из них отдаёт энергию второй, после чего возвращается на исходный энергетический уровень. Второй же эмиттер, стало быть, получает уже энергию двух, так сказать, "зелёных фотонов", которую излучает одной порцией в виде единственного "фотона синего цвета".

Таким образом, энергия никуда не исчезает и не откуда не добавляется. Сколько ватт упало на квадратный сантиметр за секунду, столько и будет излучено с другой стороны установки. Но на другой частоте. Процесс этот чем-то напоминает те, что происходят в рабочем теле лазера, только речь идёт не о лазерном излучении, а об обычном.

Чтобы всё работало как часы и не было потерь энергии, учёным пришлось поломать голову, подбирая подходящие вещества для антенн и эмиттеров. На эти роли подошли октаэтилпорфирин платины и дифинилантрацен.

И это — только для зелёно-синего преобразования частоты. Однако авторы работы говорят, что в раствор можно ввести целый комплекс разных антенн и эмиттеров, подобрав их так, чтобы они реагировали на разные частоты падающего света, а излучали — причём все, — только одну частоту. Тот же синий свет, к примеру.

Представьте, что на такую установку падает белый цвет, а выходит синий, но не отфильтрованный цветным стеклом (понятно, тогда яркость была бы во много раз ниже), а преобразованный, с тем же количеством энергии, что содержалось в исходном свете. Если за таким преобразователем поставить солнечную батарею, то получится система с очень высоким КПД.

Правда, до чудо-батарей ещё далеко. Бак с жидким раствором не устраивает создателей по конструктивным причинам, но они утверждают, что такого же эффекта преобразования частот солнечного света можно добиться и в твёрдом растворе — добавляя подходящие антенны и эмиттеры в толщу прозрачного полимера.

Это следующий этап в развитии новой технологии, с которым исследователи как раз экспериментируют в настоящее время. Также они подбирают другие вещества, чтобы научиться преобразовывать в одну частоту широкий спектр падающих лучей.

Когда солнечные батареи, оснащённые таким удивительным фильтром, появятся в магазинах — предсказать сложно. Но ясно, что в будущем солнечные электростанции смогут играть более весомую роль в энергетике планеты, чем в настоящее время.


Официально объявлено об открытии 118-го элемента

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

Сотрудники Ливерморской национальной лаборатории (Lawrence Livermore National Laboratory — LLNL) и их российские коллеги из Объединённого института ядерных исследований (ОИЯИ) объявили об открытии 118-го элемента в публикации в журнале Physical Review C.

Чтобы создать интересующие их атомы, учёные обстреливали ускоренными ионами кальция вращающуюся мишень из калифорния. Этот эксперимент проводился в Дубне на циклотроне У400 в феврале и июне 2005 года.

В ходе опытов исследователи смогли зафиксировать альфа-распад 118-го элемента, приводивший к возникновению элемента 116 (что и являлось подтверждением синтеза элемента 118), а после — элементов 114 и 112.

По словам руководителя ливерморской группы Кентона Муди, (Kenton J. Moody) характер распада полученных изотопов показывает, что в своих экспериментах учёные очень близко подошли к так называемому острову стабильности элементов.

О физических и химических свойствах элемента 118 судить трудно, так как вещество получено в очень малых количествах — всего три атома. Однако физики предполагают, что оно должно вести себя как благородный газ.

Этот элемент, согласно сложившейся у физиков традиции, называют унуноктиум (ununoctium), что с латыни переводится примерно как "один-один-восьмой". Официального названия у элемента пока что нет.

В будущем коллективы из ОИЯИ и LLNL планируют продолжить сотрудничество с целью изучения изотопов в районе острова стабильности. В частности, в 2007 году учёные планируют заняться синтезом элемента 120, бомбардируя плутониевую мишень изотопами железа.

Ранее мы рассказывали о синтезе элемента 112 в Японии, а также о ряде аналогичных открытий, сделанных физиками ОИЯИ и LLNL.


Продолжается изучение структуры воды

Источник: "Элементы": новости науки - 2006-10-06

Молекулы воды могут объединяться в небольшие группы — кластеры. Их жизнь быстротечна, и потому они с трудом поддаются изучению. Только недавно выяснилось, что водные кластеры обладают большими электрическими дипольными моментами.

Тонкий эксперимент однозначно доказал, что кластеры воды обладают большими электрическими дипольными моментами. Попутно выяснилось, что отдельные кластеры не замерзают даже при минус 150 градусах Цельсия. Структура воды становится еще более интересной, чем считалось ранее.

Несмотря на простую химическую формулу, вода — вещество с очень нетривиальными свойствами. Причина этого в том, что молекулы воды связаны друг с другом водородными связями. В жидком состоянии вода представляет собой не просто мешанину молекул, а сложную и динамически меняющуюся сеть из водных кластеров. Каждый отдельный кластер живет очень небольшое время, однако именно поведение кластеров влияет на структуру воды.

Свойства и динамика водных кластеров (H20)n — предмет активных исследований. В отличие от металлических кластеров с их фиксированной пространственной структурой, водные кластеры размером от нескольких до нескольких десятков молекул даже при температурах ниже комнатной остаются жидкими: у таких кластеров есть много равноправных форм, между которыми они непрерывно перескакивают.

Такая особенность водных кластеров отражается и на их электрических свойствах. Как известно уже более полувека, молекула воды — полярна. Положительные и отрицательные заряды в ней слегка смещены друг относительно друга, и в результате она обладает довольно большим дипольным моментом и создает вокруг себя электрическое поле. Если взять очень много молекул (например, стакан воды), то дипольные моменты отдельных молекул скомпенсируются, и суммарное электрическое поле исчезнет, в чём нас убеждает и повседневный опыт. При каком именно числе молекул происходит этот переход? Обладают ли сами кластеры дипольными моментами?

До сих пор четких ответов на эти вопросы не было. Экспериментальные данные, полученные за последние 20 лет, противоречили друг другу. Главное препятствие заключалось в том, что во всех этих экспериментах изучались кластеры в толще воды, в их непосредственной «среде обитания». «Вытащить» же отдельный кластер и изучить его электрические свойства до сих пор не удавалось.

Эксперименты, проведенные исследовательской группой из Университета Южной Калифорнии, положили конец разногласиям. Их результаты, опубликованные в недавней статье R. Moro et al., Physical Review Letters, 97, 123401 (18 September 2006), доказали, что кластеры, содержащие от 3 до 18 молекул воды, тоже обладают большим дипольным моментом.

Впечатляет эксперимент, позволивший прийти к такому выводу. Герметичный сосуд с водой помещался в вакуумную камеру и из него через очень узкое отверстие вода испарялась наружу, в вакуум. Отверстие имело форму миниатюрного реактивного сопла, и, выходя через него, струйка пара разгонялась до сверхзвуковой скорости. Такая схема испарения, избегающая нагрева, позволяет получить пар, состоящий не только из отдельных молекул воды, но и из разнообразных водных кластеров. Струйка пара проходила через камеру метровой длины с неоднородным электрическим полем, слегка отклонялась в электрическом поле, а затем попадала в масс-спектрограф, который расщеплял ее на несколько отдельных пучков в соответствии с количеством молекул в кластере. По отклонению струйки в электрическом поле и измерялся дипольный момент кластеров.

Непосредственное измерение дипольного момента кластеров разного размера уже само по себе имеет большое значение для понимания структуры воды. Действительно, получается, что когда кластеры воды «складываются» в сплошную среду, они чувствуют друг друга не только через непосредственный контакт, но и через электрическое взаимодействие диполей. Однако эксперимент калифорнийских физиков позволил определить не только это.

Во-первых, данные свидетельствуют о том, что крупные кластеры (содержащие больше восьми молекул) электрически более упорядоченны, чем маленькие. Этот любопытный переход никем не был предсказан, и как его интерпретировать — пока не известно. Во-вторых, экспериментаторам удалось провести опыты в двух разных температурных режимах: когда температура внутри кластеров была около 200 К (–70C) и около 120 К (–150C). Некоторые теоретические расчеты предсказывали, что при таких температурах водные кластеры должны уже замерзнуть, что сильно изменило бы зависимость дипольного момента от количества молекул. В эксперименте, однако, подобное изменение свойств не обнаружилось, из-за чего приходится делать вывод, что и при таких температурах кластеры остаются жидкими.

Это исследование лишний раз доказало, что система, состоящая из очень простых элементов, — например, вода — может обладать очень нетривиальными свойствами. Для детального понимания структуры и динамики воды требуются новые эксперименты и новые теоретические исследования. Остается лишь сожалеть, что именно нетривиальные свойства воды стали пищей для псевдонаучных спекуляций, доходящих порой до абсурда (см. полемические статьи 1 и 2).

Игорь Иванов


Джон Мазер: «Участники "Реликта" получили много ценных результатов, но наши оказались лучше»

Источник: "Элементы": новости науки - 2006-10-06

Нобелевская премия по физике 2006 года была присуждена за достижения в исследовании космического микроволнового фонового излучения. Об истории этих исследований и их научном значении Алексею Левину рассказал один из двух новоиспеченных Нобелевских лауреатов — Джон Мазер из Центра космических полетов имени Годдарда.

 

Алексей Левин. Доктор Мазер, прежде всего позвольте Вас поздравить с Нобелевской премией.

Джон Мазер. Большое спасибо.

А.Л. В России и раньше, и в последние дни много писали о Ваших открытиях, тамошняя публика вообще сильно интересуется астрономией и космологией. Поэтому не буду просить Вас вновь повторять общеизвестные вещи, думаю, что Вы от этого изрядно устали. Лучше поделитесь воспоминаниями о том, как и почему Вы стали заниматься космическим микроволновым излучением.

Д.М. Лично для меня все началось в 1974 году. Я тогда защитил докторскую диссертацию, которую готовил в Калифорнийском университете в Беркли. Она как раз и была посвящена изучению спектров этого излучения, только с помощью приборов, установленных на аэростатах. В это время NASA объявило, что рассматривает возможность проведения новых космических экспериментов. Я сказал своему новому руководителю, что мои измерения стоило бы продолжить, разместив аппаратуру на космической платформе. Он предложил подобрать для этой цели группу единомышленников и подать в NASA заявку на реализацию этого проекта. Вот с этого всё и началось. Кстати, тогда мне было всего 28 лет. Два года спустя NASA сформировало научную команду, включив в нее меня, троих моих коллег и еще двоих физиков из конкурирующих коллективов. Мы тщательно обсудили между собой задачи будущей космической миссии и приступили к серьезной работе по ее подготовке. Сделать пришлось очень много, расчеты, конструкторские проработки и испытания приборов потребовали более чем десяти лет напряженного труда. Я руководил созданием спектрофотометра FIRAS, а Джордж Смут был лидером команды, которая занималась другим прибором — радиометром DMR. После запуска COBE в ноябре 1989 года мы, естественно, перешли к обработке и анализу сигналов, приходящих со спутника.

А.Л. А почему подготовка запуска заняла столько лет?

Д.М. Во-первых, приборов, в которых мы нуждались, просто нигде в мире не существовало, многие вещи пришлось изобретать, а это дело не быстрое. Кроме того, NASA готовило и другие запуски, причем весьма дорогостоящие, так что нам пришлось дожидаться своей очереди. А тут еще случилась катастрофа с космическим челноком «Челленджер», надо было ремонтировать Орбитальный телескоп имени Хаббла, это тоже было причиной задержек, ведь ресурсы NASA не безграничны. К тому же, пришлось по ходу дела полностью перепланировать нашу миссию. Сначала предполагалось, что COBE будет выведен на орбиту одним из шаттлов, но после взрыва «Челленджера» надежды на это исчезли. Так что мы оказались перед необходимостью изменить конструкцию спутника, чтобы его можно было отправить в космос на ракете «Дельта». Всё это требовало немалого времени.

А.Л. Сколько у Вас было помощников?

Д.М. В общей сложности проектом COBE занимались примерно полторы тысячи человек. Та часть работы, за которую отвечал лично я, потребовала двухсот участников.

А.Л. Показания Вашего прибора FIRAS убедительно доказали, что спектр реликтового излучения соответствует спектру излучения абсолютно черного тела, что и следует из модели горячего рождения Вселенной. А были ли вообще основания в этом сомневаться?

Д.М. Это даже было модно. Незадолго до запуска COBE несколько научных групп опубликовали результаты измерений, из которых вроде бы следовало, что реликтовый спектр отличается от чернотельного. Теоретики даже придумали для этого объяснения. Сам-то я считал, что эти интерпретации ошибочны, но без проверки было не обойтись. Когда мы опубликовали свои результаты, наши коллеги по профессии сразу же признали их за истину. И это не было случайностью. Все видели, что мы чрезвычайно тщательно осуществили калибровку приборов и столь же тщательно провели все измерения и расчеты.

А.Л. Как повлияли Ваши результаты на космологию и астрофизику?

Д.М. К началу 90-х годов модель Большого взрыва уже была практически общепринятой. У теории стабильной Вселенной, которая в прошлом была ее конкурентом, уже не осталось приверженцев. Но, конечно, результаты спутника COBE сильно укрепили фундамент теории Биг Бэнга. К тому же, они дали очень богатую конкретную информацию, которая позволила гораздо точнее моделировать эволюцию Вселенной. Сейчас исследования COBE уже шестой год продолжает космическая обсерватория имени Вилкинсона, запущенная летом 2001 года. Ее приборы гораздо точнее наших, они дают больше информации, но все наши данные они подтвердили.

А.Л. А над чем Вы сейчас работаете?

Д.М. Я руковожу научной частью проекта создания Космического телескопа имени Уэбба, который станет преемником «Хаббла». Его запуск планируется на 2013 год, так что работы еще непочатый край.

А.Л. Каковы, по Вашему мнению, важнейшие нерешенные проблемы современной космологии?

Д.М. Прежде всего, выяснение природы темной материи и темной энергии. На второе место я бы поставил измерения поляризации реликтового излучения, которые могут обнаружить следы волн тяготения, пронизывавших только что возникшую Вселенную сразу после Большого взрыва.

А.Л. Доктор Мазер, а в заключение позвольте задать довольно деликатный вопрос. Как только в России стали известны имена новых обладателей Нобелевской премии за физические исследования, там стали говорить, что Шведская академия наук не оценила по достоинству результаты российских ученых. Конкретно, имелся в виду эксперимент «Реликт», осуществленный в середине 80-х годов сотрудниками Института космических исследований. На одном из спутников серии «Прогноз» был установлен высокочувствительный радиометр, который в течение полугода измерял энергию фонового микроволнового излучения, правда только на одной частоте. Обработка результатов этих измерений затянулась на несколько лет, но в конце концов она привела к выявлению анизотропии этого излучения. Об этом было доложено на семинаре в ГАИШ в январе 1992 года, то есть за три месяца до того, как Ваш коллега и солауреат Джордж Смут обнародовал аналогичные результа! ты на заседании Американского Физического общества. Не могли бы Вы как-то это прокомментировать?

Д.М. Я, конечно, хорошо знаю эту работу. Эксперимент «Реликт» был проведен очень давно, задолго до запуска COBE. Это была одна из первых попыток обнаружить анизотропию фонового излучения и, насколько я знаю, она оказалась успешной. Так что я могу сейчас поздравить участников «Реликта». Хочу только добавить, что они были не одни, в те годы многие ученые трудились изо всех сил над аналогичными проектами. Мы с Джорджем Смутом очень рады, что приборы COBE оказались настолько чувствительны, что позволили реконструировать карты фонового микроволнового излучения, которые с полной убедительностью продемонстрировали, что оно анизотропно. И, конечно, мы полностью признаем заслуги своих предшественников. Они получили много ценных результатов, но наши всё же оказались лучше.


Неоднородность реликтового излучения принесла физикам Нобелевскую премию

Источник: «Известия Науки - Новости»

Лауреатами Нобелевской премии по физике стали Джон Мэзер (John C. Mather) и Джордж Смут (George F. Smoot) за открытие неоднородности реликтового излучения и соответствия между его спектром и спектром абсолютно черного тела. Они получат премию в равных долях. Соответствующее объявление сделано в Стокгольме, на пресс-конференции в Шведской Академии наук.

Реликтовое излучение - это космическое электромагнитное фоновое излучение, приблизительно равномерное по всем направлениям. По своим спектральным характеристикам оно соответствует абсолютно черному телу с температурой около -270 градусов Цельсия.

Лауреатам 2006 года удалось получить соответствующие результаты благодаря данным, полученным на спутнике COBE, запущенном NASA в 1989 году. Сотрудник NASA Джон Мэзер и профессор Университета Калифорнии в Беркли Смут возглавляли работу коллектива из более чем тысячи человек, готовившего полет COBE.

Обнаруженная Смутом неоднородность реликтового излучения является "слепком" состояния Вселенной через мгновения после Большого взрыва. Реликтовое излучение испускалось, когда температура Вселенной составляла приблизительно 3 тысячи градусов Цельсия. В это время, как показывают исследования лауреатов, материя во Вселенной уже не была однородной, а начала сгущаться в образования, которые потом дали начало галактикам.

Доказанное в исследованиях Мэзера соответствие между спектральными характеристиками реликтового излучения и абсолютно черного тела является доказательством возникновения нашей Вселенной именно в ходе Большого взрыва. Об этом сообщает Lenta.ru.


Водородные связи можно изучать с помощью силы трения

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

Между двумя твердыми поверхностями может образовываться сеть из водородных связей, которая живет по своим особым законам. Измеряя зависимость силы трения от скорости, можно изучать плавление и рекристаллизацию этой сети.

Водородная связь занимает особое место среди всех типов химических связей. Она обеспечивается атомом водорода, расположенным между двумя электроотрицательными ионами (например, атомами кислорода), которые оттягивают на себя электронное облако. Если бы на месте водорода был любой другой атом, то потеря одного электрона не сильно изменила бы его размер. В случае водорода потеря электрона оборачивается катастрофой: вместо атома остается один лишь протон — частица размером в одну стотысячную размера атома. Атом водорода словно исчезает, и поэтому два электроотрицательных атома могут сильно приблизиться друг к другу. Это делает водородные связи, с одной стороны, довольно крепкими, а с другой стороны, очень подвижными и «маневренными»: они легко образуются, легко видоизменяются и восстанавливаются.

Может показаться, что сети из водородных связей должны неизбежно изучаться тонкими методами атомной физики. Тем неожиданнее оказался вывод исследователей из Калифорнийского университета в Беркли. В своей статье J. Chen et al., Physical Review Letters, 96, 236102 (15 June 2006) они утверждают, что многие свойства водородных связей можно изучать чуть ли не в школьной лаборатории, наблюдая за самой обычной силой трения!

На этот вывод авторы работы натолкнулись почти случайно. Их заинтересовал очень простой вопрос: как зависит сила трения между двумя телами от скорости скольжения. В школьном курсе физики говорится, что трение скольжения тела не зависит ни от скорости движения, ни он площади соприкосновения, а только от прижимающей силы и коэффициента трения. На самом деле, этот закон выполняется лишь приближенно. Например, давно известно, что при движении с высокими скоростями коэффициент трения изменяется из-за нагрева поверхности соприкосновения, что приводит к зависимости силы трения от скорости. Однако при скольжении с очень малыми скоростями такие эффекты не должны быть важны.

Американцы как раз и изучали, зависит ли сила трения от скорости при очень медленном движении (при скоростях от 0,1 до 200 миллиметров в час) и малых нагрузках (эквивалентных весу в доли микрограмма). Нагревом в таких условиях можно пренебречь, и если какая-то зависимость обнаружится, то ее происхождение будет совсем иным.

Зависимость силы трения от скорости действительно наблюдалась, причем в некоторых случаях она уменьшалась, а в некоторых — увеличивалась с увеличением скорости. Пытаясь понять, из-за чего так получается, авторы взглянули на список использованных веществ и поняли простую закономерность. Если в химической формуле веществ есть свободно торчащие островки, способные к образованию водородных связей, например, –OH или –NH2, то сила трения уменьшается с ростом скорости. Если же торчащие наружу островки химически насыщены и не могут образовывать водородные связи, то сила трения растет с увеличением скорости.

Для проверки этого предположения авторы взяли поверхность со свободными группами –NH2 и смазали ее капелькой соляной кислоты, которая привела к образованию химически насыщенных групп –NH3Cl. Водородные связи при скольжении тела по такой поверхности уже не могли образовываться, и зависимость силы трения от скорости послушно изменилась на противоположную.

Почему же водородные связи так влияют на силу трения? Между двумя неподвижными поверхностями образуется густая сеть из таких связей, мелкие детали которой зависят от конкретного расположения двух шероховатых поверхностей. Можно сказать, что в состоянии покоя на границе соприкосновения двух поверхностей возникает «двумерный кристалл» из водородных связей, которые дополнительно удерживают тело от проскальзывания. Если всё же произойдет сдвиг — связи разорвутся, но из-за своей высокой подвижности вскоре воссоединятся вновь. Это можно представить себе как резкое «плавление» кристалла из водородных связей, а затем его рекристаллизацию.

Если два тела скользят очень медленно, меньше скорости, с которой распространяется «волна рекристаллизации», то реорганизация водородных связей поспевает за смещением тела. При повышении скорости движения всё меньшее количество связей будет успевать восстанавливаться при скольжении. Сеть из водородных связей будет похожа уже не на кристалл, а скорее на двумерную жидкость, которая тем «жиже», чем больше скорость скольжения. Всё это приводит к тому, что дополнительная сила трения, возникающая из-за водородных связей, будет уменьшаться.

Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о том, что типичная скорость «волны рекристаллизации» водородных связей — порядка нескольких миллиметров в час. Авторы считают, что еще более аккуратное измерение силы трения позволит не только уточнить это число, но и понять в деталях термодинамические свойства этого нового «сорта вещества» — сложной сетки водородных связей.


Создан миниатюрный ускоритель электронов

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

  Снимок эксперимента: ускоряющий лазерный луч проходит через плазму. Размер камеры — всего 3,3 сантиметра.
Снимок эксперимента: ускоряющий лазерный луч проходит через плазму. Размер камеры — всего 3,3 сантиметра (physorg.com).
Учёные из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли (Lawrence Berkeley National Laboratory) в сотрудничестве с коллегами из Оксфордского университета (University of Oxford) смогли ускорить электроны до энергии в 1 гигаэлектронвольт на расстоянии всего 3,3 сантиметра.

Для сравнения: ускоритель в Стэнфорде (Stanford Linear Accelerator Center) разгоняет электроны до 50 гигаэлектронвольт, но на дистанции в 3,2 километра.

Чтобы добиться такого результата, учёные использовали метод так называемого лазерного кильватерного ускорения. Его принцип заключается в том, что через плазму пропускают мощные лазерные импульсы, оставляющие "след", который физики сравнивают с кильватером.

Этот след представляет собой электроны, которые начинают колебаться (ионы намного тяжелее и остаются почти неподвижными), в результате чего возникает электромагнитное поле. При определённых условиях проведения эксперимента оно может оказаться достаточно сильным для того, чтобы разгонять электроны до околосветовых скоростей.

Учёным из группы Вима Лиманса (Wim Leemans) удалось создать такие условия. Для этого исследователи ионизировали с помощью лазера водород в маленькой камере. Затем — опять-таки, с помощью лазера — в получившейся плазме создали плазменный шнур, игравший роль своеобразного оптоволоконного канала, по которому должны перемещаться электроны.

После небольшой задержки по этому каналу направили третий лазерный импульс, который и сформировал кильватерное ускорение, разогнавшее электроны до энергии в один гигаэлектронвольт.

Этот эксперимент принципиально не отличается от аналогичных опытов, проводившихся в разных лабораториях два года назад. Но тогда удалось получить на порядок меньшие энергии.

В обозримом будущем, по мнению Лиманса, можно будет разгонять электроны до 10 гигаэлектронвольт, правда, для этого понадобится ускоритель длиной в метр. Это, конечно, гораздо больше, чем несколько сантиметров, но и существенно меньше длины любого современного ускорителя.

Результаты эксперимента будут опубликованы в октябрьском выпуске Nature Physics.


Пульсар подтвердил теорию Эйнштейна с точностью 99,95%

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

  Система PSR J0737-3039 в представлении художника (иллюстрация с сайта sciencedaily.com).
Система PSR J0737-3039 в представлении художника (иллюстрация с сайта sciencedaily.com).
Общую теорию относительности, споры вокруг которой не утихают по сей день, удалось подтвердить с высокой точностью. Интересно, что в качестве основного "инструмента исследования" был использован двойной пульсар PSR J0737-3039 — единственный, известный современной науке. Работа проведена международным коллективом учёных под руководством профессора Майкла Кремера (Michael Kramer) из университета Манчестера (University of Manchester) и основывается на данных, собранных за три года наблюдений.

Для сбора сведений о периодичности пульсации PSR J0737-3039 использовалась информация, полученная от радиотелескопов Lovell Telescope, Parkes radio telescope и Robert C. Byrd Green Bank Telescope. Оказалось, что результаты наблюдений во многом совпадают с теорией Эйнштейна.

"Это самая точная проверка общей теории относительности, касающаяся влияния гравитационных полей. Только чёрные дыры могут оказывать больший гравитационный эффект, но их гораздо сложнее наблюдать", — сказал Кремер.

В данном случае учёные исследовали так называемый эффект Шапиро — задержку сигнала при распространении в пространстве-времени, искривлённом гравитационным полем пульсаров.

Пульсары идеально подходят для проведения такого рода исследований: их гравитационное поле очень сильное (примерно в 100 тысяч раз больше, чем у Солнца), и они излучают радиоволны с очень строгой периодичностью, поэтому любые отклонения легко зафиксировать и измерить.

Кроме того, диаметр пульсаров системы PSR J0737-3039 — всего около двадцати километров, из-за чего их можно считать не сферами, а материальными точками, что существенно упрощает расчёты.

Как показали вычисления, сделанные группой Кремера, общая теория относительности верна, а все возможные отклонения от неё составляют не более 0,05%. То есть можно сказать, что теория соответствует действительности как минимум на 99,95%.

Результаты исследования опубликованы в журнале Science.


Исследованы свойства бесполезного красного кислорода

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

  При давлении порядка 13–18 гигапаскалей кислород становится твёрдым веществом красного цвета. При этом его кристаллическая решётка принимает такой вид.
При давлении порядка 13–18 гигапаскалей кислород становится твёрдым веществом красного цвета. При этом его кристаллическая решётка принимает такой вид (иллюстрация Lars F. Lundegaard, Gunnar Weck, Malcolm I. McMahon, Serge Desgreniers, Paul Loubeyre).
Учёные из двух независимых групп — под руководством Малкольма Макмэхона (Malcolm McMahon) из университета Эдинбурга (University of Edinburgh) и во главе с Хироси Фуджихисой (Hiroshi Fujihisa) из Национального института промышленной науки и технологии (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology) — исследовали свойства твёрдого красного кислорода, образующегося при воздействии на этот газ очень высокого давления. Результаты оказались интересными и красивыми, хотя и совершенно бесполезными.

В газообразном состоянии кислород представляет собой молекулы, которые перемещаются в пространстве, сталкиваясь друг с другом. Однако при повышении давления молекулы теснее прижимаются друг к другу, и кислород превращается в бледно-голубую жидкость. А при достижении давления в 5,4 гигапаскаля (примерно в 52 тысячи раз выше атмосферного) — в твёрдое тело такого же цвета.

В 1979 году химики выяснили, что при дальнейшем повышении давления до 10 гигапаскалей твёрдый кислород становится красным. В ходе новых исследований учёные проводили анализ кристаллической решётки кислорода в этом состоянии с помощью рентгеновского излучения. Разница состояла, в первую очередь, в методе.

Если в первом эксперименте кристалл твёрдого кислорода положили на подложку из гелия (при таком давлении гелий стал мягким, "как масло"), то во втором выращенный кристалл размельчили в порошок.

Обе работы дали ошеломляющие результаты.

Обычно при повышении давления химические связи в твёрдом теле разрушаются, а вещество начинает вести себя так же, как и более тяжёлые элементы той же группы. Ожидалось, что атомы образуют группы по 8 штук, составив кольцо, — как это происходит, например, с атомами серы.

Вместо этого атомы организовались по восемь, но образовали не кольцо, а ромбоэдр — фигуру наподобие сплющенного куба; то есть получилась молекула, состоящая из восьми атомов — O8.

Такое неожиданное открытие должно заставить учёных пересмотреть прежние теоретические представления о кислороде в "сгущённом" состоянии.

Интересно, что твёрдый красный кислород не имеет совсем никакой практической ценности. К тому же он создаётся в микроскопических количествах и испаряется, едва давление снижается.

Не может он существовать и в природе: если бы и были возможны высокие давления, заставляющие кислород затвердеть, он всё равно бы быстро соединялся с другими веществами.

"Нет таких астрофизических или геофизических условий, при которых можно найти кислород в твёрдой фазе. Это возможно только в лаборатории", — сказал Поль Лубейр (Paul Loubeyre) из французского Комитета по атомной энергии (Commissariat à l'Energie Atomique), принимавший участие в одном из этих исследований.

Если бы кислород мог сохранять структуру кристаллической решётки после снижения давления, он был бы очень полезен, например, при производстве ракетного топлива, полагает Макмэхон.

Добавим, что в данном случае особенный интерес для науки представляет не столько сам красный кислород, сколько методы, которые дали возможность выяснить структуру этого вещества в твёрдой фазе при столь высоком давлении.

Ещё читайте о смешанном экзотическом и о нанотрубочном состояниях воды, а также о состоянии вещества, называемом фермионным конденсатом.


Биотехнологи построили микромоторы из бактерий

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

  На одном кремниевом чипе исследователи создали 20 тысяч шестиугольных роторов, таких, как этот, приводимых в движение бактериями (Yuichi Hiratsuka, University of Tokyo/PNAS).
На одном кремниевом чипе исследователи создали 20 тысяч шестиугольных роторов, таких, как этот, приводимых в движение бактериями (Yuichi Hiratsuka, University of Tokyo/PNAS).
Юичи Хиратсука (Yuichi Hiratsuka) и его коллеги из японского Национального института технологий (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology) впервые сумели буквально впрячь бактерии в крошечные "хомуты", заставив их вращать вал моторчика, словно лошадей, вращающих вал древнего водяного насоса.

Хиратсука (ныне перешедший в университет Токио — University of Tokyo), воспользовался одними из самых быстрых бактерий — Mycoplasma mobile, которые способны двигаться со скоростью до 1,8 сантиметра в час. Для создания длиной в один микрометр — очень неплохо.

Исследователи построили микроскопическую круговую "беговую" дорожку из белков, в центре — поставили кварцевый ротор (диаметром 20 микронов), а сами бактерии покрыли витамином B7, который помогал им лучше удерживаться на дорожке.

Неизвестно, кто выступил погонщиком, но бактерии дружно впряглись в ротор и начали его вращать на скорости от 1,5 до 2,6 оборотов в минуту.

Вращающий момент нового двигателя был в 10 тысяч раз меньше, чем у самых маленьких электрических микромоторов, существующих сегодня. Но, говорят авторы работы, момент можно нарастить, увеличив число микробов, запряжённых в один ротор с нескольких штук до сотни.

Зато, в отличие от известных микроэлектромеханических систем, новый мотор может работать во влажной среде и не требует электропитания — бактериям нужно лишь скармливать глюкозу.

Такие моторы могут приводить в движение микромеханизмы, к примеру, микроскопические жидкостные насосы лабораторий на чипе, или даже вращать микрогенераторы для выработки тока.

В будущем, для устранения малейших сомнений в биологической безопасности устройства, японский учёный намерен создать подобный мотор не из живых, а из мёртвых бактерий, названных им "призраками", которые сохранят свой движущий механизм и также смогут работать в моторе при поставке необходимых веществ.

Читайте также о бактериях, которые строят коллективную живую электросеть и путешествовуют по микросхемам. Узнайте также двигателе, созданном из пары капель металла, а также о солнечном одномолекулярном моторе.


Плутон лишили почетного звания "ПЛАНЕТА"

Источник: «Известия Науки - Новости»

Плутон, считавшиеся самой отдаленной планетой солнечной системы, отныне ей не является. Такое решение принял съезд Международного союза астрономов, состоявшийся сегодня в столице Чехии. Таким образом число небесных тел, именуемых планетами, в нашей солнечной системе сократилось до восьми, сообщает CNN.

Сегодня ведущие астрономы мира проголосовали за определение термина "планета", разработанное специальной комиссией. Согласно нему в Солнечной системе насчитывается восемь планет, а также группа "плутонообразных" планет-карликов, в число которых войдет Плутон, его крупный спутник Харон и некоторые другие, довольно массивные космические объекты.

В отдельную категорию вписаны "менее крупные тела в Солнечной системе". Если это определение не будет принято, ученые приступят к разработке нового варианта. Об этом сообщает NEWSru.com.

Напомним, что первоначально планировалось принять широкое определение, в соответствии с которым число планет увеличилось бы до двенадцати и даже больше. В число планет, в частности попали бы крупнейший объект пояса астероидов Церера и находящийся еще дальше Плутона объект 2003 UB313. При этом Плутон и ему подобные объекты выделялись в отдельный класс планет - плутоны. Однако затем было предложено альтернативное определение, согласно которому планета не только должна вращаться вокруг звезды, не быть звездой или спутником и иметь гидростатически равновесную форму, но и быть однозначно самым крупным объектом в районе своей орбиты.

В итоге, после серии обсуждений на голосование было решено выдвинуть определение, близкое ко второму варианту. Согласно ему, классическими планетами Солнечной системы будут считаться тела, вращающиеся вокруг Солнца, имеющие гидростатически равновесную форму и "расчистившее" область в районе своей орбиты от других, более мелких, объектов.

Карликовыми планетами будут считаться объекты, вращающиеся вокруг Солнца, имеющие гидростатически равновесную форму, но не "расчистившие" близлежащее пространство и не являющиеся спутниками. Сюда будут относиться крупные астероиды вроде Цереры, Плутон, Харон и другие крупные транснептуновые тела. Для обозначения последних предлагается использовать термин "плутоновые объекты", так как первоначально предложенный термин "плутоны" не понравился геологам - в английском языке термином pluton называют интрузию изверженных горных пород.

Таким образом, с завтрашнего дня в Солнечной системе, скорее всего, останется восемь планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Об этом сообщает "Компьюлента".


Баллистический транзистор играет электронами в атомный бильярд

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

В погоне за скоростью компьютеров учёные часто направляют усилия на совершенствование базового кирпичика точной техники – транзистора. Как правило, их разработки – это улучшение прежних устройств. Но с появлением транзистора нового типа в сфере высоких технологий скоро может произойти настоящая революция.

Специалисты из университета Рочестера (University of Rochester) объявили о создании баллистического транзистора — устройства, которое должно стать прибором нового поколения.

По словам участника разработки Квентина Дайдука (Quentin Diduck), благодаря нововведению для компьютерной техники станут доступны скорости, измеряемые терагерцами.

Как говорит учёный, предыдущие разработки предлагали различные модификации дизайна уже существовавших моделей, но на этот раз было предложено нечто принципиально новое.

В основе прибора – полупроводниковый материал, в котором электроны находятся в состоянии двумерного электронного газа. Внутри этого полупроводника электроны в таком состоянии движутся без столкновений с атомами примесей, которые могли бы ухудшить работу транзистора.

  Модель баллистического транзистора. В зависимости от приложенного поля электрон (обозначен на схеме жёлтым шариком) будет двигаться к одному или к другому выводу, и на выходе будет получаться сигнал
Модель баллистического транзистора. В зависимости от приложенного поля электрон (обозначен на схеме жёлтым шариком) будет двигаться к одному или к другому выводу, и на выходе будет получаться сигнал "1" или "0" (иллюстрация с сайта rochester.edu).

Принцип действия баллистического транзистора (точнее он называется баллистический транзистор с отклоняющим полем — ballistic deflection transistor, BDT) основан на отклонении электрическим полем отдельных электронов, которые перемещаются, по словам разработчиков, "будто бы в атомном бильярде".

Кроме того, как говорят создатели, преимущество BDT по сравнению с обычным транзистором в том, что нет надобности управлять электронами "грубой силой" – достаточно подтолкнуть их "на входе" в нужную сторону, а дальше они будут "бесплатно" перемещаться "за счёт инерции" в требуемом направлении.

Здесь первоначально движение электрона происходит по прямой линии и отклоняется в одну или в другую сторону приложенным полем. Затем он движется в одном из двух направлений: в одном случае "на выходе" будет сигнал, условно принятый за "0", в другом – за "1". Как это происходит, вы можете посмотреть в видеоролике (файл WMV; 3,14 мегабайта).

Предложенный вариант устройства должен выделять существенно меньше тепла и работать намного быстрее. Ведь в нём происходит непрерывный поток электронов, которые не останавливаются, как это происходит в обычных давно существующих транзисторах, ведь в них именно на это тратится очень много энергии. Так что вдобавок ко всему можно сказать, что движение электронов в BDT будет если и не совсем бесплатным, то уж точно очень дешёвым.

Более того, повышение температуры не только создаёт проблемы, связанные с безопасностью техники, но и изменяет вольт-амперные характеристики полупроводниковых материалов. При создании приборов на основе полупроводников их разработчикам постоянно приходилось учитывать этот факт, но теперь, похоже, это будет уже не такой значительной трудностью.

BDT — достаточно современное устройство, и для его создания требуются передовые нанотехнологии, которые были недоступны ещё несколько лет назад. Но пока что разработка очень далека от промышленного внедрения, хотя она, безусловно, представляется чрезвычайно полезной и перспективной. Именно по этой причине исследовательская группа, занимающаяся BDT, получила грант от американского Национального научного фонда США (National Science Foundation) на сумму в $1,1 миллиона.


Разработан прибор, способный считать отдельные атомы

Источник: «Известия Науки - Новости»

Игорь Тепер (Igor Teper), Ю-Джу Линь (Yu-Ju Lin) и Владан Вулетич (Vladan Vuletic) из Массачусетского технологического института (Massachussetts Institute of Technology) разработали прибор, способный считать отдельные атомы.
Технология основана на регистрации фотонов, рассеиваемых охлажденными практически до температуры абсолютного нуля (минус 273 градуса по Цельсию), атомами в магнитной ловушке. В демонстрационных экспериментах использовались атомы рубидия. Рассеиваемые фотоны могут измеряться двумя методами – флуоресцентным и абсорбционным. В настоящее время достигнута 75%-ная эффективность регистрации единичного атома в течение 250 микросекунд.
Новый прибор является важным продвижением в экспериментальной физике, открывающим недоступные ранее возможности. Он будет использоваться в фундаментальных исследованиях, требующих точной информации о числе атомов, участвующих в том или ином процессе. Об этом сообщает Радио Свобода.


Ртутные часы поставили рекорд точности

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

Экспериментальные атомные часы, основанные на одном атоме ртути — в пять раз точнее любой аппаратуры для измерения времени, существовавшей до сих пор. Об этом достижении исследователи из Национального института стандартов и технологий (NIST) сообщили в статье в журнале Physical Review Letters.

Последние 50 лет стандарты времени, базировавшиеся на частоте перехода между энергетическими уровнями цезия-133, считались самыми точными в мире. Но учёные NIST предложили ещё более качественный подход к измерению времени. Их экспериментальные часы регистрируют переходы между энергетическими уровнями иона ртути, содержащегося в электромагнитной ловушке.

Этот ион генерирует колебания на оптических частотах, которые намного выше микроволновых, использовавшихся ранее в цезиевой аппаратуре, что позволит делать измерения намного точнее.

Цезиевые часы, созданные в NIST, могут "потерять" не больше одной секунды за 70 миллионов лет непрерывной работы. Преимущество последнего варианта ртутных часов состоит в том, что отстать или "убежать" на секунду они могут только через 400 миллионов лет.

Такое высокоточное измерение времени может пригодиться, например, для синхронизации в системах глобального позиционирования, в телекоммуникационных сетях, беспроводных и межпланетных сообщениях. Что касается более "земных" приложений, то ртутные атомные часы могут найти применение в сфере безопасности или медицине.

Но эти измерения можно использовать ещё в одной области, которая очень интересует физиков: их давно занимает вопрос о том, изменяются ли фундаментальные константы со временем (похоже, что да), и ответить на этот вопрос можно только с помощью высокоточных измерений.

Читайте также о портативных атомных часах. Остаётся надеяться, что всё это действительно пригодится, ведь есть мнение, что время – это только иллюзия...


Создан самый быстрый в мире суперкомпьютер

Источник: «Известия Науки - Новости»

Самый быстрый в мире суперкомпьютер MDGRAPE-3 производительностью 1 квадриллион операций в секунду создан в Японии сотрудниками исследовательского института "Рикэн" совместно со специалистами американской корпорации "Интел" и японской "Эс-Джи-Ай Джапан".
Суперкомпьютер предназначен для биологических исследований, в том числе изучения белка, анализа причин болезней на молекулярном и атомном уровне и разработки эффективных лекарственных препаратов. Он установлен в одном из исследовательских центров института в городе Иокогама, занимая площадь порядка 60-80 квадратных метров. Пиковая производительность MDGRAPE-3 почти в три раза выше, чем у считавшегося до сих пор самым быстрым суперкомпьютера "БлюДжин/Л" американской корпорации Ай-Би-Эм, который может производить "всего" 360 триллионов операций в секунду. Об этом сообщает ИТАР-ТАСС.


Создан ультразвуковой лазер

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

Ричард Вивер (Richard Weaver) и Олег Лобкис (Oleg Lobkis) из университета Иллинойса (University of Illinois at Urbana-Champaign), а также Алексей Ямилов (Alexey Yamilov) из университета Миссури (University of Missouri — Rolla) создали ультразвуковой аналог лазера — источника когерентного и монохромного излучения.

Новый прибор получил название уазер или уэйзер (uaser). Как и его оптический аналог, он генерирует ультразвуковые волны одной частоты и фазы. "Мы продемонстрировали, что природе лазера можно подражать в классической (не квантовой) механике. В звуке вместо света", — сказал Ричард Вивер.

Чтобы сделать уазер, авторы работы установили множество пьезоэлектрических автогенераторов на блоке из алюминия, который послужил упругим ("акустическим") телом, аналогом рабочего тела лазера. Когда внешний источник звука приложили к телу, эти генераторы синхронизировали свою работу с его тоном.

"Тщательно проектируя преобразователи, мы можем добиться правильных фаз и произвести (в блоке) стимулируемую эмиссию. В результате выходная мощность растёт как квадрат от числа генераторов", — пояснил Вивер, добавив, что, хотя данный прибор ещё не создаёт узкий луч ультразвука, "нет никакой причины, почему бы мы не смогли также спроектировать уазер, способный производить узкий, очень направленный луч".

А такой источник звука может пригодиться в физических экспериментах с различными материалами, полагают авторы установки.


В магнитном поле зарегистрировано исчезновение третьего измерения

Источник: «Известия Науки - Новости»

Американские исследователи из национальной лаборатории в Лос-Аламосе (Los Alamos National Laboratory) провели важный эксперимент в области квантовой физики. Они зарегистрировали исчезновение третьего измерения в приложенном к веществу магнитном поле: поле стало плоским. Этот квантовый эффект, предсказанный ранее теоретически, экспериментально подтвержден впервые. Феномен наблюдали в кристаллах барий-медного силиката в очень сильном магнитном поле – около 23 тесла при сверхнизкой температуре - 1-3 градуса выше абсолютного нуля. Об этом сообщает Радио Свобода.


Скаченные из Интернета рефераты будет определять специальная система обнаружения.

Источник: «Известия Науки - Новости»

Плагиат чужих мыслей может дорого обойтись студенту: российские компьютерщики разработали специальную систему для обнаружения плагиата. Заказчиком выступил ректор одного из российских вузов.
Свое изобретение компьютерщики назвали "Антиплагиат". Работает программа проще некуда: открываешь сайт программы, загружаешь документ, например, дипломную работу. Компьютер ищет в сети похожие тексты, и через 5 секунд выдает вердикт: текст на 40% украден из интернета. Здесь же ссылки на настоящего автора.
Создатели системы ставят своей целью повышение качества российского образования, преимущественно в тех его составляющих, где от учащегося требуется применение творческих усилий при написании рефератов, дипломных работ или сочинений. Программа призвана "побудить обучающихся к самостоятельному написанию текстов, а не создания их, например, путем компиляции найденных в интернете страниц, касающихся заданной тематики". Однако чем обернется "программа разоблачений" в действительности, пока сказать трудно.
Система работает совсем недавно, но уже имеет собственных поклонников, среди них и преподаватели Московского института экономики, менеджмента и права. Они, как отмечает телеканал НТВ, оказались самыми любознательными: уже вторую сессию здесь не обходятся без современного детектора лжи. Справедливости ради стоит заметить, что преподаватели не забыли протестировать и собственные научные работы. Оказалось - все чисто. Потом проверили репутацию любимых выпускников прошлых лет, и пожалели об этом - процент заимствования был от 50 до 80.
"Поиск совпадений осуществляется методом сравнения последовательностей символов без учета языковых особенностей и речевых взаимосвязей", - рассказал CNews Глеб Никитов, руководитель разработки AntiPlagiat.ru, - за счет этого достигается высокая, в несколько секунд, скорость поиска совпадений. К тому же, система позволяет бороться с плагиатом на любом языке - в этом состоит ее преимущество перед западными аналогами, например, TurnItIn.com".
На данный момент сервис работает в тестовом режиме, при этом создатели системы отмечают стабильную работу механизма поиска совпадений. Система работает с форматами HTML, RTF, PDF, .txt, .doc. Анализ текста объемом 5 тысяч знаков осуществляется за несколько секунд. На сегодняшний день AntiPlagiat.ru проводит анализ текста более чем по 4 миллионам источников. В будущем разработчики планируют значительно пополнить базу. Об этом сообщает NEWSru.com со ссылкой на CNews.


Физики решили одну из проблем ядерного синтеза

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

  Разрез международного термоядерного реактора ITER, который должен быть построен к 2014-2015 году (иллюстрация с сайта iter.org).
Разрез международного термоядерного реактора ITER, который должен быть построен к 2014-2015 году (иллюстрация с сайта iter.org).
Нестабильное состояние плазмы на её внешних границах (так называемые потоки edge localised modes — ELM), в токамаках — реакторах ядерного синтеза — это одна из главных проблем, препятствующих таким устройствам превратиться в рентабельные источники энергии. Теперь исследователи под руководством Тодда Эванса (Todd Evans) из американской компании General Atomics решили эту проблему.

Огромные камеры в форме пончика, в которых при помощи системы магнитных полей удерживается горячая плазма, в будущем могут стать основой энергетических реакторов ядерного синтеза. Пока же на работу таких экспериментальных машин уходит больше энергии, чем её получается в результате синтеза ядер.

Огромным шагом на пути к электростанциям ядерного синтеза должен стать крупнейший в мире токамак — ITER, возводимый сейчас во Франции совместными усилиями Евросоюза, Индии, Китая, Южной Кореи, России, США и Японии.

Этот термоядерный реактор, пусть ещё не промышленный, а экспериментальный, должен впервые продемонстрировать работоспособность и оправданность технологии. Если удастся решить ряд технических проблем. ELM — одна из них.

Такие потоки, несмотря на ограждающее магнитное поле, вызывают ускоренную эрозию стенок реактора, из-за чего их придётся довольно часто менять. А это — колоссальные расходы, ставящие под сомнение дешевизну энергии синтеза. К тому же, материал со стенок загрязняет плазму, снижая эффективность реактора.

Новая работа, выполненная в General Atomics, показывает путь решения проблемы: оказывается, дополнительное маленькое резонансное магнитное поле, вырабатываемое специальными катушками, расположенными в реакторе, создаёт "хаотическое" вмешательство на краю плазмы, которое мешает формироваться потокам, способным разрушать стенки.

Узнайте также о других необычных идеях и проектах в области как термоядерной энергетики, так и обычной — ядерной.


Японцы создали мысленный интерфейс между мозгом человека и роботом

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

  Пояснения в тексте (фото Honda).
Пояснения в тексте (фото Honda).

Международный институт передовых телекоммуникационных исследований (ATR), расположенный близ Киото, совместно с компанией Honda, разработал и продемонстрировал в действии новый тип связи между человеком и машиной. Робот-манипулятор подчинялся мыслям испытуемого, без всякой видимой связи с ним.

Новый интерфейс мозг-машина (Brain Machine Interface — BMI) основан на ежесекундном анализе картины активности участков мозга, получаемой через магниторезонансное сканирование, а также на хитроумной программе, которая по этим данным вычисляет нервные сигналы в мозге, распознавая по ним выполняемые человеком движения (кисти и пальцев).

Пусть задержка между жестом человека и повторением движения манипулятором составляла примерно 7 секунд, всё равно достижение впечатляет. Тем более, что точность распознавания достигла 85%.

Проект BMI основан на исследованиях доктора Юкиясу Камитани (Yukiyasu Kamitani) из вычислительной лаборатории неврологии ATR (ATR CNS) (подробнее — в пресс-релиз Honda, там же — фотографии в высоком разрешении).

О предыдущих работах в этой области мы рассказывали неоднократно: раз, два, три, четрые и пять.

Но авторы этого эксперимента особо подчёркивают два момента, отличающие их достижение от сходных ранних работ: здесь нет электродов, внедрённых в мозг, и даже просто контактов (которыми снимают энцефалограмму, к примеру), да и вообще — какого-либо соприкосновения с человеком.

И что ещё интереснее, правильное распознавание жестов машиной происходит в реальном времени, с первой попытки и на нетренированном "подопытном". Ранее людям приходилось стараться, чтобы получить от машины, считывающей мозговую деятельность (например — считывая мозговые волны), однозначно чёткую и видимую реакцию на свои мысли — нужное движение шарика на экране компьютера или ещё что-то подобное.

В этом смысле показателен необычный "мозговой футбол".

Авторы же новой работы отмечают, что их программу можно модифицировать для распознавания "движений мысли" по анализу иных мозговых сигналов, что в будущем позволит миниатюризировать технологию, отказавшись от огромного магнитного томографа.

На фото в заголовке: слева — человек в магниторезонансном сканере показывает пальцами знаки ("камень-ножницы-бумага"); справа: робот копирует его движения; на врезке — управление роботом происходит благодаря анализу рисунка активных зон мозга.


Создан луч света с отрицательной скоростью

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

Роберт Бойд (Robert Boyd), профессор оптики из университета Рочестера (University of Rochester), сумел придать пучку света "отрицательную" скорость, при которой пик импульса двигался не от источника, а к нему.

Нужно вспомнить, что особым образом изменяя среду, через которую проходит свет, применяя пары рубидия, различные кристаллы, скрещивающиеся лучи лазеров и тому подобное, физики давно научились управлять скоростью светового импульса — замедляя его в десятки тысяч раз, а то и вовсе "замораживая".

Важно понимать, что во всех этих случаях речь идёт о групповой скорости, которая характеризует быстроту распространения горба импульса света. Из-за дисперсии (рассеивания) в определённой среде горб этот может двигаться на несколько порядков медленнее, чем каждый фотон в отдельности, а также, в каких-то условиях, и наоборот — быстрее скорости света в вакууме.

О нарушении законов природы тут речи нет, так как самые первые фотоны в импульсе добегают до противоположного конца своей "испытательной дорожки" не быстрее тех самых 300 тысяч километров в секунду, и информация "быстрее света" не передаётся. В случае же остановки света речь идёт о поглощении импульса специально подготовленной средой с последующим повторным излучением его, с сохранением всех параметров исходного пучка. Так сказать "до последнего фотона".

После этого краткого экскурса становится понятным и то, что удалось проделать Бойду. Он сумел изготовить среду, в которой скорость горба импульса была отрицательной — то есть, направленной к источнику излучения.

Для этого "чуда" Бойд применил оптоволокно, легированное эрбием. Импульс, выходящий из лазера, он делил на две части. Один луч направлялся в то самое экспериментальное волокно, а второй посылался к концу установки без помех. Второй луч служил в роли репера, для сравнения.

С первым же лучом происходила удивительная вещь. Ещё до того, как пик его импульса входил в эрбиевое волокно, на дальнем конце этого волокна уже появлялся пик излучения, опережая даже реперный луч, бегущий свободно. Если говорить о групповой скорости, получалось, что первый луч превышал скорость света, и даже "опережал время" — так как выходил из конца волокна до того, как попадал в его начало.

Выяснилось, что само волокно, фактически, генерирует горб на дальнем своём срезе, когда первые порции фотонов из ведущего фронта лазерного импульса, предшествующего пику, достигают его.

Но самое любопытное заключалось в другом открытии — одновременно с посылкой горба импульса вперёд, дальний конец волокна создавал второй горб-близнец, который распространялся в обратном направлении, добегая до начала опытного волокна как раз к моменту, когда исходный оригинальный импульс только лишь входил в него.

Лучше всего принцип "обратного света" виден на этой анимации (MPEG, 1,62 мегабайта).


Обнаружено свидетельство непостоянства природной константы

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

Группа физиков из нидерландского университета Vrije Universiteit, Физико-технического института имени А.Ф.Иоффе и парижского астрофизического института (Institut d'Astrophysique de Paris) нашла свидетельство, что со времени младенчества Вселенной одна из природных констант изменилась.

Речь идёт о "мю" (μ) — отношении масс протона и электрона. Если результаты новго эксперимента верно интерпретированы, то за последние 12 миллиардов лет μ уменьшилась на 2 тысячных процента (текущее значение этой константы 1836,153).

Проявилось это изменение в разном поглощении света водородом: в космосе (изучался свет, выпущенный двумя далёкими квазарами и прошедший через холодные межзвёздные водородные облака) и в лаборатории (лазерные лучи прошедшие через лабораторную установку).

Поскольку длины поглощаемых водородом волн зависят от значения μ — крошечное отличие в измеренных длинах (но больше, чем ошибка измерений) говорит об отличии этой константы в прошлом, что добавляет ещё один кирпичик в пользу набирающих популярность представлений, будто природные константы — и не константы вовсе и за миллиарды лет могут постепенно меняться. Сами процессы поглощения света в случае с квазарами и лабораторным опытом как раз разделяли миллиарды лет.

Результат исследования был опубликован в Physical Review Letters.

Ранее, кстати, учёные обнаружили свидетельство непостоянства другой постоянной — альфы — постоянной тонкой структуры.

И то, и другое наблюдение говорит в пользу теории струн, предполагающей такие космологические изменения на протяжении развития Вселенной. Непостоянство констант может быть отражением наличия в природе дополнительных пространственных измерений.

Потому данное открытие вполне может служить ещё одним поводом для пересмотра текущих представлений об устройстве Вселенной.


Антиматерия домчит обитаемый корабль к Марсу за полтора месяца

Космические двигатели на антивеществе куда ближе, чем принято думать. Они могут быть сравнительно недорогими и безопасными. Главное - выбрать оптимальный вариант конструкции. Ведь тут исследованы далеко не все возможные схемы. Так считает маленькая компания из Санта-Фе.

Используя двигатель на антиматерии, лёгкий пилотируемый корабль мог бы достичь Марса за 45-90 дней, вместо примерно полугода с химическими двигателями и сотнями тонн топлива или ионными двигателями, питаемыми солнечными батареями, величиной с пару футбольных полей. Это впечатляет, но насколько двигатели на антивеществе могут быть реальны, с точки зрения техники сегодняшнего дня?

Институт перспективных концепций аэрокосмического агентства США (NIAC) финансирует небольшую американскую компанию Positronics Research, которая уже не первый год занимается разработкой и постройкой опытных устройств для работы с антиматерией, всевозможных магнитных ловушек, в частности.

Недавно компания представила две новые концепции космических двигателей на антиматерии, отличающиеся от ранее известных схем.

Напомним, античастицы похожи на своих обычных "родственников", но несут противоположный заряд. "антиблизнец" электрона - позитрон, заряжен положительно, а "антивариант" протона — антипротон - отрицательно.

При столкновении материи и антиматерии высвобождается огромное количество энергии в виде излучения, в соответствии со знаменитой формулой Эйнштейна (E = mc2). И это значит, что долей грамма антивещества по заложенной в нём энергетике хватило бы для путешествия корабля к Марсу.

Проблем, если упрощать, всего две: хранение антиматерии на борту и рациональный способ использования её огромной энергии. Новый взгляд на эти задачи и предлагает Positronics Research.

Главная идея: эта компания считает, что топливом для кораблей будущего должны стать позитроны, а не антипротоны или какие-нибудь ядра антигелия, как предлагалось ранее.

Выбор этот обоснован так. При реакции аннигиляции материи и антиматерии рождаются гамма-лучи высокой энергии, что в случае пилотируемого аппарата влечёт за собой включение в конструкцию тяжелейшей защиты. От таких лучей не только сложно защищаться, их и использовать-то для привода корабля - затруднительно. То есть, значительная часть энергии будет улетать прочь.

Аннигиляция позитронов рождает гамма излучение с энергией примерно в 400 раз меньшей. И это хорошо с самых разных точек зрения.

Схема ракетного двигателя типа "Позитронный реактор" (иллюстрация Positronics Research).

Схема ракетного двигателя типа "Позитронный реактор" (иллюстрация Positronics Research).

Первый вариант своего двигателя авторы назвали "Позитронный реактор" (Positron reactor). Предполагается, что энное количество позитронов (сотые доли грамма) было бы наработано на земных установках и помещено в большое число миниатюрных магнитных капсул-ловушек. Капсулы эти по очереди, но с большой частотой, направляют в центр реактора, наполненного специальным теплообменником - матрицей.

В центре реактора ловушку выключают, позитроны взаимодействуют с её веществом и дают вспышку излучения, нагревающего матрицу. Через матрицу пропускают водород, который разогревается и с большой скоростью истекает из сопла двигателя.

Часть горячего водорода отводится для привода насоса, а холодный водород из бака, прежде чем попасть в реактор, проходит через двойные стенки сопла - для его охлаждения.

Позитронный реактор мог бы дать удельный импульс в 900 секунд, сообщают исследователи. То есть, на каждый грамм израсходованного за секунду рабочего тела (водорода) он дал бы 900 граммов тяги.

Это примерно в 2-3 раза выше, чем у химических двигателей. Что означает аналогичное уменьшение необходимого для полёта, например, к Марсу топлива, снижение общего веса корабля, а значит - снижение необходимой для его разгона силы тяги.

Заметим, ионные двигатели дают намного больший удельный импульс, но требуют мощного источника электрической энергии извне: или от чудовищно-гигантских солнечных панелей, или - от небольшой атомной электростанции на борту.

Позитронный же реактор энергетически вполне самодостаточен и технически сравнительно прост. И в этом его колоссальное преимущество перед ионниками.

К тому же, на данном принципе ничто не мешает создать мощный позитронный привод, способный вывести корабль на околоземную орбиту. А ионники на это неспособны, они хороши лишь для межпланетных перелётов.

Что до гипотетических маленьких капсул с ловушками для позитронов - такими вещами как раз и занимается сейчас компания из города Санта-Фе в штате Нью-Мексико.

Второй вариант привода назван "Абляционный позитронный двигатель" (Ablative positron engine). Капсулы с магнитными ловушками, в которых хранятся позитроны, здесь ещё покрыты слоем свинца.

Аннигилируют капсулы в широком сопле двигателя. Но зачем свинец? Он поглощает мощную гамма-радиацию от аннигиляции и переизлучает этот поток энергии в виде рентгеновских лучей.

Рентгеновские же лучи, в отличие от гамма-радиации, очень хорошо поглощаются тончайшим слоем специального покрытия сопла. Эти слои в двигателе постепенно испаряются и дают тягу.

Расчётный удельный импульс абляционного позитронного привода составляет 5 тысяч секунд.

"Самое существенное преимущество этих схем - безопасность", — говорит физик из Йельского университета (Yale University), один из лидеров компании Positronics Research, Джеральд Смит (Gerald Smith).

Данные установки не производят высокоактивных отходов, как, к примеру, атомные реакторы, что снимает вопрос об утилизации такого корабля.

В случае несчастья на старте (если по какой-то немыслимой причине отключатся все капсулы-ловушки) такой корабль не выбросит в атмосферу радиоактивных веществ. Будет лишь короткая гамма-вспышка и взрыв, вполне сравнимый по силе со взрывом обычной химической ракеты. Так что зона безопасности вокруг старта может составлять всего километр.

"По грубой оценке, чтобы произвести 10 миллиграммов позитронов, необходимых для пилотируемой марсианской миссии, нужно приблизительно $250 миллионов; с использованием технологии, которая в настоящее время развивается, — заявил мистер Смит. - Основываясь на опыте ядерной технологии, кажется разумным ожидать, что стоимость производства позитронов снизится с большим количеством исследований".

Вместе со сравнительной простотой позитронного привода эти цифры означают, что полёты на антиматерии - куда ближе к реальности, чем полагали многие ещё недавно. Не зря NIAC выделил Positronics Research средства на подробное изучение и отработку этой технологии.

Напомним, ранее американцы уже показывали эскизы ряда космических двигателей на антиматерии, однако, там применялись антипротоны, причём не столько для создания тяги непосредственно, сколько для катализа ядерных и термоядерных реакций.

Пусть удельный импульс тех "гибридов" был бы существенно выше позитронного аппарата, но зато сложность и практическая реализуемость (в обозримом будущем) - явно ниже.

Если специалисты из Positronics Research будут быстро продвигаться в данном исследовании, может оказаться, что к первым пилотируемым полётам на Марс позитронный привод дойдёт до стадии опытных образцов.

Зафиксирован переход материи в антивещество и обратно

Источник: «Известия Науки - Новости»

В ходе экспериментов в американской Национальной лаборатории ускорителей элементарных частиц им.Ферми установлено, что смена состояний вещества и антивещества происходит со скоростью 2,8 трлн. раз в секунду.

По словам специалистов, раскрытие механизмов антивещества имеет решающее значение для разгадки тайны зарождения Вселенной.

Теоретически процесс перехода Bs мезона в анти-Bs мезон был вычислен японскими физиками Макото Кобаяси и Тосихидэ Масукавой в 1973 году. Об этом сообщает ИТАР-ТАСС.

Физики доказали, что варёное яйцо может прыгать

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

Два года работы, специально построенная машина, связанная с быстродействующими видеокамерами, микрофонами и датчиками — всё это потребовалось команде японских исследователей, чтобы наконец доказать: вращающееся яйцо, сваренное вкрутую, может подпрыгивать.

Четыре года назад Ютака Симомура (Yutaka Shimomura) из университета Кейо (Keio University) и кембриджский физик Кит Моффэтт (Keith Moffatt) показали: если положить яйцо на бок и раскрутить, оно примет вертикальное положение, и виновата в этом, по большей части, сила трения. Также учёные предсказали, что те же самые силы должны заставить яйцо совершать небольшие прыжки.

Чтобы проверить эту гипотезу, группа Симомуры сделала устройство, способное "идеально" вращать яйца. Это было необходимо, так как следовало убедиться, что эффект происходит не из-за восходящего движения, связанного с вращением вручную.

Машина для вращения яйца со скоростью 1800 оборотов в минуту была построена, и начались эксперименты с металлическим яйцом. Его горизонтально положили на плиту из полированной меди, раскрутили машиной и сняли вращение быстродействующими камерами.

На предполагаемый зазор между яйцом и пластиной был направлен свет, параллельно с этим микрофоны улавливали возможные звуки, кроме того, датчики фиксировали возможный перерыв в физическом контакте между двумя объектами, обнаруживая изменение в электрической ёмкости медной пластины.

Убедившись в том, что металлическое яйцо действительно подскакивает, исследователи взяли настоящее, сваренное вкрутую яйцо и увидели то же самое: скачки, на высоту меньше одной десятой миллиметра продолжительностью несколько тысячных долей секунды.

Симомура говорит, что скачки связаны с колебаниями вращающегося яйца, которые, в свою очередь, вызваны случайными, небольшими колебаниями в условиях вращения, типа асимметрии яйца или грубой поверхности. Это делает "подъём" яйца несколько судорожным, из-за чего и происходят прыжки.

Теперь учёные надеются выяснить, случаются ли скачки в случае с сырыми яйцами, движение которых усложнено хлюпаньем жидкого желтка.

Они объясняют, что крошечные случайные колебания являются обычным явлением для разных "технических ситуаций", типа бурных потоков воздуха или воды вокруг больших объектов. Таким образом, учёные думают, что подскакивающее яйцо — хороший "игрушечный" пример важного и широко распространённого процесса.


Создан диод, состоящий из одной-единственной молекулы

Источник: «Известия Науки - Новости»

Ученые из США и России создали диод, состоящий из одной-единственной молекулы, и теоретически обосновали механизм его действия. Согласно объявлению Национального научного фонда США, основными соавторами работы были Люпин Ю из Чикагского университета и Иван Олейник из РАН, работающий ныне в Южнофлоридском университете в США. Отчет об их исследованиях опубликован в научном бюллетене "Физикал ревью леттерс". Судя по описанию в пресс-релизе ННФ, в качестве диода использовалась молекула, пропускающая ток лишь в одну сторону, благодаря своей асимметричной структуре. Это позволяет надеяться, что со временем молекулярные диоды придут на смену кремниевым в компьютерных микросхемах. Это будет иметь огромное значение для развития электронных нанотехнологий. Об этом сообщает ИТАР-ТАСС.


Определена масса частицы, прежде считавшейся невесомой

Источник: «Известия Науки - Новости»

Физики из американской Национальной лаборатории Ферми оценили массу нейтрино - элементарной частицы, которая раньше считалась "невесомой", сообщает Innovations Report. Частицу "взвешивали" в ходе международного эксперимента MINOS (Main Injector Neutrino Oscillation Search), начавшегося в прошлом году.

Как известно, нейтрино свободно преодолевает толщу вещества, и поэтому экспериментаторы направляли пучок частиц, сгенерированных в лаборатории, сквозь земную кору на расстояние в 735 километров, которое отделяло генератор в штате Иллинойс от детектора в штате Миннесота, погруженного 800-метровую шахту. Ученые обнаружили, что по пути теряется примерно одна стотысячная массы электрона в расчете на одну "исчезувшую" частицу.

Существование нейтрино было предсказано физиком-теоретиком Вольфгангом Паули в 1931 году, а в 1956 году его впервые сумели зафиксировать экспериментаторы. Как выяснилось позже, существуют три "версии" частицы - электронное, мюонное и тау-нейтрино, причем ее тип изменяется при прохождении сквозь вещество (это явление, открытое сравнительно недавно, называют "нейтринной осцилляцией"). В эксперименте MINOS исходный пучок состоял из мюонных нейтрино, которые во время путешествия совершали "осцилляции" или исчезали.

Экспериментаторы полагают, что их результаты будут востребованы астрофизиками: нейтрино рождаются во время ядерных реакций внутри звезд и составляют значительную часть "космических лучей" - потока, попадающего из космоса в земную атмосферу. В частности, считается, что выброс частиц сопровождает взрывы сверхновых, где продуктом реакции протонов и электронов становятся нейтроны и нейтрино. Об этом сообщает Lenta.ru.


Ядерные молекулы

Источник: «Новости физики УФН»

M.Freer (Бирмингемский университет, Великобритания) и его коллеги установили, что ядро 10Be состоит из двух отдельных альфа-частиц и двух нейтронов в пространстве между ними, напоминая двухатомные молекулы. Нейтроны создают силу притяжения между альфа-частицами. Кластерная структура имеется и у многих других ядер, но у 10Be она оказалась наиболее выражена. Размер подобной "ядерной молекулы" составляет несколько ферми 10-15м, а ее время жизни всего 10-21с. Ядра 10Be получались путем столкновения пучка ядер 6He с газообразным 4He. Ядра 6He предварительно производились в столкновениях протонов с литием. Распад "ядерных молекул" происходил на те же исходные ядра 6He и 4He. Структура "ядерных молекул" была выявлена через характеристики их вращения, изучаемого по кинематике продуктов распада.


Физик заставил каплю воды подняться по лестнице

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

  Движение капли идёт влево и вверх.
Движение капли идёт влево и вверх (кадры с видео).

Хайнер Линке (Heiner Linke) из универститета Орегона (University of Oregon) поставил занятный опыт по самостоятельному перемещению капли воды верх миниатюрной по лестнице.

Хотя наклон этой лестницы был очень небольшой, капля всё же бежала в гору. Вот видео (формат MOV).

Опыт основан на широко известном явлении: каплю воды бросают на очень горячую сковороду, и она начинает хаотично бегать по ней, даже не касаясь поверхности. Каплю удерживает тонкий слой пара, образующийся под ней.

Физику осталось лишь придумать профилированную пилообразную поверхность, в которой пар имел лишь один выход. Так и получилось, что тонкая (толщиной с человеческий волос) паровая подушка постоянно толкала каплю в одном направлении. При этом она набирала скорость, достаточную, чтобы даже после окончания лестницы прокатиться немного вверх по гладкой наклонной плоскости, разогретой до высокой температуры.

Забавный эксперимент, полагает учёный, может привести к практическим новшествам, например — миниатюрным кондиционерам для микросхем, в которых охлаждающая жидкость будет перекачиваться, словно сама собой, без каких бы то ни было движущихся деталей насоса. При этом система циркуляции воды не тратила бы энергии батарей, а использовала бы тепло самой микросхемы.

Правда, до появления таких систем охлаждения, действительно пригодных, скажем, для ноутбуков, может пройти ещё несколько лет.


Квантовое беззаконие

Источник: «Известия Науки - Новости»

  Квантовые дроби
Рис. 1

На рис. 1. Четыре электрода на поверхности полупроводника создают центральный диск с квазичастицами зарядом в 1/5 заряда электрона [на рисунке - красные шарики]. Диск окружен кольцом частиц с зарядом в 1/3 заряда электрона [синие шарики]. Измерения показывают, что частицы появляются и исчезают лишь группами определенной численности и таким образом не являются ни бозонами, ни фермионами.

Ученые экспериментально подтвердили существование частиц, не подчиняющихся стандартным правилам квантовой статистики.

В 1982 году американский физик-теоретик и будущий нобелевский лауреат Фрэнк Вилчек предсказал существование экзотических квантово-механических объектов - частиц, не подчиняющихся правилам квантовой статистики. Он назвал их "энионами" (anyons, от англ. "any" - любой, и окончания элементарных частиц "on" - proton, electron. Не путать с анионами - положительными ионами).

Фермионы и бозоны

В системе одинаковых частиц каждая частица находится в каком-то из разрешенных квантовых состояний. Количество частиц, одновременно пребывающих в одном и том же состоянии, называется числом его заполнения.

В 1920-х физики пришли к выводу, что микрочастицы подразделяются на два непересекающихся класса. Числа заполнения частиц одной группы могут принимать любые целочисленные значения: 0 (состояние пусто), 1, 2, 3 и так далее до бесконечности (конкретные числа заполнения зависят от свойств системы, однако сама квантовая статистика их не ограничивает). Частицы другого типа в коллективе ведут себя совершенно иначе, их числа заполнения - или нуль, или единица: в каждом разрешенном состоянии может сидеть не больше одной такой частицы. Частицы первого класса называются бозонами (в честь индийского физика Бозе), а второго - фермионами (в честь Энрико Ферми). В 1940 году Паули математически доказал, что частицы с целым спином являются бозонами, а с полуцелым - фермионами.

Исключение из правил

Долгое время считали (и доказывали математически), что никаких других частиц, кроме бозонов и фермионов, не существует. Этот вывод распространялся и на квазичастицы - возбужденные состояния многочастичных систем, в ряде отношений проявляющих себя как "настоящие" частицы (к примеру, электроны проводимости и дырки в полупроводниках).

Эти аргументы долго время считались непререкаемыми, однако 30 лет назад норвежские физики Джон Льенаас и Ян Мархайм показали, что они строго обоснованы лишь в трехмерном и более пространстве. А вот для частиц и квазичастиц, замкнутых в двумерном пространстве, эта логика не проходит. Через несколько лет Вилчек и другие физики пришли к аналогичному выводу, в результате чего и появилась гипотеза об энионах, утверждающая, что двумерное движение приводит к появлению квазичастиц с числами заполнения, которые не ограничиваются нулем и единицей, как у фермионов, но все же не могут иметь любую величину, как у бозонов. Хотя энионы и способны уживаться в своих квантовых квартирах-состояниях, количество соседей все-таки подчиняется довольно жестким правилам.

Конечно, мы живем в трехмерном мире. Однако возьмем самый обычный графит - материал со слоистой структурой. Из-за этой слоистости электроны проводимости внутри графита предпочитают перемещаться вдоль отдельных плоскостей - пространств с двумя измерениями. Двумерное движение электронов легко осуществить и на границе между полупроводником и диэлектриком, что и происходит в транзисторе полевого типа. В общем, оно вполне реально.

Экспериментальное подтверждение

Фрэнк Вилчек выдвинул свою идею в чрезвычайно подходящее время. Именно в начале 1980-х было открыто удивительно красивое явление - квантовый эффект Холла. Этот феномен имеет место при сверхнизкой температуре в случае двумерного движения электронов в поперечном магнитном поле. Если магнитное поле очень сильно (более 10 Тесла), электронный газ приобретает свойства практически несжимаемой жидкости. Эксперимент показал, что в этой жидкости возникают квантованные вихревые возбуждения, которые являются квазичастицами с дробным электрическим зарядом (напомним, что элементарная единица заряда - это заряд электрона). Теоретики давно предполагали, что такие псевдовихри обладают свойствами энионов, однако это не было экспериментально доказано.
  Измерение дробного заряда.
Рис. 2. Измерение дробного заряда. Дробный заряд можно измерить с помощью специального прибора - электрометра на основе квантовой антиточки. Пики туннельной проводимости при изменении приложенного напряжения свидетельствуют о рождении или смерти частиц
Теперь же Владимир Голдман и его коллеги из университета штата Нью-Йорк в Стони Брук получили такое подтверждение. С помощью электрических полей они сформировали на поверхности помещенного в магнитное поле полупроводника тонкий диск, окруженный кольцом. Внутри диска рождаются квазичастицы с зарядом, равным одной пятой заряда электрона (красные шарики на картинке), а в кольце - одной трети (синий шарик). Экспериментаторы определяли изменения проводимости этой системы при изменениях величины магнитного поля. Анализ полученных данных подтвердил, что квазичастицы в кольце и внутри диска могут стабильно рождаться и исчезать лишь группами определенной численности. Это как раз означает, что они подчиняются статистике энионного типа.
Можно ли предвидеть практические приложения для энионов? Вот что рассказал профессор Голдман: "Одно практическое применение энионов рассматривается на уровне гипотезы. Несколько лет назад профессор Калифорнийского технологического института Алексей Китаев предложил использовать энионы в квантовых компьютерах, работа которых основана на топологических свойствах волновой функции. Теория утверждает, что такие компьютеры будут отличаться надежностью в работе, будут практически застрахованы от небольших ошибок. Моя группа сейчас как раз и работает над этим проектом".


20 самых популярных научных мифов

Источник: «Известия Науки - Новости»

Американский популярный журнал Live Science провел среди своих читателей опрос, чтобы выяснить, какие именно научные мифы пользуются наибольшей популярностью. Определив список самых популярных курьезных вопросов, журнал попросил ученых прокомментировать эти мифы. Большинство высказываний оказались абсолютно безосновательными.
Курица может жить без головы - Правда
Действительно, пару минут после того, как курице отрубают голову, она "живет". Она может бегать и даже попытаться взлететь. Это объясняется тем, что иногда, теряя голову, курица сохраняет стволовую часть мозга, которая отвечает за большинство рефлексов. Известен подтвержденный факт, что одна крепкая особь прожила без головы полтора года. Так что теперь понятно, откуда пошло выражение "курица безмозглая" - голова этой "нептице" для жизни не нужна.
Водяная воронка в южном полушарии Земли вращается в другом направлении, нежели в северном - Ложь
Скорости вращения Земли не хватит, чтобы повлиять на направление течения воды даже в самой маленькой раковине. Как можно убедиться на личном опыте, движение и форма водяной воронки в раковине зависит только от особенностей "рельефа", и уж никак не от глобальных причин. Жизнь и настоящая наука очень прозаичны.
Мозг человека работает только на 10% - Ложь
Это заблуждение бытует уже почти век. К счастью, а может, и к несчастью, это не так. Данные магнитно-резонансных исследований мозга наглядно демонстрируют, что большая часть коры головного мозга активно задействована в жизни человека. Трудится наша голова, даже когда мы спим. Так что верить в обещания лжепророков о том, что в будущем человек сможет использовать мозг полностью и тогда наступит счастье всем и сразу, не стоит. Лучше подумать головой.
В космосе нет гравитации - Ложь
В этом заблуждении, по всей видимости, виноваты популярные выражения "нулевая гравитация" и "невесомость". Гравитация есть везде, сила притяжения одинаково воздействует на всех людей. Космонавты на орбите парят в невесомости лишь потому, что постоянно падают вместе со своим кораблем на Землю. Только делают они это в горизонтальной плоскости. Гравитация уменьшается с расстоянием, но полностью не исчезает никогда. И, кстати, неверно и заблуждение, что в космосе вакуум. На самом деле межзвездное пространство заполнено всевозможными атомами и частицами, просто расстояние между ними несколько больше чем на Земле.
Съесть булочку с маком - почти то же самое, что и курить опиум - Почти правда
Как ни странно, в этом утверждении есть доля истины. Хотя булочка с маком не доставит вам тех радостных минут умиротворенной эйфории, которые получают курильщики опиума, проблемы с наркоконтролем могут возникнуть. Если через некоторое время, после того, как человек съест две булочки с маком, взять у него кровь на анализ, тест на опиаты скорее всего будет положительным.
Монетка, брошенная с небоскреба, убьет человека - Ложь
Обычная монета не самое совершенное оружие с точки зрения аэродинамики. Из-за ветра и сопротивления воздуха, которое для такой неудачной формы, будет очень большим, монетка, даже брошенная с небоскреба Empire State, а это без малого 380 метров, не сможет нанести человеку сколько-нибудь значительную травму. Так что, если вы решили разобраться со своим недоброжелателем таким экзотическим способом, лучше потратьте мелочь на покупку кирпича.
Рост клеток мозга у взрослых прекращается - Ложь
Хотя наиболее активно мозг человека растет и проходит основные стадии формирования именно в раннем возрасте, деление клеток не прекращается и у взрослых. Исследования показывают, что нейроны успешно растут и меняются до самой смерти. Так что нервы восстанавливаются, и шансы поумнеть есть у всех.
Куриным бульоном можно вылечить простуду - Почти правда
Именно вылечить простуду куриным бульоном, конечно, нельзя. Но ученые все же поддерживают взрослых, которые заставляют своих больных чад поглощать куриный бульон. В нем, как показывают исследования, содержатся вещества, обладающие противовоспалительными свойствами, которые помогают остановить распространение болезни. Поэтому, что бы вы ни думали, мама была права.
Зевание "заразно" - Скорее правда
По опыту известно, что, когда один человек начинает зевать, он "заражает" этим всех окружающих. Сложно сказать, насколько это верно с научной точки зрения, но некоторые антропологи полагают, что рефлекс к повторению зевков соседа остался у нас от обезьян. Известно, что шимпанзе очень любят передразнивать зевание друг друга. То есть, зевая вслед за соседом, мы просто подсознательно передразниваем его.
Молния никогда не попадает в одно и то же место дважды - Опасная ложь
На самом деле, как раз наоборот. Молния имеет свои "предпочтения". Все знают, что молния чаще попадает в возвышенности. Так что прятаться от молнии под деревом, в которое только что ударила молния, не стоит. Например, в небоскреб Empire State молния попадает в среднем 25 раз в год.
Мужчины думают о сексе каждые 7 секунд - Скорее ложь
Конечно, думать о размножении - это заложенный в природе человека инстинкт. Но научно проверить, насколько часто посещают мужчину такие мысли, конечно, невозможно. Но судя по социологическим исследованиям, каждые 7 секунд - это все же преувеличение.
Волосы и ногти продолжают расти после смерти - Ложь
После смерти все процессы в организме человека останавливаются почти сразу. В том числе и рост волос и ногтей. Это заблуждение вызвано простой оптической иллюзией. После смерти тело человека теряет много жидкости, кожа ссыхается, обнажаются ногти, волосы кажутся длиннее.
Пасть собаки чище, чем рот человека - Сравнивать нельзя
Несмотря на то, что собаки любят совать свой нос и язык в места, которые не назовешь чистыми, считается, что в ротовой полости собаки более стерильно, чем во рту у человека. На самом деле, набор бактерий, живущих во рту у разных биологических видов, настолько различен, что сравнивать просто нельзя. Так что собака не чище, она просто другая.
Если бежать под дождем, то мокнешь меньше - Математическая правда
Ряд математических уравнений, разработанных специально для описания этого процесса, доказывает, что это скорее правда. При беге вы гораздо больше рискуете испортить костюм, потому что больше всего намокнет передняя часть торса. При размеренной ходьбе в городском кислотном дожде вы больше всего рискуете волосами, потому что именно голова страдает больше всего при таком способе передвижения.
Поднятое в течение пяти секунд, не считается упавшим - Абсурдная ложь
Это настолько абсурдно, что мало кто всерьез верит в это, но на всякий случай напомним, что проведенные тесты показывают, что вредоносные бактерии попадают на любой упавший на землю предмет сразу же при первом контакте.
Животные могут предсказывать стихийные бедствия - Скорее ложь
Достоверных доказательств наличия у животных "шестого чувства" нет. Но отличное обоняние, слух и зрение, а также врожденные инстинкты, развитые лучше чем у людей, позволяют животным быстрее определять опасность. К тому же животные никогда не будут из любопытства глазеть на ураган или надвигающийся цунами. И тем не менее, во время стихийных бедствий гибнет много животных. Так что, даже если "шестое чувство" у животных и есть, особой пользы оно им не приносит. (Однако во время последнего цунами было очень мало погибших животных).
Великая китайская стена - единственный рукотворный объект, видимый из космоса - Ложь
Существуют разные вариации этого высказывания, но все они одинаково ложные. Космонавты могут увидеть с низкой орбиты множество объектов, созданных человеком. Например, египетские пирамиды, или даже взлетно-посадочные полосы крупных аэропортов. На самом деле увидеть китайскую стену, не зная точно, где она находится, гораздо сложнее, чем многие другие объекты. А уж увидеть стену с Луны точно невозможно.
Смена времен года происходит из-за изменения удаленности Земли от Солнца - Ложь
Изменение расстояния от Земли до Солнца, происходящее с движением планеты по орбите, мало влияет на температуру на Земле. Все дело в угле наклона Земной оси по отношению к Солнцу, который, изменяясь, влияет на смену времен года. Все просто, но по-прежнему непонятно.
Жевательная резинка переваривается в желудке 7 лет - Взрослая ложь
Конечно, переработать жевательную резинку несколько сложнее, чем органическую пищу, но для нашего организма нет ничего невозможного. Так что жевательные конфеты точно так же, как и обычная пища, перевариваются и выводятся из организма. По всей видимости, это заблуждение появилось с легкой руки строгих взрослых.

Создана электронная книга с выходом в Интернет

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

  Новинка появится в продаже в апреле 2006 года.
Новинка появится в продаже в апреле 2006 года.

Электронные книги, позволяющие читать большие тексты так же легко и с минимальным напряжением для глаз, как на бумаге, получают всё большее распространение. Фирма iRex Technologies сделала в этой области очередной шаг.

Голландская iRex была создана компанией Philips и разработала свою новинку в сотрудничестве с родительской фирмой, а также с американской корпорацией E Ink.

В результате родилась электронная книга Iliad ER 0100. Она имеет экран с диагональю 8,1 дюйма, выполненный по технологии "электронная бумага" (о принципе её работы мы рассказывали тут, а о первом образце — тут).

Книга показывает 16 градаций серого. Однако для чтения текстов куда важнее не цвет, а разрешение и хороший контраст при просмотре как в помещении, так и на улице. Разрешение здесь составляет 1024 х 768 точек. Или примерно 6,3 точки на миллиметр.

Отличительная особенность новой электронной книги — беспроводный доступ в Интернет (технология Wi-Fi), что сильно расширяет её возможности. Кроме того, экран этой книги чувствителен к прикосновению, так что управление и навигация выполнены максимально дружественными.

Другие параметры: 128 мегабайт встроенной памяти, плюс несколько слотов для карт памяти различных типов (MMC, CF, SD). Управляет всем хозяйством процессор Intel X-scale, с тактовой частотой 400 мегагерц, а весит эта книга 390 граммов.

Закачивать контент в этот аппарат можно самыми разными способами. Помимо беспроводного Интернета и слотов для карт, здесь есть традиционный разъём USB для соединения с обычным компьютером, а ещё — разъём LAN для прямого подключения к Сети.

Iliad ER 0100 понимает файлы самых разных типов — TXT и XHTML, PDF и другие. Также книга проигрывает музыку в MP3 (тут есть разъём для наушников).

Узнайте также об электронной бумаге: с самым большим разрешением, и с самой большой диагональю.


Звук внутри звезды помог астрономам увидеть обратную сторону Солнца

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

Изображение перемещающихся с обратной стороны Солнца пятен и разнообразных активных областей генерируется компьютером на основе данных, собираемых спутником.

Солнце вращается. Разглядеть его с разных сторон нетрудно. Но поверхность-то постоянно меняется. И кажется невозможным увидеть, что происходит на дальней от нас стороне светила в данный момент, не запустив туда камеру. Однако теперь Солнце для нас - прозрачно.

Специалисты из центра изучения Солнца университета Стэнфорда (Stanford Solar Center) разработали метод (пресс-релиз — тут), позволяющий видеть на экране компьютера дальнюю от Земли поверхность нашего дневного светила, при том, что для этого её вовсе не снимает (напрямую) никакой космический аппарат, летящий с той стороны.

Получаемое изображение перемещающихся с обратной стороны Солнца пятен и разнообразных активных областей генерируется компьютером на основе данных, собираемых спутником SOHO (совместный проект NASA и ESA).

Этот американо-европейский аппарат был запущен в 1995 году и предназначен для непрерывного наблюдения за Солнцем. Спутник постоянно находится в точке, лежащей на прямой, соединяющей Землю и Солнце, на расстоянии 1,6 миллиона километров от нашей планеты.

Таким образом, SOHO, как и любой наблюдатель на поверхности Земли, может всегда видеть лишь обращённую к нам поверхность Солнца. Но в некотором роде он может видеть и вглубь него, за счёт регистрации прохождения через Солнце звуковых волн, генерируемых бурлящими горячими газами. Гелиосейсмологию учёные сравнивают с медицинским ультразвуком, способным показать младенца в чреве матери.

Фрагмент поверхности Солнца, видимая сторона
Фрагмент поверхности Солнца, видимая сторона. Из этого хаоса, оказывается, можно высчитать и своего рода "тени" от стороны обратной.
В 2000 и 2001 году учёные Чарльз Линдсей (Charles Lindsey) и Дуг Браун (Doug Braun) из Северо-Западной исследовательской ассоциации (NorthWest Research Associates) создали первые компьютерные методы, позволявшие получить некоторые изображения событий на дальней поверхности Солнца, однако они имели ограничения.

Казалось, ещё шаг и недостатки будут устранены, но несколько лет ушло на то, чтобы создать на основе тех программ объединённый алгоритм, лишённый прежних недостатков и способный показывать в любой момент времени всю заднюю поверхность Солнца — как по краям, так и по центру, как у экватора, так и вблизи полюсов.

Этот программный инструмент назвали MDI Farside Graphics Viewer. Надеемся, перевод не нужен? Только требуется пояснить, что MDI - это один из приборов SOHO - доплеровский измеритель, необходимый в качестве поставщика исходной информации.

Типичные траектории звуковых волн внутри Солнца. Синяя стрелка - направление на Землю и спутник SOHO (иллюстрация с сайта soi.stanford.edu).

Типичные траектории звуковых волн внутри Солнца. Синяя стрелка - направление на Землю и спутник SOHO (иллюстрация с сайта soi.stanford.edu).
Метод был развит командой из Стэнфорда (Stanford University), занятой работой со спутником SOHO, и Кеннетом Осландом (Kenneth Oslund) из Калифорнийского технологического института (Caltech).

Теперь учёные могут увидеть зарождающийся солнечный шторм за много дней до того, как за счёт вращения Солнца он окажется на видимой его стороне (а один оборот нашей звезды вокруг своей оси занимает 27 дней).

Это умение очень важно для предсказаний вспышек и солнечных штормов, которые самым непосредственным образом отражаются на наших земных делах: от самочувствия людей и работы транспорта до "самочувствия" систем связи и линий электропередачи.

Так в октябре 2003 года некоторые из наиболее активных областей, сильнейших за тот солнечный цикл, неожиданно показались у восточного края Солнца, уже распространяя и рентген, и мощнейший ультрафиолет, и высокоэнергетические частицы, а также выдавая огромные выбросы вещества из кроны в межпланетное пространство.

Тогда ещё астрономы не могли видеть полностью всю заднюю поверхность Солнца (на одну треть — максимум) и, тем более, в таких деталях, как стало возможным сейчас. Потому и нельзя было сделать заблаговременное предупреждение.

Временный сбой систем энергоснабжения (в Канаде и Швеции) и отказ некоторых спутников - лишь одни из многочисленных последствий того шторма.

С новым методом учёные намерены развить системы оповещения о бурных колебаниях "погоды на Солнце" за пару дней до того, как эти активные области повернутся к нам "лицом". Но как же работает этот метод?

Каждую секунду 7 тысяч участков из большой армии конвекционных ячеек (гранул) на поверхности Солнца погружаются вниз, посылая при этом сильные звуковые волны.

Так как с ростом глубины скорость звука в толще Солнца увеличивается, волны эти претерпевают преломление, плавно поворачивая обратно к поверхности. Так, порой сделав пару-тройку таких путешествий, они достигают противоположной стороны Солнца, где очень влияют на активность имеющегося там газа, то есть гранул на видимой стороне.

При этом глубинные области, лежащие непосредственно под активной зоной на поверхности Солнца, обладают скоростью звука чуть-чуть большей, чем соседние зоны и волны от таких точек достигают противоположной стороны звезды чуть-чуть раньше соседних (разница невелика - доли процента).

Снимая по специальной методике видимую нам поверхность Солнца, можно вычислить и вид обратной его стороны. MDI Farside Graphics Viewer как раз и занимается таким вычислением.

Для интересующихся подробностями - пояснения здесь. А вот этот ролик (2,12 мегабайт, MPEG) демонстрирует пример — о какой съёмке идёт речь.

"Это достижение окажется особенно важным в течение следующего солнечного максимума, который должен начаться в 2011 году, когда солнечная деятельность будет на пике", — говорит один из авторов работы, физик из Стэнфорда Филипп Шеррер (Philip Scherrer).

Астрономы предсказывают, что следующий солнечный цикл будет на 30-50% более сильным (активным) чем в предыдущий раз.


Наносборка: учёный научился сгибать ДНК как бумагу

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

Вот тебе и пожалуйста. Ещё вчера наносборка казалась сложной процедурой по принципу "атом за атомом". К тому же - весьма дорогостоящей: собирать приходилось в вакууме или при чрезвычайно низких температурах. А теперь выяснилось, что всё гораздо проще и дешевле — учёный научился сгибать ДНК как бумагу.

Молодого исследователя-первооткрывателя зовут Пол Роземунд (Paul W.K. Rothemund). Вместе с коллегами по группе он изучает ДНК и природные алгоритмы (DNA and Natural Algorithms Group) в Калифорнийском технологическом институте (Caltech).

Согласно недавней публикации в журнале Nature, Роземунд называет своё изобретение "ДНК-оригами" ("DNA origami") и может создать из молекулярных цепочек любую двухмерную фигуру. Это Пол уже доказал на практике, явив миру несколько своих "художественных работ".

Прежде всего, это карта обеих Америк в масштабе 1 к 200 триллионам. Всё западное полушарие заняло меньше места, чем бактерия, а 50 миллиардов копий этой карты могли бы соответствовать одной капле воды. "Я хотел сделать карту всего мира, но мне не хватило времени, — сокрушается учёный. — Из-за этого я чувствую себя ужасно".

1 нанометр представляет 200 километров
На этой карте 1 нанометр представляет 200 километров (изображение Paul W.K. Rothemund).
Роземунд огорчается напрасно - его, сделанная из ДНК карта на сегодняшний день является самым большим и самым сложным объектом наномасштаба, созданным в лаборатории.

Всего же группа Пола сделала с десяток разнообразных форм, включая схематическое изображение двойной спирали, снежинку, цветок, пятиконечную звезду и смайлик.

По словам исследователей, для создания каждой формы требуется месяц планирования и несколько часов непосредственно на изготовление.

Что ж, перейдём к процессу производства. Сначала Роземунд вычерчивает форму на листе миллиметровки — непрерывной линией рисует подобие лабиринта. После этого "картинка" загружается в компьютер, который высчитывает, сколько понадобится материалов, и каков их химический состав.

Затем начинается строительство на подложке. Исследователи берут распутанные нуклеотидные нити, добавляют небольшое количество соли и близкую к точке кипения температуру. В конце концов, элементам ДНК разрешают медленно охладиться, что означает — самостоятельно собраться в заданную форму.

Индивидуальные цепочки сворачиваются на поверхности взад-вперёд по спирали, формируя основу, которая впоследствии скрепляется более короткими нитями (их около 200), играющими также роль "пикселей дисплея" диаметром шесть нанометров. Вот и всё.

Хотя команда Роземунд пока создаёт только двухмерные структуры, Пол говорит, что с 3D-формами не должно возникнуть никаких проблем. Таким образом, новая техника может стать важным инструментом для строительства наноустройств в тысячи раз меньше диаметра человеческого волоса.

"Да, пока это лишь художественные работы, — соглашается Роземунд, — но мы верим, что раз уж нам удалось создать из ДНК формы, то получится и сделать с ними что-нибудь полезное. Кроме того, по пути мы узнаём много нового о самой структуре ДНК".

Учёный надеется, что его метод найдёт применение в электронике, медицине и молекулярной биологии. Одна из потенциальных возможностей — сделанная в наномасштабе "клетка", в которой фармацевты, испытывающие новые препараты, могли бы изолировать ферменты, пока они не будут готовы к "подключению" или "отключению" других белков.

Следует отметить — это не Роземунд придумал использовать ДНК для создания форм. Первенство приписывают Надриану Симэну (Nadrian Seeman) из Нью-йоркского университета (New York University). Другим пионером в данной области считается Эрик Уинфри (Erik Winfree), в группе которого работает Пол.

"В этом исследовании Пол добился нескольких необычных "впервые для человечества", — убеждён Уинфри. — В одной типичной реакции он может сделать приблизительно 50 миллиардов смайликов. Я думаю, что это — самое сконцентрированное счастье из всех когда-либо созданных".

"В некотором смысле он революционер, — подтверждает Симэн. — Его работа, конечно же, изменит те способы, с помощью которых люди делают вещи".


Испытан самолёт, получающий энергию от наземного лазера

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

7 марта под куполом здания Osaka Dome прошли демонстрационные испытания маленького беспилотного самолёта, построенного командой исследователей из японского университета Кинки (Kinki University) под руководством профессора Нобуки Кавасима (Nobuki Kawashima). Аппарат интересен тем, что он получает энергию не от аккумуляторов, а от луча наземного лазера.

Самолёт длиной 78 сантиметров и весом 800 граммов имеет крылья как у бумажного змея. Имеющая форму диска платформа с солнечными батареями получает энергию снизу, от лазера, и передаёт её единственному пропеллеру.

Напомним, что именно такой лучевой привод планируется использовать для питания роботов — прототипов космических лифтов.

Во время испытаний в Osaka Dome самолёта, правда, питался от аккумуляторов во время взлёта, но по достижении 50-метровой высоты был "переключён" на лазер, благодаря которому и совершил 20-минутной полёт под куполом. На одних батареях аппарат не продержался бы в воздухе дольше 5 минут.

Японские специалисты говорят, что самолёт можно использовать для сбора информацию в случае бедствия (землетрясения или наводнения), он может служить летающей ретрансляционной станцией и, возможно, применяться в "областях, связанных с досугом".

Кавасима сообщил, что планируется увеличить самолёт в размерах и увеличить диапазон его действия. В продажу аппарат может поступить через 2 или 3 года.


Миллиметровые дизели выдают ток карманной технике

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

Жидкие углеводороды содержат в 100 раз больше энергии на единицу веса, чем литий-ионные батареи, и в 300 раз больше, чем никель-кадмиевые. Поэтому в последние годы вырос интерес к топливным элементам для электроники. Однако есть и другой подход к производству энергии для миниатюрной аппаратуры.

Миллиметровые дизели выдают ток карманной технике
Прототип ДВС с рабочим объёмом в несколько кубических миллиметров (фото с сайта eng.bham.ac.uk).

Уже не первый год исследователи в США и Европе говорят о появлении микроскопических двигателей, которые питались бы различным углеводородным топливом и приводили бы в движение крошечные генераторы.

В различных экспериментах учёные уже показывали нам крошечные газовые турбинки и, скажем, двигатели Ванкеля. А вот специалисты из Великобритании полагают, что массу преимуществ можно получить, если сделать микроскопический поршневой ДВС.

Эта работа ведётся под руководством профессора Симоны Хохгреб (Simone Hochgreb) из Центра исследования горения (Combustion Research Centre) университета Кембриджа (Cambridge University) и доктора Кили Цзян (Kyle Jiang) из Центра микроинжиниринга и нанотехнологий (Micro-Engineering and Nano-Technology Research Centre) университета Бирмингема (University of Birmingham).

Они проектируют двигатели с объёмом камеры сгорания порядка одного кубического миллиметра. Есть и первые образцы, правда, из опубликованных материалов не вполне ясно – работают ли они так, как задумано. По всей видимости – ещё нет.

Однако сама идея весьма любопытна. Прежде всего, нужно сказать, что детали этих двигателей – плоские. Те же поршни – это крошечные пластинки, выполненные методом ультрафиолетовой литографии.

Поршни движутся, будучи закрытыми с краёв фигурной пластиной, играющей роль корпуса, а сверху и снизу – такими же плоскими крышками.

Интересно, что ДВС, создаваемые британцами – это дизели. Только вот работают они не на солярке, а на неких метаноловых смесях (с добавкой водорода), способных самостоятельно вспыхивать при такте сжатия.

Цель текущей работы: создать работоспособный двигатель с габаритами 5 х 15 х 3 миллиметра и выходной мощностью в 11,2 ватта при частоте вращения коленчатого вала 50 тысяч оборотов в минуту. Можно пофантазировать, как такую крошку можно удачно вписать в самые разные приборы.

Но прежде, чем эти моторы смогут стать массовыми, авторам проекта нужно будет преодолеть ряд трудностей.

Например, компоненты на базе кремния плохо сочетаются с высокими температурами в зоне сгорания. Выход тут видится в переходе на керамику, над чем авторы и работают.

Вторая проблема – это огромные теплопотери через стенки. Для двигателя размером в считанные миллиметры они (потери) оказываются куда большими, относительно энергии, получаемой от сгорания топлива, чем для обычных ДВС.

Здесь пока разработчики идут по пути наращивания частоты вращения вала и, соответственно, сокращения времени рабочего такта. Причём, как показали исследования, желая сократить потери в десять раз, нужно и скорость увеличивать также вдесятеро.

Зато, если задуманное удастся, то такие ДВС миллиметрового масштаба пригодятся в микроскопических летательных аппаратах (разведка, анализ атмосферы), в миниатюрных полевых датчиках (как военных, так и научных), разбрасываемых чуть не горстями (их сейчас часто называют "умной пылью"), КПК и плеерах, ноутбуках и даже игрушках.

Ведь даже при скромном КПД в 10% эти движки смогут увеличить время работы миниатюрной техники, как рассчитали учёные, раз в 20, по сравнению с использованием аккумуляторных батарей того же веса.


ЛОВУШКУ НА НЕЙТРИНО - ЗАГАДОЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ - СООРУЖАЮТ В АНТАРКТИКЕ

Источник: «Известия Науки - Новости»

Группа ученых из восьми стран начала сооружать в Антарктике у самого Южного полюса крупнейшую в мире ловушку на нейтрино - загадочные элементарные частицы, которые крайне мало взаимодействуют с веществом, обладают ничтожной массой и легко пронзают, например, Земной шар.

Объем этой установки составит кубический километр, и она будет состоять из 4800 детекторов, установленных в шахтах, пробуренных во льду. Их глубина будет достигать 2500 метров. В группу исследователей входят также представители Бельгии, Британии, Германии, Нидерландов, Новой Зеландии, США и Швеции.

К настоящему времени во льду Антарктики установлены уже 540 детекторов на глубине до 1,4 - 2,5 тыс. метров. Для создания полной установки будут пробурены 80 шахт с интервалом 125 метров, которые вместе составят гигантскую структуру, названную ее создателями "Ледяной кубик". Об этом сообщает ИТАР-ТАСС.


Первое устройство, вмещающее петабайт информации

Источник: Новости науки "Русского переплета"

С развитием всемирной сети все большее и большее количество информации "повисает" на компьютерах домашних пользователей. Кто-то скачивает музыку, а кто-то - фильмы. Так накапливаются сначала мегабайты, потом гигабайты, а у отдельных коллекционеров - терабайты информации. Фотографии, аудиокниги, программное обеспечение, энциклопедии - все это требует места, а значит, и дополнительных затрат. Кстати, по данным статистики в течении 2005 года объемы сохраняемых файлов увеличились, причем на целых 70%.

На днях на суд мировой общественности было представлено первое устройство хранения данных, вмещающее в себя около 1 Петабайта информации - Symmetrix DMX-3. К слову, 1 Петабайт - это 1024 Терабайта (что, в свою очередь, равно 1048576 Гигабайтам информации).

Новинка, естественно, не рассчитана на "домашних любителей видео". Она выходит на рынок систем хранения для файловых и информационных архивов. Корпорация EMC, разработавшая данный массив, в официальном пресс-релизе новинки отметила, что их продукт предназначен для упрощения создания рентабельных IP-сетей, помогающих клиентам более эффективно вести свой бизнес. Об этом сообщает Newsinfo.ru.


Осенью стартует строительство первого термоядерного реактора

Источник: «Известия Науки - Новости»

Международное соглашение между семью сторонами (Россия, Европа, США, Япония, Китай, Южная Корея и Индия) о начале строительства первого экспериментального термоядерного реактора (ИТЭР), возможно, будет подписано в августе-сентябре 2006 года. Об этом сегодня заявил президент Российского научного центра "Курчатовский институт" Евгений Велихов.

Российская сторона, подчеркнул он, уже и сейчас готова к подписанию, однако пока некоторые страны не в состоянии этого сделать. "Наступивший год будет существенным рубежом в поддержке России международными коллегами по атомной энергетике", - сказал Велихов. Об этом сообщает ИТАР-ТАСС.

В свою очередь руководитель Росатома Сергей Кириенко заметил, что "ИТЭР - одна из самых приоритетных работ для России". "Остаться в стороне мы не имеем права, поскольку сами мы бы не вытянули этот проект", - добавил он. По мнению Кириенко, "сейчас необходимо принять федеральную целевую программу в этом направлении, скорее, даже просто утвердить ее". Однако мы натыкаемся на бюрократическую стену, поскольку федеральная программа не может быть принята до официального подписания соглашения по сооружению ИТЭР, объяснил ситуацию руководитель Росатома. Кириенко выразил надежду, что "федеральному агентству удастся перешагнуть эту стену, и, возможно, утвердить программу уже в мае".

Летом прошлого года на встрече в Москве на уровне министров было принято решение о том, что первый в мире термоядерный реактор начнут сооружать во Франции в Кадараше под Марселем. Переговоры о месте и условиях строительства ИТЭР продолжались 3 года. В соперничестве с Евросоюзом Токио опирался на поддержку США и Южной Кореи, а европейцы - России и Китая. В Росатоме уточнили, что "Индия недавно присоединилась к проекту ИТЭР".

Ранее Велихов отмечал, что "к началу строительства экспериментальной термоядерной установки во Франции можно было бы приступить уже летом 2006 года". Стоимость ИТЭР, оцениваемая ранее в 5 млрд. евро, возросла примерно на 16% в связи с решением о сооружении в Японии научно-информационного центра по управлению экспериментами на установке во Франции.

В основу совместной разработки технического проекта ядерщиками ведущих стран мира легли технические результаты, достигнутые на термоядерных установках "Токамак", разработанных в России. Термоядерный реактор использует энергию синтеза ядер изотопов водорода. Изотопы в таком реакторе выгорают, практически не оставляя радиоактивных отходов, а реакция идет в высокотемпературной плазме при температуре 150 млн. градусов. При этом на единицу веса термоядерного топлива получается в 10 млн. раз больше энергии, чем при сгорании органического топлива, и примерно в 100 раз больше, чем при расщеплении ядер урана.

Разработчики проекта уверены, что ядерная энергетика на основе реакций синтеза легких элементов может стать одним из путей решения глобальной энергетической проблемы человечества.


45 нанометров – новый рекорд плотности микросхем

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

  300-миллимеровая пластина, из которой инженеры нарежут новые SRAM-чипы 300-миллимеровая пластина, из которой инженеры нарежут новые SRAM-чипы (фото Intel).
 

Корпорация Intel изготовила первый в мире чип статической оперативной памяти (SRAM) с 1 миллиардом транзисторов и первый — по техпроцессу 0,045 микрона, то есть, с расстоянием между элементами схемы 45 нанометров.

"Это означает, что мы можем упаковать в два раза больше транзисторов на одной схеме, которая будет требовать меньше энергии", — объяснил ведущий инженер корпорации Марк Бор (Mark Bohr).

По его словам, новый чип в лишний раз подтверждает закон, сформулированный соучредителем Intel Гордоном Муром (Gordon Moore), который гласит, что количество транзисторов на кристалле удваивается каждые 18 месяцев.

Серийно производить чипы по новой технологии, используя кремниевые пластины диаметром 300 мм, Intel намеревается во второй половине 2007 года.

Читайте также о том, что нам обещают новый нанотранзистор, логические схемы на квантовых точках и на основе кислот.


Физики обнаружили новую форму радиоактивности

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

Группа учёных из Германии, Бельгии, России, США, Болгарии, Польши, Италии и Испании экспериментальным путём создала в лаборатории GSI "сигарообразный" (как указано в сообщении) атом серебра с экзотическими, никогда прежде невиданными свойствами.

Исследователи бомбардировали тонкую плёнку никелевой фольги лучом атомов кальция, заставляя некоторые ионы никеля и кальция соединиться, чтобы сформировать атомы серебра с меньшим количеством нейтронов, чем обычно.

Большинство атомов серебра распалось традиционно, но несколько выстрелили по два протона сразу. В некоторых случаях протонные пары выскакивали из одного и того же конца "сигары", в других — с противоположных концов. Но всегда протоны вылетали абсолютно синхронно.

Нормальный радиоактивный распад обычно включает в себя выброс: ядра гелия, состоящего из двух протонов и двух нейтронов, или электрона, или фотона.

Учёные ожидали, что перепроектированные атомы, содержащие меньше нейтронов, чем нормальный вариант того же элемента (в данном случае — серебра) распадутся, испуская протоны по одному. Но коррелированный распад с двумя протонами не был замечен прежде и представляет собой новую форму радиоактивности.

Это достижение должно обеспечить исследователей новыми знаниями в области ядерной физики и привести к лучшему пониманию астрофизических процессов.

Читайте также о том, как сцинтилляционный детектор измерил позитронные геонейтрино.


Результат новой работы по холодному ядерному синтезу

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

Группа учёных из политехнического института Ренсселера (Rensselaer Polytechnic Institute), университета Пардью Purdue University и Российской академии наук опубликовала в Physical Review Letters результат новой работы по так называемому холодному ядерному синтезу.

Если говорить точно, речь идёт о "соносинтезе" (sonofusion) — возникновении реакций ядерного синтеза в растворе, внутри схлопывающихся пузырьков газа, в которых на короткое время достигаются огромные температуры (сонолюминесценция).

Явление это можно, условно, назвать холодным синтезом в том смысле, что реакция идёт в простой настольной лабораторной установке, в противовес токамакам и другим подобным машинам-гигантам, в которых учёные также пытаются осуществить аналогичные реакции, требующие колоссального нагрева плазмы.

Среди участников нового исследования: академик РАН Роберт Нигматулин и американцы Ричард Лейхи (Richard Lahey), Роберт Блок (Robert Block) и Рузи Талейархан (Rusi Taleyarkhan). Тут надо вспомнить, что Нигматулин, Лейхи и Талейархан получили большую известность ещё в 2002 году именно благодаря опытам по ядерному синтезу в условиях сонолюминесценции ("Мембрана" рассказывала об этом).

Предыдущие эксперименты показывали, что звуковые волны в смеси ацетона и бензола могут генерировать пузырьки газа, при разрушении которых происходит ядерный синтез, обнаруживаемый по нейтронному излучению. Однако скептики критиковали экспериментаторов за использование внешнего источника нейтронов (он был нужен для провоцирования образования газовых пузырьков).

В новом опыте внешнего источника нейтронов нет. Вместо него физики добавили в сам раствор природный уран.

Чтобы удостовериться в наличии реакций синтеза, исследователи использовали три нейтронных датчика и один гамма-датчик. Все четыре независимо показали статистически существенное увеличение ядерной эмиссии при возникновении сонолюминесценции. Параметры нейтронного излучения указывают на дейтерий-дейтериевую реакцию, сообщают авторы работы.

Они подчёркивают, что их установка потребляет намного больше энергии, чем производит, и служит чисто исследовательским целям. Впрочем, аппарат может выступать и в роли портативного источника нейтронов для каких-либо иных опытов.

Надо добавить, что сходные эксперименты проводятся и другими группами исследователей. Подробнее о процессах, происходящих при соносинтезе вы можете прочесть тут, а о другом интересном эксперименте, продемонстрировавшем ядерный синтез на лабораторном столе — здесь.


Пищевая соль может быть терагерцевым лазером

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

  Пример когерентного импульса в 22 терагерца Пример когерентного импульса в 22 терагерца (отмечен синими стрелками) в соли. Слева - диаграмма "время-частота", справа - "расстояние-частота" (иллюстрация с сайта llnl.gov).
 

Специалисты из американской национальной лаборатории Лоуренса Ливермора (Lawrence Livermore National Laboratory - LLNL) открыли принципиально новый способ генерации когерентного излучения, впервые за полвека с момента появления обычных лазеров.

Эксперименты в LLNL показали, что при посылке через кристаллы обыкновенной поваренной соли (NaCl) ударных волн, она генерирует пусть и слабое, но вполне уловимое когерентное электромагнитное излучение на частотах от 1 до 100 терагерц (частота эта зависит от параметров ударной волны и особенностей строения конкретного экземпляра кристалла).

Эван Рид (Evan Reed), один из авторов работы, рассказал, что учёные очень удивились: "Насколько мы знаем, когерентный свет никогда не наблюдался прежде при прохождении ударных волн через кристаллы, потому что "потрясённый" кристалл - не очевидный источник, в котором следовало бы искать когерентное излучение".

Данное открытие подтверждено дважды - в натурных опытах и при помощи моделирования поведения кристалла на суперкомпьютере, в который были заложены уравнения движения атомов, учитывающие их взаимодействие между собой, тепловые эффекты и деформацию кристаллической решётки.

Новый тип излучателей может найти применение в оптических коммуникациях, квантовых компьютерах и системах диагностики.


Неожиданное и очень полезное применение лазера

Источник: «Известия Науки - Новости»

Неожиданное и очень полезное применение лазеру нашла немецкая компания Clean Laser System. Ее специалистами создан первый в мире "лазерный пылесос". Это 9-килограммовое устройство с воздушным охлаждением обеспечивает импульсное лазерное излучение на частоте 1064 нм мощностью 20 Вт. Это означает, что изобретение немцев способно без дыма и запаха испарить любые загрязнения с любой поверхности.

Расходящийся пучок лазерного излучения уничтожит отходы, ржавчину, краску, грязь и накипь. Главное, чтобы в радиусе трех метров от "пылесоса" не было людей, а тот, кто им орудует, непременно должен надеть защитные очки. Пока еще это чудо-устройство, мечта домохозяйки, стоит 45 тысяч евро.

Изначально "лазерный пылесос" намеревались использовать при очистке памятников, но, похоже, технология прекрасно подходит для того, чтобы навсегда разобраться с грязью в человеческом жилище.


Физики проверили на опыте формулу E=mc2

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

  Два тарированных кристалла потребовались учёным для точного измерения энергии одного гамма-кванта Два тарированных кристалла (серые прямоугольники вверху, стоящие на поворотных площадках) потребовались учёным для точного измерения энергии одного гамма-кванта (фото ILL).
 

Группа учёных из американского Национального института стандартов и технологий (NIST) и Массачусетского технологического института (MIT) выполнила самое точное экспериментальное определение соотношения между массой и энергией.

Для проверки самого известного уравнения в мире исследователи воспользовались прибором GAMS4, созданном в NIST, но сейчас находящемся во Франции, в институте Лауэ Ланжевена (Institut Laue-Langevin).

В основе опыта — точное измерение угла дифракции гамма-лучей двумя идентичными кристаллами, шаг решётки которых точно известен. С помощью этого прибора учёные получили очень точные значения энергии, испускаемой единственным атомом кремния или серы при захвате нейтрона, а также воспользовались необычайно точными измерениями массы этих же атомов, выполненными ранее в MIT.

Всё вместе это позволило соотнести дефект массы, возникающий при захвате нейтрона атомом, с энергией испускаемого в момент этого захвата гамма-кванта. Так авторы опыта установили, что E отличается от mc2 не более, чем на 4 части на 10 миллионов.

Данное "взвешивание" соотношения массы и энергии — в 55 раз точнее, чем лучший предыдущий прямой тест знаменитой формулы Эйнштейна.


14декабря - день рождения кванта

Источник: «Новости науки "Русского переплета"»

14 декабря 1900 года, ровно 105 лет назад, Макс Карл Эрнст Людвиг Планк на заседании Немецкого Физического Общества сделал свой знаменитый доклад "К теории распределения энергии излучения нормального спектра", где рассказал о квантовании спектра энергии гармонического осциллятора, объяснил спектр черного тела и ввел постоянную Планка. Празднование этого события будет происходить на днях. Информацию о празднике (в том числе отчёт с фотографиями о праздновании 103-летия) можно найти на сайте http://kva.org.ru.


10 САМЫХ ЗНАЧИМЫХ ИДЕЙ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА

Источник: «Известия Науки - Новости»

Опубликованы результата опроса ученых, в ходе которого их просили назвать наиболее значимые идеи, выраженные человечеством. Опрос проводился журналом New Scientist.

Теория Большого взрыва
Первое место в опросе заняла идея Большого взрыва. По современным представлениям это состояние расширяющейся Вселенной около 13 млрд лет назад, когда средняя плотность Вселенной в огромное число раз превышала современную. Из-за расширения пространства средняя плотность Вселенной убывает с течением времени. Соответственно при удалении в прошлое плотность возрастает, вплоть до момента, когда классические представления о пространстве и времени теряют силу (космологическая сингулярность). Этот момент можно принять за начало отсчета времени.

Эволюция
Эволюция - развитие одной формы из другой; более сложной и совершенной из простейшей (зародышевой) формы. Под эволюционной теорией разумеется монистическое мировоззрение, признающее, что во всей вселенной совершается великий и единый, неудержимо шествующий вперед процесс развития, процесс преобразования простых форм в более совершенные, которому подчинены все состояния и формы явлений.

Квантовая механика
Квантовая механика - основной раздел физики, изучающий способы описания и законы движения элементарных частиц, атомов, молекул, атомных ядер, а также макроявлений. Ряд крупнейших технических достижений XX века основан на специфических законах Квантовой механики. Например, квантово-механические законы лежат в основе работы ядерных реакторов. Квантовая механика становится в значительной мере "инженерной" наукой, знание которой необходимо не только физикам-исследователям, но и инженерам.

Теория всего - Megascience
Megascience - наука обо всем - заняла 4 место в рейтинге. Теория Всего призвана систематизировать и обобщить все знания о мире, полученные человеком. Это своего рода наука всех наук, соединяющая воедино все.

Риск
Опрошенные ученые считают, что риск существует лишь в сознании людей, он ими придуман. Это понятие тесно связано с мышлением, с оценкой ситуации и ее последствий. В прошлом многие действия человека, повлекшие неблагоприятные последствия, списывались на непредвиденные обстоятельства. Теперь человек сам волен оценивать свои возможности, а с помощью хорошего адвоката всегда реально преобразовать любую случайность в преднамеренную халатность, иронизирует издание.

Хаос
Ученые, вероятно, были последними людьми, узнавшими о хаосе, пишет издание. В нашей жизни все является хаотическим, случайным, непредсказуемым в конечном итоге. Бенджамин Франклин писал: "Из-за отсутствия гвоздя была потеряна подкова; из-за отсутствия подковы была потеряна лошадь; и из-за отсутствия лошади наездник был убит, настигнутый врагом, - все из-за отсутствия гвоздя в подкове".

Теория относительности Альберта Эйнштейна
Теория относительности - физическая теория, рассматривающая пространственно-временные свойства физических процессов. Закономерности, устанавливаемые этой теорией, являются общими для всех физических процессов, поэтому часто о них говорят просто как о свойствах пространства и времени. В частной теории относительности рассматриваются свойства пространства и времени в приближении, в котором эффектами тяготения можно пренебречь. Автором теории относительности является Альберт Эйнштейн.

Изменение климата
Человечество должно уделять особое внимание изменению климата на Земле, так как от этого зависит выживание людей, считают ученые. Основная причина изменения климата - увеличение концентрации в атмосфере углекислого газа. В доиндустриальную эпоху эта концентрация была значительно меньше нынешней. К концу XXI века, концентрация углекислого газа в атмосфере, по некоторым прогнозам, может удвоиться.

Тектоника
Тектоника - отрасль геологии, изучающая структуру земной коры (формы залегания геологических тел) и ее изменения под влиянием тектонических движений и деформаций, связанных с развитием Земли в целом. Тектонические карты, например, оказывают помощь в прогнозировании крупных землетрясений, пишет издание.

Собственно наука
Наука - систематическое объединение и изложение объективно достоверных сведений, принадлежащих к какой-либо области знания, в более общем смысле - объективно достоверное и систематическое знание о явлениях природы и жизни человека со стороны их закономерности и неизменного порядка. Люди с древнейших времен стремились найти общее начало для объединения всех наук в целостную систему, в которой каждая наука занимала бы определенное место.


Рекордный робот-пылинка двигается по командам учёных

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

  Вверху - микроробот в действии, внизу - его
                  электронная начинка, пятна – человеческие красные кровяные
                  клетки (фото с сайта
            dartmouth.edu)
Вверху - микроробот в действии, внизу - его электронная начинка, пятна – человеческие красные кровяные клетки (фото с сайта dartmouth.edu).
 

Брюс Дональд (Bruce Donald) и его коллеги из американского колледжа Дартмута (Dartmouth College) построили самого маленького в мире мобильного робота — автономного и дистанционно управляемого.

Длина робота составляет 0,25 миллиметра, а ширина — 0,06 миллиметра, высота же — ещё меньше. Благодаря "ноге" на гибкой подвеске он может двигаться, при этом его способ передвижения напоминает ползание гусеницы.

Каждую секунду микроробот делает десятки тысяч шажков по 10 нанометров каждый. Для своих размеров — это очень "быстрое существо".

Автономность робота в данном случае подразумевает, что он не соединён с чем-нибудь проводами и не ограничен какими-нибудь "рельсами". И это не просто микроэлектромеханический манипулятор.

Как отмечают авторы, впервые в мире им удалось соединить в таком масштабе изделия и силовой привод (в робота встроены два актуатора — для прямолинейного движения и для поворотов), и систему "рулевого" управления, и систему коммуникации, принимающую информацию извне.

Энергию для робота поставляют тысячи крохотных электродов, покрывающих поверхность, по которой машина и двигается. Через эти же электроды роботу посылаются управляющие команды.

Интересно, что другая группа исследователей намерена создать рой миллиметровых роботов, способных действовать коллективно.



Выполнен стоп-кадр столкновения атомов

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

Используя лазерный импульс длительностью 70 фемтосекунд (фемто — это 10 в минус пятнадцатой степени), физики из американского института JILA разглядели, что происходит, когда сталкиваются атомы.

Процесс взаимного соударения двух атомов настолько быстротечен, что до сих пор учёным не удавалось прояснить его детали. Они видели лишь то, что происходило "до" и "после".

В экспериментах JILA приблизительно 10 квинтильонов атомов калия упаковали в контейнер из титана со стороной в 1 сантиметр и нагрели до 700 градусов Цельсия (для повышения частоты столкновений). Быстрые лазерные импульсы выступили тут в роли фотовспышки, чтобы произвести "стоп-кадр".

Энергия от первого лазерного импульса поглощалась атомами, приводя их в одинаковое состояние и заставляя откликаться излучением волны идентичного образца. Второй импульс уже получал картину взаимодействия атомов между собой.

Этот луч также поглощался и повторно излучался атомами, которые оставались "в состоянии синхронизации", но не теми, которые успели столкнуться между собой.

Кривая зависимости интенсивности второго отражённого сигнала от времени задержки между двумя лазерными импульсами и дала учёным картину взаимодействия атомов между собой. А форма отражённой волны рассказала о деталях их взаимодействия.

Так физиками было показано (как ранее и предполагали учёные), что соударение атомов очень похоже на соударение теннисных мячиков — с кратковременной потерей формы и энергии.

Физики впервые создали молекулярный позитроний

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

Аллен Миллс (Allen Mills) и его коллеги из университета Калифорнии в Риверсайде (University of California, Riverside) утверждают, что обнаружили свидетельство существования в лабораторной установке двухатомных молекул позитрония – впервые в мире.

Позитроний – это атом, аналогичный атому водорода, но протон в нём заменён на позитрон (антиэлектрон). Поскольку вещество и антивещество аннигилируют – позитроний крайне нестабилен. Он живёт меньше миллиардной доли секунды и превращается в гамма-лучи.

Потому добиться не просто возникновения таких атомов, но ещё и повышения их концентрации, чтобы они сблизились между собой – крайне сложно.

Но в теории, два атома позитрония способны создать короткоживущую молекулу — Ps2, химически идентичную молекуле водорода, но отличную от неё с точки зрения физики (например – легче почти в 2 тысячи раз).

На практике это, кажется, удалось только теперь – группе Миллса. Исследователи направляли луч позитронов, испускаемых при распаде радиоактивной формы натрия, в цель, сделанную из кварца, полного крошечных отверстий.

В столкновениях некоторые из позитронов забирали у кварца электрон, чтобы сформировать позитроний. Атомы позитрония накапливались в пористом кварце, и некоторые из них формировали на короткое время молекулы Ps2.

Об этом говорило измерение уровня гамма-радиации (возникавшей в результате аннигиляции молекул позитрония) с уровнем, рассчитанным ранее по модели. Уровень был необычайно высок, что указывало на кратковременное образование молекул позитрония.

Это не единственно возможное объяснение результатов. Авторы работы намерены ещё всё перепроверить, и отсеять возможные ошибки, используя иные мишени в аналогичных опытах.

Но если достижение подтвердится, оно будет первым свидетельством реакции из области принципиально новой химии – химии "взрывающихся" атомов, физически отличных от тех, с которыми мы привыкли иметь дело.


Роботы-преподаватели занимаются со студентами в онлайне

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

  Пример полимера-кристалла Пример полимера-кристалла (иллюстрация Adrien Côté).
 

Группа учёных из университета Мичигана (University of Michigan) создала новый класс материалов, которым сулят большое будущее в ряде областей и в частности — в системах хранения водорода на борту автомобиля.

Новая группа веществ составлена из тех же молекулярных блоков, из которых составляют пластмассы, но, в отличие от последних, в новых веществах формируются не хаотичные и крайне ветвистые полимерные цепи, а стройная кристаллическая структура.

Эти пластмассы-кристаллы авторы назвали "ковалентные органические каркасы (или структуры)" — (covalent organic frameworks — COF).

Твёрдые пластмассы никогда ещё не формировали правильные кристаллические решётки, поясняют учёные из университета Мичигана. Из-за быстротечности и непредсказуемости реакций полимеризации в обычной пластмассе формируются самые разнообразные цепи и связи.

Авторы исследования сумели замедлить и упорядочить эти процессы. Так они научились синтезировать целый класс разнообразных веществ и быстро (при помощи рентгеновской кристаллографии) определять их свойства, с тем, чтобы, внося просчитанные изменения, получать желаемый результат.

Получились различные соединения водорода, бора, углерода, азота и кислорода, которые формировали очень пористые кристаллические структуры с очень низким весом. Авторы работы полагают, что различные виды COF станут прекрасными ёмкостями для водорода (автомобили на топливных элементах), или мощными катализаторами и так далее.

Ранее мы уже сообщали об открытии нового класса веществ (так называемых суператомов), мимикрирующих под другие элементы периодической таблицы. Суператомы, кстати, по мнению их первооткрывателей, достойны нового раздела химии.


Роботы-преподаватели занимаются со студентами в онлайне

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

  Бот-учитель может принимать и такой облик
Бот-учитель может принимать и такой облик (иллюстрация RITL).
 

Необычных виртуальных учителей создали Эми Бэйлор (Amy L. Baylor), директор исследовательского центра инновационных технологий обучения (Center for Research of Innovative Technologies for Learning — RITL) университета Флориды (Florida State University) и её подчинённые.

К виртуальной жене и роботам-юристам пришло пополнение.

Авторы новых ботов назвали их "педагогическими агентами". Это оживляемый компьютером трёхмерный персонаж, который не просто выкладывает ученику курс лекций, но и взаимодействует с ним, применяя, среди прочего, невербальную коммуникацию и подражая человеческим эмоциям.

Смысл таких учителей-программ в том, чтобы обучающиеся могли взаимодействовать с машиной почти так же, как они бы делали это с преподавателем-человеком.

Педагогические агенты могут приспосабливаться к силам студента и к его слабостям в конкретной теме, обеспечить эмоциональную обратную связь, сделать использование машины в обучении более лёгким и даже повысить мотивацию.

Педагогические агенты владеют мимикой и жестами. Они даже могут быть настроены (персонифицированы) так, чтобы усилить эмоциональный ответ на их действия у специфической группы лиц или конкретного человека.

"В отличие от живого наставника, мы можем управлять всеми параметрами педагогического агента — менять его пол, возраст, этническую принадлежность, индивидуальность и стиль общения. Это приводит нас к широким возможностям в моделировании и исследовании различных стилей обучения и учебных стратегий", — поясняет свою работу Бэйлор.

Она полагает, что максимальное приближение методов общения ученика с компьютером к общению с живым преподавателем позволит значительно повысить эффективность дистанционного обучения.

Сейчас ряд таких преподавателей-ботов проходит обкатку. Проект продолжается.


Созданы самые тонкие в мире металлические провода

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

Физики из Центра атомных проводников и слоёв (Center for Atomic Wires and Layers) южнокорейского университета Йонсеи (Yonsei University) создали самые тонкие в мире металлические проводники для микросхем — их толщина не превышает 2 нанометра.

Профессор Йеом Хан Вон (Yeom Han-Woong) и его команда начали работу над сверхтонкими проводниками ещё в 2003 году. Их исследования будут продолжены ещё несколько лет.

Новая технология позволит создавать чипы, способные обрабатывать большее количество данных на большей скорости.

В настоящее время, к примеру, самые передовые чипы памяти производят по техпроцессу с размером деталей в 70 нанометров и промышленники готовятся выйти на новый уровень — 50 нанометров.


В СТРОИТЕЛЬСТВЕ НА АТОМНОМ УРОВНЕ НАСТУПАЕТ БУМ

Источник: «Известия Науки - Новости»

...Почему богатая Европа, которая на нанотехнологии отпускает средств больше, чем мы на всю свою науку, с интересом смотрит на Россию? По своей сути нанотехнологии являются междисциплинарной областью, и наша страна, сумевшая в прежние времена поднять науку по всему фронту до горних вершин, находится по части нанотехнологий в выгодном стартовом положении. Многие специалисты считают, что развивать масштабные междисциплинарные исследования сейчас способны только США и Россия.

У России немало конкретных достижений в области нанотехнологий и есть отличные шансы оказаться в лидерах. Из десятка европейских источников синхротронного излучения два работают в России - в Новосибирске и в Курчатовском центре, третий строится в Зеленограде. Еще один синхротронный источник может быть построен в Дубне. Нейтронный источник создается, хотя это затянувшийся долгострой, в Санкт-Петербурге. Лучшие в мире сканирующие зондовые микроскопы, которые работают в 90 институтах РАН, созданы в Зеленограде и уже несколько лет приобретаются Европой. С 1970-х годов на советских орбитальных станциях проводились опыты по биотехнологии, где в условиях невесомости выращивались белки и производились особо чистые материалы, в том числе полупроводники. Сейчас эти эксперименты продолжаются на Международной космической станции.

Человек присваивает себе новые функции

Термин "нанотехнологии" в 1974 году предложил японец Норио Танигути для описания процесса построения новых объектов и материалов при помощи манипуляций с отдельными атомами. Нанотехнологии имеют дело с объектами в одну миллиардную часть метра, то есть размером с атом. Первые технические средства в этой области были изобретены в швейцарских лабораториях IBM. В 1982 году был создан растровый туннельный микроскоп, отмеченный в 1986 году Нобелевской премией. В 1986 году появился атомный силовой микроскоп. В отличие от прежних электронных приборов, которые позволяли лишь наблюдать микромир, нанотехнологические инструменты, которые правильнее было бы назвать нанозондами, дают возможность изменять этот мир, строить в нем, как из кирпичиков, молекулы с любыми свойствами. По законам квантовой физики, любое наблюдение - это манипуляция с наблюдаемым объектом. Тот, кто измеряет импульс атома, вступает во взаимодействие с ним и изменяет его состояние. В растровых микроскопах наблюдение и манипуляция едины, как пальцы на руке. Благодаря нанотехнологиям ученые от анализа впервые переходят к синтезу. Это качественное изменение мира науки. Впервые человек присваивает себе функции Творца, получает возможность создавать новый мир на основе биоорганики, которая соединила физику и молекулярную биологию.



Названо самое поразительное научное достижение 2005 года

Источник: «Известия Науки - Новости»

Первая клонированная собака признана самым поразительным научным достижением 2005 года по версии американского журнала Time.

Афганская гончая по кличке Снупи появилась на свет пять месяцев назад в лаборатории Сеульского национального университета в Южной Корее.

При клонировании ученые во главе с профессором Ву Сук Хваном использовали клетку, взятую из уха взрослой собаки. Они применили ту же технологию, с помощью которой была создана овечка Долли.

В числе других достижений, отмеченных журналом Time, оказались мотоцикл на водородном двигателе, одноразовая видеокамера и робот-кошка, способный распознавать речевые команды. Об этом сообщает Lenta.ru со ссылкой на агентство Reuters.


ЕДИНЫЙ ЭКЗАМЕН БУДЕТ ВВЕДЕН В 2008 ГОДУ

Источник: «Известия Науки - Новости»

В Минобрнауки РФ прошла коллегия, посвященная итогам эксперимента по введению ЕГЭ в 2005 году и задачах на 2006-й. В 2005-м году в эксперименте участвует 78 регионов, к которым в будущем году прибавятся еще 2. Из 652148 человек, сдававших ЕГЭ по русскому языку, "двойки" получили 7,1%, а из 680199, писавших математику, неуды - у 21,6%. По словам министра образования Андрея Фурсенко, должна быть альтернатива ЕГЭ (олимпиады и конкурсы), а вузы должны иметь право на дополнительные испытания."ЕГЭ выходит из рамок эксперимента. На основе этого подхода можно строить общероссийскую систему", - сказал министр.


NASA на Сатурне: луч Миры высветил следы спирали

Источник: «Новости науки "Русского переплета"»

Даже зоркие приборы космического аппарата, летящего вокруг Сатурна, не могут уловить всех тонкостей в филигранно выверенной структуре его колец. Однако при удачном стечении обстоятельств, оказывается, можно поймать в потоке данных "следы следов" — почти неуловимых деталей ледяных полей.

Астроном Фил Николсон (Phil Nicholson) из университета Корнелла (Cornell University) и его коллега Мэтт Хедман (Matt Hedman) опубликовали новое исследование колец Сатурна, основанное на недавнем наблюдении космическим кораблём Cassini серии затмений кольцами звезды по имени Мира (Омикрон Кита).

Визуальный и инфракрасный спектрометр космического аппарата был нацелен на звезду, чтобы измерять ослабление света материалом колец. Звезда пересекала их по хорде. Было это 24 мая, 11 июня, 29 июня и 5 августа 2005 года.

Естественно, на разном удалении от планеты кольца имеют несколько различный состав и плотность. Но если вы представите себе пересечение, скажем, грампластинки по хорде – вы поймёте, что кривая колебаний блеска звезды должна быть симметрична относительно середины затмения.

И тут-то учёных ждал большой сюрприз – симметрии не было даже близко.
  Один из самых свежих кадров Cassini: Диона, Тетис и Пандора
Один из самых свежих кадров Cassini: Диона, Тетис и Пандора (фото с сайта saturn.jpl.nasa.gov).
 

Спектры (всего более 400 тысяч отдельных замеров – один раз в 0,08 секунды) брались спектрометром в течение четырёх 3-часовых интервалов затенений звезды, случившихся по мере обращения космического зонда вокруг газового гиганта.

После того, как их соотнесли с взаимным положением звезды, колец и аппарата Cassini – открылась странная картина: больше света проникало через кольца в точках на пути звезды из затенения, чем в равноудалённых местах колец на пути к середине затмения.

Сначала Николсон и Хедман подумали: а нельзя ли эту асимметрию объяснить небольшим изменением положения космического корабля относительно колец и звезды? Но Николсон справедливо заметил, что расстояние между кораблём и звездой — фактически бесконечно. И линии, протянутые между ним и Мирой в двух противоположных краях затмения – почти параллельны.

Более вероятно, что тут открыто другое явление – так называемые гравитационные следы – очень тонкая структура в кольцах, образованная в результате взаимодействия ледяных валунов между собой и с гравитационным полем планеты.

Эти следы, по сути — небольшие волны плотности. Но, во-первых, куда более тонкие (шириной не более 100 метров), чем волны и спицы, непосредственно сфотографированные кораблём ранее и вызванные "работой" спутников Сатурна.

А во-вторых – не радиальные, а лежащие под неким углом к радиусу колец, образующие спираль.

Вот при таком наклоне вполне можно наблюдать асимметрию светопропускания. Поскольку справа и слева от центральной точки затмения звезды свет проходил бы под совсем другим углом к этим "спицам". Непосредственно увидеть их с такого расстояния было нельзя. Во время этой съёмки Cassini находился приблизительно на расстоянии в 1,6 миллиона километров от Сатурна.

Интересно, что такие спиральные и очень слабые колебания плотности материала колец – гравитационные следы — теоретики предсказывали ещё в 1970-х, но "след от следа" – аномальные различия в спектрах Миры — удалось поймать только теперь.



Изготовлен гибрид микромашины и одноклеточного организма

Источник: «Новости науки "Русского переплета"»

В Университете Небраски изготовлен первый в мире гибрид микромашины и одноклеточного организма. Изобретатели окрестили его селлборгом - по аналогии с киборгом, кибернетическим организмом. Основой селлборга служит палочковидная бактерия Bacillus cereus, которая изменяет собственные размеры в зависимости от концентрации водных паров в воздухе. При росте влажности она всасывает воду и распухает, при падении - подсыхает и стягивается.

Экспериментаторы покрыли поверхность силиконового чипа тончайшими металлическими электродами и нанесли на нее культуру живых микробов. Некоторые бактерии замкнули пары электродов, так что получились проводящие электрические цепи. Затем чип промыли в растворе, насыщенном наночастицами золота. Эти частицы склеились с белковыми молекулами, покрывающих поверхность бактерий.

Когда бактерия всасывает из воздуха воду и раздувается, расстояния между золотыми крапинками на ее внешней мембране увеличиваются, электрическое сопротивление схемы возрастает и текущий через нее ток слабеет. Поэтому измерение силы тока, протекающей через эту схему, дает возможность очень точно определять влажность воздуха. Об этом сообщает Washington Profile.



Физики обнаружили рентген в обычных искрах

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

  Рентгеновское излучение в природе производят
                  Солнце, взрывающиеся звёзды, а также обычные молнии
Рентгеновское излучение в природе производят Солнце, взрывающиеся звёзды, а также обычные молнии (фото Bart Van Oudenhove).
 

Джозеф Двайер (Joseph Dwyer) и его коллеги из технологического института Флориды (Florida Institute of Technology) зарегистрировали рентгеновское излучение при искровых разрядах в воздухе.

Неожиданность в данном случае заключалась в силе разрядов. Учёным было известно, что природные молнии производят рентгеновское излучение. Но когда решили поставить опыт с регистрацией этих лучей при искровом разряде в лаборатории — мнения в научной группе разделились пополам. Одна половина считала, что рентгена не будет. Другая, соответственно, придерживалась противоположной точки зрения.

Рентгеновское излучение было обнаружено. При напряжении разрядов всего в 1,5-2 миллиона вольт, что намного меньше, чем в молниях. "Мы не думали, что рентгеновские лучи могут быть так легко сгенерированы в воздухе", — признался Двайер.

Механизм генерирования рентгеновского излучения молнией до конца не ясен. Предполагается, что тут имеет место некий процесс, условно называемый, "взрывное (цепное) разрушение", сопровождающийся бегством со своих мест электронов у атомов газов и разгон их до больших энергий.

Обнаружение рентгеновского излучения и при слабых разрядах в воздухе — лишь добавляет новые вопросы. Ответы на них могут иметь большое значение для объяснения механизмов инициации и распространения молний, земных гамма-вспышек и так далее.


Построен ездящий одномолекулярный автомобиль

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

  Компьютерная реконструкция наноавтомобиля.
Компьютерная реконструкция наноавтомобиля (иллюстрация Y. Shira/Rice University)

Джеймс Тур (James Tour) и его коллеги из техасского университета Райса (Rice University) создали самый маленький в мире действующий автомобиль: он состоит всего-то приблизительно из трёх сотен атомов, собранных в одну сложную молекулу.

Ширина автомобиля — 4 нанометра, чуть больше, чем толщина ДНК. Он имеет раму и оси, а каждое его колесо — это бакиболл, то есть сфера из 60 атомов углерода.

Другие научные группы уже строили объекты нанометрового масштаба, напоминающие внешне автомобили, однако, это первый пример, когда полученная молекулярная конструкция действительно катилась (даже — не скользила) по поверхности так же, как катятся автомобили на своих колёсах.

Секрет вращения бакиболлов на осях (фактически — на химических связях) — нагрев системы до 200 градусов Цельсия.

Учёные использовали сканирующий туннельный микроскоп, чтобы увидеть своё творение и доказать, что оно действительно катится.

Конечная цель исследования — создание наногрузовиков, которые могли бы транспортировать на себе молекулы к конвейерам нанофабрик.

Физики составили сантиметровые цепочки из магнитных наночастиц

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

  Из цепочек кобальтовых наночастиц, полагают авторы работы, можно будет выстраивать что-нибудь полезное.
Из цепочек кобальтовых наночастиц, полагают авторы работы, можно будет выстраивать что-нибудь полезное (фото G. Cheng, A.R. Hight Walker/NIST).

Исследователи из американского национального института стандартов и технологий (National Institute of Standards and Technology) добились управляемой сборки и демонтажа очень длинных (сантиметры) цепочек из частиц с поперечником в считанные нанометры.

В качестве звеньев выступали магнитные кобальтовые частицы нанометрового масштаба, взвешенные в растворе. Чтобы заставить их формировать цепи, учёные прикладывали к частицам слабое магнитное поле. Частицы выстраивались вдоль силовых линий и соединялись друг с другом.

Интересно, что после этого соединения сила притяжения между частицами оказывалась так велика, что полная смена направления магнитного поля заставляла разворачиваться на 180 градусов уже всю цепь, как единое целое.

После выключения поля одна такая цепочка сворачивалась в трёхмерную спираль. А когда чашку с раствором слегка встряхивали — цепочка разваливалась на несколько маленьких колец.

Авторы исследования надеются, что оно пригодится при разработке новых типов компьютерной памяти, а особенно — в медицине, например, в системах сканирования и отображения больных тканей.

Читайте также о применении наночастиц в чипах-биосенсорах, нанобомбах и системе диагностики рака.


Создана белая лампочка из квантовых точек

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

  Стеклянная трубка с квантовыми точками испускает белый свет под действием ультрафиолетового лазера.
Стеклянная трубка с квантовыми точками испускает белый свет под действием ультрафиолетового лазера. На врезке – "квантовая" лампочка (фото Daniel Dubois).

Майкл Бауэрс (Michael Bowers), аспирант университета Вандербильта (Vanderbilt University), создал лампочку из квантовых точек — кристаллов, содержащих менее 70 атомов каждый.

Вообще, квантовые точки — кристаллы нанометрового масштаба. В опыте Бауэрса они были действительно очень маленькими — 66-68 атомов каждый. Майкл установил, что эти кристаллы (полупроводники, к слову) хорошо откликаются на очень слабое электрическое или световое воздействие, выдавая яркий белый свет.

Именно цвет вторичного излучения стал неожиданностью для экспериментаторов — они ожидали синий. Вначале экспериментаторы освещали взвесь квантовых точек в колбе с помощью лазера, а затем соорудили другую конструкцию. Бауэрс и его товарищ смешали квантовые точки с полиуретаном и покрыли этим составом лампочку, с синим светодиодом внутри.

Когда лампу включили, её полимерная поверхность стала испускать яркий и приятный белый свет с лёгким жёлтым оттенком — совсем как у обычных ламп накаливания с матовой колбой.

Авторы опыта считают, что с применением квантовых точек можно изготавливать очень разнообразные приборы освещения — экономичные и долговечные, запускаемые в действие как синим (ультрафиолетовым) излучением первичных светодиодов или лазеров, так и обычным пропусканием через квантовые точки электрического тока.

Выполнен стоп-кадр столкновения атомов

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

Используя лазерный импульс длительностью 70 фемтосекунд (фемто — это 10 в минус пятнадцатой степени), физики из американского института JILA разглядели, что происходит, когда сталкиваются атомы.

Процесс взаимного соударения двух атомов настолько быстротечен, что до сих пор учёным не удавалось прояснить его детали. Они видели лишь то, что происходило "до" и "после".

В экспериментах JILA приблизительно 10 квинтильонов атомов калия упаковали в контейнер из титана со стороной в 1 сантиметр и нагрели до 700 градусов Цельсия (для повышения частоты столкновений). Быстрые лазерные импульсы выступили тут в роли фотовспышки, чтобы произвести "стоп-кадр".

Энергия от первого лазерного импульса поглощалась атомами, приводя их в одинаковое состояние и заставляя откликаться излучением волны идентичного образца. Второй импульс уже получал картину взаимодействия атомов между собой.

Этот луч также поглощался и повторно излучался атомами, которые оставались "в состоянии синхронизации", но не теми, которые успели столкнуться между собой.

Кривая зависимости интенсивности второго отражённого сигнала от времени задержки между двумя лазерными импульсами и дала учёным картину взаимодействия атомов между собой. А форма отражённой волны рассказала о деталях их взаимодействия.

Так физиками было показано (как ранее и предполагали учёные), что соударение атомов очень похоже на соударение теннисных мячиков — с кратковременной потерей формы и энергии.

Опровергнута одна из формул Эйнштейна

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

  Новый опыт - самое прецизионное измерение броуновского движения из всех ранее предпринятых (иллюстрация EPFL).
Новый опыт - самое прецизионное измерение броуновского движения из всех ранее предпринятых (иллюстрация EPFL).

Специалисты из политехнического университета Лозанны (EPFL), университета Техаса в Остине (University of Texas at Austin) и Европейской лаборатории молекулярной биологии (European Molecular Biology Laboratory) впервые точно измерили броуновское движение микроскопической частицы.

В уникальном опыте броуновское движение взвешенной в жидкости частицы микронного размера удалось записать с геометрической точностью менее одного нанометра и с временным шагом в несколько микросекунд. Такой точности измерений удалось добиться с помощью так называемого фотонного силового микроскопа.

Оказалось, броуновское движение единственной частицы происходит иначе, чем постулировал Эйнштейн сто лет назад. Потому команда исследователей предложила исправленную версию стандартной модели броуновского движения.

Эйнштейн первым рассчитал параметры броуновского движения, показав, что нерегулярное перемещение частиц, взвешенных в жидкости, вызвано случайными ударами соседних молекул, совершающих тепловое движение.

Исследователи теоретически знали: если частица является намного большей, чем окружившие её молекулы, она не будет совершать абсолютно случайное движение, которое предсказал Эйнштейн. Получив импульс от столкновения с молекулой, частица, в свою очередь, влияет на поток в жидкости, причём огромную роль тут играют и инерция жидкости, и инерция частицы.

Но до сих опр не было никакого экспериментального поддтверждения этим представлениям, на уровне единственной частицы, которое наглядно показало бы все эти эффекты.

Именно такой опыт и поставила международная команда. В нём физики увидели, что время, которое требуется частице, чтобы сделать переход от баллистического движения (после удара) до движения диффузионного — намного больше, чем предсказывала классическая теория.

Исследователи составили новую версию уравнения, описывающего броуновское движение, и отметили, что расхождение с прежней теорией наблюдается тем большее, чем к меньшим масштабам времени переходит наблюдатель.

Эти данные очень важны для исследований в ряде областей — в нанотехнологиях, например, или в биохимии, где броуновские эффекты играют огромную роль.


Чипы памяти на нанотрубках пойдут в серию

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

  Схема записи единицы в память NRAM (иллюстрация Nantero).
Схема записи единицы в память NRAM (иллюстрация Nantero).

Американская компания Nantero презентовала новый тип памяти для компьютера, в котором используются нанотехнологии. Эту разновидность памяти компания назвала NRAM — Nanotube-based/ Nonvolatile RAM, что означает "память с произвольным доступом, базирующаяся на нанотрубках, не требующая постоянного питания".

Два года назад мы очень коротко рассказывали о работе Nantero, но тогда это были лишь теоретические исследования и рисунки. Теперь же речь идёт о реализованном "в металле" образце и подготовке серийного выпуска.

Подробности строения NRAM раскрыты только сейчас.

Ключевой элемент этой памяти — углеродные нанотрубки c диаметром в сто тысяч раз меньшим, чем диаметр человеческого волоса, и с толщиной стенок в один атом.

Миллиарды нанотрубок в новой памяти размещены на поверхности кремниевой пластины. Точнее, огромное количество плоских лент из таких трубок, размером в считанные нанометры, висят мостиками между электродами на чипе. Под центром каждого такого мостика есть ещё один электрод.

При приложении напряжения лента прогибается вниз и касается третьего электрода, который "считывает" положение углеродного мостика. При этом выключение питания не влияет на позицию ленты — она остаётся в том положении, в каком и была.

Эта стабильность достигается тонким балансом между механическим напряжением и силами Ван дер Ваальса, действующими в этой системе. Таким образом, реализуется запись информации в двоичном коде. Верхнее положение ленты означает ноль, а нижнее — единицу.

Компания уже создала 13-сантиметровую круглую пластину, которая хранит 10 гигабит информации. А сейчас изобретатели NRAM шлифуют детали производственного процесса, чтобы в будущем выйти с новыми чипами памяти на рынок.

Они будут не только более ёмкими по сравнению с традиционной флэш-памятью, но и более быстрыми и намного более долговечными.

Для организации массового производства новых чипов Nantero сотрудничает с американской компанией LSI Logic, производителем микросхем и полупроводниковых устройств. Её представитель отметил, что первые промышленные образцы NRAM должны появиться летом 2006 года.

Читайте также о рекордных нанотрубках сантиметровых размеров и о углеродных нанотранзисторах.


БРИТАНСКИЙ СТУДЕНТ СОЗДАЛ ОРИГИНАЛЬНЫЙ САЙТ И ЗАРАБОТАЛ $205 ТЫСЯЧ ЗА МЕСЯЦ

Источник: «Известия Науки - Новости»

Великобритании 21-летний студент университета смог оплатить учебу и заработать деньги благодаря оригинальной, но очень простой идее.

Студент Алекс Тью создал 26 августа сайт milliondollarhomepage.com. Суть проекта проста: на главной странице размещена сетка из 10 тысяч квадратов. Каждый из них имеет размер в 100 пикселей. Таким образом, на странице 1 миллион пикселей.

Алекс решил продавать место в этой сетке всем желающим. Один пиксель стоит один доллар, а соответственно один квадрат - 100 долларов. Уже через три дня появился первый покупатель, купивший 4 квадрата за 400 долларов. "Это самые легкие деньги в моей жизни", - написал Алекс в дневнике на своем сайте.

Он рассчитывал заработать немного наличных для того, чтобы помочь родителям оплатить его учебу (37 тысяч долларов за 3 года). Создавая сайт, Алекс указал также, что хотел бы купить новые носки. Считая, что количество желающих приобрести пиксели будет нарастать как снежный ком, он рассылал ссылку на сайт всем друзьям, они - своим знакомым и так далее.

Алекс Тью не ошибся, так как уже через неделю он продал первую тысячу пикселей. "В теории я считал, что люди будут использовать мою страницу для рекламы", - рассказал Алекс.

Вскоре после открытия проекта об оригинальном сайте написали ведущие британские газеты, например, The Guardian. Информационная поддержка привела к росту числа посетителей. Через две недели после открытия сайта Алекс сообщил: "У меня было 200 тысяч посетителей за три дня".

Автор сайта сообщает, что он стал полноценным студентом и начал учебу. Он говорит, что в его электронном почтовом ящике около 2 тысяч непрочитанных писем. Алекс обещает ответить всем и призывает покупать пиксели на его странице.

Алекс отказывается размещать непристойные изображения, а также ссылки на порноресурсы. Он гарантирует, что все пиксели будут находиться на своем месте по крайней мере 5 лет - до 2010 года.

К 1 октября Алекс Тью продал уже 205 100 пикселей, заработав более 205 тысяч долларов за 1 месяц. А по состоянию на утро 3 октября у него уже купили почти 253 тысячи пикселей.

Отвечая на вопрос, не боится ли он того, что его идею будут использовать и другие люди, Алекс сказал, что его это не беспокоит. "Имитация это форма лести", - считает британский студент.

Последователи Алекса Тью уже появились в том числе и в российском интернете. Так по адресу milliondollarhomepage.ru пользователи из России могут оставить свой след в истории на сетке из миллиона пикселей. Отличие российского аналога только в том, что здесь один пиксель стоит всего 1 рубль.

Российский сайт работает только 10 дней и уже продал почти 18 тысяч пикселей.


Разработан новый рецепт ядерного топлива

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

Профессор Элвин Соломон (Alvin A. Solomon) и его коллеги из университета Пардью (Purdue University) разработали новое ядерное топливо, которое сулит повышение эффективности существующих атомных электростанций и рост их безопасности.

Современное ядерное топливо делают из диоксида урана с маленьким процентом урана-235. Хотя это топливо вполне безопасно, проблема состоит в том, что оно плохо проводит высокую температуру, ограничивая тем самым допустимую мощность реактора и способствуя повреждению топливных шариков, что требует их замены прежде, чем всё "ядерное горючее", заключённое внутри, будет использовано для выработки электроэнергии.

Из-за плохой теплопроводности материала температура в центре каждого топливного шарика (из которых набирают стержни и, в конечном счёте — топливные сборки) намного выше, чем по краям, откуда система охлаждения реактора отводит тепло, используя его для привода генератора.

В новом рецепте оксид урана особым образом смешивают с оксидом бериллия. Такое топливо обладает на 50% более высокой теплопроводностью. Это уменьшает разницу между температурой в центре шарика с ядерным топливом и температурой снаружи топливных сборок, что снижает риск расплавления и повреждения ядра реактора и позволяет дольше держать топливо в работе, то есть — более полно его использовать, прежде, чем реактор потребует загрузки нового топлива.

Исследователи пока проверяли новый рецепт на компьютере, но вскоре намерены испытать его в реальном реакторе.

Интересно, что будет, если совместить этот вид топлива с новым типом атомной электростанции, который совместно разрабатывают специалисты России и США, имея в виду две цели: кардинальное повышение безопасности и существенный рост КПД АЭС.


Молекула научилась ходить как человек

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

  молекула шагает по поверхности
Используя линкеры (помечены красным), молекула шагает по поверхности медного листа, имитируя человеческую ходьбу (изображение Ludwig Bartels/UC Riverside).

Группа американских исследователей из университета Калифорнии в Риверсайде (UC Riverside) впервые "научила" молекулу перемещаться по прямой линии на плоской поверхности и говорит, что "наноходок" имитирует ходьбу человека.

Используемая в экспериментах молекула DTA (9,10-dithioanthracene) имеет два фрагмента, именуемых линкерами — именно они играют роль ног при ходьбе.

Учёные подавали молекуле тепловую энергию, которая заставляла линкеры поочерёдно отрываться от поверхности и делать шажки. Таким образом, удалось добиться перемещения молекулы по прямой линии без нанорельсов или наноуглублений для задания направления.

Теперь исследователи пробуют построить молекулярный механизм, который преобразовывает случайные тепловые колебания в направленное движение.

Они говорят, что их работа нацелена на выработку нового подхода к хранению больших объёмов информации на крошечных чипах и демонстрирует, что "концепция мира, в котором мы живём, может быть продублирована в нанометровом масштабе атомов и молекул".


Создан ручной генератор холодной плазмы

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

  Плазменный луч не вредит коже

Мунир Ларусси (Mounir Laroussi) и Синь Пэй Лу (Xin Pei Lu) из американского университета Old Dominion разработали портативное устройство для создания длинного пучка холодной плазмы.

Аппарат, немногим крупнее авторучки, генерирует острое плазменное перо длиной в пять сантиметров. Прежние устройства такого типа могли создавать выбросы холодной плазмы лишь в несколько миллиметров длиной.

Плазма на выходе имеет комнатную температуру, однако может использоваться для эффективного уничтожения бактерий, так как содержит активные атомы кислорода. Большую же часть потока составляет гелий.

Обычно при атмосферном давлении требуется высокая температура (тысячи градусов), чтобы создать плазму.

Но в новом устройстве эта же цель достигается без нагрева — за счёт действия высокого напряжения, которое прикладывается к двум медным кольцам, закреплённым с двух сторон стеклянного диска диаметром 2,5 сантиметра и толщиной порядка одного сантиметра.

В центре диска имеется маленькое отверстие, а вся конструкция помещена в цилиндрический корпус, куда подаётся газ.

Импульс тока на электроды выдаётся в течение нескольких микросекунд. В этот момент из "авторучки" вырывается плазменное перо. Оно может быть использовано для дезинфекции ран или полости в зубе при установке пломбы, а в перспективе — для обработки опухолей.


ФИЗИКИ ИЩУТ СВЕРХТЯЖЕЛЫЕ ЯДРА С ЗАРЯДАМИ БОЛЬШЕ 110

Источник: «Известия Науки - Новости»

Исследователи из Физического института имени Лебедева РАН продолжают поиск сверхтяжелых трансфермиевых ядер с зарядами больше 110, участвуя в решении одной из наиболее важных задач ядерной физики и астрофизики.

Вопросом о существовании подобных ядер физики занимаются не только для понимания свойств ядерной материи, но и для проверки возможности существования иных стабильных форм материи, содержащих кроме протонов и нейтронов более тяжелые кварки.

Сегодня ученые предлагают искать сверхтяжелые с помощью недавно разработанного в институте современного высокоэффективного комплекса ПАВИКОМ. Работать они предполагают с оливинами, содержащимися в метеоритах. В силикатных кристаллах оливинов предполагают выявлять треки (следы) сверхтяжелых ядер подобно тому, как сегодня здесь находят ядра группы урана, --с помощью отжига и травления кристаллов. Ученые решили использовать единственный в России автоматизированный комплекс для обработки данных эмульсионных и твердотельных трековых детекторов. Программа позволяет измерить длину трека ядра с точностью 1 микрон. Об этом сообщает агентство "Информнаука".


Источник: «www.scientific.ru - Новости науки»

  sinw-ns01.gif
Рис.1. Схема действия нанопроволочного pH-метра.
 

Идея полупроводникового нанопроволочного сенсора очень проста – сопротивление цилиндрика из полупроводника (например, p - Si с диаметров 10 - 50 нм) чрезвычайно сильно зависит от того, сколько и каких заряженных частиц осело на поверхность плёнки SiOx, неизбежно формируемой на кремниевой нанопроволоке на воздухе. Химики уже давно научились таким образом "очувствлять" (или, в терминологии химиков, "функционализировать") поверхность SiO2, что после обработки на неё адсорбируется только то, что нужно, а что не нужно – не прилипает. К примеру, простейший сенсор – это тот, который реагирует на рН (кислотность) среды. У чистой воды рН = 7, а у воды "нечистой" pH отличается от 7. Что за вещества (кислоты или щелочи) и в каком количестве содержатся в воде, можно определить по отклонению рН от семёрки.

Если поверхность кремниевого нанопроволочного сенсора (с двумя омическими контактами по краям) покрыть 3-аминопропил-этоксисиланом (АПТЭС), то мы получим сверхминиатюрный рН - датчик (см. рис.1). Дело в том, что АПТЭС покрывает поверхность SiO2 плёнкой толщиной всего в один монослой (так называемый самоорганизованный монослой) с торчащими наружу группами NH2. В зависимости от кислотности среды эти группы могут или отдавать один протон или, наоборот, присоединять его из раствора, т.е. заряжаться, что незамедлительно сказывается на кондактансе ( I/U ) сенсора. Причём при каждом изменении кислотности среды наносенсор скачком меняет своё сопротивление.

  sinw-ns02.gif
Рис.2. Нанонопроволчный сенсор для белков: а) наглядная схема – модифицированная кремниевая нанопроволока (слева) и присоединенный к ней стрептовидин (справа); b) изменение кондактанса при адсобции 250 нМ стрептовидина на функционализированную SiOx- оболочку кремниевой нанопроволоки из n -фемтомолярного раствора (n > 10) протеина; с) немодифицированная кремниевая нанопроволока: нет протеина – нет и реакции; d) при пропускании над сенсором буферного раствора; e ) при адсорбции 25 нМ стрептовидина ( n =10).

Если нужно детектировать не просто кислотность, а конкретный белок (например, стрептовидин), то поверхность нанопроволочного сенсора следует покрыть бычьим альбумином, меченным биотинамидокапроилом, который является селективным рецептором для стрептовидина. А дальше можно действовать по той же схеме (рис. 2). Присевший на функционализированную поверхность SiO2 стрептовидин меняет заряд на этой поверхности, а значит и кондактанс нанопроволоки. Поэтому для определения этого конкретного протеина помимо наносенсора достаточно иметь батарейку, вольтметр и амперметр.

Подобные нанопроволочные сенсоры можно использовать для детектирования множества жизненно важных веществ и соединений. Например, метаболические процессы (деление-рост-развитие) в любых клетках человека напрямую зависят от концентрации двухвалентных ионов кальция (Ca2+), которые входят в состав оболочки любой клетки. Кремниевые нанопроволоки способны прекрасно реагировать на концентрацию этого жизненно важного иона. Одним из важнейших объектов в биологии является дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), в двойной спирали которой посредством всего четырёх оснований (аденин, тимин, гуанин и цитозин) записан генетический код живых организмов. Сенсор, который может детектировать последовательность этих оснований в ДНК, это, возможно, наиболее важный для медицины сенсор. Кремниевые нанопроволоки с успехом справляются и с такой задачей. Наконец, нолезны кремниевые нанопроволоки и при диагностике вирусных заболеваний. Так креминиевый наносенсор даёт вполне измеримый сигнал даже, если на него попал всего один вирус гриппа A (рис.3).

  sinw-ns03.gif
Рис.3. Схема детектирования одиночного вируса. Показаны два нанопроволочных прибора (1 и 2), модифицированные различными рецепторами. Дальняя (красная) НП «очувствлена» для захвата вируса гриппа А, а ближняя (синяя)– нет. Графики справа показывают, как Si-НП реагируют на адсорбцию и десорбцию одиночного вируса.
 

Размеры наносенсоров таковы, что несложно создать многофункциональные датчики, сочетающие множество отдельных сенсоров, настроенных на определенные типы возбудителей заболеваний, "в одном флаконе". Поскольку речь идёт о нанопроволоках, то 1000 -10000 таких сенсоров могут разместиться (вместе с контактами, которые, на самом деле и занимают наибольшую площадь) в устройстве размером со спичечную головку. Далее на мультинанопроволочный сенсор помещается капля крови (или пота, или слюны, или мочи) и через секунду компьютер бесстрастно расскажет о попавших в организм возмутителях спокойствия. Это вполне обозримое будущее полупроводниковой нанопроволочной сенсорики; по некоторым прогнозам к 2010 году рынок нанотехнологических изделий только для биомедицинских применений составит 3.4 млрд. долл.


Любовь и секс - две большие разницы

Источник: «Новости науки "Русского переплета"»

Ученые с помощью функционального магнитно-резонансного томографа, работающего в режиме реального времени, обследовали 17 влюбленных студентов колледжа, влюбившихся несколько недель или месяцев назад. Оказалось, что влюбленность не имеет никакого отношения к участкам мозга и не связана с сексуальными центрами. По мнению ученых, Артур Арон, соавтор исследования, считает: "Мы получили очень ясные доказательства того, что сексом и любовью управляют совсем разные отделы мозга". Таким образом можно объяснить, почему люди иногда влюбляются в тех, кто не привлекает их с сексуальной точки зрения; почему сильнейшее чувство можно испытывать к новорожденному ребенку или к Богу. При лицезрении возлюбленных, в мозгу обследуемых активизировались многие участки, но более всего - вентральная покрышечная область (место, где синтезируется природный стимулятор дофамин) и хвостатые ядра. Оба участка относятся к дофаминергической системе мозга, которая отвечает за напряженное внимание, энергию, приподнятое настроение, стремление и мотивацию. Похоже, любовь - это даже не эмоция, любовь - это потребность, основное стремление, заставляющее людей быть вместе", - считает Хелен Фишер, антрополог из Rutgers University и соавтор исследования. - "Система, управляющая эмоциями, включается только через некоторое время, мы видим ее работу в мозгу тех, кто влюблен уже 8-17 месяцев. Любовь - это зависимость, во многом похожая на наркоманию: когда влюбляешься в кого-то, то все больше и больше нуждаешься в этом человеке, через какое-то время люди женятся, чтобы все-время быть вместе. Влюбленный человек по настоящему зависим, у него меняется характер, при разлуке он страдает, как наркоман без наркотика. Как героин или кокаин, любовь тоже толкает людей на безумные поступки: это одна из основных причин депрессии, самоубийств, убийств, преследований. С другой стороны, любовь помогает справиться с депрессией, делает жизнь более осмысленной.


Геонейтринная томография

Источник: «Новости науки "Русского переплета"»

В эксперименте KamLAND (по сообщению сайта cnews.ru) впервые удалось зарегистрировать электронные антинейтрино, испускаемые при бета-распаде урана-238 и тория-232, что позволило впервые оценить верхнюю границу тепла, которое может выделяться при радиоактивном распаде в ядре Земли. Если точность измерений удастся повысить, станет возможным использовать нейтрино для детального изучения внутреннего строения Земли.

Японский нейтринный детектор KamLAND представляет собой резервуар диаметром 13 м, в котором содержится около 1 тыс. тонн жидкого сцинтиллятора. Регистрация антинейтрино, при взаимодействии которых с протонами образуются нейтрон и позитрон, осуществляется с помощью фотоумножителей. При этом количество света, регистрируемого детектором, зависит от энергии позитрона и, следовательно, от энергии нейтрино. Это дает возможность ученым с помощью детектора KamLAND выделять нейтрино, образующиеся при распаде урана и тория, и <фоновые> нейтрино.

В настоящее время детектор KamLAND регистрирует примерно по одному <геонейтрино> в месяц. С помощью полученной информации ученым уже удалось впервые в истории провести непосредственные измерения тепла, выделяемого при радиоактивном распаде тория и урана в ядре Земли. <Тепло, выделяемое при распаде урана и тория, является источником конвекции вещества в мантии Земли, - заявил участник эксперимента KamLAND Николай Толич (Nikolai Tolich), - а тем самым - тектоники плит и землетрясений. Полученный результат, а также дальнейшие измерения с использованием того же метода, позволят обеспечить модели конвекции Земли корректными исходными значениями>.

Ранее измерения температурного градиента позволили геологам оценить мощность источника тепла, генерируемого внутри Земли, в 33-44 ТВт. Часть этого тепла - около 19 ТВт, - как полагали ученые, выделяется при радиоактивном распаде. Однако до сей поры провести прямые измерения тепловыделения Земли не представлялось возможным.

<Нам впервые удалось провести непосредственные измерения радиоактивности Земли целиком>, - заявил Джон Лернед (John Learned), руководитель группы KamLAND в университете штата Гавайи в г. Маноа.

Как сообщает PhysicsWeb, результаты обработки данных, полученных детектором KamLAND, показали, что на 1 квадратный сантиметр в секунду на поверхности Земли приходится около 16,2 млн. нейтрино, <рожденных> в ядре Земли. Тепловая мощность радиоактивного распада урана и тория в ядре Земли может, согласно оценкам ученых, достигать 60 ТВт (наиболее вероятное значение - 24 ТВт).

<Теперь в наших руках имеется средство диагностики внутреннего строения Земли, - заявил официальный представитель KamLAND Ацуто Сузуки (Atsuto Suzuki). - Впервые мы можем сказать, что нейтрино имеют практический интерес и для других областей науки>. В частности, нейтрино могут позволить ученым изучить содержание радиоактивных изотопов в коре и мантии Земли - однако для этого потребуется новое поколение нейтринных детекторов, позволяющих определять, откуда именно приходят нейтрино. <Мы движемся в направлении нейтринной томографии Земли целиком, - заявил д-р Лернед. - Пока что сделан лишь первый шаг>.


Между холодным и горячим термоядом

Источник: «Новости науки "Русского переплета"»

Получено очередное подтверждение реальности <холодного термояда>. Прогресс в этой области, который может привести к созданию недорогих, неиссякаемых и простых в эксплуатации <настольных> источников энергии, грозит обессмыслить многомиллиардные вложения в создание установок <горячего термояда> и все больше привлекает к себе внимание военных.

Группа ученых из университета Пердю (штат Индиана) под руководством Йибан Сюй (Yiban Xu) и Адама Батта (Adam Butt) подтвердили, что механизм сонолюминисценции действительно приводит к протеканию ядерной реакции синтеза. Об этом свидетельствуют образующиеся в ходе реакции нейтроны.

История <акустического термояда> берет начало в 2002 году, когда американский ученый Рузи Талейархан (Rusi Taleyarkhan) из Ок-Риджской лаборатории продемонстрировал настольную лабораторную установку, в которой протекала реакция термоядерного синтеза. Всех потрясла уникальная простота и <красота> эксперимента - Для этого потребовалось всего лишь "взрывать" крошечные пузырьки газа в холодной жидкости под действием ультразвуковых волн. "Если это так, то это просто чудо - и, вполне возможно, поворотный момент в человеческой истории", - заявил после демонстрации Андреа Просперетти (Andrea Prosperetti) из университета им. Джона Гопкинса в Балтиморе. Революционная работа вызвала шквал комментариев, в которых высказывались диаметрально противоположные мнения о работе.

В экспериментальной установке группы д-ра Талейархана для образования микроскопических пузырьков газа в жидком ацетоне использовался нейтронный пучок. При этом в ацетоне атомы обычного водорода были заменены атомами дейтерия - его более тяжелого изотопа. Удалось зарегистрировать как излучение света и ударные волны схлопывающихся пузырьков, так и сопутствующее им излучение высокоэнергетичных нейтронов с энергией 2,5 МэВ. Нейтроны именно такой энергии должны сопровождать превращение дейтерия в гелий. При этом удалось также зарегистрировать повышение уровня трития - еще одного продукта реакции синтеза. Этого удалось достичь благодаря тому, что при схлопывании пузырьков температура достигает огромных значений.

Вместе с тем, подчеркивали скептики, экспериментальных данных о температуре пузырьков на тот момент не имелось. Определить ее удалось сотрудникам иллинойского университета (г. Урбана-Шампэйн) Кен Суслик (Ken Suslik) и Дэвид Флэнниган (David Flannigan) в марте 2005 года. Им удалось впервые экспериментально показать, что температура в пузырьках при их схлопывании достигает 15 тыс. градусов, а вспышки света, сопровождающие сонолюминисценцию, были настолько яркими, что были легко различимы невооруженным глазом.

Теперь сторонники <холодного термояда> получили еще одно, особенно убедительное, подтверждение правоты д-ра Талейархана. Как сообщает Optics.org, Сюй и Батт поставили лабораторный эксперимент с использованием той же самой тестовой ячейки, которую использовал Талейархан, однако в качестве источника нейтронов применили Калифорний-252. Его преимущество заключается в том, что он является непрерывным, а не импульсным, источником нейтронов.

Ацетон, в котором водород был заменен его тяжелым изотопом дейтерием, подвергался воздействию нейтронного потока и ультразвуковых волн. Были зарегистрированы нейтроны энергии 2,5 МэВ - характерного признака протекания реакции синтеза двух ядер дейтерия, а также образование в жидкости еще более тяжелого радиоактивного изотопа водорода - трития. При использовании обычного ацетона ни того, ни другого признака не наблюдалось.

Скептиков переубедить пока не удается - так, Аарон Галонски (Aaron Galonsky) из университета штата Мичиган полагает, что нейтронные импульсы, наблюдавшиеся группой ученых из университета Пердю, вызываются гамма-излучением энергией 2,2 МэВ, возникающим при торможении нейтронов источника до тепловых энергий и их захватом парафиновыми стенками камеры.

Вместе с тем, о растущем осознании чрезвычайной важности результатов, полученных д-ром Талейарханом и его сторонниками, свидетельствует верный индикатор - военные. Агентство передовых оборонных исследований США DARPA выделило группе Талейархана средства на продолжение работ и на обмен информацией по вопросам, имеющим отношение к <пузырьковому> ядерному синтезу.

Стремительный прогресс <холодного термояда> ставит под большой вопрос целесообразность сооружения циклопических установок стоимостью многие миллиарды долларов - таких, как международный экспериментальный термоядерный реактор (ИТЭР) ценой около $13 млрд., сооружение которого начинается во Франции. Аналогичный проект создания сверхмощного лазера NIF стоимостью свыше $5 млрд., который позволит инициировать термоядерную реакцию в крошечной дейтериевой мишени, подвергается критике за чрезмерную дороговизну и малую обоснованность. На фоне этих астрономических сумм изящные <настольные> термоядерные установки д-ра Талейархана и его сторонников, а также растущее доверие к полученным ими результатам, вызывают к себе все более пристальный интерес.


Оптический диск на 100 Гб

Источник: «Новости науки "Русского переплета"»

Компания Sharp выпустила оптический диск на 100 ГБ стандарта Blu-ray. Это двусторонний вариант предыдущей разработки компании емкостью 50 ГБ. Новинка вмещает столько же, сколько 20 стандартных DVD и 140 CD.

Технология, по которой производился диск, названа компанией <функциональная пленка со сверхразрешением>. Ближайший слой с данными позволяет лучу без помех проходить через него. Луч считывает ямки, которые имеют размер, меньший, чем он сам - 0,1 микрон в диаметре с таким же интервалом; 0,4 микрон - размер луча. Таким образом, луч может покрывать одновременно две ямки. Емкость 100 Гбайт - не предел, специалисты компании ищут способы размещения большего количества слоев. Диск не совместим с BD.

Кроме Sharp, Blu-ray-диски производят Sony, Matsushita Electric Industrial, TDK и другие.


Американский зонд атаковал комету в космосе

Источник: «Европейское космическое агенство»

Deep impact

Необычная вода

Источник: «News.Battery.Ru - Аккумулятор Новостей»

Группа американских ученых из Аргоннской национальной лаборатории под руководством Александра Колесникова открыла новое состояние воды, получившее название <нанотрубочная вода> (nanotube water). Несмотря на то что в новом состоянии молекула воды также состоит из атома кислорода и двух атомов водорода, она не замерзает даже при температуре 8 градусов Кельвина.

Поведение воды в сверхмалых объемах, стенки которых не смачиваются водой, очень интересует специалистов в различных областях - от геологов до разработчиков новых материалов. Американские ученые решили исследовать свойства воды, помещенной в <сосуд> из углеродной нанотрубки. <Я с удивлением узнал, - рассказал г-н Колесников, - что никто до сих пор не пытался исследовать поведение воды в нанотрубках. Имеется большое количество расчетов, однако они усложняются еще и тем фактом, что вода крайне сложна для моделирования - в отличие от экспериментального исследования>.

<Несмотря на то что моделирование свойств воды ведется уже не один десяток лет, - подчеркивает Кристиан Дж. Барнхэм (Christian J. Burnham) из Хьюстонского университета, - мы лишь сейчас начинаем осознавать важность корректного описания движения ядер водорода на квантовом уровне. Мы продолжаем работать над созданием более точного математического описания пространственного заряда, окружающего каждую молекулу воды>.

Для изучения поведения воды в таких <экстремальных> условиях ученые наполнили водой углеродные нанотрубки размером 1,4 нм в поперечнике и длиной 10 тыс. нм. Для этого они подвергали их воздействию водяного пара на протяжении нескольких часов, после чего изучили структуру атомов внутри нанотрубок с помощью потока нейтронов. <В столь тесном одноразмерном сосуде мы ожидали увидеть что-то необычное, но не настолько, - сказал г-н Колесников. - Обнаружилось нечто поистине странное>.

Оказалось, что вода в нанотрубках находится в новом состоянии, не похожем ни на жидкое, ни на газообразное агрегатные состояния. Выяснилось, в частности, что среднее количество водородных связей, связывающих молекулу воды с соседними (так называемое координатное число) сократилось с 3,8 до 1,86. Вследствие этого повысилась подвижность молекул. <Новая вода> не замерзала даже при температуре, всего на восемь градусов отличающейся от абсолютного нуля.

Ученые продолжают оказавшиеся столь плодотворными исследования. На очереди разработка более корректной математической модели воды с использованием методов параллельных вычислений, изучение свойств воды в нанотрубках меньшего диаметра - например, сравнимого с размером протеинов клеточной мембраны, а также изучение термодинамических свойств "нанотрубочной воды".

Обозрение "Terra & Comp".


Аморфный металлический пластик

Источник: «www.scientific.ru - Новости науки»

Китайские и английские ученые создали металлические стекла на основе церия с довольно необычными для такого рода веществ свойствами.

Металлические стекла - это аморфные вещества, являющиеся проводниками. Их обычно получают за счет быстрого охлаждения расплава, в результате чего материал (сплав), оказавшись при температуре перехода в стеклообразное состояние, не кристаллизуется, а затвердевает в аморфном состоянии. Хотя наиболее темодинамически выгодным для сплава является кристаллическое состояние, аморфная структура обладает очень большим временем жизни - десятки и сотни лет. Металлические стекла в ряде случаев обладают уникальными механическими и магнитными свойствами (такими как твердость, прочность на растяжение и т.д.), что обуславливает их практические применения.

  metplast.jpg
Рис.1. a - поведение стержня из цериевого стекла под давлением при комнатной температуре и 90 C, на вставке - стержень до воздействия (при 90 C) и после него; b - буквы, сформированные из цериевого стекла в горячей воде (с); d - опечаток монеты в 5 пенсов на пластине.
 

Другой класс аморфным материалов, гораздо более широко применяемых в промышленном производстве, это полимерные стекла или, говоря более привычным языком, пластмассы. Обладая существенно меньше прочностью, они в то же время имеют существенно меньшую температуру стеклования, чем металлические стекла, и легко подаются обработке (формовке) при нагревании вследствие высокой пластичности. Китайские и английские ученые создали металлические стекла на основе церия, которые столь же легко поддаются формовке и обработке, как пластмассы [1]. Соединения с номинальным составом Ce70Al10Cu20 и Ce68Al10Cu20 Ni2 обладают необычно низкой температурой стеклования -около 70 C (по сравнению с несколькими сотнями градусов Цельсия для обычных металлических стекол) - она даже меньше аналогичной величины для некоторых полимеров.

Рентгеновские и электронно-микроскопические исследования показывают, что церивые металлические стекла представляют собой однородное аморфное вещество, в котором отсутствуют нанокристаллических включения. Наряду с низкой температурой стеклования они обладают достаточно высокой стабильностью - пребывая при комнатной температуре в течении 3 месяцев, они все еще остаются в стеклообразном состоянии. Цериевые стекла не лишены общего недостатка металлических стекол - при комнатной температуре они являются достаточно хрупкими, и уже сравнительно небольшие деформации (порядка процента) приводят к разрушению образца. В то же время уже при температуре вблизи температуры кипения воды цериевые металлические стекла становятся очень пластичными (рис.1): образцы можно "безнаказанно" деформировать, изгибать, придавать им сложную форму... В сочетании с тем, что модуль Юнга для них в 7 - 12 раз выше, чем для полимеров, и, в отличие от полимеров, они обладают хорошей электропроводностью, цериевые стекла небезынтересны с точки зрения практических применений.

1. B.Zhang, D.Q.Zhao, M.X.Pn, W.H.Wang, and A.L.Greer. Phys.Rev.Lett., v.94, 205502 (2005).


Электроны выстаиваются в очередь

Источник: «www.scientific.ru - Новости науки»

Давно известно, что электрический ток переносится отдельными электрическими зарядами. Однако на практике в подавляющем большинстве случаев при измерении тока дискретность не играет особенной роли. Недавно наблюдать последовательное коррелированное движение электронов удалось шведским ученым.

  s-e-coun1.jpg
Рис. 1. a - "очередь" из электронов в узком канале; b - одномерная цепочка туннельных контактов.
 

Работа шведским ученых основана на специфических свойствах поведения электронов в низкоразмерных системах, а именно – на кулоновском отталкивании электронов друг от друга. В то время как кулоновское взаимодействие практически не влияет на величину тока в обычном металлическом проводнике с макроскопическими размерами, оно играет определяющую роль в проводимости одномерных наноструктур. Теоретически показано, что при достаточно малой концентрации электронов кулоновское взаимодействие подавляет квантово-механические флуктуации, в результате чего электроны формируют вигнеровский кристалл, располагаясь строго периодически. При инжекции электрического тока I весь этот кристалл должен смещаться "пошагово", как единое целое, с частотой f = I / |e|, где e – заряд электрона. Простейшей структурой, которую можно предложить для демонстрации одноэлектронных осцилляций, является узкий полупроводниковый "канал" конечной длины (рис. 1a). Однако на практике такой эксперимент реализовать очень сложно, поскольку при малой концентрации электронов межэлектронные корреляции разрушаются примесями, а при большой – квантовыми флуктуациями. Найти оптимум до сих пор никому не удавалось.

По другому пути пошли шведские ученые, исследовавшие прохождение тока через одномерную цепочку туннельных контактов – металлических островков, разделенных тонкими диэлектрическими прослойками (рис. 1b). Электрическая емкость островков очень мала из-за их наноскопических размеров. Поэтому, когда на островок попадает хотя бы один электрон, потенциал островка скачком увеличивается, препятствуя перескокам (туннелированию) других электронов на этот островок. Если через цепочку контактов протекает небольшой средний ток I (от 5 фА до 1 пА в описываемых экспериментах), то процессы туннелирования электронов оказываются разделенными во времени и возникают одноэлектронные осцилляции. Шведские исследователи использовали цепочка из 50 сверхпроводниковых туннельных контактов с емкостью 0.42 фФ каждый. Эксперимент проводили при температуре 30 мК и в магнитном поле 0.475 Тл. При такой величине поля сверхпроводимость еще не подавлена, но пороговое напряжение для инжекции отдельных электронов меньше, чем для куперовских пар , поэтому процессы одноэлектронного туннелирования являются определяющими. На рис. 2a приведены результаты измерения заряда на одном из островков, полученные в режиме реального времени. Каждый пик соответствует туннелированию на этот островок одного электрона. Соответствующая спектральная плотность имеет максимум при f = I / |e|. С ростом температуры этот максимум расплывается, но все же выживает вплоть до 300 мК.

  s-e-coun2.gif
Рис. 2. a - подсчет электронов в режиме реального времени при различной величине силы среднего тока I через цепочку туннельных контактов; b - соответствующая спектральная плотность.
 

Эффект одноэлектронных осцилляций при переносе заряда может быть использован как очень удобный метод измерения малых токов с высокой точностью (помимо измеряемой частоты в формулу входит только заряд электрона). Было бы также очень интересно изучить динамику отдельных куперовских пар в цепочке туннельных контактов - это может пригодиться при конструировании сверхпроводниковых устройств для обработки квантовой информации.


Физики США создали аппарат для термоядерного синтеза

Источник: «News.Battery.Ru - Аккумулятор Новостей»

Физики из Калифорнийского Университета в Лос-Анджелесе впервые в мире построили чрезвычайно простой аппарат для термоядерного синтеза, обладающий карманными размерами. Это настоящий технологический прорыв, поскольку до этого, самый малый аппарат для термоядерного синтеза имел размеры микроволновой печки.

Ныне синтез можно проводить в камере, величиной с ладонь, заполненной дейтерием - тяжелым изотопом водорода. Внутрь камеры помещен кристалл из пироэлектрического материала, на одной стороне которого выступает острие. При подогреве кристалла вблизи его поверхности возникает электрическое поле, напряженность которого особенно велика вблизи острия. В результате, атомы дейтерия вблизи острия теряют электроны и превращаются в положительные ионы. Эти ионы ускоряются в приложенном к камере электрическом поле напряжением всего лишь 40 вольт.

Разогнанные ионы сталкиваются с пластинкой из дейтерида эрбия, вещества, одна молекула которого содержит три атома дейтерия. В результате таких столкновений происходят соударения ядер дейтерия, некоторые из которых приводят к реакции термоядерного синтеза. В ходе этой реакции два ядра дейтерия превращаются в одно ядро изотопа гелия и один нейтрон.

Новый прибор как раз и работает как нейтронный генератор, производя в секунду 900 нейтронов. Создатели этого устройства, Брайан Нараньо, Джим Гимзевски и Сет Путтерман полагают, что в модифицированном варианте его производительность возрастет до 1 млн. нейтронов в секунду.


США: найден самый быстрый оптический затвор в природе

Источник: «News.Battery.Ru - Аккумулятор Новостей»

Группа физиков из американского университета Вандербильта (Vanderbilt University) и национальных лабораторий Окриджа (Oak Ridge National Laboratory) и Беркли (Lawrence Berkeley National Laboratory) обнаружила, что в сверхтонких слоях (в тысячу раз тоньше волоса), а также - в форме наночастиц, диоксид ванадия демонстрирует необычайное свойство - сверхбыстрого фазового перехода.

В таких масштабах диоксид ванадия может перейти из прозрачного диэлектрического состояния в состояние проводника с зеркальной поверхностью за время в одну десятитриллионную долю секунды.

За это время даже свет успевает пробежать менее одной десятой миллиметра. Так что это - самый быстрый фазовый переход в природе и, соответственно, самый быстрый оптический переключатель.

То, что диоксид ванадия может в определённых условиях переходить от прозрачного состояния в зеркальное (при переходе через границу температуры в 68 градусов Цельсия) - известно давно.

При добавлении же примесей эту границу можно смещать и создавать на этой базе различные полезные устройства.

Однако никто не знал, насколько быстро может происходить этот переход. В толстом слое диоксида ванадия этот эффект не работает. Но, как обнаружили физики, если толщина материала не превышает 100 нанометров, то он превращается в ультрабыстрый переключатель.

Его и можно использовать как оптический переключатель в компьютерных сетях. Только сначала нужно подробнее разобраться с механизмом такого переключения.

Пока же уже ясно - быстрота смены фазового состояния объясняется тем, что при переходе тяжёлые атомы ванадия почти не смещаются, атомы кислорода - смещаются очень мало - на доли ангстрема, а происходит, главным образом, некое перераспределение электронов.

Кстати, решётка из упорядоченных наночастиц диоксида ванадия способна проделывать со светом удивительные вещи - не только отражать или поглощать его, но и менять цвет в зависимости от ряда условий.


США: физики создали супервесы

Источник: «News.Battery.Ru - Аккумулятор Новостей»

Физики из Калифорнийского технологического института сообщили о создании самых чувствительных в мире весов. В 2000 г. эти же ученые уже установили подобный рекорд, однако теперь они превзошли его в тысячу раз.

Пять лет назад Майкл Рукс и его коллеги измерили массу сверхмикроскопической "пылинки" золота, состоящей всего из нескольких тысяч атомов. Эта величина оказалась равна примерно десяти в минус восемнадцатой степени грамма (одной миллионной части миллиардной доли миллиграмма).

Весами служила вибрирующая пластинка кремния длиной в 0,01 мм и толщиной 260 нанометров. Когда на кончик пластинки поместили золотой "груз", частота ее колебаний несколько снизилась, что и удалось зарегистрировать с помощью специальной аппаратуры. Теперь исследователи заменили кремний на карбид кремния, из которого они изготовили вибратор длиной всего в 1 мкм (0,001 мм).

В результате чувствительность прибора резко возросла, и ученые смогли определить суммарную массу всего лишь нескольких атомов ксенона - десять в минус двадцать первой степени грамма. Если ученые вновь тысячекратно улучшат это достижение, они смогут точно взвешивать отдельные молекулы белка.


США: доказано существование суперионного состояния воды

Источник: «News.Battery.Ru - Аккумулятор Новостей»

Американские ученые из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса утверждают, что доказали существование так называемого суперионного состояния воды.

О возможности перехода воды в суперионную фазу впервые заговорили еще несколько лет назад. Теоретически такое состояние возможно при очень высокой температуре (около 1000° Цельсия) и давлении (порядка 100 тысяч атмосфер). В таких условиях вода не может рассматриваться ни как жидкость, ни как твердое тело. Дело в том, что в суперионной фазе атомы кислорода оказываются как бы "замороженными", тогда как атомы водорода способны перемещаться с огромными скоростями. Ученые считают, что именно в таком состоянии находится вода в недрах планет-гигантов, таких как Нептун или Уран.

В ходе эксперимента, проведенного под руководством Лоренса Фрида, американские исследователи попытались воспроизвести вышеописанные условия. Для этого обыкновенная вода сжималась алмазным прессом и одновременно нагревалась посредством инфракрасного лазера. Параллельно снимались данные о частоте колебаний молекул. Как сообщает Nature, эксперимент позволил выявить границу какого-то необычного состояния воды по резкому скачку частоты колебаний молекул.

Однако, что именно это было за состояние, удалось выяснить только при помощи компьютерного моделирования. Анализ поведения 60 молекул воды показал, что при высоких температуре и давлении они разрушаются, формируя при этом суперионную структуру. В таком состоянии вода оказывается плотнее льда и горячее пара. Трудно представить, что произошло бы с ней на поверхности нашей планеты, отмечают исследователи.


Парижский килограмм устарел

Источник: «Новости науки "Русского переплета"»

Эталон килограмма был введен еще 1889 г. на Первой Международной Конференции Мер и Весов. Он представляет собой цилиндр из сплава платины и иридия, который до сих пор хранится в Палате Мер и Весов (Bureau International des Poids et Mesures) в парижском пригороде Севр. Несколько копий имеются также и в других странах.

Учитывая то, что парижский эталон для контрольных измерений вынимается из камеры, где он постоянно находится, даже теоретически нельзя считать, что его вес остается неизменным, так как на нем могут оставаться частички пыли. "Например, было установлено, что массы копий уже отличаются от массы эталонного образца, - говорит Эдвин Вильямс (Edwin Williams) из Национального института технологии и стандартов США (National Institute of Standards and Technology), один из авторов инициативы по замене эталона.- Нам до сих пор неясно, увеличивается или уменьшается масса главного цилиндра, потому что именно он используется при сравнении в качестве эталона. С другой стороны, материальный образец теоретически подвергается риску быть потерянным в результате какого-либо природного катаклизма". "Таким образом, наша идея состоит в том, чтобы сформировать своего рода виртуальное определение килограмма, которое не имело бы непосредственной связи с каким-либо материальным объектом реального мира", - дополняет его физик Питер Мор (Peter Mohr), председатель парижского Комитета научно-технических стандартов (Committee on Data for Science and Technology) и второй из пяти соавторов статьи под названием "Новое определение килограмма: решение, время которому пришло", которая в понедельник стала доступна на сайте журнала Метрология (Metrologia).

Если аргументы, изложенные в статье, будут приняты международным научным сообществом, предлагаемые изменения вступят в силу в октябре 2007 г. А именно: начиная с этого времени килограмм будет определяться в результате экспериментов с использованием одной их двух универсальных постоянных. Если в этом качестве будет принята постоянная Планка, эксперимент будет состоять из измерения количества фотонов света определенной длины волны, которое будет соответствовать одному килограмму. Определение, основанное на числе Авогадро, будет означать измерение определенного количества атомов какого-либо химического элемента. Такой подход позволит, прежде всего, увеличить точность научных измерений, так как множество остальных единиц измерения основано на шести фундаментальных стандартах. А увеличение точности имеет громадное практическое значение для различных приложений, например, в области техники, медицины, охраны окружающей среды.

Возникает вопрос: является ли определение килограмма, предложенное инициативной группой, окончательным в истории стандартизации меры веса? "Нет, это не так!, - отвечает Питер Мор. - По мере развития научно-технического прогресса люди всегда приходили к осознанию того, что предыдущие знания рано или поздно устаревают". Однако, еще один их авторов статьи, Ян Миллс (Ian Mills), полагает, что предложенный подход останется неизменным, по крайней мере, на протяжении 100 лет.


США: создан первый в мире кремниевый лазер непрерывного излучения

Источник: «News.Battery.Ru - Аккумулятор Новостей»

Исследователи корпорации Intel разработали первый в мире полупроводниковый кремниевый лазер непрерывного излучения. Ожидается, что предложенная технология в перспективе позволит создавать недорогие лазеры для медицинских и научных целей и, кроме того, приведет к появлению качественно нового компьютерного оборудования.

Полупроводниковые лазеры создавались и раньше. В частности, существуют лазеры на базе арсенида галлия, однако высокая стоимость производства таких устройств ограничивает их распространение. Предпринимались также попытки создания кремниевых лазеров, которые, впрочем, до настоящего времени могли излучать лишь импульсы небольшой длительности. Сотрудникам Intel удалось решить обе проблемы.

Предложенная технология, сообщает Nature, основана на использовании эффекта Рамана, суть которого сводится к следующему. Свет, падающий на кристалл, вызывает вибрацию атомов, что, в свою очередь, приводит к возникновению вторичного излучения на другой длине волны. Усиливая это вторичное излучение путем "закачки" в систему энергии, можно получить рабочий луч.

При этом, однако, существует одна серьезная трудность. Дело в том, что внешнее излучение приводит к появлению облака свободных электронов, поглощающих вторичный свет. В результате, усиливать становится просто-напросто нечего. В Intel с данной проблемой справились путем создания электрического поля, оттягивающего свободные электроны из области прохождения пучка вторичного света.

Созданный по новой технологии кремниевый лазер способен работать при комнатной температуре непрерывно, пока подается рабочее напряжение. В настоящее время методика еще находится на стадии разработки, и первые коммерческие образцы кремниевых лазеров появятся не раньше, чем через пять лет.

Одной из основных сфер применения кремниевых лазеров станут компьютеры нового поколения, в которых традиционные медные проводники будут заменены световодами, что обеспечит возможность многократного повышения пропускной способности интерфейсов. Важно отметить, что для производства кремниевых лазеров можно будет использовать технологии, положенные в основу процесса изготовления современных полупроводниковых микросхем. Это позволит не только сократить себестоимость новых устройств, но и ускорить их массовое внедрение.


Канада: трехмерное изображение отдельной молекулярной орбитали

Источник: Новости науки Scientific.ru

  tom-i-mo1.jpg
Рис.1. a - схематическое изображение "убегания" электронного волнового пакета (Y c) под действием лазерного поля, оранжевая линия - эквипотенциальный контур для энергии чуть выше положения наивысшей занятой молекулярной орбитали; b - возвращающийся волновой пакет, сталкивающийся с молекулой (показана реальная часть волновой функции).
 

Понятие одноэлектронных волновых функций (орбиталей) было введено для описания электронной структуры молекул и описывает состояние отдельного электрона, находящегося в усредненном поле всех остальных электронов и ядер. На протяжении десятилетий это понятие оставалось "математической абстракцией", поскольку орбитали не были доступны непосредственному экспериментальному наблюдению. С развитием экспериментально техники появились методы, позволяющие достаточно детально исследовать распределение электронной плотности в молекулах. С этой целью может использоваться, например, сканирующая туннельная микроскопия, позволяющая работать с молекулами на поверхности твердого тела (неизбежной платой за это является искажения распределения электроной плотности). Есть и методы, позволяющие работать с молекулами в газовой фазе: таков, например, вариант фотоэлектронной спектроскопии, позволяющий как бы "подсвечивать" молекулу электронами изнутри ), что дает возможность регистрировать дифракционную картину, отражающую распространение электронной волны в трехмерном потенциале молекулы. Однако ни один из существующих методов не позволял получить неискаженное трехмерное изображение электронной волновой функции (включая информацию о ее фазе).

Канадские ученые применили для получение трехмерного изображения отдельных молекулярных орбиталей метод компьютерной томографии [1]. Этот метод используется для исследования сложных объектов: восстановление изображения объекта со сложной внутренней структурой происходит на основании анализа пространственного распределения интенсивности излучения, прошедшего через объект (трехмерное изображение объекта реконструируется по большому набору одномерных или двумерных проекций). Компьютерная томография широко используется в медицине, применяется она и в научных исследованиях, в том числе и для исследования столь хрупких объектов, как атомные бозе-конденсаты (см. нашу новость "Элементарные возбуждения бозе- конденсата и компьютерная томография" ). Однако во всех этих случаях речь идет о более или менее протяженных объектах, а перед канадскими учеными стояла совсем другая задача.

Наивысшие занятые молекулярные орбитали ответственны за образование химических связей, и потому наблюдение их изменения в процессе образования и разрыва химических связей - это взгляд в самое сердце химии. Именно эти молекулярные орбитали, соответственно, являются наиболее интересным объектом исследований. Для реконструкции орбитали молекулы азота N2 канадские ученые использовали генерацию высоких гармоник (излучения с частотой, кратной частоте начального импульса) под действием интенсивного фемтосекундного лазерного импульса. Заметим, что в настоящее время этот метод используется для получения импульсов электромагнитного излучение предельно малой длительности - аттосекундных импульсов (см. об этом нашу заметку "Первые шаги аттофизики" ).

  tom-i-mo2.jpg
Рис.2. Зарегистрированные спектры излучения для различных ориентаций молекулы N2: по оси абсцисс - номер гармоники, по оси ординат - относительная интенсивность сигнала. Показан также спектр высоких гармоник атома аргона.
 

Для того, чтобы получить требуемый набор проекций, необходимо иметь возможность вращать молекулу. Поскольку же ученым необходимо работать не с отдельной молекулой азота (в таком случае они попросту не смогли бы зафиксировать никакого сигнала), а с макроскопическим числом молекул, необходимым предварительным этапом эксперимента являлась одинаковое выстраивание осей молекул. С этой целью на струю молекул азота диаметром около 1 мм воздействовали лазерным импульсом длительностью 60 фемтосекунд. Под воздействием этого "предварительного" лазерного импульса молекулы начинают вращаться, причем скорость вращения зависит от их первоначальной ориентации по отношению к оси поляризации лазерного излучения. В результате, в какой-то момент времени после прохождения "предварительного" лазерного импульса все молекулы оказываются ориентированы одинаковым образом.

На ориентированные одинаковым образом молекулы действовал второй, более мощный фемтосекундный лазерный импульс (длина волны - 800 нм, длительность - 30 фс). Плотность мощности лазерного излучения (2 x 1014 Вт/см2) была достаточно большой, чтобы обеспечить туннельную ионизацию (за счет подавления кулоновского барьера электрическим полем лазерного импульса) высших занятых молекулярных орбиталей. В процессе туннельной ионизации часть электронной волновой функции оказывается высвобожденной: такой электронный волновой пакет начинает двигаться под действием меняющегося электрического поля лазерного импульса (рис.1a). Поначалу волновой пакет удаляется от молекулы, а потом начинает возвращаться, налетая на молекулу. За время, пока электронный волновой пакет возвращается к своей молекуле, он растягивается в направлении, перпендикулярном направлению движения, примерно до 9 A (рис.1b), что значительно превышает размер полекулы (~ 1 A). Возвращающийся волновой пакет можно рассматривать как набор плоских волн, который и производит "зондирование" соответствующим образом ориентированной молекулы.

  tom-i-mo3.jpg
Рис.2. a - полученное с помощью компьютерной томографии изображение молекулярной орбитали
2p s g; b- рассчитанная из первых принципов структура этой же орбитали; c - форма волновой функции вдоль межъядерной оси (штрихи - реконструкция на основании экспериментальных данных, сплошная линия - расчеты из первых принципов).

 

При столкновении возвращающегося волнового пакета с молекулой происходит перекрытие оставшейся части молекулярной орбитали и волнового пакета. В силу того, что оба происходят из единого источника, имеет место когерентное сложение двух волновых функций (именно данный факт позволяет "работать" с отдельной молекулярной орбиталью). Возникающее при этом ассиметричное распределение электронной плотности, меняющееся со временем (по мере движения возвращающегося волнового пакета), можно рассматривать как колеблющийся диполь, который излучает электромагнитные волны. Спектр генерируемого электромагнитное излучения определяется как формой молекулярной орбитали, так и ориентацией молекулы, и ограничивается сверху кинетической энергией налетающегося на молекулу волнового пакета.

Зарегистрировав набор спектров ("проекций") для различной ориентации оси молекул по отношению к оси поляризации лазерного излучения (с шагом 5o), ученые смогли реконструкировать трехмерную структуру отдельной молекулярной орбитали - рис.2.

По мнению исследователей, это только начало применения метода компьютерной томографии для получения трехмерных изображений волновых функций электронов в молекулах. Естественным развитием работы является наблюдение модификации молекулярных орбиталей в процессе химических реакций. Кроме того, подобная техника может быть использована не только для реконструкции высших занятых молекулярных орбиталей, но и реконструкции более глубоких орбиталей.

1. J.Itatani, J.Levesque, D.Zeidler, Hiromichi Niikura, H.Pepin, J.C.Kieffer, P.B.Gorkum, and D.V.Villeneuve. Nature, v.432, 467 (2004).

США: квантовое поведение механического осциллятора микронных размеров

Источник: Новости науки Scientific.ru

В эксперименте американских учёных, возможно, впервые удалось наблюдать квантовое поведение механического осциллятора микронных размеров.

  m-osc-q01.jpg
Рис.1. a - изображение механического наноосциллятора, полученное с помощью сканирующей электронной микроскопии, b - схематическое изображение низкочастотных колебаний осциллятора, c - схематическое изображение коллективной моды колебаний при больших частотах.
 

Без понятия "колебаний" немыслима современная физика, а исторически первым хорошо исследованным видом колебаний были механические колебания. Простейшим и занимающим особое место видом колебаний являются колебания гармонические, и потому гармонический осциллятор занимает своё важное место на страницах учебников. Так было до создания квантовой механики, не изменилась ситуация и с её созданием. Однако в квантовой механике, в отличие от "классики", для гармонического осциллятора энергетический спектр уже не является непрерывным, а представляет собой набор дискретных уровней, отделённых друг от друга равными энергетическими интервалами.

Квантовый и классический "миры" не разделены непреодолимой пропастью - должен существовать постепенный переход от одного к другому. Исследование перехода от классического к квантовому привлекает большое внимание учёных (см. например, нашу новость). Если иметь дело с механическим осциллятором, то, уменьшая его размеры, мы вправе ожидать, что при определённых условиях должен произойти переход от классического поведения к квантовому: из-за дискретности энергетического спектра амплитуда колебаний осциллятора сможет принимать только определённые значения, что совершенно не характерно для классического механического осциллятора. Однако в реальности наблюдать переход от классического поведения к квантовому в случае достаточно большого объекта - задача очень непростая: поскольку состояние квантовой системы легко может быть разрушено в процессе взаимодействия с окружением, реализовать подобную микроскопическую или мезоскопическую систему, которая демонстрировала бы квантовые свойства, очень сложно. В случае механического осциллятора достаточно уже того, чтобы энергетический зазор между уровнями энергии гармонического осциллятора (hn , где h - постоянная Планка, n   - частота колебаний) был существенно меньше характерной тепловой энергии (kT, где k - постоянная Больцмана), чтобы поставить крест на возможности наблюдать квантовое поведение осциллятора. Соответственно, чтобы это стало возможным, помимо малых размеров нужны, как минимум, очень низкие температуры и достаточно высокие собственные частоты колебаний.

При частоте колебаний механического осциллятора (например, тонкого кремниевого бруска) порядка 1 ГГц требуются температуры порядка 50 мК, чтобы можно было ожидать перехода к квантовому режиму колебаний. Однако, чтобы собственная частота колебаний стала столь велика, все размеры механического осциллятора должны быть в субмикронном диапазоне, что существенно затрудняет возможность регистрации смещения бруска из положения равновесия. Чтобы преодолеть это затруднение, учёные из Бостонского университета создали микроскопический механический осциллятор достаточно хитрой формы [1]. С помощью электронной литографии была изготовлена структура, напоминающая по форме антенну или двустороннюю расчёску (длина собственно кремниевого бруска - 10.7 мкм, ширина - 400 нм ширина; для "зубчиков" длина и ширина составляют 500 нм и 200 нм, соответственно; общая толщина структуры 245 нм: 185 нм - толщина кремния, 60 нм - толщина напылённого на кремний золотого электрода) - рис.1a.

  m-osc-q02.jpg
Рис.2. a - зависимость максимального напряжения (и, соответственно, амплитуды колебаний) от частоты вынуждающей силы вблизи резонанса; b - зависимость максимального напряжения в резонансе от магнитного поля. Температура - 1 К.
 

Подобная хитрая форма осциллятора приводит к появлению двух типов колебательных мод: низкочастотных, соответствующих колебанию конструкции как целого (рис.1b), и коллективных высокочастотных, когда колебания "зубчиков" (для которых собственная частота превышает 1 ГГц) в фазе вызывают колебания всей конструкции как целого (рис.1c). Конструкцию помещали внутрь криостата со сверхпроводящим магнитом на 16 Тл, а колебания возбуждали, пропуская переменный ток через золотой электрод, в результате чего на структуру действовала сила Лоренца. Измеряя падение напряжения на золотом электроде, которое в таких условиях пропорционально смещению структуры, исследователи могли следить за колебаниями механического осциллятора. Когда частота вынуждающей силы совпадает с одной из собственных частот колебаний системы, должен иметь место резонанс, т.е. амплитуда колебаний осциллятора должна возрастать, что можно зафиксировать по изменению максимального напряжения.

При работе в низкочастотной области (21 МГц) при температуре 60 мК исследователи видели чисто классическую картину - амплитуда колебаний осциллятора постепенно увеличивалась по мере того, как росло магнитное поле (и, соответственно, увеличивалась сила, действующая на структуру). Такую же картину учёные наблюдали и при работе на частоте, совпадающей с собственной частотой высокочастотной коллективной моды (около 1.5 ГГц) при температуре 1 К - рис.2. Однако, при понижении температуры до 110 мК (при такой температуре kT становится сопоставима с hn   и можно ожидать проявления квантового характера колебаний) исследователи наблюдали качественно иную картину: непрерывного изменения амплитуды колебаний при изменении поля не происходило! Вместо этого происходили скачки напряжения между двумя определёнными значениями при изменении магнитного поля - рис.3. Подобные скачки можно интерпретировать как переходы квантового осциллятора между основным и первым возбуждённым состоянием.

  m-osc-q03.jpg
Рис.3. a - зависимость максимального напряжения (и, соответственно, амплитуды колебаний) от частоты вынуждающей силы вблизи резонанса; b - зависимость максимального напряжения в резонансе от магнитного поля. Температура - 110 мК.
 

Хотя учёные проявляют осторожность, подчёркивая, что пока ещё рано однозначно интерпретировать результаты экспериментов как проявление квантового поведения макроскопического ("расчёска" состоит примерно из 50 миллиардов атомов кремния) механического осциллятора, тем не менее, не исключено, что им действительно удалось прикоснуться к грани, разделяющей квантовый и классический миры.

1. Alexei Gaidarzhy, Guiti Zolfagharkhani, Robert L.Badzey, and Pritiraj Mohanty . Phys.Rev.Lett, v.94, 030402 (2005).


США: сверхтекучий гелий-4 заставили петь

Источник: «News.Battery.Ru - Аккумулятор Новостей»

Физики из Калифорнийского университета в Беркли сумели записать звук квантовой вибрации, иначе называемый "квантовым свистом", что позволит в перспективе создавать высокочувствительные детекторы вращения или сверхточные гироскопы.

Квантовый свист - это особая характеристика конденсированных жидкостей при сверхнизких температурах (в данном случае, сверхтекучего гелия-4). Такие жидкости вибрируют при прохождении через крохотные отверстия. Профессор физики Ричард Паккард и выпускник Калифорнийского университета в Беркли Эмил Хоскинсон знали, что другим исследователям так и не удалось услышать квантовый свист при пропускании гелия-4 сквозь маленькое отверстие диаметром не шире нескольких десятков нанометров.

К удивлению калифорнийских ученых, хор из тысяч наносвистов образовал вполне различимый на слух вой. По мнению Паккарда и Хоскинсона, чистота полученного ими звука позволяет надеяться на возможность создания сенсоров вращения высокой чувствительности, которые так необходимы в сейсмологии и инерционной навигации. Паккард утверждает, что при помощи таких датчиков можно измерять сигналы вращения во время землетрясений и использовать в высокоточных гироскопах подводных лодок.

Четыре года назад Паккард и его коллеги построили и успешно испытали гироскоп, работа которого основана на эффекте квантового свиста сверхтекучего гелия-3. Правда, для работы этого устройства требуется охлаждение до температуры в несколько тысячных одного кельвина. Главный успех нового открытия калифорнийцев заключается в том, что полученный квантовый свист гелия-4 происходит при температуре в 2 К. Это вполне достижимый уровень для существующих промышленных криогенераторов.


First images from Titan

Источник: «Европейское космическое агенство»

Первый снимок Титана 14 January 2005   This raw image was returned by the ESA Huygens DISR camera after the probe descended through the atmosphere of Titan. It shows the surface of Titan with ice blocks strewn around. The size and distance of the blocks will be determined when the image is properly processed.

Послушать (450 кб)


Журнал Science: десять главных научных открытий года

Источник: «Новости науки "Русского переплета"»

    Крупнейший американский научный журнал Science опубликовал список десяти самых важных научных открытий уходящего года:

    1. Вода на Марсе

    По единодушному мнению экспертов, "горячую десятку" возглавили американские марсоходы Spirit и Opportunity, вот уже 11 месяцев путешествующие по Марсу. Роботы обнаружили на Красной планете минералы, сформированные с помощью воды, и передали на Землю снимки марсианских облаков. Все это послужило убедительным доказательством того, что на Марсе некогда была вода, а значит, могла существовать жизнь.

    2. "Хоббиты" с острова Флорес

    Второе место досталось антропологам из Австралии. В ходе раскопок на индонезийском острове Флорес они обнаружили кости миниатюрных человекообразных существ, обитавших в этих краях 18 тыс. лет назад. Открытие Нomo floresiensis, неофициально названного "хоббитом", перевернуло все представления об эволюции человека.

    3. Пятый элемент

    Бронзовая медаль присуждена американским физикам, получившим фермионный конденсат, являющийся пятым состоянием вещества (остальные четыре - газообразное, твердое и жидкое, а также плазма - известны давно). По своим свойствам этот ультрахолодный газ близок к абсолютному сверхпроводнику. Если его производство удастся наладить в промышленном масштабе, это приведет к революционному перевороту в энергетике, высокоскоростном транспорте и компьютерных технологиях.

    4. Полезные ДНК

    После расшифровки человеческого генома перед учеными встал вопрос: почему многие участки ДНК не содержат никакой полезной информации? Только в 2004 году генетики выяснили, что на самом деле т.н. некодирующая ДНК отвечает за своевременное включение и выключение тех или иных генов.

    5. Уходящая натура

    В минувшем году экологи установили, что животный и растительный мир нашей планеты стремительно оскудевает. В настоящее время около трети из 5.7 тыс. видов амфибий находятся на грани вымирания. В промышленно развитых странах скоро вообще не останется бабочек и певчих птиц. Виной всему - непрекращающаяся экспансия человека и глобальное потепление.

    6. Борьба с инфекциями

    Эксперты Science отметили и усилия научной общественности по борьбе с особо опасными заболеваниями. В 2004 году более 90 научных фондов и других общественных организаций бились над получением вакцины от малярии и созданием лекарства от СПИДа.

    7. Тайна экстремофилов

    Анализируя пробы воды из древних источников, ученые разработали новую методику идентификации генов, позволяющую понять, как некоторым организмам удается выживать в самых экстремальных условиях.

    8. Нейтронные пульсары

    В 2004 году астрофизики открыли пару нейтронных звезд-пульсаров, чьи орбиты перекрывают друг друга. Ученые надеются, что дальнейшее их изучение позволит узнать больше о плотности вещества нейтронных звезд и прояснить некоторые аспекты теории относительности Эйнштейна.

    9. Клонирование человека

    Настоящий прорыв совершили ученые из Университета Сеула. В феврале 2004 года корейцам удалось осуществить первое успешное клонирование человека. Получив порядка 30 человеческих эмбрионов и вырастив их до стадии бластоцисты (зародыша, состоящего примерно из 100 клеток), из них были выделены стволовые клетки, способные образовывать ткани любого типа.

    10. Универсальный растворитель

    Последнее место в рейтинге заняли ученые, занимающиеся проблемой воды. Им удалось установить, что достаточно чуть-чуть изменить конфигурацию ее молекул, и обычная вода приобретет совершенно чудодейственные свойства. Ее, в частности, можно будет использовать как универсальный растворитель и т.д., пишут "Новые известия".


Великобритания: как упорядочить беспорядок?

Источник: «News.Battery.Ru - Аккумулятор Новостей»

Так совпало, но именно в эти дни стало известно, что британские математики создали модель хаоса. Еe можно не только увидеть на мониторе компьютера, но и пощупать руками. Несмотря на грозное слово, хаос у британцев получился тeплым, пушистым и почти домашним. Дело в том, что модель связали на обыкновенных спицах.

Репортаж Анатолия Лазарева.

У математика Хинке Осинга вполне математическое хобби - вязание. Считая петли в свободное от работы время, она отдыхает. Как-то ее научный руководитель, профессор Краускопф неосмотрительно бросил: "Связала бы ты что-нибудь полезное!!". И доктор Осинга связала.

Так появилась модель хаоса. Теперь единственный в мире вязаный хаос крутится под потолком в кабинете математиков в университете Бристоля.

Хинке Осинга, доктор математики, университет г.Бристоль: "Я вязала каждую свободную минуту. В основном по вечерам. Примерно по 2 часа в день на протяжении почти 2-ух месяцев. В общей сложности, 85 часов. 25 с лишним тысяч петель, и получился хаос. Причем, весьма симпатичный".

Отныне хаос - это не только то, что творится у вас на рабочем столе или на голове. Материализовавшийся хаос - вещь, как ни странно, вполне практичная. Теперь, когда его можно потрогать, математикам легче его изучать. Они занимаются этим уже 2 года, моделируя на компьютере "уравнения Лоренца", которые как раз и описывают хаотические движения. Система Лоренца используется, к примеру, в метеорологии. Бернд Краускопф, профессор математики, университет г.Бристоль: "Вы спросите, а где же хаос? Представьте себе лист в потоке реки и попробуйте предугадать, с какой стороны он обойдет камень, повстречавшийся ему на пути. Вы скажете - это невозможно. А вот и нет! Современная наука позволяет не только просчитать, но и наглядно представить хаотические движения. С помощью нашей вязаной модели".

Выкройку хаоса опубликовали в последнем номере журнала "Математический осведомитель", приведя научные круги в легкое замешательство. Первому, кто сможет связать другой абстрактный хаос, математики обещают вполне реальную бутылку шампанского.


Десять наиболее важных достижений прошедшего года в области физики и астрономии.

Источник: «Scientific.ru - Новости науки»

Некоторые авторитетные международные журналы и сайты взяли за правило путем опроса авторитетных экспертов определять "важнейшие достижения прошедшего года" в той или иной области науки, а иногда - общенаучные достижения. Решили последовать этому примеру и мы, предложив вниманию читателей свой вариант "десятки". Поскольку у нас еще не вошло в традицию проводить достаточно представительный опрос экспертов, и субъективизм потому неизбежен, не следует относиться к нашему выбору слишком уж серьезно.

Поскольку 2004 год еще не завершён, то, естественным образом, под определение "событие минувшего года" попали и те результаты, которые стали достоянием гласности в самом конце 2003 года. Попавшие в список достижения не ранжируются по значимости, а идут "в порядке обнародования результата".

Итак,

1. Осирис - испаряющаяся планета

Планета HD209458b ("Осирис"), расположенная на расстоянии 153 световых лет от Земли, стала первой планетой, у которой удалось обнаружить атмосферу. Мало того, удалось даже установить, что эта планета испаряется своим солнцем - она теряет свою атмосферу. "До чего дошёл прогресс!"

2. Двойной пульсар , ставший дважды двойным пульсаром

Появившееся в начале декабря прошлого года сообщений об обнаружении необычной системы - радиопульсара, входящего в пару с нейтронной звездой, - получило продолжение. На самом деле объект оказался еще более интересным - оба компонента двойной системы являются пульсарами! Нет сомнения, что эта система станет объектом самого пристального изучения и источником новых данных в астрофизике, физике нейтронных звёзд, гравитации и теории гравитационного излучения.

Стоит упомянуть и о другом интересном открытии, также связанном с нейтронными звёздами и системами двойных звёзд - найден второй компонент двойной системы, в которой произошла одна из самых знаменитых вспышек сверхновых в нашей галактике - сверхновой Тихо Браге (1572 г.)

3. Синтез 113 и 115 элементов таблицы Менделеева

Российским физикам в сотрудничестве с американскими коллегами удалось зарегистрировать синтез двух новых сверхтяжёлых элементов - 113-ого и 115-ого. Позднее открытие 113-ого элемента было подтверждено японскими учёными, а 115-ый пока ждет подтверждения своего существования. В подобных экспериментах физикам приходится работать на грани возможного - необходимо зарегистрировать единичные акты образования новых элементов. "Остров стабильности", химия сверхтяжёлых элементов - это для специалистов, а обывателям небезынтересно будет узнать, что сверхтяжёлые элементы являются самым дорогим веществом на нашей планете.

4. "Фермионный конденсат"

Это прямое продолжение успехов конца 2003 г., когда нескольким группам впервые удалось наблюдать Бозе-конденсацию двухатомных молекул. Только в данном случае Бозе-конденсация происходит в другом режиме, напоминающем тот, что характерен для сверхпроводников. Этим, в значительной степени, и обуславливается интерес к "фермионным конденсатам"

5. Черная дыра разорвала звезду: прямые наблюдения

Сверхмассивная черная дыра, находящаяся в центре галактики, разорвала приливными силами пролетевшую слишком близко от нее звезду. Данное явление было давно предсказано теоретически, однако "вживую" наблюдалось впервые.

6. Обнаружение сверхтекучести твердого гелия

Это открытие, подтвержденное впоследствии, может существенно расширить наши представления о явлении сверхтекучести, которая ранее никак не ассоциировалось с твердыми телами.

7. Обнаружена новая частица - X(3872)

Открытие этой частицы было подтверждено в минувшем году несколькими экспериментальными группами. Эта частица не вписывается ни в одну из известных схем классификации элементарных частиц: масса X(3872) и схема ее распада не соответствуют никаким теоретическим предсказаниям. Тем и интересна.

8. Сверхпроводник на основе алмаза

Российским ученым совместно с американскими коллегами удалось получить на основе алмаза (путем легирования его бором) новый сверхпроводник, причем с рекордной для такого типа сверхпроводников критической температурой (2.3 K)

9. "Игры" со спином отдельного электрона

Квантовые компьютеры и спинтроника - в последние годы очень популярная тематика. Из успехов прошедшего года стоит отметить работу голландских ученых, научившихся определять ориентацию спина отдельного электрона в твердотельной структуре методом, удобным с практической точки зрения. Отметим, что незадолго до голландцев "почувствовать" спин отдельного электрона с помощью магнитной резонансной силовой микроскопии смогли американцы .

10. Нейтральные B-мезоны и новая физика

Японские ученые из ускорительного центра KEK ведут исследования CP-нарушения (некоторого различия свойств частиц и античастиц) в системе нейтральных B-мезонов. Это само по себе важно и интересно для физики частиц, но "попутно" получены ничуть не менее интересные данные: нельзя исключить того, что в ходе процессов распада нейтральных B-мезонов происходят переходы известных элементарных частиц в пока еще неизвестные. Совместно с упомянутым открытием частицы X(3872), данные эксперимента BELLЕ могут быть проявлением пока еще неизвестной физики.


Япония: установлен новый мировой рекорд по продолжительности удержания плазмы в экспериментальных условиях

Источник: «News.Battery.Ru - Аккумулятор Новостей»

В Японии объявлено о крупном достижении в области управляемого термоядерного синтеза, реализация которого, как считают ученые, позволит обеспечить человечество практически неисчерпаемым источником энергии.

Как сообщается сегодня, в ходе опытов установлен новый мировой рекорд по продолжительности удержания плазмы в экспериментальных условиях. 31 минута 45 секунд - в течение этого периода при температуре около 20 млн градусов атомы водорода и гелия пребывали в необходимом для реакции плазменном состоянии, как это происходит на Солнце.

Прежний рекорд, установленный французскими исследователями в 2002 году, составлял около 6 минут, а температура - 40 млн градусов. Японские ученые утверждают, что, кроме повышения продолжительности реакции и снижения температуры, им также удалось на треть увеличить количество вырабатываемой тепловой энергии.

Эксперимент проводился в Исследовательском институте ядерного синтеза в японской префектуре Гифу.


Токио: гибкий прозрачный сканер для старинных книг

Источник: «News.Battery.Ru - Аккумулятор Новостей»

Ученые и студенты из Центра квантовой электроники Токийского университета создали необычный сканер, выглядящий как небольшой, размером 5 х 5 см, кусок гибкой прозрачной пленки. Устройство имеет вполне специфическое предназначение - сканировать у очень старых книг участки страниц, расположенные вдоль сгиба. Старая бумага настолько хрупка, что распрямлять разворот книги, чтобы положить ее на стекло обычного сканера, небезопасно.

В сканере была применена созданная ранее технология чувствительной "искусственной кожи". Устройство почти полностью построено на элементах из полимеров. Его матрица из органических фотодиодов обеспечивают разрешение сканирования в 36 dpi. Вместе с защитным слоем вся конструкция имеет толщину в 1 миллиметр и потребляет в работе около 1 Вт. Для работы сканеру необходима внешняя подсветка.

Разработчики считают, что подобные устройства могут стать коммерческими продуктами через 4 года.


США: спор Ньютона и Эйнштейна разрешен

Источник: «News.Battery.Ru - Аккумулятор Новостей»

На сессии Американского астрономического общества в Сиэтле российский физик Сергей Копейкин, работающий в Университете Миссури, и американец Эдвард Фомалонт из Национальной радиоастрономической обсерватории в Шарлоттсвилле объявили, что им впервые удалось измерить скорость гравитации. Эксперимент стал возможен благодаря редчайшему небесному явлению: световой луч, соединяющий один из квазаров и Землю, пересек Юпитер. Гравитационное поле планеты-гиганта столь велико, что под его влиянием видимое положение квазара на небе изменилось.

Живому существу для устойчивости необходимы четыре ноги. Может быть, и Природе для равновесия необходимы четыре силы. Эти силы задают все взаимодействия и все законы. Тяготение, которое в ответе за структуру космоса. Электромагнитные силы - о них знают даже в детском саду. Сильные силы,связывающие атомные ядра и частицы. И слабые силы, ответственные за их распад. Несмотря на название, именно благодаря слабым силам наше Солнце горит на небосклоне.

Четыре силы правят миром, как четыре древнеиндийские стихии. И они, как стихии, зависимы друг от друга. В 1979 году Нобелевская премия была присуждена за обнаружение связи между электромагнитными и слабыми силами. Большая часть жизни Эйнштейна ушла на объединение гравитационного и электромагнитного взаимодействий. Эйнштейн показал, что тяготение можно рассматривать как геометрическое свойство пространства-времени, связанное с его кривизной. Но попытки найти его геометрическую характеристику, которая могла бы проявить себя как электрический заряд, не удались. Постулат о том, что гравитация передается со скоростью света, оставался предположением.

До сих пор никому не удавалось измерить "скорость тяжести" опытным путем. По теории Ньютона, если бы Солнце внезапно исчезло из центра Солнечной системы, то Земля мгновенно избавилась бы от пут гравитации и улетела бы прочь в далекий космос. По Эйнштейну, при равенстве скорости гравитации и скорости света планета оставалась бы на своей орбите еще в течение 8 минут 20 секунд - такое время требуется свету и гравитации, чтобы добраться от Солнца до Земли.

Возможность измерить "скорость тяжести" появилась у Копейкина и Фомалонта, когда Юпитер заслонил Землю от мощного квазара, излучающего в радиодиапазоне (такие события случаются раз в 10 лет). Копейкин и Фомалонт скомбинировали результаты наблюдений от десятка радиотелескопов в разных частях планеты, от Гавайев до Германии. Таким образом, было измерено "виртуальное" смещение квазара, возникшее из-за того, что Юпитер мощным гравитационным полем искривлял испускаемые квазаром радиоволны. Итогом обработки данных стала величина в 0,95 скорости света с высокой степенью достоверности.

Совместная работа радиотелескопов позволила достичь точности в 100 раз большей, чем возможна на космическом телескопе "Хаббл". Смещения, измеряемые в эксперименте, были крошечными. Их можно сравнить с толщиной человеческого волоса, который рассматривается на расстоянии в 400 км или с диаметром серебряного доллара на Луне. Впрочем, учитывая фамилию автора открытия, правильнее взять другое сравнение - с русской копейкой.

Профессор Калифорнийского университета Стивен Карлип считает эксперимент "убедительной демонстрацией" теории Эйнштейна. Новые измерения гравитационной скорости в ближайшее время должны уточнить полученное значение. Множество интерферометров гравитационных волн было введено в строй за последние месяцы - какой-нибудь из них должен обнаружить гравитационные волны непосредственно и таким образом измерить их скорость, важнейшую фундаментальную константу Вселенной.

Справедливости ради надо сказать, что эксперимент не является однозначным подтверждением именно эйнштейновской теории гравитации. С тем же успехом его можно считать подтверждением альтернативных теорий. Например, релятивистской теории гравитации академика Анатолия Логунова, бывшего ректора МГУ.

Но экспериментальный результат важен для опровержения космологических теорий множественных вселенных, параллельных миров и так называемой теории струн. В этих теориях расчеты неизменно предсказывают существование гравитона, невесомой гипотетической частицы со спином, равным 2. В такой Вселенной число измерений больше, чем в привычном мире, а дополнительные пространственные измерения существуют в "свернутом" виде. И мы из своего трехмерного мира просто не видим пребывающиех рядом с нами миров с большим числом измерений, как тень не видит своего хозяина. А гравитация могла бы оказывать воздействие "коротким путем" через эти дополнительные измерения, путешествуя быстрее скорости света, но не нарушая при этом уравнения Общей теории относительности Эйнштейна.

Эксперимент профессора Копейкина нанес по теории параллельных миров прямой и сокрушительный удар.


Япония: самые короткие в истории науки вспышки света

Источник: «News.Battery.Ru - Аккумулятор Новостей»

Исследователи Токийского университета научились воспроизводить самые короткие в истории науки вспышки света продолжительностью менее одной квадриллионной секунды. Это позволит в перспективе сделать даже фотопортрет электрона в момент химической реакции молекул.

Группа японских специалистов по физике лазера во главе с профессором Сюнтаро Ватанабэ сообщила об этом сегодня в последнем выпуске Международного научного журнала Nature. Сверхкороткий импульс света был достигнут после того, как луч голубого лазера длиной всего 400 миллиардных метра был направлен на атомы аргона.

Вызванная этим вибрация электронов дала ультрафиолетовый луч длиной около 44 миллиардных метра. Путем его концентрации и была воспроизведена уникальная вспышка света продолжительностью 950 квинтиллионных секунды (один квинтиллион - миллион триллионов).

Скорость импульса, по мнению профессора Ватанабэ, можно сократить до 600 квинтиллионных секунды, что и позволит фотографировать сверхбыстрые объекты типа электронов. Об этом сообщает ИТАР-ТАСС.


Великобритания: ученые советуют превратиться после смерти в алмаз

Источник: «News.Battery.Ru - Аккумулятор Новостей»

Британские ученые составили список самого лучшего и интересного, что может испытать человек, используя достижения науки. Как сообщается на сайте газеты Guardian, этот перечень является более интеллектуальным аналогом более известного списка под условным названием "100 вещей, которые стоит попробовать в своей жизни".

В частности любознательным читателям журнала New Scientist предлагается извлечь собственную ДНК, измерить скорость света в микроволновке с помощью шоколада или разгадать математическую загадку числа 137. Кроме того, можно отправиться посмотреть на средний палец Галилея, который хранится во Флоренции, или заказать жидкий азот, чтобы приготовить "самое нежное в мире мороженое" в домашних условиях.

Есть и более сложные задания, требующие времени и терпения. Например, желающие могут присоединиться к клубу 300 градусов на Южном полюсе. Для этого, добравшись туда, надо принять сауну при температуре плюс 200 градусов по Фаренгейту (плюс 93 Цельсия), а затем выбежать обнаженным на улицу, где температура опускается до минус 100 Фаренгейта (минус 73 Цельсия).

Вариант для старательных - выучить индейский язык чокто, имеющий два своеобразных прошедших времени глагола: одно используется для передачи информации, о которой достоверно известно, что она верна, а второе - для сведений типа "за что купил, за то и продаю".

Ученые утверждают, что жизнь у человека одна, и надо успеть попробовать как можно больше, в том числе поплавать в биолюминесцентном озере, сварить яйцо с помощью мобильного телефона, или дать свое имя новым видам животных или растений. Кроме того, вы можете научиться достигать многократного оргазма или клонировать своего любимого кота. Последнее обойдется примерно в 35 тысяч фунтов стерлингов.

В списке имеются экстравагантные идеи и насчет того, что сделать со своим телом после смерти. Можно помочь повысить квалификацию судебно-медицинским экспертам, для чего ваше тело оставят разлагаться на открытом поле в штате Теннесси. А одна из частных фирм предлагает сделать из углерода, содержащегося в вашем прахе, алмаз весом в 1 карат.


Париж: Фобос крупным планом

Источник: «News.Battery.Ru - Аккумулятор Новостей»

Аппарат Mars Express, принадлежащий Европейскому космическому агентству (ЕКА), передал на Землю самые детальные изображения спутника Марса Фобоса из всех когда-либо полученных ранее. Фобос имеет размеры 27 х 20 км и движется по спиральной орбите, постепенно приближаясь к Красной планете. Рано или поздно, этот спутник должен упасть на поверхность Марса или разрушиться под действием гравитации ланеты, образовав при этом недолговечное кольцо.

На представленном ниже снимке, полученном с расстояния в 200 км, изображена обращенная к Марсу сторона Фобоса. Разрешение фотографии составляет семь метров на пиксель. Наиболее интересной деталью рельефа поверхности спутника является сеть углублений, расположенных примерно на одинаковом расстоянии друг от друга. Ученые надеются, что информация, собранная кораблем Mars Express, позволит установить, образовались ли эти углубления после появления больших ударных кратеров или же они существовали на Фобосе и ранее.

Важно также заметить, что в процессе проведения съемки спутник оказался на пять километров впереди ранее предсказанной позиции. По мнению исследователей, данный факт свидетельствует о некотором ускорении движения Фобоса. В целом, новые снимки Фобоса должны помочь ученым собрать дополнительные данные о форме спутника, его топографии и пр.


Германия: физики создали установку, излучающую при нажатии кнопки один фотон

Источник: «News.Battery.Ru - Аккумулятор Новостей»

Исследователи из германского института квантовой оптики Макса Планка (Max Planck Institute of Quantum Optics) впервые сумели произвольно контролировать излучение ионом одного единственного фотона.

Подвешенный в специальную ловушку единственный ион кальция испускал строго по одному фотону каждый раз, когда физики нажимали на кнопку.

Схема установки, излучающей точно по одному фотонуЛовушка состояла из пары зеркал с высокой отражательной способностью, радиочастотных излучателей, электродов, создающих постоянное электрическое поле, и лазерного луча, служившего для "накачки" иона, а также – так называемого лазерного охлаждения.

Последнее ограничило область перемещений иона в ловушке 40 нанометрами, что было намного меньше длины волны, которую этот ион должен был испускать – 866 нанометров. Это было важно для создания фотонов с запрограммированными свойствами.

Расстояние между зеркалами было подобрано так, что в них формировалась стоячая резонансная (по отношению к испускаемой) волна излучения.

Эта волна была частью ловушки для иона и играла роль своего рода логического переключателя.

Как только ион испускал один фотон (который уходил из прибора через одно из зеркал, сделанное полупрозрачным), атом оказывался в положении, в котором не мог больше "впитывать" излучение лазера накачки.

Только при следующем импульсе лазера процесс мог повториться.

Благодаря этому учёные смогли с высокой точностью и совершенно произвольно управлять количеством фотонов, испускаемых ионом, длительностью и формой столь крошечного светового импульса.

Также они создали детектор, который фиксировал каждый фотон, выпущенный ионом, индивидуально.

Такой беспрецедентный, по одному фотону, контроль над излучением – важный элемент зарождающейся сейчас отрасли – квантовой вычислительной техники, сулящей прорыв в информационных технологиях.


Цюрих: ученые впервые управляли зарядом единственного атома

Источник: «News.Battery.Ru - Аккумулятор Новостей»

Физики из научно-исследовательской лаборатории IBM в Цюрихе (IBM Zurich Research Lab) и шведского технологического университета (Chalmers University of Technology) впервые передали всего один электрон единственному атому, а потом забрали его обратно.

Исследователи использовали низкотемпературный наконечник сканирующего туннельного микроскопа и электрический импульс, чтобы поместить электрон в изолированный атом золота, а затем этот электрон удалить.

Атом золота располагался на ультратонкой (толщиной всего в два атома) плЈнке из поваренной соли, которая покрывала металлическую подложку.

Соль служила изолятором, и, кроме того, помогала в стабилизации заряженного состояния золотого атома и его положения в пространстве.

К атому золота подводили иглу, остриЈ которой сужалось практически до единственного атома.

При подаче импульса один электрон с иглы перескакивал на золото.

При этом ионы натрия (положительно заряженные) и хлора (отрицательные) в молекулах соли, лежащих непосредственно под атомом золота, смещались соответственно немного вверх и вниз, за счЈт чего вся система оказывалась устойчивой, и ион золота становился стабильным.

При подаче на иглу противоположного импульса электрон возвращался обратно с золота на иглу.

Авторы исследования говорят о новых возможностях, открывающихся при изучении свойств вещества на атомном уровне, а также – в области создания наноустройств, где может потребоваться произвольное изменение свойств отдельных атомов.

В частности такие манипуляции могут привести к созданию нового поколения компьютеров, с невиданной плотностью памяти.


Вена: ученые телепортировали частицы через Дунай - на расстояние 600 метров

Источник: «Новости науки "Русского переплета"»

Физики из Венского университета сумели телепортировать частицы света на расстояние 600 метров - с одного берега Дуная на другой. Результат уникального эксперимента по передаче свойств фотонов на расстоянии опубликованы в последнем номере журнала Nature.

В фантастических романах телепортация описывается как мгновенное перемещение объектов в пространстве на огромные расстояния. Реальные достижения пока значительно скромнее: ученым удается передавать на расстоянии свойства (квантовые состояния) отдельных частиц без физического контакта. "Телепортацией" эту процедуру можно назвать потому, что в другом месте появляется частица со свойствами "телепортируемой", которая разрушается.

Ученые надеются, что этот принцип поможет им создать сверхскоростные квантовые компьютеры и телекоммуникационные сети, сообщает ВВС.

Специалисты Венского университета использовали для своего эксперимента канализационную систему под руслом реки, по которой был протянут оптоволоконный кабель. Линия, проложенная под Дунаем, соединила между собой две лаборатории, одну из которых назвали "Алиса", а другую - "Боб".

При этом "Алиса" передала три разных квантовых состояния фотонов, а "Боб" сумел их воспроизвести.

Для осуществления телепортации фотонов используется принцип связанности, или "запутанности", когда две находящиеся рядом частицы сохраняют идентичные свойства даже после разъединения. При этом процесс телепортации происходит не мгновенно, поскольку он ограничен скоростью света.

Ученые говорят, что ценность нынешнего эксперимента заключается в том, что он проведен в условиях, максимально приближенных к реальным.

"Для нас было очень интересно узнать, можем ли мы это сделать за пределами лаборатории - в условиях, которые сегодня используются для прокладки оптоволоконных линий, - заявил ВВС один из авторов исследования Руперт Урсин. - Это очень важно, когда речь идет о вложении денег в квантовую коммуникацию".

Ранее другой ученый - Николас Гисин из Женевского университета - удачно телепортировал квантовые состояния по двухкилометровому кабелю. Однако реальное расстояние между двумя лабораториями тогда составляло лишь 55 метров.

По словам Руперта Урсина, следующим шагом к созданию международной квантовой связи должна стать телепортация квантовых состояний с помощью спутника.

"Первое, что нужно будет сделать, это выяснить, можно ли использовать феномен связанности на таком большом расстоянии", - говорит ученый.


Лондон: разработан терабайтный оптический диск

Источник: «News.Battery.Ru - Аккумулятор Новостей»

Физики из Имперского колледжа в Лондоне (Imperial College) разработали оптический диск размером с CD или DVD, в котором помещается 1 терабайт данных (или 472 часа высококачественного видео), что на порядки больше не только по сравнению с DVD-ROM, но и перспективным диском формата Blu-Ray.

Новый формат назван MODS (Multiplexed Optical Data Storage).

Его секрет заключается не только в размерах одного пита (это углубления, которые считывает луч лазера) или их плотной упаковке. Главное новшество - один пит в MODS кодирует не один бит (1 или 0, как у всех прежних систем записи), а десятки бит.

Дело в том, что каждый пит в новом формате не симметричен. Он содержит небольшую дополнительную впадинку, наклонённую вглубь под одним из 332 углов.

Идея таких питов возникла у лондонских специалистов давно, но лишь теперь они сумели на практике продемонстрировать, что эта технология способна работать.

Они создали аппаратуру и специальное программное обеспечение, позволяющее точно идентифицировать тонкие различия в отражении света от таких питов.

По прогнозу физиков, серийные диски MODS и дисководы для них могут прийти на рынок между 2010 и 2015 годами, при условии финансирования дальнейшей работы группы.

Интересно, что эти приводы будут обратно совместимыми с DVD и CD, хотя, разумеется, нынешние дисководы MODS-диски прочитать не смогут.


Увидеть спин и не умереть…?

Источник: «Новости науки "Русского переплета"»

Физики уже давно научились “видеть” отдельные атомы. Для этого они используют сканирующую туннельную микроскопию. Ее существенным недостатком, однако, является то, что она позволяет различать лишь поверхностные атомы. Что при этом творится внутри объекта, остается загадкой. Заглянуть под поверхность можно, используя методику получения изображений с помощью магнитного резонанса (MRI). Эта методика хорошо отлажена и широко используется, например, в медико-биологических исследованиях. Она основана на прямой пропорциональности между частотой прецессии спина в магнитном поле и напряженностью этого поля в точке расположения спина. Так как магнитное поле легко проникает в толщу образца, то удается воссоздать трехмерное изображение изучаемого объекта. Главный минус MRI – низкое пространственное разрешение: в лучшем случае – около одного микрона. Связано это с недостаточной чувствительностью индуктивных детекторов. Чтобы можно было различить элемент объема внутри образца, он должен содержать не менее 1012 ядерных спинов (или не менее 107 электронных спинов при электронном спиновом резонансе).

Первыми спин отдельного электрона “разглядели” сотрудники IBM Research Division (Калифорния, США), тем самым одним махом повысив чувствительность аж в 107 раз [1]. Для этого они использовали гибрид MRI и атомной силовой микроскопии (AFM) – так называемую магнитную резонансную силовую микроскопию (MRFM). Методика MRFM была впервые предложена в работе [2] более 10 лет тому назад. Суть ее такова . Микромагнитная игла монтируется на краю ультрачувствительного кантилевера и подводится к образцу. В присутствие градиента создаваемого иглой статического поля дополнительное высокочастотное поле возбуждает прецессию электронного спина, имеющего соответствующую резонансную частоту (а значит – находящегося на определенном расстоянии от поверхности). Вращение спина (то есть фактически – собственного магнитного момента электрона) приводит к его хоть и слабому, но все же поддающемуся регистрации воздействию на кантилевер. В работе [1] градиент поля иглы составил около 2Гс/нм, а миниатюрный кантилевер имел длину 85мкм, ширину 100нм и реагировал на мизерную силу 10-18Н со стороны спина. Это позволило регистрировать индивидуальные спины в SiO2 на глубине до 100нм (около 400 атомных слоев) с разрешением 25нм. Пока, к сожалению, процесс измерения очень медленный: на сканирование 170-нанометрового участка требуется несколько недель. Но принцип продемонстрирован, и теперь дело лишь за техническими усовершенствованиями.

Принцип конверсии спина в заряд  Рис.1. Принцип конверсии спина в заряд [3]

Искусство регистрации отдельных спинов несет с собой не только возможность получения “фотографий” внутренности образца с разрешением, близким к атомному. Методика MRFM имеет, например, хорошие перспективы в быстро развивающейся спинтронике. Кроме того, открываются новые горизонты для манипуляций устойчивыми к декогеренции спиновыми кубитами при обработке квантовой информации. Нужно только еще чуток повысить разрешение и сократить время, затрачиваемое на измерение. Если удастся сделать его меньше времени спиновой релаксации (760мс), то станет возможным наблюдать за динамикой квантового спинового состояния. Для этого в первую очередь требуется увеличить градиент поля, над чем сейчас и работает калифорнийская группа.

 

Ток через квантовый точечный контактРис.2. Ток через квантовый точечный контакт для разной ориентации спина электрона в квантовой точке [3].

 

Буквально через неделю после публикации [1] в журнале Nature появились еще две статьи [3,4], посвященные регистрации спинового состояния одиночного электрона. В работе [3] голландской группы продемонстрирована возможность определения состояния спина электрона (“по полю” или “против поля”) в полупроводниковой квантовой точке. Основу методики составляет эффект “конверсии” спина в заряд (Рис.1). Квантовую точку формировали в двумерном электронном газе гетероструктуры GaAs/AlGaAs. Напряжения на соответствующих затворах подбирали так, чтобы в точке был один электрон. К точке прикладывали параллельное границе раздела магнитное поле с H = 10Тл, в результате чего зеемановское расщепление орбитальных электронных уровней составляло DE»200мкэВ, то есть было больше тепловой энергии kBT »25мкэВ, но меньше расстояния между орбитальными уровнями (1.1мэВ) и энергии зарядки (2.5мэВ)При этом уровень энергии для электрона со спином “вверх” был ниже энергии Ферми соседствующего с точкой резервуара, а уровень энергии для электрона со спином “вниз” – выше ее. Поэтому, если в квантовой точке оказывался электрон со спином “вниз”, то он за время »0.05мс туннелировал из точки в резервуар, что приводило к изменению заряда точки и регистрировалось квантовым точечным контактом, расположенным по соседству с точкой (Рис.1). Если же электрон имел спин “вверх”, то он оставался в точке, и переноса заряда не происходило. Анализ полученных результатов показал, что время релаксации спина очень велико (0.85мс при H = 8Тл). Это – веский аргумент для использования спиновых состояний в качестве носителей квантовой информации.

Схема
эксперимента по регистрации переворота спина

Рис.3 Схема эксперимента по регистрации переворота спина при электронном спиновом резонансе [4].

В работе [4] ученых из Калифорнийского университета и Лос-Аламоской национальной лаборатории все тот же эффект “конверсии” спина в заряд был задействован для регистрации переворота спина одиночного электрона в кремниевом полевом транзисторе. При этом функцию “приемника” электрона выполнял парамагнитный спиновый центр (Рис.4). Таким образом, жаркий июль 2004 года имеет все шансы войти в истории физики как “односпиновый”.

  1. D.Rugar et al., Nature, 2004, 430, 329
  2. A.Sidles, Appl.Phys.Lett, 1991, 58, 2854
  3. J.M.Eizerman et al., Nature, 2004, 430, 431
  4. M.Xiao et al., Nature, 2004, 430, 435

Цюрих: ученые впервые управляли зарядом единственного атома

Источник: «News.Battery.Ru - Аккумулятор Новостей»

Физики из научно-исследовательской лаборатории IBM в Цюрихе (IBM Zurich Research Lab) и шведского технологического университета (Chalmers University of Technology) впервые передали всего один электрон единственному атому, а потом забрали его обратно.

Исследователи использовали низкотемпературный наконечник сканирующего туннельного микроскопа и электрический импульс, чтобы поместить электрон в изолированный атом золота, а затем этот электрон удалить.

Атом золота располагался на ультратонкой (толщиной всего в два атома) плЈнке из поваренной соли, которая покрывала металлическую подложку.

Соль служила изолятором, и, кроме того, помогала в стабилизации заряженного состояния золотого атома и его положения в пространстве.

К атому золота подводили иглу, остриЈ которой сужалось практически до единственного атома.

При подаче импульса один электрон с иглы перескакивал на золото.

При этом ионы натрия (положительно заряженные) и хлора (отрицательные) в молекулах соли, лежащих непосредственно под атомом золота, смещались соответственно немного вверх и вниз, за счЈт чего вся система оказывалась устойчивой, и ион золота становился стабильным.

При подаче на иглу противоположного импульса электрон возвращался обратно с золота на иглу.

Авторы исследования говорят о новых возможностях, открывающихся при изучении свойств вещества на атомном уровне, а также – в области создания наноустройств, где может потребоваться произвольное изменение свойств отдельных атомов.

В частности такие манипуляции могут привести к созданию нового поколения компьютеров, с невиданной плотностью памяти.


Вена: ученые телепортировали частицы через Дунай - на расстояние 600 метров

Источник: «Новости науки "Русского переплета"»

Физики из Венского университета сумели телепортировать частицы света на расстояние 600 метров - с одного берега Дуная на другой. Результат уникального эксперимента по передаче свойств фотонов на расстоянии опубликованы в последнем номере журнала Nature.

В фантастических романах телепортация описывается как мгновенное перемещение объектов в пространстве на огромные расстояния. Реальные достижения пока значительно скромнее: ученым удается передавать на расстоянии свойства (квантовые состояния) отдельных частиц без физического контакта. "Телепортацией" эту процедуру можно назвать потому, что в другом месте появляется частица со свойствами "телепортируемой", которая разрушается.

Ученые надеются, что этот принцип поможет им создать сверхскоростные квантовые компьютеры и телекоммуникационные сети, сообщает ВВС.

Специалисты Венского университета использовали для своего эксперимента канализационную систему под руслом реки, по которой был протянут оптоволоконный кабель. Линия, проложенная под Дунаем, соединила между собой две лаборатории, одну из которых назвали "Алиса", а другую - "Боб".

При этом "Алиса" передала три разных квантовых состояния фотонов, а "Боб" сумел их воспроизвести.

Для осуществления телепортации фотонов используется принцип связанности, или "запутанности", когда две находящиеся рядом частицы сохраняют идентичные свойства даже после разъединения. При этом процесс телепортации происходит не мгновенно, поскольку он ограничен скоростью света.

Ученые говорят, что ценность нынешнего эксперимента заключается в том, что он проведен в условиях, максимально приближенных к реальным.

"Для нас было очень интересно узнать, можем ли мы это сделать за пределами лаборатории - в условиях, которые сегодня используются для прокладки оптоволоконных линий, - заявил ВВС один из авторов исследования Руперт Урсин. - Это очень важно, когда речь идет о вложении денег в квантовую коммуникацию".

Ранее другой ученый - Николас Гисин из Женевского университета - удачно телепортировал квантовые состояния по двухкилометровому кабелю. Однако реальное расстояние между двумя лабораториями тогда составляло лишь 55 метров.

По словам Руперта Урсина, следующим шагом к созданию международной квантовой связи должна стать телепортация квантовых состояний с помощью спутника.

"Первое, что нужно будет сделать, это выяснить, можно ли использовать феномен связанности на таком большом расстоянии", - говорит ученый.


Финляндия: создателю Всемирной Сети вручили миллион евро

Источник: «Новости науки "Русского переплета"»

Создателю Всемирной Паутины Тимоти Бернерсу-Ли в четверг, 14 апреля, была вручена крупнейшая в мире награда в области технологий – Millennium Technology Prize.

От Finnish Technology Award Foundation творцу Сети, на церемонии, проходившей в финском городе Еспоо, был также вручен чек на 1 миллион евро.

48-летний Бернерс-Ли совершил переворот в сфере информационных технологий, создав Всемирную Паутину в далеком 1991 году.

Когда мириады "дот-ком" фирм стали общедоступными в середине 90-х, их создатели мгновенно стали миллионерами из-за огромных инвестиций, которые полились в Интернет.

В начале 2004 года Тимоти Бернерсу-Ли, английскому подданному, живущему в США, руководителю консорциума W3C, присвоено звание Командира Рыцарей Ордена Британской Империи. Высокий рыцарский титул он получил за изобретение Интернета.

Сэр Тим придумал глобальную гипертекстовую среду в 1989 году. До этого понятие гипертекста уже существовало, но никому не приходило в голову связывать с его помощью документы на разных компьютерах.

Бернерс-Ли разработал универсальный идентификатор документа (Universal Document Identifier – UDI), позднее превратившийся во всем уже известный универсальный указатель ресурса (Universal Resource Locator – URL). Летом 1991 года был запущен первый web-сервер.

"Мы мечтали о том, чтобы существовала единая информационная среда, в которой можно было бы общаться, - сказал Бернерс-Ли. - Универсальная среда, где гипертекстовая ссылка может указывать на что угодно - на частные архивы, на корпоративные документы, на черновики или тщательно подготовленные тексты, на местный сервер или на находящийся на другом конце света".


Россия: Периодическая таблица пополнилась двумя новыми сверхтяжелыми элементами

Источник: «Новости науки "Русского переплета"»

Группа ученых из Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ, г. Дубна, Россия) и Ливерморской Лоуренсовской национальной лаборатории (США) опубликовала результаты синтеза двух новых сверхтяжелых элементов с атомными номерами 113 и 115. В экспериментах, проводившихся на циклотроне У-400 в Дубне, ученые наблюдали цепочки распадов, которые доказывают существование 113-ого и 115-ого элементов. При этом 113-ый элемент возникает в результате альфа-распада 115-ого элемента [1]. Схема распада 115-ого элемента
Одна из цепочек распада 115-ого элемента, приводящая к дубнию-268. В качестве промежуточного возникает 113-ый элемент.

В экспериментах было получено по четыре атома 115-ого и 113-ого элементов при помощи бомбардировки мишени, состоящей из америциума-243, ядрами кальция-48 с энергией 248 МэВ. Физики наблюдали три одинаковых цепочки ядерных реакций, каждая из которых состояла из пяти последовательных альфа-распадов. Длительность каждой последовательности распадов не превышала 30 секунд. Конечным продуктом распадов был дубний-268 - изотоп 105-ого элемента (который несколько лет назад был назван в честь города Дубна) с периодом полураспада порядка 16-и часов. Четвертая цепочка распадов завершилась образованием дубния-267. Она была получена после увеличения энергии ионов кальция.

Газовый сепаратор
Газовый сепаратор, который используется в экспериментах по синтезу тяжелых элементов в Дубне (фото Ю.А.Туманова, ОИЯИ).

Данное открытие стало возможным только благодаря использованию пучков ионов кальция-48 на циклотроне У-400. "Двадцать лет назад никто не мог себе даже помыслить, что это возможно, поскольку технологии подобных экспериментов вообще не существовало"- объясняет Джошуа Патин (Joshua Patin) - сотрудник Ливерморской национальной лаборатории, который занимался первичным анализом полученных данных. "Но с введением в строй российского циклотрона и появлением возможности выполнять эксперимент в течение длительного периода времени мы оказались способными достигнуть выдающихся результатов". Америцииум для эксперимента был предоставлен Ливерморской национальной лабораторией.

Перевод Н.Никитина

Литература
[1] Yu Ts Oganessian et al. 2004 Phys. Rev. C 69 021601-1.

Для понимания предыстории описанного выше эксперимента переводчик рекомендует сетевым читателям ознакомится с популярной статьей А.Ваганова "Сверхтяжелая" гонка".


США: учЈные взвесили бактерию на специальных весах

Источник: «News.Battery.Ru - Аккумулятор Новостей»

Cделанные в университете Корнелла весы – это маленькая консоль, вибрация которой меняется в зависимости от крошечных масс, помещенных на неЈ.

Масса единственной клетки – в первом опыте это была бактерия E.coli – оказалась равной 665 фемтограммам. Фемтограмм является одной тысячной пикограмма, который составляет одну тысячную нанограмма, который, в свою очередь, является одной миллиардной грамма.

Группа профессора Гарольда Крэйгхэда сообщила, что с помощью этого прибора удалось измерять вес частичек с массой всего 6 аттограммов. Аттограмм – это одна тысячная из фемтограмма. Кстати, масса маленького вируса составляет 10 аттограммов.

В конечном счЈте, говорят исследователи, эта технология сможет обнаруживать и идентифицировать не только микро организмы, но и биологические молекулы.


США: ученые увидели сердце кометы!

Источник: «News.Battery.Ru - Аккумулятор Новостей»

Снимок кометы Вильда 2 Самое подробное изображение, полученное космическим кораблем Stardust, облетевшим в январе комету Вильда 2, обнародовано американским космическим агентством. Снимок показывает "летающую гору", оставляющую за собой потоки газа и пыли, которые раздуваются в потоках солнечного ветра. Stardust не только сделал фотографии, но и собрал тысячи частиц кометной пыли, которые вернутся на Землю в январе 2006 года. На снимке, сделанном с короткой выдержкой, поверхность видна в потрясающих деталях. После Солнца это самая активная поверхность небесного тела в Солнечной системе, извергающая в пространство газ и пыль на миллионы километров.

Общая форма ядра кометы напоминает гамбургер, от которого сделано несколько укусов, рассказали сотрудники Jet Propulsion Laboratory. Сверху виден рельеф, отражающий миллиарды лет изменения поверхности под действием столкновений с другими телами и испарения газов. Пока астрономы не знают, насколько тверда этой поверхность. Когда комета активна, некоторые области могут быть достаточно твердыми, чтобы выдержать астронавта, в других человек может утонуть в пушистом "снегу". Любой посетитель этой кометы не сможет смотреть далеко, поскольку в этом маленьком мире горизонт очень близок. Оглядевшись вокруг, человек увидел бы ландшафт из небольших холмов, растрескавшейся породы и случайных больших углублений, служащих входом в подповерхностную сеть постоянно смещающихся полостей. На комете гейзеры газа и пыли выбрасывают вещество в пространство. Когда они поднимаются вверх, вращение ядра закручивает их в замысловатые спирали. На этом этапе орбиты кометы звезды не были бы видны находящемуся на поверхности человеку - небо было бы полно светящегося под действием солнечного ветра газа. Звезды будут заметны, только когда комета отправится на холодные окраины Солнечной системы, где она замерзнет и станет неактивной.

Гравитация здесь слаба, поэтому космонавт может подпрыгнуть и вернуться на поверхность только через несколько недель. Помимо гравитации, на человека на ядре кометы действовали бы другие силы из-за малого размера ядра и стремительного вращения. Астронавта будет тянуть к экватору кометы, где заметны так называемые силы Кориолиса. Подбрасывая снежки кометного материала вверх, астронавт будет видеть, как они движутся во внешне нелогичных направлениях. Они даже могут казаться повисшими без движения в "воздухе".


Великобритания: ученые впервые сплели канаты из нанотрубок

Источник: «News.Battery.Ru - Аккумулятор Новостей»

Веревка из нанотрубокАлан Виндл (Alan Windle) и его коллеги из Кембриджа (University of Cambridge) свили первые микроскопические веревки из отдельных углеродных нанотрубок. Напомним, одна нанотрубка имеет диаметр примерно 30 миллионных долей миллиметра.

Ученые навивали непрерывно вытягиваемые из печи, только что "родившиеся", нанотрубки на специальные вращающиеся прутики.

Получены тончайшие (все еще много тоньше волоса) нити, состоящие из десятков и даже сотен углеродных трубок. Максимальная длина нитей пока 20 сантиметров.

Из-за особенностей процесса и самого строения "каната" его прочность, соотнесенная с его диаметром, оказалась намного ниже, чем у одиночной нанотрубки. Последняя, заметим, во много раз прочнее лучшей легированной стали.

Однако ученые надеются быстро усовершенствовать технологию, добиваясь более оптимального расположения отдельных нанотрубок в общей нити.

Эта работа – огромный шаг к созданию сверхлегких и сверхпрочных материалов, которые позволят однажды построить космический лифт.

К его разработке, напомним, постоянно подключаются новые исследовательские организации.


Россия: ученые получили молекулы в результате столкновения материи

Источник: Новости науки Scientific.ru

Органические молекулы, включая полимерные цепочки, аминокислоты и их фрагменты, могут быть синтезированы в процессах сверхскоростного столкновения материи.

К такому выводу в ходе лабораторных модельных экспериментов пришли учЈные под руководством профессора Георгия Манагадзе из Института космических исследований РАН совместно с коллегами из лаборатории прикладной физики университета Джона Хопкинса (Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory) во главе с доктором Дериком Бринкерхоффом (Derick Brinkerhoff).

Синтез органических веществ происходит в плазменном выбросе, который образуется при ударе, если в

сталкивающихся телах имеются атомы углерода и элементы, образующие органические вещества (H, N, O).

Такие сверхскоростные столкновения пылевых частиц постоянно происходят в межзвЈздных газопылевых облаках и могли проходить на раннем этапе формирования Земли при метеоритной бомбардировке еЈ поверхности.

Плазменный выброс, идентичный возникающему при ударе о поверхность движущегося со скоростью около 100 км/с микрометеорита, создавался воздействием импульсного лазера.

Синтезированные в плазменном выбросе молекулярные ионы органических веществ: аминокислоты и их фрагменты, карбины (линейно-цепочечный углерод), фуллерены и предположительно образования, подобные нанотрубкам, молекулярным весом до 5000 а.е.м., были зафиксированы с помощью времяпролЈтного масс-спектрометра.

Полученные результаты свидетельствуют о высокой эффективности синтеза органических веществ в плазменном выбросе, генерированном при сверхскоростном ударе при наличии углеродных атомов в составе сталкивающихся тел.

Синтезированные в ударных процессах органические вещества могли сыграть определяющую роль в процессе зарождения жизни во Вселенной.

Предложенная новая концепция синтеза органических веществ в процессах сверхскоростного удара находится в согласии с наблюдениями ученых из университета Огайо (Ohio University), обнаружившими относительно тяжелые органические молекулы около звезды солнечного типа, расположенной в туманности Красного Прямоугольника, из ядра которой выбрасываются в космическое пространство большие массы углерода.


Созданы звуковые лазеры нового типа

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 В "сазерах" рождаются фононы
В "сазерах" вместо привычных когерентных фотонов рождаются квазичастицы фононы (на картинке) — условно говоря, кванты звука, действующие аналогично квантам света.
 

Две независимые группы исследователей почти одновременно представили работоспособные прототипы устройств, испускающих когерентные ультразвуковые волны аналогично тому, как лазеры излучают свет. Один из этих "звуковых лазеров" (или "сазеров" — sasers), построенный в США, выдаёт "концентрированный" звук с частотой 21 мегагерц, другой же (британский) — более 400 ГГц.

В опытном образце, сконструированном физиками из Калифорнийского технологического института (Caltech), используется пара отстоящих друг от друга на небольшое расстояние кремниевых оптических резонаторов в виде торов. Их внешний диаметр составляет около 63 микрометров, а внутренние диаметры разнятся — 12,5 и 8,7 мкм.

В резонаторы, связанные оптическим волокном, подаётся лазерный луч. При этом фотоны в системе могут перепрыгивать между двумя энергетическими уровнями. Изменяя расстояние между резонаторами, можно настроить разницу частот этих уровней так, чтобы она соответствовала акустическому резонансу той же самой системы. В таком случае при переходе достаточного числа фотонов на "верхний уровень" под воздействием лазера накачки они будут "распадаться" на низкочастотные фотоны "нижнего уровня" и искомые когерентные фононы.
 Схема эксперимента
Схема эксперимента калифорнийских физиков с двумя микрорезонаторами и оптоволокном (выделено синим). В ходе опыта излучение лазера накачки на длине волны 1550 нанометров подавалось по оптоволокну к резонаторам, которые генерировали звук на частоте в десятки мегагерц (иллюстрация Alan Stonebraker).
 

Более подробно об установке рассказывается в опубликованном Physical Review Letters материале (также статью можно прочесть в виде PDF-документа).

Физики из Ноттингемского университета (NU) также представили свой вариант "звукового лазера". В их устройстве звук проходит сквозь так называемую сверхрешётку — чередующиеся слои полупроводников (арсениды галлия и алюминия) толщиной всего в несколько атомов.

Подобно фотонам в лазере, фононы так же лавинообразно накапливаются под воздействием дополнительной энергии и многократно отражаются внутри слоёв сверхрешётки, пока не покидают структуру. При этом механизм генерации механических колебаний тут иной, нежели в американском "сазере".
 схема "сазера"
Британские специалисты (на картинке схема их "сазера") делают ставку на улавливание электронов полупроводниковыми квантовыми ямами с последующим излучением фононов (иллюстрация Alan Stonebraker).
 

Ключевой момент – слои арсенида галлия содержат так называемые квантовые ямы (quantum wells) — своеобразные наноловушки для электронов, возбуждаемых лазерным лучом. Электроны последовательно туннелируют из одной ямы в другую, при этом происходит смена энергетического уровня, и часть энергии электронов переходит в фононы.

Механизм связи фотонов и "квантов звука" тут схож с механизмом электрического сопротивления в проводниках, но если в последних атомы решётки раскачиваются хаотично (что проявляется в нагреве материала), то в британском "сазере" получаются когерентные акустические волны.

Детище британских физиков описано в том же номере Physical Review Letters, что и статья их коллег (полный текст материала доступен в PDF-документе).

Обе группы в серии опытов показали, что их устройства действительно генерируют когерентное звуковое излучение. Учёные утверждают, что фононные лазеры ждёт перспективное будущее. Известно, что звуковые волны распространяются примерно на пять порядков медленнее скорости света, соответственно, меньше и длина звуковой волны аналогичной частоты. А это означает возможность выполнять высокоточные измерения при неразрушающем контроле материалов. Пригодится новинка и в компьютерных технологиях, сверхточных сканерах в аэропортах и так далее.

Развёрнутый комментарий к обоим исследованиям опубликовал в журнале Physics наш бывший соотечественник и профессор университета Джона Хопкинса Яков Хургин.

Испытана солнечная батарея с рекордным захватом фотонов

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 Поверхность солнечной батареи
Поверхность новой солнечной батареи под микроскопом (фото Caltech/Michael Kelzenberg).
 
Опытный прототип эффективной солнечной батареи, содержащей примерно в 50-100 раз меньше кремния, чем классическая, да к тому же батареи гибкой удалось получить благодаря "свежему" сочетанию известных материалов и хитроумному структурированию ячейки. Несколько таких образцов построены в Калифорнийском технологическом институте (Caltech).

Новый массив поглощает до 96% солнечных лучей на одной из длин волн и солидные 85% от всего падающего солнечного света. Это рекорд для материалов, созданных специально для повышения доли света, "съедаемого" фотоэлектрическим преобразователем. Как отмечает один из авторов разработки, Гарри Этвотер (Harry Atwater), многие материалы хорошо поглощают свет (чёрная краска хотя бы), но они не генерируют ток.

В данном случае за великолепным захватом падающих лучей следует и генерация носителей заряда. Опыт также показал очень высокие внешнюю и внутреннюю квантовую эффективность использованного полупроводника при поглощении им фотонов, иными словами — прототип батареи обладает всеми задатками, чтобы при должной доводке показать очень высокий суммарный КПД.
 Схема "ловушки"
Схема "ловушки" для солнечных лучей, построенной в Калифорнийском технологическом (иллюстрация Caltech/Michael Kelzenberg).
 

Но что удивительнее всего, в ряде построенных образцов такое эффективное поглощение работало при том, что собственно кремниевое покрытие занимало лишь от 2% до 10% общей площади батареи (а в основном — менее 5%), равно как и менее 5% от объёма рабочего слоя. Практически всё остальное в новой системе занимает простой прозрачный полимер. Секрет такого "чуда" — в целой армии микроскопических колонн (или проводков) из кремния, установленных перпендикулярно основанию панели.

Сама идея структурирования поверхности солнечной ячейки на микро- и даже наноуровне для радикального роста усвоения света — не нова. В 2007 году с этой целью учёные построили "Наноманхэттен" из углеродных нанотрубок, а в 2008-м многослойное покрытие из "лесов", "деревья" в которых представляли собой наностержни из диоксида титана.

Однако, авторы новой работы довели проект такого рода до совершенства. Они поставили множество опытов с разными параметрами "колонн" (остановились на диаметре 1 микрометр при длине 30-100 мкм) и расстоянии между отдельными "колоннами". Учёные выяснили, что выгодно не сближать микропроводки слишком тесно — прозрачное пространство между ними хорошо работает на многократную трансляцию лучей — те фотоны, что не поглощаются кремниевыми стержнями, отражаются не вверх, а в стороны — на многочисленные соседние "колонны".

Кроме того, оказалось, что новая батарея лучше воспринимает свет, падающий под самыми разными углами, нежели батарея классическая, чувствительная к точному нацеливанию на Солнце.

Пока технология апробирована только на совсем крошечных образцах (поперечником в десяток миллиметров). Следующим шагом исследователей будет построение аналогичных преобразователей более крупного размера и их тестирование.

Физики получили самую высокую температуру в искусственных условиях (4·1012 градусов)

Источник: «Известия Науки - Новости»

Физики получили самую высокую на настоящий момент температуру в искусственных условиях. Статья ученых появится в журнале Physical Review Letters.

В рамках эксперимента производилось столкновение ионов золота в ускорителе RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider - Релятивистский коллайдер тяжелых ионов). В результате была получена кварк-глюонная плазма с температурой около 4 триллионов градусов по Цельсию. Для сравнения, температура нейтронной звезды, сформировавшейся сразу после взрыва сверхновой второго типа, составляет около 100 миллиардов градусов по Цельсию.

Известно, что адроны бесцветны, то есть цветные заряды кварков, входящих в их состав, компенсируют друг друга примерно так же, как компенсируют друг друга заряды электронов и протонов в нейтральном атоме. При сверхвысоких энергиях отдельные адроны перестают быть бесцветными, и образуется кварк-глюонная плазма, которая в целом не имеет цвета, однако считается состоящей из почти свободных кварков и глюонов.

Изначально предполагалось, что такая плазма представляет собой газ, однако в 2005 году по результатам работы RHIC было установлено, что она ведет себя скорее как жидкость, почти лишенная вязкости и текущая без трения. По словам физиков, новые результаты подтверждают данные пятилетней давности.

Считается, что в течение нескольких микросекунд после Большого Взрыва Вселенная состояла из кварк-глюонной плазмы. Таким образом, проводимые исследования позволяют лучше понять процессы, которые происходили на раннем этапе развития космоса. Об этом сообщает Lenta.ru со ссылкой на официальный сайт Брукхейвенской национальной лаборатории.

Физики заморозили воду нагреванием

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 автор эксперимента
Ведущий автор эксперимента и образцы пластин различного состава с капельками воды при температурах от -12 до -4 °C (фото Weizmann Institute of Science, David Ehre et al./Science).
 
При контакте с определённым классом веществ переохлаждённая вода начинает превращаться в лёд с повышением температуры. Такой необычный опыт провела группа исследователей под руководством Игоря Любомирского из научного института Вайцмана.

Чистая переохлаждённая вода способна оставаться жидкой до -40 градусов по Цельсию, и обычно переходу её в кристаллическое состояние способствует какое-либо внешнее возмущение или добавка центров кристаллизации (мелких твёрдых частиц). Однако возможна парадоксальная ситуация, при которой переохлаждённая жидкость самопроизвольно и резко начнёт обращаться в лёд при нагреве.

Данный эффект, как открыли Любомирский (он на фото под заголовком) и его коллеги, получается при контакте воды с пироэлектриками. Последние представляют собой материалы, способные при росте или падении температуры создавать на своей поверхности временные нескомпенсированные электрические заряды.

По результатам экспериментов с водой на кристалле LiTaO3 и на квазиаморфной тонкой плёнке SrTiO3 учёные установили, что появление положительных зарядов на поверхности этих веществ способствует кристаллизации H2O, а отрицательных зарядов, напротив, снижает температуру замерзания воды. Это, в свою очередь, приводит к интересным явлениям.

Так, капельки воды, охлаждённые на отрицательно заряженной поверхности LiTaO3 до 11 градусов ниже нуля (и остающиеся при этом жидкими), мгновенно замораживаются при повышении температуры до -8 °C, поскольку пироэлектрик в этот момент меняет заряд поверхности на положительный.

Также авторы эксперимента, используя рентген, установили, что на положительно заряженной поверхности замораживание начинается с раздела твёрдое тело/вода, а на отрицательно заряженной поверхности лёд растёт с границы вода/воздух. Вероятно, это связано с поляризацией молекул воды (электронные облака в которой смещены в сторону кислорода) и притягиванием (или отталкиванием) того или иного её края к заряженной поверхности пироэлектрика.

"Разница между положительным и отрицательным зарядами была неожиданной", — прокомментировал наблюдаемые эффекты Любомирский. Детали опыта можно найти в статье в Science.

Понимание всех тонкостей взаимодействия воды и пироэлектриков может дать богатую пищу для размышлений о защитных процессах в тканях холоднокровных животных, попадающих в лёд, а также может привести к новым методам криоконсервации клеток и тканей, защиты сельскохозяйственных растений от замерзания и искусственной генерации облаков.

Летающий лазер впервые сбил жидкостную баллистическую ракету

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 Модифицированный Boeing 747
Модифицированный Boeing 747-400F несёт сверхмощный лазер в своём чреве. Поворотный "телескоп" на носу – лишь вершина технического айсберга (фото Boeing, Missile Defense Agency).
 
Успехом завершились испытания американского противоракетного лазера воздушного базирования Airborne Laser, состоявшиеся сегодня в 07:44 по московскому времени. Летящий недалеко от побережья Калифорнии самолёт обнаружил специально выпущенную баллистическую ракету и сжёг её лучом ещё на разгонном участке траектории. Такое произошло впервые в мире.

Лазерную стратегическую противоракетную систему несколько лет разрабатывали, строили и тестировали (сперва на земле) несколько компаний, главные из которых Boeing (самолёт-носитель оружия — Boeing 747-400F, интеграция всех систем), Northrop Grumman (боевой лазер мегаваттного класса — самый мощный мобильный лазер на планете) и Lockheed Martin (системы определения цели и наведения установки). Мы подробно рассказывали об этом проекте.

Теперь же настал момент истины: сложнейший комплекс, занимающий львиную долю фюзеляжа переделанного "Боинга", показал себя в деле — сбил настоящую ракету.

Как уточняет агентство противоракетной обороны США, баллистическая ракета была выпущена с мобильной морской платформы. Всего через несколько секунд приборы экспериментального самолёта Airborne Laser Testbed (ALTB) зафиксировали ракету и начали сопровождение цели низкоэнергетическим лазером.

Затем был включён второй маломощный лазер для замера атмосферных помех и коррекции боевого луча, и наконец по ракете был открыт огонь из мегаваттного лазера, который нагрел цель до появления "критических повреждений". На уничтожение ракеты системе потребовалось менее двух минут.

Менее чем через час в небо была выпущена вторая ракета — уже на твёрдом топливе. ALTB поймал в перекрестие и её, приступив к обстрелу, однако лазер был намеренно выключен до уничтожения цели, поскольку были выполнены все задачи данного теста. Аналогичную твердотопливную баллистическую ракету ALTB успешно сжёг 3 февраля 2010 года, добавляет агентство.

"С этого успешного эксперимента Airborne Laser проложил путь для нового поколения ультраточного высокоэнергетического оружия. Будущие платформы направленной энергии изменят путь, каким Соединённые Штаты смогут защищать себя и своих союзников. Возможность приложить точно размеренную силу со скоростью света спасёт жизни", — заявил после испытания Майкл Ринн (Michael Rinn), вице-президент Boeing и директор программы Airborne Laser.

Открыто самое тяжёлое борромейское ядро

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 атомное ядро
В физике атомное ядро получает приставку "гало" (на рисунке – пример такого ядра у 11Be), если его радиус заметно больше, чем предсказывает капельная модель, где ядро считается сферой постоянной плотности (иллюстрация Universitat Mainz).
 
Японские физики, проведя эксперимент на ускорителе, доказали, что у радиоактивного изотопа углерода 22C два нейтрона значительно удалены от центра и формируют гало-ядро (halo nucleus) так называемого борромейского типа.

Как правило, атомное ядро — это тесно связанная система протонов и нейтронов. Однако у некоторых изотопов субатомные частицы, которые обычно находятся внутри ядра, выдвигаются на орбиту вовне и образуют "нимб". Состоящий из 16 нейтронов и 6 протонов 22C, как выяснилось, обладает именно таким ядром, более того – самым тяжёлым из известных на сегодняшний день.

Первые наблюдения гало-ядра с радиусом, значительно превышающим расчётный, были проведены около двадцати лет назад в национальной лаборатории Лоуренса в Беркли (LBL) на ускорителе Bevalac. Тогда же специалисты получили первые опытные образцы "гало" на примере изотопа 11Li.

Выбрав для нового опыта элемент 22C, исследователи заранее шли на риск: до этого ещё никому не удавалось получить "борромейскую" систему со столь тяжёлым ядром. Несмотря на то что атомы 22C из-за переизбытка нейтронов довольно быстро распадаются на более простые элементы, даже их относительная стабильность стала для учёных сюрпризом.

Взаимодействие двух нейтронов и ядра пока весьма сложно описать из-за классического парадокса трёх тел. Тем не менее сам факт выявления и анализа 22C — важная веха в ядерной физике и, похоже, предел того, чего можно достичь, используя современные технологии. Статья японских специалистов опубликована в Physical Review Letters (смотрите также PDF-документ).

Найден способ менять свойства отдельного электрона

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 Новое исследование
Новое исследование очень важно для новой науки спинтроники, изучающей использование в качестве носителя информации спина электрона, а не его заряда как обычно (фото Brian Wilson).
 
Учёный Принстонского университета Джейсон Петта (Jason Petta) при помощи коллег разработал новый метод изменения параметров одного или двух электронов на выбор, не задевая триллионы других вокруг. Это важный шаг к созданию квантовых компьютеров нового типа.

Как сообщается в пресс-релизе, Петта продемонстрировал технику манипуляции конкретно выбранными электронами, используя при этом исключительно электрические средства воздействия.

В большинстве предшествовавших экспериментов исследователи в основном прибегали к помощи микроволнового излучения для оперирования большим массивом электронов, которые, взятые вместе, образуют единый квантовый бит. Кубит, напомним, это аналог классического бита в квантовых вычислениях, то есть наименьший элемент для хранения информации в квантовом компьютере.

Манипулирование в качестве кубитов отдельными электронами, продемонстрированное Джейсоном (ранее проводились лишь примерно схожие опыты), может открыть дорогу к созданию компьютерной памяти невиданной плотности или поможет более подробно протестировать необычные устройства, нацеленные на работу с одним электроном.

Метод учёного, подробно описанный в Science, вкратце состоит в следующем: электроны находятся в своеобразных "загонах", в так называемых квантовых ямах, которые создаются на поверхности полупроводника (арсенида галлия) при подаче напряжения на электроды (материал при этом охлаждён до температуры, приближенной к абсолютному нулю). Тем самым формируются кубиты.

Глубиной каждой "ямы" можно управлять путём изменения напряжения, а отдельные электроны перемещать из одной ямы к другой простым переключением напряжения между электродами.

До этого эксперимента не было ясно, смогут ли экспериментаторы взаимодействовать со спином одного из электронов, не нарушая спин другого в столь тесном пространстве. Петта доказал – могут. В его ловушке электроны пребывают в весьма экзотическом переходном состоянии, где спиновое состояние пары электронов переплетается с почти макроскопической степенью их свободы.

В Норвегии начала работать первая в мире электростанция, использующая осмотический эффект

Источник: «НАУКА И ЖИЗНЬ »

Норвежская компания Statkraft недалеко от Осло построила первую в мире электростанцию, основанную на осмотическом давлении. В камере, разделенной полупроницаемой мембраной, по одну сторону находится морская, то есть соленая вода, а по другую – пресная, которая стремится проникнуть через мембрану, пропускающую только молекулы воды. При этом возникает избыточное давление (осмотическое давление) в той части камеры, где находится морская вода. Это избыточное давление используется для приведения в действие гидротурбины, вращающей электрогенератор, который вырабатывает электричество.

Получение электроэнергии таким способом не сопровождается выбросами парниковых газов, и в процессе используются лишь возобновляемые источники энергии, то есть речная и морская вода. Такие электростанции имеет смысл возводить в местах, где большие реки впадают в море. Именно в таких местах расположено и много крупных городов.

На свою разработку инженеры компании потратили около 10 лет, строительство самой опытной электростанции заняло чуть более года. Построенная электростанция производит 2-4 кВт электроэнергии – ее эффективность пока составляет 1 Вт с 1 кв. м мембраны, и основное ее назначение – отработка технологии и повышение эффективности до 5 Вт/кв. м мембраны. Как считает руководство компании, коммерческая электростанция большой мощности будет запущена уже через несколько лет.

Глобальный потенциал «осмотической энергии» компания оценивает примерно в 1600 – 1700 ТВт – столько электроэнергии, по данным Statkraft, производил Китай в 2002 году.

Как сообщается в последнем Бюллетене Росгидромета «Изменение климата», разработку мембран компания Statkraft осуществляет в сотрудничестве с американским космическим агентством NASA, которое заинтересовано в их использовании для переработки использованной воды на космических кораблях.

Отметим, что гидроэлектростанции компании Statkraft производят почти весь объём потребляемой в Норвегии электроэнергии.

Создана иллюзия сверхсветовых фотонов в наноматериалах

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 источник пар фотонов
Для точного измерения времени прибытия частиц, проходящих через материал, учёные применили источник пар фотонов и высокочувствительный интерферометр (иллюстрация Natalia Borjemscaia et al./Joint Quantum Institute/Optical Society of America).
 
Обычно время путешествия света сквозь кусок какого-нибудь вещества линейно зависит от толщины преодолеваемого слоя и его показателя преломления. Но для наноматериалов это правило может нарушаться, и порой самым парадоксальным образом, что на опыте продемонстрировали специалисты из Объединённого института квантовой физики (Joint Quantum Institute — JQI).

 эффект изменения времени путешествия
Слева: эффект сильного изменения времени путешествия света при добавке всего одного слоя. Справа: взаимодействие проходящей волны с границами слоёв (иллюстрации Joint Quantum Institute).
 
Исходя из простой логики и законов физики кажется, что при "полёте" через несколько разных веществ последовательно время путешествия фотона должно быть суммой времени прохождения им каждого слоя. Однако реальность порой отказывается работать по такой схеме.

Учёные построили "бутерброд", поочерёдно составив вместе три десятка слоёв двух типов диэлектриков с высоким (H) и низким (L) значением показателя преломления. Каждый слой насчитывал в толщину по 80 и 89 нанометров (для разных материалов соответственно). Отдельные фотоны в пучке могут как отражаться от границы таких слоёв, так и перемещаться дальше. Согласно авторам установки, прохождение фотонов через такой "бутерброд" идентично эффекту Хартмана (Hartman effect), при котором время квантового туннелирования частиц через барьер в какой-то момент перестаёт зависеть от растущей толщины барьера, что, по идее, может приводить к появлению иллюзии сверхсветового движения.
 Время распространения фотонов
Время распространения фотонов (по вертикали, фс) в зависимости от числа слоёв (по горизонтали, в парах штук, N) и от архитектуры "бутерброда" (чередование H-L-H-L, либо L-H-L-H и так далее, плюс добавка H или L). Сплошная наклонная прямая – движение света через слой вакуума той же толщины. Кривые – теоретические графики для разных вариантов установки, высчитанные авторами, четыре крупных значка – результат реального измерения, согласующийся с предсказанным.
Видно, что слоёная система "сэндвича" способна создать условия как для замедленного (точки выше прямой), так и сверхсветового (точки, лежащие ниже прямой) перемещения частиц света (иллюстрация Natalia Borjemscaia et al./Joint Quantum Institute/Optical Society of America).
 

Однако физиков из JQI заинтересовало совмещение данного эффекта с другим аспектом работы такого "бутерброда": американцы показали на практике огромную его чувствительность к добавлению всего одного слоя диэлектрика. Это, по мнению учёных, наглядно выявляет фокусы, проистекающие из волновой природы света, а ещё — служит великолепной физической моделью для изучения явления квантового туннелирования.

Исходный набор слоёв отдельные (подсчитанные) фотоны (а вернее — импульсы) преодолевали за 12,84 фемтосекунды, что, как нетрудно подсчитать, заметно медленнее скорости света в вакууме. Добавление же в конец "бутерброда" всего одного слоя типа L приводило к совершенно непропорциональному росту времени прохождения "бутерброда". Прибавка составила 3,52 фемтосекунды (сумма — уже 16,36 фс). А ведь чисто математически один слой (исходя из его толщины и индекса преломления) должен был прибавить лишь 0,59 фс.

Но ещё более поразительный эффект наблюдался, если в конец "сэндвича" добавляли один слой не L, а H. Время преодоления всего набора сокращалось до 5,34 фс, что для "бутерброда" общей толщиной примерно 2,6 микрометра равноценно скорости, существенно большей, чем пресловутая c. Учёные из JQI объяснили, почему так происходит. Хотя в начале и конце своего пути (от источника к детектору) фотоны выступают скорее как частицы, внутри "сэндвича" они работают как волны. При этом часть волн проходит прямо, часть отражается от границ слоёв и интерферирует с "прямыми" волнами. Это наложение приводит к возникновению в системе "опережающих" фотонов, которые выглядят как передвигающиеся быстрее света.

Однако никакая информация быстрее света не передаётся, поскольку только малая доля фотонов в очень большом пучке (энной длительности) проникает через весь "сэндвич". Если бы детектор на другом конце "трассы" зафиксировал все испущенные вначале фотоны, он показал бы обычное распределение их во времени, то есть нормальную форму импульса. Детали эксперимента можно найти в статье в Optics Express.

Левитирующий снежок в аду вывернул токамак наизнанку

Источник: «MEMBRANA | Мировые новости»

 плазменный кокон
Окошко в вакуумной камере позволяет пронаблюдать за плазменным коконом. Его удерживает парящее устройство, охлаждённое жидким гелием (фото MIT).
 
 Подъём замороженного магнитного бублика
Подъём замороженного магнитного "бублика", включение левитации и уход лифта вниз. Удерживающий электромагнит управляется быстродействующим компьютером, следящим за положением главного "бублика" по всем осям и по углу наклона при помощи набора из восьми лазеров и ряда других детекторов (иллюстрации MIT).
 
"Снежок в аду" — так охарактеризовал эту установку один из её создателей. Представьте 600-килограммовый "бублик", охлаждённый до минус 269 по Цельсию. Он парит, ни к чему не прикасаясь, будучи окружён со всех сторон плазмой, которая нагрета до 10 миллионов градусов. По мнению физиков, это прообраз устройства для получения практически неограниченной чистой энергии.

Управляемый ядерный синтез сулит миру кучу выгод: топливо из морской воды и бездна энергии без вредных выбросов. Осталось решить один вопрос – как лучше всего удерживать горячую плазму. Наряду с "лазерным обстрелом" зарядов-мишеней надежды физиков связаны с огромными магнитными ловушками — токамаками и стеллараторами. Увы, несмотря на десятилетия исследований и опытов, во всех трёх случаях учёным ещё далеко до безоговорочной победы.

Очень сложно оказалось достичь нужных параметров плазмы. Из-за её капризов установки постепенно вырастают в размерах, массе и, что важнее, становятся всё сложнее. Многотонные магниты формируют поля сложной формы, настраиваемые к тому же с невероятной точностью. Но управляемый синтез, словно жар-птица, не даётся физикам в руки, хотя перьев из её хвоста в последние годы повыдёргивали немало. В нижней части LDX имеется стационарный криогенный магнит, охлаждаемый жидким гелием. С его запуска начинается цикл. Через полчаса, когда ток в нём достигает почти 4,4 мегаампера, поле — 5 тесла, а сохранённая энергия — 12 мегаджоулей, начинается охлаждение левитирующего магнита (через теплообменник). На это уходит 2,5 часа.

Теперь стационарная катушка разряжается и отдаёт свою энергию подвижной. И уже в ней начинает течь огромный ток — до 1,5 мегаампера. Низкая температура этого главного магнита сохраняется благодаря собственному запасу (1,5 кг) жидкого гелия, который омывает обмотку магнита, а от внешнего теплового воздействия "бублик" защищается двойными, как у термоса, стенками, обеспечивающими теплопотерю меньше 1 ватта.

После того как магнит-снежок вышел на рабочий режим, его поднимает в центр рабочей камеры механический лифт, увенчанный той самой "тарелкой". По достижении магнитом заданной высоты учёные включат систему левитации — это ещё один мощный электромагнит (на высокотемпературных теперь уже сверхпроводниках), который расположен снаружи камеры, на её крыше. Он своим полем удерживает главный магнит от падения, когда "лифт-тарелка" уже в одиночестве опускается вниз, чтобы оказаться вне зоны, где будет господствовать плазма.

Следующий шаг — разогрев газа в камере при помощи микроволнового излучателя. В этот момент вокруг "ледяного бублика" формируется слой чрезвычайно горячей плазмы, научные данные о поведении которой и есть главная продукция установки.

Горячая фаза эксперимента длится секунды, зато её в течение нескольких часов кряду