Рус Eng
Новости науки
Аномалия углеродного цикла, обнаруженная при изучении карбонатных пород формации Гуттенберга эпохи неопротерозоя, расположенной в северо-восточной части Намибии, оказалась схожа с аналогичной аномалией, обнаруженной сразу после Великой кислородной катастрофы. Эти результаты раскрывают новые подробности о характере накопления кислорода в атмосфере Земли.
Используя материал формации Гуттенберга, которая сформировалась от одного до полутора миллиардов лет назад, для изучения периода перехода Земли от бескислородных условий к более «мягким» условиям, благоприятствующих развитию животного царства, команда исследователей под руководством доктора Хуана Цуи (Huan Cui) из Института астробиологии НАСА и Университета Висконсин-Мэдисон, США, открыла устойчивый, высокий уровень углерода. Это увеличение количеств углерода, связанное также с содержаниями других элементов, указывает, что меняющееся содержание кислорода в океане могло помочь эволюции ранних животных.
В этом исследовании сопоставляются новые данные по содержанию изотопов кислорода, серы и стронция с данными по содержанию изотопов углерода, опубликованными в 2009 г. Совместный анализ этих данных позволил выяснить, что содержание кислорода в атмосфере Земли происходило не двумя резкими скачками, как предполагалось ранее – в начале и конце протерозоя – а постепенно. Результирующий набор окислительно-восстановительных реакций был назван «аномалией Гуттенберга», поскольку эта аномалия была обнаружена при анализе пород именно этой формации, рассказали авторы работы.
Исследование опубликовано в журнале Astrobiology Magazine.
Европейские и американские физики нашли потенциальные следы "новой физики" в данных, полученных БАК во время наблюдений за распадами так называемых B-мезонов. Их выводы были представлены в European Physical Journal C.
"Раньше мы предполагали, что при распадах B-мезонов их "осколки" просто разлетятся и не будут взаимодействовать между собой на больших расстояниях. Мы учли возможность существования этих взаимодействий и показали, что они действительно могут происходить через феномен, который мы называем "зачарованной петлей", — рассказывает Дэнни ван Дик (Danny van Dyk) из Цюрихского университета (Швейцария).
Детектор LHCb был создан ЦЕРН специально для поиска не вписывающихся в Стандартную модель физики частиц, слишком тяжелых для того, чтобы искать их напрямую. Работающие на нем физики изучают поведение так называемых B-мезонов – необычных частиц, состоящих из b-кварка и какой-то другой элементарной частицы.
За последние два года сразу несколько групп ученых, изучавших следы распада В-мезонов, нашли множество намеков на то, что этот процесс не всегда можно описать при помощи Стандартной модели физики.
Пока ни один из открытых феноменов – аномалии в распадах нейтральных странных В-мезонов и их "заряженных" собратьев, а также неодинаковая частота распада порождаемых ими таонов и мюонов, не получили статуса научного открытия из-за недостаточного количества накопленных данных.
Ван Дик и его коллеги нашли способ улучшить их "качество", изучая один из вариантов подобных распадов, в ходе которого В-мезон превращается в каон, содержащий в себе "странный" и один верхний или нижний кварк, а также пару электрон-позитрон, или же их более тяжелые аналоги.
Анализируя выкладки Стандартной модели, ученые выяснили, как можно избавиться от одного из самых больших факторов неопределенности, влияющих на взаимодействия "осколков" B-мезона, связанных с взаимодействием сразу четырех кварков. Они учли это при анализе данных, которые были собраны LHCb за последние годы.
В результате этого статистическая достоверность тех отклонений, которая была зафиксирована при наблюдениях за подобными распадами на БАК, выросла с уровня в 3,4 сигма (одна случайная ошибка на 400 попыток) до 6,1 сигма (одна ошибка на миллиард попыток).
Как правило, физики присваивают звание "полновесного открытия" при достижении уровня в пять сигма, что означает, что расчеты ван Дика и его коллег будут серьезно восприняты научным сообществом, если они будут подтверждены независимым путем.
С чем связаны эти аномалии в распадах B-мезонов? Как полагают сами ученые, их можно объяснить существованием новой элементарной частицы, аналога Z-бозона, отвечающего за перенос слабых взаимодействий. Этот же бозон, по их словам, может объяснить нарушения в частоте распада таонов и мюонов.
Физики надеются, что повторный запуск обновленного БАК поможет проверить эти выкладки "нормальным" путем, без учета взаимодействий между "осколками" B-мезонов и понять, действительно ли существует эта частица и нарушает ли она лекала Стандартной модели физики.
НАСА, действующее в рамках программы Commercial Crew Program, и компания SpaceX окончательно планируют операции на день запуска космического корабля с астронавтами на борту в первый пробный полет. Команды обеих организаций работают совместно для подготовки пробного пилотируемого полета к Международной космической станции, известного как Demo-2, с астронавтами НАСА Бобом Бенкеном и Дагом Херли в апреле 2019 г. Для подготовки этого первого пробного полета SpaceX и НАСА продолжат проводить важные анализы и проверки оборудования, необходимого для запуска.
Ключевой вопрос, который обсуждался командой программы Commercial Crew и фирмой SpaceX, состоял в том, поднимутся ли астронавты на борт космического корабля Crew Dragon сразу или же после заправки компанией SpaceX ракеты-носителя Falcon 9. По итогам переговоров НАСА приняло решение согласиться с позицией компании SpaceX, предлагающей произвести заправку уже после того, как астронавты взойдут на борт. И хотя достигнутые соглашения создают основу для планирования операций в день запуска, тем не менее действительная программа мероприятий будет зависеть от итогов сертификации систем и компонентов, создаваемых компанией SpaceX, американским космическим агентством.
Компания SpaceX тем временем продолжает проводить испытания и контроль качества многих систем и компонентов ракеты Falcon 9. Команды специалистов НАСА будут проводить обзоры и оценки как этих отдельных компонентов ракеты, так и всей системы запуска компании SpaceX в целом. Инженеры НАСА продолжат проводить независимый анализ и испытания, чтобы убедиться в том, что по всем выявленным рискам предприняты соответствующие меры, позволяющие устранить причины этих рисков или снизить вероятность их проявления.
Астрономы при помощи космического телескопа НАСА/ЕКА Hubble («Хаббл») сделали серию зрелищных снимков, на которых запечатлены «порхающие» полярные сияния в окрестностях северного полюса Сатурна. Эти наблюдения были проведены в ультрафиолетовом диапазоне, и полученные в результате снимки демонстрируют подробнейший вид северного полярного сияния на Сатурне.
В 2017 г., на протяжении периода продолжительностью в семь месяцев, космический телескоп Hubble производил съемку полярных сияний над северным полюсом Сатурна при помощи своего бортового спектрографа под названием Space Telescope Imaging Spectrograph. Эти наблюдения были проведены соответственно до и после летнего солнцестояния в северном полушарии Сатурна. В этот период были обеспечены наиболее удобные условия для наблюдения полярных сияний в северном полушарии планеты при помощи «Хаббла».
На Земле полярные сияния в основном формируются под действием частиц, извергаемых с поверхности Солнца в составе солнечного ветра. Когда этот поток электрически заряженных частиц подходит близко к нашей планете, он взаимодействует с магнитным полем, которое действует в качестве гигантского «щита». И хотя этот «щит» в основном отклоняет частицы солнечного ветра, он также может задерживать небольшую их часть. Частицы, удерживаемые в магнитосфере – области пространства вокруг Земли, в которой заряженные частицы испытывают влияние магнитного поля – могут быть ускорены и двигаться вдоль линий магнитного поля к магнитным полюсам планеты. Там они взаимодействуют с атомами кислорода и азота в верхних слоях атмосферы, создавая мерцающее, цветное свечение в небе, наблюдаемое в приполярных областях земного шара.
Однако полярные сияния не являются уникальным для Земли явлением. На других планетах Солнечной системы также были зарегистрированы полярные сияния. Среди этих планет – четыре газовых гиганта Солнечной системы: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Поскольку в атмосферах этих планет доминирует водород – а не азот и кислород, как в газовой оболочке Земли – то полярные сияния при их наблюдениях нельзя увидеть невооруженным глазом – оно наблюдается в ультрафиолетовой области, в которой и был получен представленный здесь снимок, сделанный при помощи «Хаббла».
Одна из крупнейших в истории наблюдений Красной планеты песчаных бурь подходит к завершению после почти трех месяцев, благодаря чему появляется шанс «вернуть в строй» неподвижный в настоящее время роботизированный вездеход НАСА под названием Opportunity.
Эта буря была впервые зарегистрирована 30 мая, и 15-летний ровер американского космического агентства произвел последнюю радиопередачу на Землю 10 июня, когда он был переведен в так называемый «спящий режим» ввиду того, что пыль блокировала его солнечные панели.
В заявлении НАСА, опубликованном в минувший четверг во второй половине дня, текущая ситуация была названа «критической», однако было отмечено, что «команда ровера выражает осторожный оптимизм, зная, что Opportunity до сих пор успешно справлялся со многими значительными трудностями за свою более чем 14-летнюю историю работы на поверхности Красной планеты».
Если успешный контакт с ровером так и не состоится, НАСА прекратит попытки установить связь в середине октября.
«Если мы не услышим сигнала от ровера Opportunity в течение 45 ближайших суток, команда будет вынуждена заключить, что совместное действие пыли, блокирующей вездеход от солнечного света, и марсианских холодов привело к возникновению неисправности, после которой ровер, вероятнее всего, не сможет восстановиться», - сказал Джон Каллас, менеджер проекта Opportunity из Лаборатории реактивного движения НАСА.
«К этому моменту активный этап нашей кампании по восстановлению связи с ровером будет завершен».
Однако «пассивное прослушивание радиоэфира будет продолжаться в течение еще нескольких месяцев», сказал Каллас, поскольку «вряд ли на солнечных панелях ровера находится большое количество пыли, блокирующей солнечный свет».
Научный преемник ровера Opportunity, марсоход НАСА Curiosity, менее зависим от солнечного света в своей работе, поскольку оснащен радиоизотопным генератором, указывает американское космическое агентство.
Ученые из МФТИ и зарубежных стран экспериментально подтвердили существование спинонов, нового типа квазичастиц, возникающих внутри экзотических квантовых материалов, так называемых спиновых жидкостей. Их выводы и результаты наблюдений были представлены в журнале Physical Review Letters.
"Исследованные нами материалы поглощали электромагнитные волны сильнее, чем, казалось бы, они должны были это делать. Причиной этого было возбуждение спинонов. Поскольку это сугубо квантовый эффект, его необходимо учитывать при создании устройств квантовой электроники, использующей принципы квантовой природы носителей заряда", — рассказывает Елена Жукова из Московского Физтеха, чьи слова приводит пресс-служба вуза.
Жукова и ее коллеги изучали свойства так называемых квантовых спиновых жидкостей. Под этим словом ученые понимают набор атомов или ионов, спины электронов которых ведут себя хаотичным образом даже при очень низких температурах, подобно молекулам воды и другой жидкости.
Два года назад сразу две группы физиков из США и Китая создали первые экспериментальные аналоги подобных жидкостей, изучая свойства экзотических материалов при сверхнизких температурах. Эти опыты стали первым свидетельством того, что неуловимые фермионы Майорана — гипотетические частицы, являющиеся антиподом самим себе — действительно могут существовать в реальности.
Помимо фермионов Майорана, ученых давно интересует то, как "работают" сами квантовые спиновые жидкости и что заставляет их вести себя хаотичным образом. Теоретики предполагают, что в этом "виноваты" так называемые спиноны – особые квазичастицы, свободно "гуляющие" по толще жидкости и позволяющие электронам "обмениваться" спинами на большом расстоянии друг от друга.
Их существование, как отмечают ученые, было предсказано еще в 1973 году, однако до настоящего времени физикам не удавалось зафиксировать одиночные спиноны и изучить их свойства. Российские исследователи и их зарубежные коллеги решили эту задачу, подобрав правильный материал и условия для ведения эксперимента.
"Были попытки обнаружить это взаимодействие. Но получаемые данные только качественно совпадали с теорией. Наше исследование говорит, что для того, чтобы обнаружить спиноны, необходимо использовать так называемые моттовские изоляторы", — продолжает Жукова.
Так ученые называют еще один экзотический квантовый материал, который одновременно сочетает в себе свойства и изолятора, и проводника. В отличие от сверхпроводников, при охлаждении они не приобретают, а теряют способность проводить ток, так как электроны в них "кучкуются" в обособленные группы и начинают сильно отталкивать друг друга.
Как обнаружили Жукова и ее коллеги, спиноны можно обнаружить внутри моттовского изолятора, охлажденного до сверхнизких температур, обстреливая его пучками терагерцового излучения, "раздевающих лучей". В том случае, если спиноны присутствуют внутри материала, он начинает поглощать низкочастотную часть этих волн сильнее, чем это предсказывает классическая теория, описывающая поведение подобных материалов.
Открытие спинонов, как надеются ученые, поможет ученым приблизиться к полному пониманию того, как работают квантовые спиновые жидкости, и понять, как их можно использовать на практике.
Условия для существования жизни на планетах, поверхность которых полностью покрыта водой, могут изменяться в гораздо более широком диапазоне, чем считалось ранее, поэтому общая вероятность встретить в числе этих планет обитаемую планету резко возрастает, согласно новой научной работе, проведенной исследователями из Чикагского университета и Университета штата Пенсильвания, оба научных учреждения США.
Научное сообщество считает, что планеты, поверхность которых покрыта глубоким океаном, не поддерживают циклы минералов и газов, отвечающие за стабильность климата на Земле, и поэтому такие планеты не могут иметь обитаемые условия. Однако в новом исследовании показано, что планеты, поверхность которых полностью покрыта океаном, могут поддерживать на своей поверхности условия, благоприятствующие зарождению и развитию жизни, гораздо дольше, чем принималось ранее. Авторы основывают свои выводы на более чем 1000 сеансов компьютерного моделирования.
«Это действительно позволяет отойти от идеи поиска точной копии Земли – то есть планеты, на поверхности которой имеется суша и неглубокий океан», - сказал Эдвин Кайт (Edwin Kite), ассистент-профессор геофизических наук Чикагского университета и главный автор нового исследования.
Стабильный климат на Земле поддерживается на протяжении длительного времени за счет двух основных процессов: поглощения парниковых газов минералами, ведущего к охлаждению планеты, и выделения парниковых газов в ходе извержений вулканов, ведущего к разогреву. На планетах, поверхность которых полностью покрыта океаном, возможность выделения парниковых газов с вулканическими выбросами отсутствует, однако, если водная планета имеет достаточное количество углерода, принимающего участие в распределении между водной и газовой фазами, а также находится на «правильном» расстоянии от родительской звезды и содержит относительно небольшое количество растворенных в воде минералов, способных связывать углерод в форме диоксида, то планета может поддерживать обитаемые условия в течение довольно длительного времени, указывают Кайт и его команда.
Работа опубликована в журнале Astrophysical Journal.
Международная команда астрономов, изучающая «галактику-монстра», расположенную на расстоянии 12,4 миллиарда световых лет от нас, сообщает сегодня о том, что используемые ею инструменты позволили достичь углового разрешения, в 10 раз превышающего разрешение, достигнутое когда-либо прежде, в результате чего были открыты детали структуры этой галактики, которые не были известны науке ранее. Также исследователи смогли проанализировать динамические свойства этой галактики, которые не изучались ранее.
Так называемые «галактики-монстры», или галактики с экстремальной вспышкой звездообразования, предположительно, являются предками массивных галактик, таких как Млечный путь, поэтому эти новые находки, связанные с галактикой COSMOS-AzTEC-1, помогают глубже понять формирование и эволюцию таких галактик, как наша, указывают исследователи.
Один из авторов исследования Мин Юн (Min Yun) из Университета штата Массачусетс Амхерст, США, входящий в научную команду, открывшую эту галактику в 2007 г. при помощи инструмента под названием AzTEC, расположенного на территории Чили и построенного в Университете штата Массачусетс Амхерст, говорит: «Настоящим сюрпризом стало то, что эта галактика, которую мы видим такой, какой она была почти 13 миллиардов лет назад, имеет массивный, упорядоченный газовый диск, демонстрирующий периодическое вращение, вместо того, что мы ожидали увидеть – беспорядочное «столкновение поездов», предсказываемое в рамках большинства теоретических исследований».
Новейшие наблюдения, проведенные командой Юна при помощи радиообсерватории ALMA, находящейся на территории Чили, выявили, что этот газовый диск является динамически нестабильным и стремительно распадается с образованием большого числа новых звезд, причем скорость звездообразования в этой галактике превышает скорость формирования звезд в нашей галактике Млечный путь почти в 1000 раз. Говоря о возможных причинах стремительного коллапса газа в этой галактике, Юн и его коллеги предполагают, что причиной стремительного «схлопывания» газообразного материала могло стать столкновение между галактиками, хотя признаки такого столкновения до сих пор еще ни разу не наблюдались в случае галактики COSMOS-AzTEC-1.
Исследование вышло в журнале Nature.
Представители коллабораций ATLAS и CMS одновременно заявили о накоплении достаточного количества данных, указывающих на то, что бозон Хиггса может распадаться на пары "прелестных" b-кварков. Их выводы были представлены в статьях, направленных к публикации в журнале Physical Review Letters.
"За последний год нам и коллегам из ATLAS удалось увидеть все четыре основных канала распада бозона Хиггса, начиная с пар тау-лептонов и заканчивая "прелестными" кварками. Системы машинного обучения и безупречная работа БАК помогла нам достичь подобного результата неожиданно рано", — заявил Джоэль Батлер (Joel Butler), официальный представитель коллаборации CMS.
В погоне за "частицей Бога"
Большой адронный коллайдер завершил первый цикл своей работы в феврале 2013 года, когда самый мощный ускоритель на Земле был впервые отправлен на длительные "каникулы". В рамках этого этапа БАК удалось решить свою главную задачу – найти бозон Хиггса, особую частицу, отвечающую за массу всех объектов во Вселенной.
Бозон Хиггса был "пойман" сразу двумя научными группами ЦЕРН, которые охотились за неуловимой "частицей Бога" — коллаборациями ATLAS и CMS, работавшими с одноименными детекторами БАК. Следы его распадов были найдены в парах фотонов и двух других бозонов, отвечающих за перенос слабых и электромагнитных взаимодействий.
Своеобразная ирония судьбы заключается в том, что все эти следы распадов бозона Хиггса являются относительно редкими по сравнению с главным вариантом разрушения "частицы Бога" – в 60% случаев она распадается на пары тяжелых b-кварков, а не на фотоны или бозоны.
Открытие бозона Хиггса в следах его редких распадов связано с тем, что в них его гораздо проще искать. Помимо "частицы Бога", существует масса других частиц, которые распадаются на пары b-кварков примерно в 10 миллионов раз чаще, чем бозон Хиггса. Поэтому его изначальный поиск подобным путем был крайне сложным и бесперспективным занятием. Только когда ученые убедились, что "частица Бога" действительно существует и точно измерили ее массу, они начали искать и другие варианты ее распадов.
Сила искусственного разума
Лишь год назад участники коллаборации ATLAS смогли найти первые намеки на их существование, проанализировав весь набор данных по распадам частиц в БАК, которые коллайдер получал на протяжении и первого и второго цикла своей работы.
Для поиска следов бозона Хиггса в огромном массиве данных ученые пошли на хитрость – они искали не просто его распады на пары b-кварков, а следы распадов пар, состоящих из бозона Хиггса и W или Z-бозона. Подобные распады, как отмечают участники ATLAS, происходят крайне редко – всего их было около 30 тысяч за все время работы БАК. При этом их гораздо легче заметить, используя системы искусственного интеллекта для анализа исходных данных.
Изначально уровень статистической достоверности тех следов "прелестных" кварков, которые нашли участники ATLAS, немного не дотягивал до уровня "официального" открытия, что заставило их улучшить методики анализа и получить новые данные в ходе последнего цикла работы БАК.
Параллельно, как отмечает Батлер, коллаборация CMS проводила аналогичные замеры и анализировала уже имеющиеся данные, собранные их детектором за все время работы БАК. В результате этого, и та, и другая группа ученых вышла на уровень статистической значимости в 5,4 сигма, что эквивалентно шести случайным ошибкам или совпадениям на 100 миллионов замеров.
"Несмотря на то, что наши замеры подтверждают Стандартную модель, а не указывают на наличие "новой физики", они все равно стали большим успехом и для ATLAS, и для CMS. Во время запуска БАК многие из нас думали, что мы не сможем провести подобные наблюдения, однако реальность оказалась иной", — заключает Карл Якобс (Karl Jakobs), официальный представитель ATLAS.
В течение столетий ученые пытались понять химический состав Юпитера. Это неудивительно: эта таинственная планета является крупнейшей в Солнечной системе и химически она очень близка к Солнцу. Понимание химического состава Юпитера дает ключи к пониманию формирования Солнечной системы и даже планетных систем других звезд.
Но на протяжении многих лет ученые так и не могли ответить на один простой вопрос: есть ли вода на Юпитере, и если да, то сколько?
В новом исследовании Гордон Л. Бьоракер (Gordon L. Bjoraker), астрофизик из Центра космических полетов Годдарда НАСА, США, предлагает ответ на этот вопрос. Наблюдая с Земли тепловое излучение в глубинах Большого Красного Пятна, постоянного атмосферного вихря на Юпитере, команда Бьоракера обнаружила признаки, указывающие на присутствие воды над самым глубоким слоем облаков планеты, на уровне, где давление атмосферы Юпитера составляет всего лишь 5 бар. Давление этой воды, приходят к выводу исследователи, вместе с измерениями другого кислородсодержащего газа, монооксида углерода, говорит о том, что Юпитер содержит в 2-9 раз больше кислорода, по сравнению с Солнцем. Эти находки находятся в хорошем соответствии с современными компьютерными моделями, согласно которым на Юпитере присутствует большое количество воды (H2O), состоящей из кислорода (O), связанного с молекулярным водородом (H2), пояснили авторы.
Исследование опубликовано в журнале Astronomical Journal.
Международная научная группа, состоящая из специалистов Национального исследовательского технологического университета "МИСиС" (Москва) и Политехнического университета Турина, разработала модель нового так называемого метаматериала, который позволит повысить точность работы наносенсоров в оптике и биомедицине за счет маскировки их от внешнего излучения. Результаты исследования опубликованы в престижном научном журнале Scientific Reports издательского дома Nature.
Разработка модели нового метаматериала, маскирующего наносенсоры, проводится в рамках российско-итальянского проекта ANASTASIA (Advanced Non-radiating Architectures Scattering Tenuously And Sustaining Invisible Anapoles), цель которого — смоделировать, а затем и воссоздать такой метаматериал, который бы позволил делать объекты невидимыми на наноуровне во всех волновых диапазонах, отмечается в сообщении пресс-службы МИСиС.
На данный момент учеными в разных странах мира накоплен опыт создания материалов и предметов, прозрачных для очень узкого диапазона излучения и скрывающих объекты только под определенным углом. Задача, которую ставят перед собой участники проекта ANASTASIA, состоит в том, чтобы обобщить опыт создания таких структур и разработать теорию, при помощи которой можно будет смоделировать, а затем и создать метаматериалы, скрывающие объекты под любым углом и в широком диапазоне.
"Скрыть большой объект на самом деле проще, чем маленький", — рассказала аспирантка лаборатории "Сверхпроводящие метаматериалы" МИСиС и главный автор статьи Анар Оспанова, слова которой цитируются в сообщении. Существуют различные техники камуфляжа и стелс-технологий, отметила она. "Но когда мы имеем дело с наноразмерными объектами — например иглами-сенсорами в биомедицине или физике, ситуация усложняется. Обычно наносенсоры соизмеримы исследуемым объектам, поэтому, попадая в среду, очень сильно на нее влияют: изменяют давление в ней, рассеивают излучение, и становится трудно понять, где характеристики иглы, а где самого объекта. Мы решили "спрятать" излучение от наносенсоров и таким образом повысить точность их работы", — сказала она.
Основной элемент метаматериала, смоделированного авторами нынешней работы, — так называемая метамолекула, состоящая из четырех цилиндров-диэлектриков из танталата лития радиусом пять микрон. Образуя своего рода оболочку для наносенсора, диэлектрики взаимодействуют с излучением, и возникает так называемое состояние анаполя — неизлучающего рассеивателя, в результате объект становится невидимым для внешнего наблюдателя.
Для расчетов ученые использовали металлический проводник радиусом 2,5 микрона, имитирующий наносенсор и обладающий очень высоким волновым рассеиванием, что позволило провести расчеты для максимально возможного уровня излучения. Моделирование проходило в терагерцовом диапазоне, между инфракрасным и сверхвысокочастотным диапазонами.
По словам руководителя проекта ANASTASIA со стороны МИСиС, доцента Алексея Башарина, у созданного метаматериала есть перспективы применения в биомедицине, например за счет использования в качестве оболочки совместимого с человеческим организмом хлорида калия.
"Есть ряд случаев, когда нужно сделать так, чтобы объект не взаимодействовал со светом — например, при доставке лекарств на наноуровне. Наша конечная цель — создать метамолекулу, в которой рассеяние от объекта и его оболочки будут встречаться, нейтрализуя друг друга и делая объект невидимым в соответствующем волновом диапазоне", — отметил Башарин.
Следующий этап исследования, экспериментальное создание предложенной структуры в лабораторных условиях, запланирован на осень 2018 года.
Понимание происхождения и эволюции околоземных астероидов представляет большой научный интерес и имеет практическое значение, поскольку эти космические камни являются потенциально опасными для Земли. Однако зачастую для нас остается загадкой, когда и где формировались эти околоземные астероиды, и что с ними происходило после формирования.
Японские ученые, включая исследователей из Осакского университета, подробно изучили частицы, собранные с поверхности астроида Итокава при помощи космического аппарата «Хаябуса», и обнаружили, что родительское тело этого астероида сформировалось примерно 4,6 миллиарда лет назад, в то время, когда происходило образование Солнечной системы, а затем было разрушено в результате столкновения с другим астероидом примерно 1,5 миллиарда лет назад.
Сосредоточившись на частицах фосфатных минералов размерами в несколько микрометров, которые редко можно встретить в составе вещества частиц астероида Итокава, ученые провели прецизионный изотопный анализ урана (U) и свинца (Pb) в частицах с астероида Итокава размерами примерно 50 микрометров, используя для анализа метод ионной масс-спектрометрии.
Главный автор исследования Кентаро Терада (Kentaro Terada) говорит: «Объединив два семейства распада урана, 238U-206Pb (с периодом полураспада 4,47 миллиарда лет) и 235U-207Pb (с периодом полураспада 700 миллионов лет), мы выяснили, что фосфатные минералы кристаллизовались в эпоху теплового метаморфизма (4,64+-0,18 миллиардов лет назад) родительского тела астероида Итокава, испытав затем ударный метаморфизм вследствие мощного столкновения с другим телом примерно 1,51+-0,85 миллиарда лет назад».
Исследование опубликовано в журнале Scientific Reports.
Американские ученые создали футуристическую "жидкую" мембрану, которая пропускает через себя крупные объекты и не дает пройти более мелким частицам. "Рецепт" по ее изготовлению был представлен в журнале Science Advances.
"Подобные мембраны можно использовать в качестве компонентов медицинских пластырей и повязок для открытых ран. Они не будут пропускать через себя пыль, микробы и вирусы, но при этом врачи смогут проводить операции внутри травмированной конечности, погружая инструменты в эти "анти-фильтры", — заявил Так-Син Вон (Tak-Sing Wong) из университета Пенсильвании в Филадельфии.
Практически каждый человек сталкивается с фильтрами каждый день, заваривая чай или кофе, используя медицинские маски, марли, сито, дуршлаг или другие предметы быта. Подобные "орудия труда", как показывают археологические раскопки, появились практически вместе с цивилизацией или даже еще до ее появления.
Инженеры и ученые, как отмечает Вон, давно мечтают о создании прибора, который позволял бы делать обратное – он должен пропускать крупные объекты и оставлять на своей поверхности все мелкие частицы. Подобные "анти-фильтры" помогли бы быстро извлекать наночастицы нужных размеров из растворов, изолировать помещения на промышленных предприятиях от вредных газов, осуществлять сложные реакции и создать туалет, не имеющий запаха.
Американские физики и инженеры создали первый материал подобного рода, экспериментируя с самым необычным и "неподходящим" материалом для создания фильтров – обычной водой и растворами различных спиртов.
Вода и другие жидкости, как заметили ученые, легко пропускает через себя объекты любых размеров, обволакивая их и позволяя им упасть на дно сосуда под действием силы тяжести. При этом достаточно легкие и маленькие объекты не могут "пробить" ее поверхность, если к ним не прикладывать достаточное количество силы.
Это наблюдение натолкнуло их на мысль, что тонкую пленку воды, если ее стабилизировать, можно превратить в подобный "анти-фильтр". На роль подобного стабилизатора подойдет обычное мыло или любое поверхностно-активное вещество, мешающее молекулам воды сбежать из пленки.
"В этот слой можно добавить компоненты, которые сделают жидкую мембрану более прочной и долговечной, или же заставят ее избирательно блокировать движение молекул определенных газов. По сути, в нее можно вставить все, что химия и другие науки создали за все время своего существования", — добавляет Биргитта Бошич (Birgitt Boschitsch), коллега Вона.
Создав несколько подобных структур, ученые проверили, как хорошо они пропускают объекты разных размеров, в том числе капли воды и других жидкостей, высушенные тела мушек, комаров и других насекомых, а также скальпель, пинцет и прочие хирургические инструменты.
Как показали эти опыты, подобные мембраны остаются стабильными в достаточно широком диапазоне размеров, силы поверхностного натяжения и других параметров. Меняя их толщину, радиус и количество ПАВ, можно заставить "анти-фильтры" пропускать более крупные объекты или же уменьшить "порог вхождения".
Уже сейчас, по словам физиков, их "анти-дуршлаг" остается стабильным на протяжении более трех часов, выдерживая при этом три тысячи "протыканий" при помощи скальпеля или других твердых и острых предметов. Замена мыла на более качественные виды ПАВ, как заключают ученые, сделает подобные мембраны практически вечными, над чем сейчас Вон, Бошич и их коллеги активно работают.
Юпитер, планета диаметром 143000 километров, является крупнейшей планетой Солнечной системы и имеет массу порядка 300 масс нашей планеты. Механизм формирования планет, подобных Юпитеру, продолжает оставаться одним из наиболее горячо обсуждаемых научных вопросов в течение нескольких десятилетий. В новом исследовании астрофизики из Швейцарского национального центра компетенций в области научных исследований (NCCR) объединили силы с коллегами из других научных организаций для объяснения ряда вопросов, связанных с механизмом формирования Юпитера.
«Мы можем показать, что рост Юпитера проходил в несколько этапов», - объясняет Юлия Вентурини (Julia Venturini), исследователь-постдок из Цюрихского унивесритета.
Согласно Яну Альберту (Yann Alibert), главному автору этого исследования, сначала формируется «эмбрион» гигантской планеты в результате аккреции небольших камней размерами в несколько сантиметров. Этот процесс протекает довольно быстро, и в течение примерно одного миллиона лет происходит образование ядра планеты. Затем, на протяжении последующих двух миллионов лет, происходит более медленная аккреция относительно крупных камней, называемых планетезималями. Планетезимали имеют размеры порядка нескольких километров. Они бомбардируют растущую планету, обладая большой энергией, и в результате такой бомбардировки выделяется тепло.
«На первом этапе небольшие камни позволяют планете «набрать массу», - объясняет Альберт. – На втором этапе планетезимали также помогают набрать некоторую дополнительную массу, но в основном они являются поставщиками энергии».
По прошествии трех миллионов лет Юпитер вырастает до массы в 50 масс Земли. Тогда начинается третий этап формирования, характеризующийся стремительной аккрецией газа, в результате которой образуется гигант с массой в 300 масс Земли, который мы наблюдаем сегодня, пояснил Альберт.
Так называемую «задержку в росте» Юпитера, состоящую в том, что молодая планета находится в диапазоне масс от 15 до 50 масс Земли гораздо дольше, чем считалось ранее, Альберт и его соавторы объяснили столкновениями с крупными планетезималями, в результате которых выделялось достаточно энергии для разогрева атмосферы Юпитера и предотвращения ее стремительного охлаждения, сжатия и дальнейшей аккреции газа.
Исследование опубликовано в журнале Nature Astronomy.
Австрийские ученые создали самую чистую воду в мире, научившись выращивать микроскопические "сосульки" в полном вакууме, и нашли странные примеси в обычной воде. "Рецепт" по их производству был опубликован в журнале Science.
"Для того, чтобы избежать появления даже малейших следов примесей, нам пришлось проводить этот эксперимент в полном вакууме. Иными словами, нам нужно было как-то создать каплю воды, которая никогда не соприкасалась с воздухом, и "уронить" ее на поверхность пластины из двуокиси титана, отполированной и очищенной на атомном уровне", — рассказывает Ульрика Диболд (Ulrike Diebold) из Венского университета (Австрия).
Даже самые чистые образцы воздуха, воды и других жидкостей содержат в себе огромное число примесей, микробов и вирусов. Они не мешают жизни человека и других живых существ, однако подобные "загрязнители", как показывают опыты, могут сильно менять ход химических реакций и мешать изучению новых физических и химических свойств разных молекул и материалов.
Диболд случайно открыли одни из самых необычных примесей, фактически всегда присутствующие даже в самой чистой воде, изучая свойства двуокиси титана, главного компонента белой краски, покрытий солнечных батарей и некоторых катализаторов.
Данное вещество, как давно знают химики и физики, умеет очищать воду и другие жидкие среды от органических примесей, вырабатывая кислород и другие агрессивные молекулы при освещении солнечным светом или ультрафиолетовой лампой. Диболд и ее команда пытались понять, почему это происходит, наблюдая за взаимодействием микроскопических капель сверхчистой и "грязной" воды и пластинок из двуокиси титана.
Эти опыты привели к неожиданным результатам. После выключения лампы на поверхности пластинки возникала пленка непонятной природы, причем это происходило и при опытах с грязной, и с чистой водой. Изучив ее химический состав, австрийские исследователи обнаружили, что она состоит из муравьиной и уксусной кислоты, соединенных в наноструктуры особой формы.
Пытаясь понять, откуда взялись эти молекулы, ученые обратили внимание на то, что они проводили опыты и производили чистую воду не в полном вакууме, а в присутствии воздуха. Это заставило их предположить, что и та, и другая органическая кислота могли попасть в капли из атмосферы.
Для проверки этой идеи австрийские физики придумали остроумную методику производства сверхчистой воды в полном вакууме. Для этого они создали небольшую герметичную камеру, к потолку которой была прикреплена толстая металлическая игла. Охладив ее до сверхнизких температур, физики впустили пары воды в сосуд, что привело к формированию сосульки на кончике иглы.
Удалив остатки газа, ученые подняли температуру в камере, в результате чего сосулька превратилась в каплю воды. Она упала на пластинку из двуокиси титана, которую физики разместили под иглой. Это позволило Диболд и ее коллегам проследить за тем, поменяется ли поведение воды и катализатора.
На этот раз никакой пленки не возникло, что одновременно подтвердило подозрения физиков и заставило их задуматься над новой загадкой – откуда в воздухе содержится столь большое количество этих кислот и почему, как показали последующие опыты физиков, их концентрация не отличается в разных уголках планеты? Ответа на этот вопрос пока нет, заключают ученые.
После завершения космического путешествия, продолжавшегося в течение почти двух лет, космический аппарат НАСА под названием Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, Security-Regolith Explorer (OSIRIS-REx), предназначенный для изучения астероида, на прошлой неделе впервые смог запечатлеть свою основную научную цель, астероид Бенну, и начал финальное приближение к ней. Начало кампании по изучению этого астероида ознаменовалось первыми снимками астероида, сделанными при помощи бортовой камеры PolyCam с расстояния 2,2 миллиона километров.
Миссия OSIRIS-REx является первой миссией НАСА к околоземному астероиду, предполагающей изучение поверхности космического камня, сбор образцов с поверхности и безопасную доставку их на Землю. Этот космический аппарат прошел расстояние примерно в 1,8 миллиарда километров с момента запуска, состоявшегося 8 сентября 2016 г., и теперь должен прибыть к астероиду Бенну 3 декабря.
«Теперь, когда аппарат OSIRIS-REx находится достаточно близко, чтобы наблюдать астероид Бенну, научная команда миссии проведет следующие несколько месяцев, собирая всю возможную информацию о размере астероида, его форме, особенностях поверхности и космических окрестностях, прежде чем аппарат произведет тесное сближение с астероидом для отбора образцов грунта», - сказал Данте Лауретта, руководитель проекта OSIRIS-REx, выступая в Аризонском университете, США.
Космический аппарат будет подробно изучать астероид при помощи своих основных научных инструментов, включающих набор камер OCAMS (камеры PolyCam, MapCam и SamCam), тепловой спектрометр OTES, спектрометр видимого и ИК диапазонов OVIRS, лазерный альтиметр OLA и рентгеновский спектрометр REXIS, затем выберет место для отбора проб грунта и в начале июля 2020 г. произведет отбор. После отбора образцов аппарат направится в сторону Земли, а затем выстрелит в сторону нашей планеты капсулой Sample Return Capsule, которая приземлится на территории американского штата Юта в сентябре 2023 г.
Ученые из Томского университета выяснили, что электрон можно заставить проявлять волновые свойства при разгоне до высоких энергий, особым образом "раскрутив" его. Их выводы были представлены в журнале Physical Review A.
"Мы планируем проверить наши выкладки в экспериментах на современных коллайдерах. Для этого необходимо было убедиться, что "закрученность" электронов сохраняется при ускорении. Наша работа дает положительный ответ на этот вопрос, что открывает принципиальную возможность для получения "закрученных" электронов высокой энергии", – заявил Дмитрий Карловец из Томского университета, чьи слова приводит пресс-служба Российского научного фонда.
Сегодня практически все физики, за исключением небольшой группы маргиналов, полагают, что фотоны, электроны и другие жители микромира одновременно ведет себя и как частицы, и как электромагнитные волны. На базе этого феномена, который в прошлом не совсем корректно называли "корпускулярно-волновым дуализмом", построены многие современные технологии, такие как матрицы фотокамер и различные светодатчики.
Первые опыты с ускорителями материи показали, что электроны и их "кузены" теряют свои волновые свойства в том случае, если они разгоняются до сверхвысоких энергий и начинают двигаться почти со скоростью света. Возник вопрос – почему это происходит и можно ли заставить электроны вести себя "правильным" образом?
Восемь лет назад, по словам Карловца, физики научились "закручивать" элементарные частицы, в том числе электроны и нейтроны, заставляя их двигаться не только по прямой линии, но и при этом вращаться вокруг направления движения, превращаясь в своеобразную "воронку". Как показали первые опыты с подобными носителями заряда, они одновременно ведут себя и как частицы, и как волны.
Подобное открытие заставило томского физика задуматься о том, будут ли сохраняться подобные свойства электрона после того, как он попадет в кольцо коллайдера или других видов ускорителей частиц. Для ответа на этот вопрос он создал компьютерную модель подобной "закрученной" частицы и просчитал то, как изменится ее поведение при высоких энергиях.
Вычислив магнитный момент и среднюю энергию электрона, разогнанного до сверхвысоких скоростей, российский физик пришел к выводу, что частица не потеряет своих волновых свойств при попадании в коллайдер и проявит их при столкновении с другим жителем микромира.
Что интересно, попутно томские физики выяснили, что "закрутка" сделает электроны несколько тяжелее, чем обычные частицы, движущиеся по прямой линии – их масса будет на 0,01-0,1% больше. Так ли это на самом деле, ученые планируют узнать в ходе опытов на реальных ускорителях частиц.
В новой работе исследователи, используя в своих экспериментах свет, идущий к нам от далеких квазаров, расположенных на другом краю Вселенной, смогли сформулировать новые доводы в пользу существования квантовой запутанности, явления, состоящего в том, что между свойствами двух микрочастиц имеется тесная взаимосвязь, вне зависимости от того, на каком расстоянии друг от друга находятся эти частицы.
В 1960-е гг. физик Джон Белл рассчитал теоретический предел, выше которого корреляции между свойствами частиц объясняются лишь квантовыми, а не классическими принципами.
Но что если такие корреляции являются результатом не квантовой запутанности, а некоего неизвестного нам классического механизма? Такие «если» известны физикам как «лазейки» проверок неравенства Белла, наиболее яркой из которых является лазейка «свободы выбора»: возможность того, что неизвестная экспериментатору классическая переменная может оказывать влияние на измерение свойств запутанной частицы, проводимое экспериментатором, вследствие чего результат такого измерения покажет квантовую связь, в то время как на самом деле ее может не существовать.
В прошлом году ученые из Массачусетского технологического института наложили ограничения на лазейку свободы выбора, используя в качестве фактора, определяющего, какие именно свойства квантово запутанных частиц будут непосредственно измерены в опыте, свет звезды возрастом 600 лет. Этот эксперимент показал, что если наблюдаемые корреляции обусловлены классическим механизмом, то этот механизм должен был быть приведен в действие более 600 лет назад, еще до того, как был впервые излучен этот звездный свет, и задолго до того, как был задуман сам эксперимент.
В новой работе та же команда исследователей, возглавляемая Домиником Раучем (Dominik Rauch), показала, что даже при использовании в качестве фактора выбора измеряемого свойства квантово запутанных частиц света двух далеких квазаров, излученного соответственно 7,8 и 12,2 миллиарда лет назад, между свойствами частиц наблюдаются корреляции. Исследователи нашли корреляции между 30000 пар фотонов, намного превысив теоретический предел, рассчитанный Беллом для классического механизма. Касательно лазейки свободы выбора, команда показала, что в случае существования неизвестного экспериментатору классического механизма, «имитирующего» квантовую запутанность, этот механизм должен был быть приведен в действие не менее чем за 7,8 миллиарда лет до проведения эксперимента, что представляется весьма маловероятным.
Экспериментальная установка представляла собой излучатель, испускающий пары фотонов в две противоположные стороны, и приемники на каждой из сторон, представляющие собой поляризаторы, для которых выбор угла, на который будет повернута плоскость пропускания фотонов, определялся тем, какой фотон в момент измерения свойства – более или менее высокоэнергетический – поступает на матрицу связанного с поляризатором телескопа, производящего наблюдения света далекого квазара.
Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.
Российские физики получили первые данные по структуре и поведению "невозможных" сверхпроводников, сочетающих в себе свойства магнитных и сверпроводящих материалов. Их выводы были представлены в журнале Science Advances.
"Наши результаты открывают новую страницу в современной физике сверхпроводимости, они дают почву для будущих фундаментальных теоретических и экспериментальных исследований процессов, протекающих в сверхпроводниках на атомном масштабе. Мы готовим ряд научных статей о таких материалах, и данная публикация стала первой в своем роде", — заявил Василий Столяров, физик из Московского физико-технического института в Долгопрудном, чьи слова приводит пресс-служба вуза.
Все сверхпроводники обладают необычным свойством – они "не любят" магнитное поле и стремятся его вытолкнуть наружу в том случае, если линии этого поля с ними контактируют. Если сила поля превышает определенное значение, то тогда сверхпроводник резко теряет свои свойства и становится "обычным" материалом.
Ученых давно интересует то, как этот феномен, который они называют "эффектом Мейснера", будет влиять на поведение носителей информации и вычислительных приборов, а также ферромагнитных сверхпроводников, нового класса веществ с нулевым сопротивлением.
Долгое время физики считали, что такие вещества не могут существовать, так как магнитные поля мешают формированию пар электронов, отвечающих за работу сверхпроводимости. В начале этого века выяснилось, что это не так, когда физики открыли несколько соединений редкоземельных металлов, серы и бора, сочетающих в себе и сверхпроводящие, и магнитные свойства.
Пока не понятно, как именно они работают, однако ученые предполагают, что электроны внутри них могут объединяться не в пары, а в своеобразные тройки, а сами ферромагнитные сверхпроводники могут быть разбиты на чередующиеся зоны со сверхпроводящими и магнитными свойствами.
Столяров и его коллеги из российских и зарубежных научных центров сделали первый шаг к раскрытию тайн этих материалов, изучая поведение подобных слоев, возникающих в кристаллах из соединения европия, железа, мышьяка и фосфора при низких температурах.
Этот материал, как отмечают ученые, уникален и интересен тем, что он приобретает сверхпроводящие свойства до того, как он превращается в магнит, тогда как другие ферромагнитные сверхпроводники ведут себя обратным образом. Подобная необычная черта данного соединения позволила Столярову и его коллегам проследить за формированием слоев и поведением электронов внутри него, используя магнитно-силовой микроскоп.
Эти наблюдения помогли ученым найти феномен, который они не ожидали увидеть. Помимо магнитных доменов, сверхпроводящих токов и связанных с ними "магнитных воронок", так называемых вихрей Абрикосова, российские исследователи открыли внутри этого материала особое состояние и связанные с ним зоны, которые они назвали "мейсснеровскими доменами".
Они, как предполагают ученые, возникают в результате взаимодействия магнитных полей и сверхпроводящих токов, мешающих их проникновению внутрь этих доменов. В результате этого кристалл сверхпроводника разбивается на бесчисленное множество зон-"полосок" с магнитными и сверхпроводящими свойствами.
Подобное состояние, как показали дальнейшие опыты, может существовать только в узком диапазоне температур – при ее повышении или понижении "мейсснеровские домены" разрушаются и превращаются в "обычные" сверхпроводящие или ферромагнитные зоны.
Все это, как отметил Столяров, позволяет гибко управлять тем, что происходит внутри сверхпроводника, где и как в нем появляются вихри Абрикосова. Это может быть использовано при разработке электронных устройств на основе гибридных сверхпроводящих материалов. Вдобавок, такое поведение сверхпроводника говорит о том, что тройки электронов не обязательно должны существовать внутри него, что облегчит дальнейшее изучение его секретов.
Если в планах китайского космического агентства ничего не изменится, роботизированная китайская лунная миссия под названием «Чанъэ-4», будет отправлена ближе к концу этого года для совершения первой в истории космонавтики посадки на обратной стороне Луны.
Автоматическая научная станция «Чанъэ-4» будет направлена в кратер Карман (Von Kármán), находящийся на территории Бассейна Южный полюс – Эйткен. Научные инструменты зонда, размещенные как на посадочном аппарате, так и на вездеходе, будут анализировать параметры поверхности и подповерхностного слоя этого региона.
Бассейн Южный полюс – Эйткен является крупнейшей известной ударной структурой в Солнечной системе. Изучение этого региона может помочь ответить на ряд важных вопросов о Луне, включая вопросы о ее внутренней структуре и тепловой эволюции, говорят ученые.
186-километровый кратер Карман лежит в северо-западной части Бассейна Южный полюс – Эйткен. Местность в этой посадочной зоне в основном равнинная.
Вторичные кратеры и материал, выброшенный из кратеров, покрывают собой большую часть поверхности этого лунного моря (вулканических базальтов), и их происхождение можно проследить до четырех основных кратеров-источников: Финсен, Von Kármán L, Von Kármán L" и Антониади. Эта область также характеризуется обширными горными гребнями и оврагами.
На представленном фото видны вторичные кратеры, расположенные внутри кратера Карман, зоны посадки миссии «Чанъэ-4». В левой части изображения (рисунок (а)) показаны зона посадки аппарата (белый прямоугольник) и кратер Антониади. В правой части изображения (рисунок (b)), демонстрирующей зону посадки аппарата «Чанъэ-4» крупным планом, стрелками указаны вторичные кратеры, образовавшиеся в результате выброса материала из кратера Антониади. Направление выброса материала из этого кратера указано на обоих рисунках желтой линией.
- Научные труды...
- Видеоматериалы
- Каталог физических демонстраций
- 1. Механика...
- 2. Колебания и молекулярная физика...
- 3. Электричество и магнетизм...
- 3.1 Электрическое поле
- 3.2 Проводники в электрическом поле
- 3.3 Энергия электрического поля
- 3.4 Постоянный электрический ток
- 3.5 Магнитное поле
- Политика
- Солнечная система
- Эфир
- Ацюковский В.А. Лекции
- Черепенников В.Б. Науке нужна защита от лженаучных мошенников. Монография.
- Российской академии наук фундаментальная наука не нужна. Монография. Черепенников В.Б.
- Псевдонаучные труды (критика)
- Псевдонаучные статьи (обсуждение)
- Полемические статьи (обсуждение)
На сайте:
Интернет-журнал Ньютоновские чтенияНовости наукиПолитикаСолнечная система07.03.2023 09:50




























