Новости науки

Российские физики разработали новый способ обнаружения взрывоопасных газов

МОСКВА, 7 ноя — РИА Новости. В НИЯУ "МИФИ" разработали модель устройства, способного обнаруживать водород без помощи термохимических сенсоров. Статья об исследовании, получившем финансовую поддержку Министерства образования и науки Российской Федерации, опубликована в журнале "Technical Physics Letters".

Водород в смеси с воздухом превращается в гремучий газ — взрывоопасную смесь. Поэтому учеными разрабатываются различные сенсоры водорода, которые могут работать в сложных условиях эксплуатации (например, высокая температура или концентрация газа).

В традиционных устройствах для обнаружения водорода в воздушных газовых смесях используются термохимические сенсоры. Они "работают" за счет того, что на поверхности платины в смеси воздуха и водорода возможно протекание реакции возгорания водорода, разогревающее эту поверхность. Сенсор регистрирует данный нагрев, "засекая" наличие водорода и его количество в воздухе. Но большой размер подобных термоэлементов создает проблемы, когда сенсоры встраивают в многофункциональные датчики, изготавливаемые на одном чипе. Поэтому для науки серьезный интерес представляет использование "внутренних" резервов тонкопленочных структур, создаваемых на монокристаллических подложках карбида кремния. То есть, каким образом можно обойтись без внешних источников питания, используя в качестве отклика только изменения свойств материала, которые можно было бы измерить. 

Ученые НИЯУ МИФИ решили изучить, каким образом меняются свойства структуры MOSiC (металл-оксид-карбид кремния) в зависимости от содержания водорода в окружающем воздухе. Исследователи нанесли на пластину карбида кремния (размер 15×15 миллиметров, толщина 400 микрометров) две пленки: "рабочую", чувствительную к водороду пленку оксида вольфрама (200 нанометров толщиной) и платиновую (10 нанометров), которая должна ускорять химическую реакцию. На тыловой стороне этой пластины создавался контакт для снятия тока. 

Исследуемый образец установили на специальном нагревателе, обеспечивающем стабильность температуры. Нагрев образца имитировал условия эксплуатации сенсора в реальных системах. А стабилизация температуры обеспечивала строгое разделение эффектов в сенсоре, обусловленных ее изменением и воздействием водорода. Между нагревателем и образцом располагалась сапфировая пластина с нанесенным слоем золота для изоляции тылового контакта от внешних электромагнитных воздействий. Нагреватель с исследуемым образцом разместили в объемной камере из нержавеющей стали, где можно было создать воздушно-водородную смесь с контролируемой концентрацией водорода. 

 

© НИЯУ МИФИ

Камера, в которой проводился эксперимент по регистрации водорода

Для регистрации водорода измеряли электрический сигнал, возникающий между двумя сторонами образца: газочувствительной (из оксида вольфрама), и тыловой. Подача водорода в воздушную среду до концентрации 2% вызывала 15-кратный рост сигнала — что заметно выше отклика такой же системы, регистрируемого традиционным способом. Последний заключается в измерении протекающего через структуру тока при изменении прикладываемого внешнего напряжения. В новом способе измеряется ток, текущий через пластину от "лицевой" стороны к "тыловой" без приложения внешнего напряжения. При этом созданная структура MOSiC функционировала и без нанесения каталитического слоя из дорогостоящей платины, а интенсивности сигнала отклика на водород оказалось достаточно для того, чтобы применять ее на практике без дополнительных источников питания.  

"Скорость и величина отклика на водород указывают на реальную возможность использования выявленного эффекта в высокотемпературных сенсорах водорода на карбиде кремния. Структурные, химические и электрофизические свойства полученных пленок претерпевают заметные изменения при контакте с молекулами водорода, особенно при повышенных (до 500 °С) температурах. Многофакторные изменения в металлооксидной пленке  под воздействием водорода проявляются в генерации электрического импульса, регистрируемого между газочувствительной и тыловой поверхностями полупроводниковой пластины карбида кремния," — рассказывает один из авторов, главный научный сотрудник Института ЛаПлаз НИЯУ МИФИ, профессор Вячеслав Фоминский.

Регистрация водорода и других взрывоопасных газов в осложненных условиях высоких температур и концентраций — актуальная как для науки, так и для многих отраслей промышленности проблема. По мнению исследователей, новая разработка позволит изготавливать эффективные детекторы не только водорода, но и других взрывоопасных газов.

Источник

Астрономы наблюдают одну из самых древних массивных галактик

Астрономы при помощи радиотелескопа Large Millimeter Telescope (LMT), расположенного на территории Мексики, обнаружили галактику с большим количеством пыли и активным звездообразованием, которая занимает вторую строчку в списке самых далеких галактик Вселенной, известных ученым – она сформировалась менее чем через один миллиард лет после Большого взрыва.

«Большой взрыв произошел 13,7 миллиарда лет назад, а теперь мы наблюдаем эту галактику такой, какой она была 12,8 миллиарда лет назад, поэтому она формировалась в течение первого миллиарда лет после Большого взрыва, - рассказал главный автор нового исследования Мин Юн (Min Yun) из Университета штата Массачусетс в Амхерсте, США. – Наблюдения объекта, существующего в первый миллиард лет с момента рождения нашего мира, представляют большой интерес, поскольку Вселенная была полностью ионизована - то есть слишком разогрета и однородна, чтобы формировать крупные объекты – в течение первых 400 миллионов лет. Поэтому мы считаем, что первые звезды, галактики и черные дыры формировались в период от 500 миллионов лет до 1 миллиарда лет после Большого взрыва. Этот новый объект очень близок по возрасту к первым галактикам Вселенной».

Для своих наблюдений команда Юна использовала миллиметровый, а не оптический телескоп, поскольку эта галактика, получившая обозначение G09 83808, заслонена от наблюдений в оптическом диапазоне большим количеством пыли. При наблюдениях галактики G09 83808 в миллиметровом диапазоне исследователи ориентировались на линию монооксида углерода в спектре радиоизлучения, испускаемого этой галактикой.
Источник

Ученые впервые зафиксировали переход графита в гексагональный алмаз

В новом исследовании ученые из Университета штата Вашингтон, США, отвечают на давно стоящие перед наукой вопросы, касающиеся формирования редкого типа алмаза при падениях крупных метеоритов.

Гексагональный алмаз, или лонсдейлит, является более прочным, чем те алмазы, которые мы носим в ювелирных украшениях, и, предположительно, он образуется естественным образом при падении на поверхность Земли крупных метеоритов, содержащих графит.

В новой работе команда исследователей во главе со Стефаном Тернеауре (Stefan Turneaure) обнаружила, что кристаллическая структура высокоориентированной формы графита превращается в гексагональный алмаз при давлении в 500000 атмосфер, в то время как в предыдущих исследованиях был сделан вывод, что этот переход происходит при давлении в 4 раза выше.

Чтобы получить эти результаты исследователи выстреливали снарядом из фторида лития, движущимся со скоростью 17000 километров в час, в графитовый диск толщиной 2 миллиметра. Затем они использовали пульсирующие синхротронные рентгеновские лучи для получения информации о фазовом состоянии материала с частотой 150 миллиардов измерений в секунду, в то время как ударная волна, идущая от места столкновения, производила сжатие графита. Эта работа убедительно показала, что образец графита превращается в гексагональный алмаз, прежде чем рассыпаться в пыль.

Следующим этапом исследования Тернеауре и его коллеги видят получение лонсдейлита в устойчивой форме при относительно низких давлениях. Предполагается, что высокая прочность гексагонального алмаза окажется полезной во многих отраслях современной промышленности. Кроме того, полученные в исследовании экспериментальные результаты приведут к пересмотру результатов оценки мощности событий падений метеоритов по количествам образовавшегося лонсдейлита.

Исследование появилось в журнале Science Advances.

Источник

Подтверждена самая древняя спиральная галактика Вселенной, известная ученым

Самая древняя известная астрономам спиральная галактика открывает свои секреты команде исследователей из Австралии.

Эта галактика, известная как A1689B11, существовала 11 миллиардов лет назад, спустя всего лишь 2,6 миллиарда лет после Большого взрыва, когда возраст нашей Вселенной составлял лишь одну пятую от ее настоящего возраста. Поэтому галактика A1689B11 является самой древней спиральной галактикой Вселенной, открытой на сегодняшний день.

Исследователи использовали высокоэффективный метод, объединяющий гравитационное линзирование с применением современного инструмента под названием Near-infrared Integral Field Spectrograph (NIFS), установленного на телескопе Gemini North, расположенном на Гавайях, чтобы подтвердить возраст и спиральную природу этой галактики.

Гравитационные линзы являются самыми мощными «природными телескопами», формируемыми массивными скоплениями, состоящими из тысяч галактик и темной материи. Такое скопление галактик искажает траекторию света, идущего от галактик, расположенных на заднем плане, и зрительно увеличивает их, подобно тому как это происходит в обычной линзе.

«Этот метод позволяет нам изучать древние галактики в высоком разрешении с беспрецедентным уровнем деталей», - рассказал доктор Тяньтянь Юань (Tiantian Yuan) из Технологического университета Суинберна, Австралия, являющийся главой исследовательской группы.

«Мы смогли заглянуть на 11 миллиардов лет в прошлое и напрямую наблюдать формирование первых, примитивных спиральных рукавов галактики».

Исследование также показало, что в галактике A1689B11 происходит активное звездообразование, однако, в отличие от других галактик этой эпохи, диск галактики A1689B11 является очень холодным и тонким, в нем почти не наблюдается турбулентности. Такой тип спиральных галактик никогда прежде не наблюдался в настолько раннюю эпоху существования Вселенной.

Исследование появилось на сервере предварительных научных публикаций arxiv.org.

Источник

Наночастицы насекомых помогли физикам создать

МОСКВА, 3 ноя – РИА Новости. Американские физики создали необычные наночастицы, поглощающие все формы видимого света и не отражающие его лучей в принципе, "посмотрев" принципы их устройства у насекомых, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.

"Наши наночастицы, изготовленные из других материалов, можно использовать для других целей. К примеру, оксид магния сегодня используется при производстве суперконденсаторов и аккумуляторов. Электроды, изготовленные из наночастиц, повысят емкость и мощность таких устройств, а их аналоги из кремния могут улучшить работу матриц в камерах и повысить КПД солнечных батарей", — рассказывает Так-Син Вон (Tak-Sing Wong) из университета Пенсильвании (США).  

В последние годы ученые активно создают и изучают свойства так называемых метаматериалов – искусственных структур из множества отдельных кусочков или наночастиц, способных необычным образом взаимодействовать со светом или другими формами электромагнитного излучения. Метаматериалы, как сегодня считают физики, станут основой сверхбыстрых световых компьютеров будущего и других футуристичных гаджетов.

Строго говоря, метаматериалы не являются изобретением человека – похожие на них кристаллы и структуры встречаются на крыльях многих бабочек "металлической" окраски, на панцирях многих других насекомых, крыльях птиц и даже в знаменитых синих складках на мордах павианов-мандрилов.

Вон и его коллеги случайно открыли крайне необычное свойство у одного из подобных природных метаматериалов, изучая необычные наночастицы, так называемые брохосомы, которые производит организм некоторых видов цикад, небольших сосущих насекомых. Они представляют собой шарики диаметром в несколько сотен нанометров, покрытые сложным узором из ямок и выступов. 

Как раньше считали биологи, эти наночастицы, которыми насекомые "натирают" свои крылья и тело, помогают им оставаться сухими в любое время суток, так как они препятствуют образованию капелек росы на теле цикад. Оказалось, что это не единственная функция, которую исполняют эти природные продукты "нанотехнологий".

"Мы создавали свои собственные наночастицы и знали, что у них могут быть интересные оптические свойства. До того, как мне это рассказал один из моих студентов, я даже и не знал, что тело цикад покрыто очень похожими структурами. Это заставило нас задуматься, для чего их могут использовать насекомые", — вспоминает ученый.

Эта мысль заставила Вана и его коллеги обратить внимание на то, что "ямки" на поверхности наночастиц цикад имеют такие же размеры, как и волны видимого света. Проанализировав их свойства с точки зрения оптики, ученые обнаружили, что данные наночастицы поглощают практически все виды волн видимого света, в особенности те, которые воспринимают их главные враги – божьи коровки и прочие хищные насекомые.

Благодаря этому цикады становятся невидимыми для хищников, так как их тело перестает бликовать и сливается с окружающей средой. Используя брохосомы цикад в качестве образца, ученые создали их копии из серебра, золота и других металлов, и проверили, перестанут ли они блестеть на солнце.

Как показали первые замеры, подобные наночастицы отражают меньше 1% света под всеми возможными углами падения лучей, что позволяет использовать их в качестве основы для своеобразного ночного "плаща-невидимки", скрывающего его обладателя от глаз и инструментов наблюдателей при недостатке света. Помимо видимого света, эти наночастицы так же сделают подобный "стелс"-костюм невидимым и в инфракрасной, и в ультрафиолетовой части спектра.

Светопоглощающие свойства наночастиц, по словам ученых, не зависят от типа материала, из которого они были изготовлены, что позволяет использовать в самых разных областях науки и техники, где нужно избавляться от бликов или отражений и максимально эффективно поглощать энергию. Как надеются ученые, "изобретение" скромных цикад найдет максимально широкое применение в промышленности уже в ближайшие годы.

Источник

В пирамиде Хеопса нашли тайную комнату

МОСКВА, 3 ноя — РИА Новости. Физики нашли в пирамиде Хеопса ранее неизвестную область пустоты, которая может быть тайной гробницей или проходом в нее, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.

"Когда мы увидели эту зону пустоты, то поняли, что натолкнулись на нечто очень интересное и большое, бросили все остальные проекты и сконцентрировались на изучении этой области, расположенной прямо над коридором в усыпальницу Хеопса. Теперь мы уверены, что она действительно существует, и это первая находка подобного рода в пирамиде Хеопса со средних веков, когда она была вскрыта калифом Аль-Мамуном в IX веке", — заявил Мехди Таюби (Mehdi Tayoubi) из института HIP в Париже (Франция).

Пирамиду Хеопса, одно из семи чудес света, построили в середине третьего тысячелетия до нашей эры, во времена фараона Хуфу (Хеопса), представителя четвертой династии Древнего царства, — тогда же, когда и все "великие пирамиды" Древнего Египта. Это сооружение высотой в 145 метров и шириной и длиной в 230 метров остается одной из самых высоких и крупных построек, когда-либо созданных человечеством.

Каждую секунду в верхних слоях атмосферы Земли образуются миллионы мюонов — заряженных частиц, возникающих в результате столкновения космических лучей с молекулами газа в воздухе. Эти столкновения разгоняют мюоны до околосветовых скоростей, благодаря чему они проникают на десятки и сотни метров вглубь поверхности планеты. Как показывают замеры ученых, каждый квадратный метр поверхности Земли поглощает около 10 тысяч этих частиц.

Французские археологи и физики совместно с японскими учеными приспособили телескопы, способные "видеть" мюоны, для поиска пустот и скрытых помещений в памятниках древней архитектуры.

В конце октября пресс-служба института HIP сообщила, что археологи и физики обнаружили внутри пирамиды Хеопса две, как они выразились, "ранее неизвестных пустоты", которые могут быть тайными комнатами, где покоятся останки фараона Хуфу. 

"Успешно проверив мюонный сканер на пирамиде Снофру, мы использовали его для проверки двух подозрительных зигзагообразных кладок на склонах пирамиды Хеопса. В июне 2016 года мы установили пластинки с фотоэмульсией в коридоре под этими "шевронами" и через 67 дней отправили их на анализ в университет Нагойи", — рассказывают археологи.

Обе подозрительные структуры в пирамиде Хеопса, как показал анализ фотопластинок, содержат в себе значительные пустоты, которые четко видны на мюонных "фотографиях", и в их существовании нет никаких сомнений. Одна из этих "ранее неизвестных пустот" находится на северной стене пирамиды, и она, по мнению археологов, может быть коридором, который уходит вглубь пирамиды. Вторая, менее крупная пустота, находится в северо-восточной части пирамиды.

Египтологи из коллаборации AERA ранее выяснили, как были устроены ходы в пирамиде Хеопса, и восстановили систему безопасности, защищавшую усыпальницу фараона от расхитителей гробниц, сообщило в июле издание Live Science.

По словам ученых, гробница Хеопса была защищена от грабителей двумя уровнями защиты. Первый из них находился у входа в саму усыпальницу фараона – он закрывался тремя монолитными каменными плитами, которые были подняты над ее входом при помощи систем пазов и блоков, и, вероятно, удерживались на месте некими подпорками.

Второе препятствие для воров было установлено в так называемом внутреннем святилище, внутри которого находился вход в гробницу Хеопса. Вход в него был закрыт аналогичным образом, при помощи каменных плит, которые были спущены вниз через пазы и каналы в стенах пирамиды.

Египетские археологи в начале октября начали расчистку входа в неизвестную ранее гробницу, которую обнаружили на западном берегу Нила близ города Луксор, сообщил новостной портал "Йоум 7" со ссылкой на слова руководителя отдела по делам памятников древности Луксора Талаата Абдель Азиза.

"Входная дверь повреждена временем, ведутся работы, чтобы расчистить вход и попасть в гробницу для определения ее возраста и имени человека, для которого она была построена", — сказал он.

Некоторое время назад ученые обнаружили в этом же районе гробницу древнеегипетского торговца золотом, которой порядка 3,5 тысячи лет, а также массовое захоронение бедных эпохи Древнего Египта.

Ученые в конце августа обнаружили огромный монашеский комплекс возле города Эль-Минья, находка датируется V веком нашей эры.

Археологи нашли множество погребальных камер, общая площадь которых составляет 3500 квадратных метров. Кроме того, ученые раскопали остатки монашеских домов, сделанных из глины.

"Этот факт говорит о том, что археологический объект рядом с (монашеским) некрополем Аль-Нассара был комплексом монахов", — заявляет Гамаль Эль-Семествави, глава Управления древностей Египта.

Считается, что христианское монашество появилось в Египте примерно в начала IV века нашей эры. Церковь признает его родоначальником преподобного Антония Великого.

Источник

Российские ученые научились управлять наночастицами в теле человека

МОСКВА, 2 ноя — РИА Новости. Исследователи из Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта совместно с коллегами из Уральского федерального университета и Института электрофизики Уральского отделения РАН подтвердили возможность использования наночастиц оксидов железа в магнитном биодетектировании. Статья о проведенном исследовании опубликована в Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 

Магнитное биодетектирование — мультидисциплинарная область знаний на стыке физики, химии, материаловедения, нанотехнологий и медицины, призванная определять состояние организма по особенностям его отклика на приложение внешнего магнитного поля. Сами по себе ткани и жидкости живой системы обладают очень слабыми откликами на данное поле. Поэтому для биодетектирования необходимо вносить в организм магнитные метки — частицы, которые будут так или иначе реагировать на внешнее поле. Конечно, эти частицы должны быть безопасными для живых тканей и обладать малым размером, в пределах наномасштабов. 

Устройство, с помощью которого осуществляется биодетектирование, называется биосенсором. Оно позволяет осуществлять сбор и хранение информации о биосистеме (в частности, о человеческом организме или его части) в автоматическом режиме. Даже не имеющий специальной медицинской подготовки человек может контролировать состояние и управлять различными биологическими системами, используя биосенсор. 

В составе магнитного биосенсора работают как минимум два магнитных материала: сенсорный элемент, детектирующий слабые поля, а также наночастицы. Изменение магнитного поля в таком биосенсоре преобразуется в изменение частоты, тока или напряжения. 

Использующиеся в биосенсоре магнитные наночастицы способны проникать в клетки избирательно. Например, только в раковые клетки, что позволяет диагностировать наличие и местоположение опухоли. Наночастицы эффективны и при лечении рака — переменное электромагнитное поле в определенных условиях приводит к быстрому разогреву наночастиц, находящихся внутри опухолевых клеток, что разрушает метастазы. Даже будучи установленным вне организма (но в зоне, максимально приближенной к опухоли), сенсор поля при внутривенном введении магнитных наночастиц дает возможность по силе сигнала точно определить момент, когда начать нагрев и уменьшить риск введения  избыточного количества наночастиц в организм. 

При этом специалисты отмечают: наночастицы, состоящие в ансамбле, несколько отличаются друг от друга по размеру, форме, особенностям поверхности. Следовательно, возникают различия в свойствах частиц (например, изменяется магнитный отклик), что может отразиться на качестве исследований. Самые малые отклонения параметров обеспечиваются только в пределах единовременно изготовленной партии. Потому для практических приложений важны новые способы, обеспечивающие получение больших партий одинаковых по свойствам магнитных наночастиц. Таким является метод лазерного испарения мишени для получения наночастиц из оксида железа, разработанный в Институте электрофизики Уральского отделения РАН. 

Из полученных материалов в Уральском федеральном университете были созданы стабильные феррожидкости. Так называются системы, состоящие из воды или иного органического растворителя и крохотных частиц железосодержащего металла. При воздействии магнитного поля они меняют форму. В Балтийском федеральном университете имени Иммануила Канта in vitro (то есть вне живого организма, "в пробирке") исследовали феррожидкости с заданной концентрацией железа и клетки человека, полученные из жировой ткани. Эксперименты показали отсутствие повреждений живой ткани используемыми частицами. 

Ферромагнитная жидкость на стекле под воздействием магнита под стеклом

"Рассмотрим гипотетический случай — была проведена диагностика или терапия с использованием наночастиц, но какая-то их доля осталась неиспользованной, вызывая нежелательный токсический эффект. Мы предполагаем, что можно ввести в требуемую зону синтетический феррогель с прикрепленными клетками такой культуры, которая начнет капсулировать лишние наночастицы. С помощью сенсора магнитного поля можно контролировать степень наполнения и в нужный момент удалить феррогель с магнитными наночастицами, снизив уровень токсического воздействия на организм", — комментирует руководитель лаборатории иммунологии и клеточных биотехнологий БФУ Лариса Литвинова.

Исследования показали, что магнитные наночастицы оксидов железа при определенных условиях проникают внутрь клеток и накапливаются в их компонентах, не повреждая живые ткани. Таким образом, ученые подтвердили эффективность модельного материала, который можно использовать при разработке новых типов магнитных биосенсоров, основанных на отклике датчика на количество наночастиц в клетках.

Источник

Физики открыли более мощную реакцию, чем термоядерный синтез

МОСКВА, 1 ноя – РИА Новости. Ученые нашли первые намеки на то, что кварки, субатомные частицы, могут сливаться друг с другом и выделять в десятки раз больше энергии, чем производят реакции в недрах звезд, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.

"Столкновения тетракварков должны приводить к выделению примерно 200 МэВ энергии, что примерно в 10 раз больше, чем порождают термоядерные реакции. На сегодняшний день у подобных реакций нет практического применения, так как частицы, в которых они могут происходить, живут крайне недолго. С другой стороны, все это указывает на возможность существования стабильной экзотической материи, состоящей из "прелестных" кварков", — заявил Геральд Миллер (Gerald Miller), физик из университета Вашингтона в Сиэтле, комментируя открытие. 

По современным представлениям, все элементарные частицы состоят из небольших объектов, которые физики называют кварками. Протоны, нейтроны и прочие "тяжелые" частицы, называемые барионами, содержат в себе три кварка. Их меньшие собратья, так называемые мезоны, содержат в себе два элемента – "обычный" кварк и антикварк, базовую составляющую антиматерии.

В принципе, существующие сегодня физические теории не исключают возможности того, что могут существовать элементарные частицы, состоящие из четырех и даже пяти кварков разного "цвета". Относительно недавно ученые начали находить признаки существования таких частиц, тетракварков и пентакварков, следы существования которых были найдены на БАК и на коллайдере Тэватрон.

Их обнаружение, а также открытие экзотического кси-бариона, сверхтяжелой частицы с двойным положительным зарядом, заставили Марека Карлинера (Marek Karliner) и Джонатана Рознера (Jonathan Rosner), физиков-теоретиков из университета Тель-Авива и Чикаго, задуматься о том, как могут возникать подобные частицы и почему они остаются стабильными необычно долго.

Анализируя их свойства, ученые пришли к выводу, что тетракварки и кси-барионы должны формироваться в ходе столкновений других, относительно легких нестабильных элементарных частиц, во время которых кварки внутри них будут взаимодействовать друг с другом, "меняться местами", терять энергию и образовать более тяжелые частицы.

К примеру, слияние двух лямбда-барионов, содержащих в себе один тяжелый и две легких кварка, будет приводить к рождению кси-барионов, содержащих в себе два тяжелых и один легкий кварк, и одного нейтрона, состоящего из трех легких кварков, а также выделению большого количества энергии.

Аналогичным образом, как отмечают физики, столкновение двух B-мезонов, частиц, которые сегодня считаются "окном" в мир "новой физики", приведет к рождению тяжелых тетракварков и выделению аналогичного количества энергии, а также гамма-излучения.

Этот процесс, как отмечают ученые, является своеобразным аналогом термоядерных реакций в недрах Солнца и других звезд – водород, гелий и другие легкие элементы в их центре постоянно сталкиваются и объединяются в более тяжелые элементы, такие как кислород, литий, углерод или железо, попутно выделяя огромные количества энергии. Как правило, чем тяжелее кварки внутри сталкивающихся частиц, тем больше энергии будет выделяться при "термокварковой" реакции.

Практических, в том числе военных, применений у этого открытий пока нет, однако оно говорит о том, что во Вселенной теоретически могут существовать скопления экзотической, но при этом стабильной материи или частиц, почти полностью состоящих из b-кварков или других тяжелых субатомных частиц. Их открытие, как заключают ученые, может полностью перевернуть современные теории о рождении и эволюции Вселенной.

Источник

Физики из России выяснили, как можно ускорить "квантовый интернет"

МОСКВА, 1 ноя – РИА Новости. Физики из Российского квантового центра, Математического института РАН и Национального университета Сингапура создали новую методику кодирования сигнала в квантовых сетях связи, которая позволяет заметно сократить количество шума и ошибок при передаче сигнала и ускорить работу квантовых сетей. Инструкции по ее реализации были опубликованы в журнале Physical Review Applied.

"Мы создали более "симметричный" метод исправления ошибок, в рамках которого оба участника, Алиса и Боб, пересылают корректирующие последовательности бит друг другу. В прежних вариантах алгоритмов вся информация шла строго от Алисы к Бобу. За счет этой симметрии мы смогли снизить объем объявляемой информации на 10% и на треть уменьшить число раундов, необходимых для обмена ключами", — рассказывает Евгений Киктенко, сотрудник РКЦ и автор протокола коррекции ошибок.

Феномен квантовой запутанности является основой современных квантовых технологий. Это явление, в частности, играет важную роль в системах защищенной квантовой связи – такие системы полностью исключают возможность незаметной "прослушки" из-за того, что законы квантовой механики запрещают "клонирование" состояния частиц света. В настоящее время системы квантовой связи активно разрабатываются в Европе, в Китае, в США.

Первые сети такого рода начали появляться в России примерно три года назад. Первая квантовая линия связи была запущена в Университете ИТМО в 2014 году, когда ученые связали квантовым каналом два корпуса вуза через действующий подземный оптоволоконный кабель. В июне 2016 года Российский квантовый центр заявил о запуске первой "городской" линии связи между двумя отделениями банка, а в сентябре 2016 года МГУ сообщил о соединении двух точек в городах Подмосковья.

Главной проблемой в работе подобных систем, связи, как рассказывают Киктенко и его коллеги, является то, что корректной передаче квантовых ключей мешают различные шумы и помехи, возникающие при передаче сигналов на большие расстояния и без участия злоумышленников. Это заметно уменьшает скорость обмена данными и вынуждает ученых идти на хитрости, позволяющие исправлять часть таких ошибок, не нарушая при этом секретности передаваемой информации.

Для исправления подобных ошибок, как отмечают исследователи, необходим обычный канал связи, информация в котором остается уязвимой для прослушки. По этой причине создатели квантовых сетей используют такие алгоритмы коррекции ошибок, которые передают лишь минимальный объем данных, необходимых для восстановления ключа, по которым его нельзя будет вычислить.

К примеру, многие квантовые сети сегодня находят и исправляют ошибки следующим образом: они разбивают ключ на небольшие блоки, складывают биты в этих блоках между собой, и определяют, является ли эта сумма четной или нечетной. Если эти показатели не совпадают, то информация об этом позволяет найти и скорректировать ошибку подобно тому, как это делается в чипах памяти промышленных компьютеров.

Данная методика, так называемый "каскадный протокол", как объясняют физики из РКЦ, работает достаточно хорошо, однако у нее есть один большой недостаток – она является рекурсивной по своей природе, и для исправления одной ошибки нужно провести множество раундов связи между передатчиком и приемником ключа, что заметно снижает скорость работы сети.

Киктенко и его коллеги создали альтернативную методику коррекции ошибок, которая работает значительно быстрее, используя другой способ проверки четности. В ее рамках отправитель квантового ключа передает адресату не данные по четности каждого блока, а частичную информацию о самом ключе, которая позволяет получателю проверить его целостность и, при некоторой удаче, исправить часть ошибок.

Российские ученые смогли ускорить ее работу, создав протокол, позволяющий передавать подобные фрагменты ключа, так называемые синдромы, не только от отправителя к адресату, но и в обратном направлении. Подобный подход позволяет не только ускорить поиск ошибок на 30%, но и несколько уменьшить объем передаваемых данных, давая меньше шансов злоумышленнику на взлом сети.

Как отмечает пресс-служба РКЦ, ученые уже проверили возможности нового метода на реальной квантовой сети, созданной ранее в Москве, и убедились в ее работоспособности.

Источник

Открытие «планеты-монстра» бросает вызов теориям формирования планет

Гигантская планета, которая не должна существовать в природе согласно теориям формирования планет, была открыта на орбите вокруг далекой звезды.

Существование этой «планеты-монстра», получившей обозначение NGTS-1b, бросает вызов теориям формирования планет, которые утверждают, что планета такого большого размера никогда не может сформироваться на орбите вокруг настолько малой звезды. Согласно этим теориям небольшие звезды могут иметь в своих планетных системах каменистые планеты, но в этих системах находится слишком мало материала, чтобы из него могли сформироваться планеты-гиганты размером с Юпитер.

Однако NGTS-1b представляет собой именно газовый гигант: размер и температура планеты позволяют отнести ее к классу «горячих юпитеров», классу планет, размер которых примерно такой же, что и у самой крупной планеты Солнечной системы, а масса – примерно на 20 процентов меньше массы Юпитера. В отличие от Юпитера, однако, NGTS-1b расположена очень близко к своей звезде – на расстоянии всего лишь 0,03 астрономических единицы (1 а.е. равна расстоянию от Земли до Солнца) от нее – и совершает один оборот вокруг родительского светила за 2,6 суток.

В то же время родительская звезда планеты NGTS-1b имеет очень небольшие размер и массу – она примерно вполовину меньше Солнца по каждому из этих параметров. Планета была обнаружена по периодическим снижениям яркости звезды, наблюдаемым при помощи телескопов обзора неба Next-Generation Transit Survey (NGTS) группой астрономов во главе с доктором Даниэлем Бэйлиссом (Daniel Bayliss).

Работа представлена в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Источник

Ученые обнаружили недостатки в популярных теориях гравитации

Используя черные дыры (как реальные объекты) для проверки, ученые из Уральского федерального университета (УрФУ) обнаружили, что популярная теория гравитации, которая идеально работает на космологическом уровне (подкласс теорий Хорднески), с трудом применима к реальному миру.

Среди теорий гравитации основной теорией сегодня является Общая теория относительности Эйнштейна. Однако в современной физике накопилось значительное число предпосылок для пересмотра этой теории, например: ускоряющееся расширение Вселенной, присутствие темной материи и наконец невозможность ренормализовать гравитацию. Все фундаментальные взаимодействия, известные науке, уже были описаны на «квантовом языке» за исключением гравитации.

В одной из простейших версий «расширенных» теорий гравитации гравитационная константа перестает быть константой при движении в пространстве-времени и изменяется в соответствии с некоторой закономерностью, позволяющей представить множество ее значений в форме скалярного поля. Сегодня класс таких теорий, называемых скалярными теориями гравитации, очень широк, и они представляют собой наиболее перспективные варианты расширения Общей теории относительности.

В своей работе Дарья Третьякова, кандидат физико-математических наук из УрФУ, вместе с коллегой из Токийского университета, Япония, исследует одну из теорий этого класса – так называемую теорию Хорднески. Модели этого подкласса симметричны по отношению к сдвигу скалярного поля в пространстве-времени и хорошо описывают ускоряющееся расширение Вселенной – то есть, хорошо работают на космологическом уровне. Авторы новой работы исследуют поведение моделей Хорднески на астрофизическом уровне (уровне отдельных астрофизических объектов) и находят, что в этих моделях черные дыры – существование которых было дополнительно подтверждено недавно открытием гравитационных волн – являются нестабильными.

Эта работа является очередным шагом на пути к созданию новой теории гравитации, которая будет удовлетворять требованиям, предъявляемым современной физикой. В настоящее время авторы планируют подвергнуть новые модели стандартным испытаниям: проверить их адекватность на космологическом и астрофизическом уровнях.

Исследование опубликовано в журнале Classical and Quantum Gravity.

Источник

Ученые обнаруживают кометы за пределами Солнечной системы

Ученые из Массачусетского технологического института, США, и других научных организаций, работая в тесном сотрудничестве с астрономами-любителями, наблюдали пылевые «хвосты» шести экзокомет – комет, находящихся за пределами Солнечной системы – обращающихся вокруг тусклой звезды на расстоянии 800 световых лет от Земли.

Эти космические шары изо льда и пыли, которые имеют размер как у кометы Галлея и двигались сквозь пространство со скоростью 160000 километров в час, прежде чем полностью испарились, представляют собой самые крохотные объекты, когда-либо обнаруженные за пределами нашей планетной системы.

Это открытие стало первым случаем обнаружения настолько крохотного объекта, как комета, при помощи транзитной фотометрии, метода, состоящего в наблюдениях характерного снижения яркости света звезды, вызываемого прохождением перед ней какого-либо объекта. Открытие было сделано на основе анализа данных, полученных при помощи космического телескопа НАСА Kepler («Кеплер»).

В случае этого обнаружения исследователи смогли различить хвост кометы, состоящий из газа и пыли, который блокировал собой примерно одну десятую процента света звезды.

«Удивительно, что объект, размер которого на несколько порядков меньше размера Земли, может быть обнаружен за счет того факта, что он испускает большое число осколков, - сказал Саул Раппапорт (Saul Rappaport), заслуженный профессор физики Института астрофизики и исследований космоса Массачусетского технологического института. – Просто удивительно наблюдать нечто настолько крохотное на таком большом расстоянии от нас».

Исследование опубликовано в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Источник