Новости науки

Метанол впервые обнаружен на орбите вокруг молодой звезды

Метанол, ключевой «строительный кирпичик», из которого построены молекулы сложных органических соединений, являющихся основой жизни, был впервые обнаружен в составе вещества протопланетного диска вокруг молодой, далекой звезды. Эти находки могут помочь ученым глубже понять химические процессы, происходящие при формировании планет, которые в конечном счете могут привести к зарождению жизни.

Этот открытие было сделано учеными в системе TW Гидры, звезды, масса которой составляет примерно 80 процентов массы нашей звезды, а возраст оценивается в 5-10 миллионов лет. Она представляет собой более молодую версию Солнечной системы, находящуюся примерно на том же этапе эволюции, на котором наша планетная система пребывала более чем 4 миллиарда лет назад. Находящаяся на расстоянии примерно 170 световых лет от нас, звезда TW Гидры является ближайшей к Земле звездой с протопланетным диском.

Обнаруженный метанол формирует кольцо радиусом, достигающим 30 астрономических единиц. (Одна астрономическая единица равна расстоянию от Земли до Солнца, или примерно 150 миллионам километров)

По всей видимости, этот газообразный метанол происходит из метанольного льда, расположенного чуть дальше от звезды.

Наблюдения метанола в системе TW Гидры были проведены группой исследователей во главе с Кэтрин Уолш (Catherine Walsh), астрохимиком из Лидского университета, Великобритания, при помощи радиотелескопа Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA), расположенного в Чили.

Исследование вышло в журнале Astrophysical Journal Letters.

Источник

К «наружной» поверхности МКС возможно «прилипли» внеземные микроорганизмы

На сегодняшней пресс-конференции с госкорпорацией «Роскосмос» было заявлено, что на поверхности внешней стороны Международной Космической Станции, возможно, находятся микроорганизмы внеземного происхождения. О данном предположении высказались специалисты ФГУП Центрального научно-исследовательского института машиностроения (ЦНИИмаш) после проведения эксперимента «Тест», результаты которого показали, что внешняя поверхность МКС может выступать в роли временного хранилища внеземных биологических материалов в то время, когда сама станция – это универсальный инструмент экологических и зообиологических исследований.

Экспериментальные мероприятия «Тест» проводят на МКС с 2010 года. Во время выходов в открытое космическое пространство российскими космонавтами было собрано всего 19 проб частиц пыли с внешней стороны поверхности станции. Доставка их на Землю осуществлялась регулярно, благодаря чему ученые постоянно получали с каждым разом все более точные данные по химическому и биологическому составу космической пыли.

Как уточняют сами специалисты ФГУП ЦНИИмаш, являются ли образцы этих микроорганизмов с внешней поверхности МКС внеземного происхождения, и как они на самом деле туда попали - из космоса, либо в процессе сборки определенных частей конструкции на Земле, на это уйдет продолжительное количество времени.

Аминокислотный анализ собранных образцов основывается на анализе количественного соотношения содержащихся в них изотопов углерода. В обычных случаях, в составе образцов, имеющие «космическое» происхождение преобладает тяжелый углерод 13С, а в «земных» образцах – легкий углерод 12С.

Однако, следует не забывать, что проведение изотопного анализа очень сложная задача, потому что «прилипающие» к поверхности МКС частицы веществ кометы очень маленькие, и при использовании стандартных методов, быстрый результат получить не удастся. Каким образом решить эту задачу, сейчас думают российские специалисты.

Источник

Физики из России создали первый в мире квантовый блокчейн

МОСКВА, 26 мая – РИА Новости. Физики из Российского квантового центра создали и проверили на практике первый в мире "квантовый блокчейн" – невзламываемую систему распределенного хранения данных, защищенную при помощи методов квантовой криптографии, и опубликовали инструкции по его сборке в электронной библиотеке arXiv.org

Идея создания блокчейнов – защищенных баз данных, каждый блок в которых связан со всеми другими частями базы и не может быть подделан или изменен, появилась достаточно давно, около 30 лет назад.  Несмотря на перспективность этой идеи, первое свое применение она нашла относительно недавно, в 2008 году, когда была создана первая криптовалюта на ее основе – биткоин.

Подобные системы сегодня привлекают внимание финансистов и экспертов в области безопасности данных, так как блокчейн позволяет безопасно хранить записи обо всех транзакциях и валютных операциях, не опасаясь взлома. Это, как считают эксперты, позволит снизить расходы на защиту банков от взлома и позволит решать судебные споры между игроками рынка в "автоматическом" порядке. – постоянно обновляющиеся копии базы имеются на компьютерах всех его пользователей, и "нелегальное" изменение одной из них будет быстро обнаружено и пресечено.

Квантовые компьютеры, как рассказывают Алексей Федоров из Российского квантового центра и его коллеги, смогут обойти оба этих препятствия в будущем — их почти неограниченные вычислительные мощности позволят злоумышленникам подделывать электронные подписи, которыми подписаны транзакции в блокчейне, и незаметно вносить изменения в него или не давать другим участникам сети пользоваться им.

Для решения этой проблемы Федоров и его коллеги создали свою собственную версию блокчейна, которая позволяет использовать квантовую криптографию и системы квантовой передачи данных для защиты подобных баз данных от взлома.

В ее рамках квантовые каналы связи, защищенные от взлома, используются для передачи данных о тех транзакциях, которые совершаются в настоящее время. Когда все участники блокчейна получают данные о готовящихся трансферах информации или денег, они проверяют благонадежность их участников и коллективно решают, стоит ли его занести в базу, попарно сравнивая полученные значения между собой.

Подобный подход, как отмечают авторы статьи, защищает блокчейн только от отдельных "нечестных" участников транзакций, отправляющих противоречивые данные разным участникам сети, но и не дает гарантии защиты от полного захвата сети и подделки всей базы в целом. С другой стороны, по словам физиков, подобный взлом блокчейна – крайне сложная и фактически нерешаемая задача, так как она потребует захвата существенной части участников сети.

Как рассказывают ученые, данный блокчейн был протестирован на недавно созданной трехузловой квантовой сети между отделениями "Газпромбанка" в Москве. Все попытки "злоумышленника", роль которого играл один из участников сети, внести ложные транзакции в базу данных провалились, что подтвердило работоспособность блокчейна.

"По прогнозам экспертов на основе блокчейнов к середине 2020-х годов будет создаваться порядка $62 триллионов услуг. При этом эффект от нашей разработки может многократно увеличить объем рынка. Важно также, что эта технология создана и впервые опробована в России в реальных жизненных условиях", — заключают Федоров и его коллеги.

Источник

Результаты расчета крупнейшей компьютерной модели помогут понять историю галактик

Тысячи процессоров, терабайты данных и месяцы машинных вычислений помогли группе исследователей из Германии провести обширнейшее и подробнейшее моделирование эволюции галактик, подобных нашему Млечному пути.

Эта работа, проведенная группой под руководством доктора Роберта Гранда из Гейдельбергского института теоретических исследований, описывает результаты моделирования в рамках проекта Auriga.

Процессы формирования спиральных галактик до сих пор поняты учеными лишь приблизительно. Гигантский масштаб происходящего (масса одного «строительного кирпичика» галактики, звезды, составляет всего лишь одну триллионную часть массы галактики), а также сложная физика процессов представляют большую проблему для любой компьютерной модели.

При помощи суперкомпьютеров Hornet и SuperMUC, находящихся в Германии, а также ультрасовременного кода, команда произвела 30 сеансов моделирования в высоком разрешении и 6 сеансов с очень высоким разрешением в течение нескольких месяцев.

Этот код включает одну из самых современных моделей физики на сегодняшний день. В этой модели нашли отражение феномены гравитации, формирования звезд, гидродинамика газа, взрывы сверхновых и – впервые – магнитные поля, пронизывающие межзвездное пространство.

Черные дыры также были смоделированы как поглощающие газ объекты, которые выделяют энергию в окружающую их галактику.

Согласно доктору Гранду и его команде результаты этого моделирования позволят другим астрономам получать большое количество ценной информации, включая свойства галактик-спутников крупных спиральных галактик и очень старых звезд, обнаруживаемых в гало, окружающих галактики.

Источник

Российские физики испытали МРТ-сканер будущего на человеке

МОСКВА, 24 мая — РИА Новости. Физики из России и Нидерландов заявляют об успешном испытании на добровольцах нового типа МРТ-сканера, в работе которого используется специальный метаматериал на базе меди, делающий изображение более четким, говорится в статье, опубликованной в журнале Scientific Reports.

"Чтобы различить полезный сигнал на фоне случайного шума, врачи повторяют сканирование много раз. Но с метаповерхностью необходимость в этом отпадает. Если сейчас обследование, условно говоря, занимает двадцать минут, то в будущем врачам хватит десяти. Если сегодня клиника обслуживает десять пациентов в день, то с данной разработкой примет двадцать", — рассказывает Алексей Слобожанюк, физик из Университета ИТМО в Санкт-Петербурге.

Как объясняют ученые, магнитно-резонансный томограф основан на эффекте так называемого ядерно-магнитного резонанса. Во время сеанса томографии мозг или другие органы человека облучаются радиоволнами в присутствии мощного постоянного магнита, в результате чего ядра водорода и других атомов в тканях тела начинают "вибрировать", излучая или поглощая волны определенной частоты.

Наблюдая за этими волнами, ученые могут вычислить положение таких атомов, температуру тканей и другие свойства исследуемого органа, в том числе и то, как микроволновое излучение влияет на работу клеток. Для работы МРТ-сканеров используются мощные магниты на базе сверхпроводников, что ограничивает сферу применения этого оборудования и делает его эксплуатацию достаточно дорогой.

Год назад Слобожанюк и его коллеги из Университета ИТМО и Лейденского университета (Нидерланды) смогли ускорить работу МРТ-сканера, создав особый метаматериал из кусочков меди, который делает картинку более контрастной. Это позволяет медикам создавать четкое изображение за меньшее число сканирований, увеличивать разрешение снимков и получать их за гораздо меньшее время.

Гибкие пластинки из этого материала, как рассказывают ученые, нужно поместить рядом со сверхпроводящими магнитами МРТ-сканера в той точке, где будет находиться тело пациента во время обследования. Это снизит уровень помех и уменьшит размеры индивидуальных трехмерных пикселей на изображении, которое получает томограф.

Работу этих метаматериалов и сканеров ученые проверили на добровольце, согласившемся пройти несколько процедур сканирования мозга с применением и без применения материала. Эти опыты завершились успешно: ученым удалось получить четкие снимки мозга участника опытов и трехмерное изображение его лица, используя данные с томографа.

Российские и зарубежные физики собираются продолжать исследования как в Лейдене, так и в Санкт-Петербурге. Они надеются превратить лабораторию прикладной радиофизики в Университете ИТМО в центр передовых разработок в этой сфере, закупить современное оборудование и привлечь молодых специалистов, чтобы создавать прототипы устройств и внедрять их в клиническую практику. Для этого сотрудники лаборатории прикладной радиофизики и Эндрю Вебб из Лейденского университета уже отправили заявку на грант РНФ.

Источник

Российские физики запустили первую в России "двойную" квантовую сеть

МОСКВА, 23 мая – РИА Новости. Ученые из Российского квантового центра запустили первую в стране многоузловую квантовую сеть, для передачи данных в которой используются сразу два метода шифровки информации. Результаты опытов были опубликованы в электронной библиотеке arXiv.org.

"Методы квантовой защиты данных хорошо отработаны в лабораторных условиях, но при переносе их на существующую телекоммуникационную и криптографическую инфраструктуру возникает множество проблем, в частности, при использовании реальных городских линий связи. Нам удалось успешно решить одну из них – использование в одной сети двух разных методов кодирования информации", – рассказывает Алексей Федоров, научный сотрудник РКЦ.

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.

Теперь ученые РКЦ создали квантовую сеть, состоящую из трех узлов и двух квантовых каналов, связанных друг с другом "доверенным повторителем". Квантовая защищенная связь сама по себе может быть установлена только напрямую между двумя точками,  и если сеть имеет сложную структуру, то квантовые сегменты сети необходимо связывать друг с другом узлами с повторителями, в которых используются "обычные" методы обработки данных.

Это создает потенциальные "дыры" в безопасности, которые физики из Квантового центра решили, заставив каждую пару узлов общаться через посредника, способного принимать и вырабатывать сигналы. К примеру, в сети из трех узлов "абонентов А, С и "посредника" В, пары А и В и В и С имеют свои квантовые ключи и каналы их передачи, которые они используют для передачи общего для всех узлов криптографического ключа. Он используется для шифрации реальной информации, передача которой ведется по "обычным" линиям связи.

Оба квантовых канала сети были созданы на участках обычных оптоволоконных сетей в Москве, один из которых имел длину в 30 километров, второй – 15 километров. На первом из участков данные кодировались с помощью поляризации фотонов, на втором – в их фазе.

В ходе эксперимента скорость генерации "обработанных" квантовых ключей на первом участке составила 0,1 килобита в секунду, а скорость генерации секретного ключа, пригодного для шифрования – 0,02 килобита в секунду. На втором участке, основанном на фазовом методе кодирования, скорость генерации секретного ключа составила 0,1 килобита в секунду.

"Такой скорости генерации ключа достаточно для обновления ключей в существующих устройствах шифрования. В будущих экспериментах скорость генерации может быть увеличена", – продолжает Федоров.

По его словам, применение двух методов кодирования в рамках одной сети позволяет использовать для обработки и шифрования данных уже существующие программные решения и платформы. Это избавляет банки и других пользователей квантовых сетей от необходимости разрабатывать новые продукты, а просто встраивать квантовые каналы в уже существующую телекоммуникационную инфраструктуру.

Источник

В «невидимой» галактике обнаружена возможно вторая сверхмассивная черная дыра

Удивительное открытие удалось сделать ученым, исследовавшим галактику Лебедь А, являющейся одной из первых радиогалактик известной в астрономии. Вот уже больше двух десятков лет вторая сверхмассивная черная дыра скрывалась от «взоров» астрономов и телескопов. И вот наконец, с помощью «очень большой антенной решетки» - радиотелескопа VLA (Very Large Array), она была обнаружена.

Как рассказывает Рик Перли, сотрудник NRAO - «The National Radio Astronomy Observatory» (Национальная радиоастрономическая обсерватория) в Сокорро (США), этот объект был найден совершенно случайно. В первый раз галактика Лебедь А была запечатлена на снимках, сделанными VLA еще в 1980 году. В 2012 ученым «вздумалось» обновить телескоп и сделать более свежие ее фотографии. Однако, в результате, к их общему удивлению, на этих снимках, сделанных с разницей в 32 года, было одно существенное отличие - на новых, в центральной части галактики был замечен какой-то объект, которого не было на старых.

Лебедь А, иначе 3C 405 - это гигантская звездная семья, первая открытая человеком «радиогалактика». Называется она так потому что, наблюдать за ней в оптическом диапазоне невозможно, слишком далеко она расположилась от Млечного Пути. Но заметной она остается благодаря своему мощному радиоизлучению. В качестве примера, Лебедь А в состоянии ежесекундно вырабатывать энергию в количестве практически равному общим «возможностям» 260 миллиардов Солнц.

Исследования за галактикой 70-х годов показали, что источают такое колоссальное излучение сверхмощные квазары - это своего рода «подвижные» черные дыры в ее центральной части, которые выбрасывают «пережеванную» и сверхгорячую ими материю в межгалактическое пространство тонкими пучками с околосветовой скоростью. Эти пучки - джеты иными словами, «проявляют» себя характерным ярким свечением, заметным в радиодиапазоне, они как бы оставляют за собой яркий длинный «хвост», которые легко видно на фотографиях галактик.

Второе обновление радиотелескопа VLA было в ноябре 2016 года, тогда-то Перли и его коллеги обратили внимание, что на вновь полученных снимках галактики Лебедь А, в центре ее виднеется не одна пара таких «хвостов», а две. Первая была сопоставима с обнаруженной ранее в 80-ых годах, а вторая, расположившаяся приблизительно в 1,5 тысячах световых лет от нее - принадлежит совершенно новому и ранее не обнаруженному объекту.

После произошедшего открытия, ученые с особой тщательностью начали свои наблюдения на галактикой Лебедь А, подключив другие телескопы с возможностью «видения» в электромагнитном спектре. Теория о «неопознанном объекте» оправдалась, оставалось выяснить, что это на самом деле - вспышки и останки мощной сверхновой, либо еще одна вторая сверхмассивная черная дыра, «пробудившаяся ото сна» и тут же принявшаяся «поедать» окружающие ее пыль и газ.

В принципе, как отмечают ученые, показатели силы свечения нового объекта Лебедь А2 вместе с его спектральными характеристиками, «подходят» и сверхновым, и пожирающим материю черным дырам. Но сам Перли, склонен больше ко второму варианту, так как явление сверхновых, обладающими такой силой и способными порождать настолько мощные и продолжительные гамма-всплески и джеты, происходит очень редко.

Ученые будут продолжать свои наблюдения за ядром 3C 405, чтобы окончательно в этом удостовериться. Если обнаруженный объект действительно окажется второй сверхмассивной черной дырой, то для ученых это будет уникальной возможностью наблюдать «просыпающийся» квазар. Таким образом, они смогут определить в какой степени происходит влияние периодов их «спячки» и «пробуждения» на процесс эволюции галактик.

Источник

Открыт новый объект рядом со сверхмассивной черной дырой в известной галактике

Направив телескоп Very Large Array (VLA) на знаменитую галактику впервые за два десятилетия команда астрономов была крайне удивлена, обнаружив, что близ ядра галактики появился новый, яркий объект. Этот объект, пришли к выводу исследователи, представляет собой либо взрыв сверхновой редкого типа, или, что более вероятно, выброс со стороны второй сверхмассивной черной дыры, обращающейся в тесной близости с основной, центральной сверхмассивной черной дырой этой галактики.

Астрономы наблюдали галактику Лебедь А, хорошо известную галактику, открытую при помощи радионаблюдений еще в 1939 г. Этот источник в радиодиапазоне был сопоставлен с изображением в видимом свете в 1951 г., и эта галактика, лежащая на расстоянии примерно 800 миллионов световых лет от Земли, стала одной из ранних целей телескопа VLA после завершения его строительства в начале 1980-х гг. Подробные снимки, сделанные при помощи телескопа VLA и опубликованные в 1984 г., позволили ученым совершить прорыв в понимании сверхбыстрых джетов из субатомных частиц, выбрасываемых в межгалактическое пространство под действием гравитационной энергии сверхмассивных черных дыр, расположенных в центрах галактик.

Так как снимки галактики Лебедь А давали изображение галактики на пределе разрешающих возможностей телескопа на то время, то повторные наблюдения не проводились вплоть до 1996 г., когда была проведена масштабная реконструкция телескопа, существенно расширившая спектр принимаемых частот. Однако недавно, наблюдая при помощи обновленного телескопа VLA галактику Лебедь в 2015 г. команда ученых под руководством Даниэля Перли (Daniel Perley) обнаружила новый яркий объект близ центра галактики, который отсутствовал на снимках, сделанных в 1996 г.

этот новый объект находится на расстоянии примерно 1500 световых лет от центральной черной дыры галактики Лебедь А. Согласно авторам этот объект может оказаться сверхновой, но более вероятно, что он представляет собой вторую сверхмассивную черную дыру, которая попала в галактику Лебедь А в результате столкновения с другой галактикой, и оставалась неактивной до 1996 г. из-за отсутствия «пищи» в виде поглощаемой материи.

Исследование вышло в журнале Astrophysical Journal.

Источник

Астрономы нашли главный источник образования антиматерии в центре Галактики

Ученые предположили, что два сливающихся белых карлика порождают возникновение сверхновых, которые в свою очередь, взрываясь, образуют следы распадов Галактической антиматерии, фиксируемые космическими телескопами NASA. Астроном из Национального Австралийского университета в Канберре – Роланд Крокер говорит, что благодаря таким наблюдениям удастся разгадать секреты самого неисследованного «региона» Млечного Пути, где расположились одни из самых древнейших звезд.

После запуска первых космических телескопов на Земную орбиту советскими и американскими астрономами, результаты наблюдений за Галактикой, проводимые ими в гамма- и рентгеновском диапазонах, оказались весьма неожиданными. В центральной ее части вырабатывалось больше высокоэнергетических фотонов, возникновение которых могло быть вызвано распадом частиц антиматерии. Над поиском ее источников ученые бьются вот уже практически половину века.

На сегодняшний день, по их мнению, ими могут быть либо «взрывные» сверхновые, когда возникновение антиматерии происходит в процессе изотопного формирования конкретных элементов, которые распадаются на еще более легкие ядра и позитроны. Либо это «сверхпрожорливые» черные дыры-микрокваззары, в этом случае происходит столкновение световых частиц, в результате чего они превращаются в антиматерию.

Из комментариев самого Крокера, что в первом, что во втором случае, поиск следов возникновения антиматерии, не дали никаких результатов – в центральной части Млечного пути известно лишь о четырех микрокваззарах, а это крайне мало. А по теории со сверхновыми обнаружить правдоподобный механизм образования антиматерии ученым не удалось.

Крокер и его команда решили подойти к этому вопросу с другой стороны, наблюдая за тем, какого рода элементы образуются после взрывов сверхновых первого типа, которые являются результатом слияния двух белых карликов. Материя обоих объединяется и происходит «полноценный» термоядерный взрыв, который не оставляет от звезды ни малейшего следа. В процессе взрыва, недра этих карликов нагреваются настолько, что там образуется вся периодическая таблица Менделеева в совокупности с нестабильными элементами, распад которых служит образованию, как материи, так и антиматерии. Среди числа таких элементов оказались никель-56, титан-44 и алюминий-26. Проведя анализ всех троих, главным кандидатом, который может выступать источником антиматерии в Галактике стал титан-44. Данные по количеству и частоте его распада сопоставимы с количеством антиматерии в центральной части Галактики.

До недавнего времени титан-44 не могли причислить к роли главного источника антиматерии из-за того, что им считались образующиеся гравитационным коллапсом крупных звезд, которые исчерпали собственные водородные и гелиевые «ресурсы», обычные сверхновые. Но их показатели количества производимого титана-44 были в четыре раза меньше, чтобы объяснить образование антиматерии в центральной части Млечного Пути.

По расчетам ученых, для решения этой задачи, при столкновении двух различных белых карликов, которые приводят к образованию сверхновых первого типа, что служит главным «титановым» источником, первый должен практически полностью состоять из гелия, а другой – из кислорода и углерода. По итогам наблюдений, подобные взрывы сверхновых случаются два раза в тысячелетие, и образующегося в результате этого количества титана-44 для «восполнения» недостатка, должно хватить.

Источник

Физики из МФТИ создают квантовый "вечный двигатель" второго рода

МОСКВА, 23 мая — РИА Новости. Российские ученые нашли способ создать квантовое устройство, нарушающее второе начало термодинамики и обладающее КПД, фактически равным 100%, говорится в статье, опубликованной в журнале Physics Review A.

"Любой тепловой двигатель состоит из нагревателя, который, собственно, и является источником энергии, и холодильника, задача которого состоит в охлаждении рабочего тела двигателя. Холодильник понижает энтропию двигателя и при этом неизбежно тратит впустую часть тепловой энергии, полученной от нагревателя. Именно поэтому КПД теплового двигателя никогда не достигает 100%", — поясняет сотрудник Технического университета Цюриха и МФТИ в Долгопрудном Андрей Лебедев.

Одной из основ современной физики и космологии является концепция так называемой стрелы времени — постулат о том, что время в нашей Вселенной движется исключительно в одном направлении, из прошлого в будущее. Иными словами, мы перемещаемся сквозь четырехмерное пространство только в одном направлении по оси времени, и "перемотать" время назад невозможно.

С точки зрения физики это проявляется в том, что со временем неупорядоченность, хаотичность Вселенной, состояние, которое ученые называют энтропией, неуклонно растет. К примеру, этот процесс проявляется в том, как меняется состояние энергии Вселенной. Принцип, который ученые часто называют "вторым законом термодинамики", считается нерушимым правилом, управляющим жизнью всей Вселенной на всех уровнях.

 

© Фото : МФТИ

Гордей Лесовик и Андрей Лебедев

Год назад ученые из МФТИ под руководством Гордея Лесовика из Института теоретической физики РАН обнаружили, что второе начало термодинамики может нарушаться на квантовом уровне. Это открыло дорогу для создания квантового аналога знаменитого демона Максвелла — гипотетического существа, сортирующего быстрые и медленные молекулы.

Эта идея натолкнула ученых на мысль, что подобных квантовых "демонов" можно использовать для создания машины, чей коэффициент полезного действия будет равен 100%. Для ее разработки ученые предлагают использовать две пары кубитов — элементарных вычислительных модулей и ячеек памяти квантовых компьютеров, связанных между собой на квантовом уровне.

Кубиты в двигателе Лесовика и его коллег выполняют две функции — поглощают тепло и позволяют "телепортировать" лишнюю энтропию за пределы системы, играя роль демона Максвелла. Это позволяет устройству фактически достичь состояния, эквивалентного вечному двигателю второго рода.

На самом деле, конечно, этот прибор не является вечным двигателем — как объясняет Лесовик, для его работы необходимо постоянно обновлять "демонские" кубиты, очищающие систему от энтропии, охлаждая их особым образом. С другой стороны, это делается за пределами самого устройства, что позволяет говорить о том, что формально второй закон термодинамики все же нарушается внутри него.

Сейчас Лесовик и его коллеги занимаются воплощением этой идеи на практике, создавая подобный вечный двигатель на базе сверхпроводящих кубитов — трансмонов.

Источник

Ученые подробно наблюдают крайнюю внешнюю планету системы TRAPPIST-1

Международная команда астрономов под руководством ученых из Вашингтонского университета (University of Washington, UW), США, использовали данные наблюдений, проведенных при помощи космического телескопа «Кеплер» для наблюдений и подтверждения подробностей, касающихся крайней внешней из семи экзопланет, обращающихся вокруг звезды TRAPPIST-1.

Они подтвердили, что эта планета, TRAPPIST-1h, которая обращается вокруг звезды с периодом 18,77 суток, связана орбитальными резонансами с другими планетами системы, а температуры на её поверхности очень низкие. Расположенная вдали от родительской звезды, эта планета, вероятно, является необитаемой – однако так могло быть не всегда.

В своем новом исследовании команда астрономов под руководством докторанта Родриго Люгера (Rodrigo Luger) из UW сообщает, что планета TRAPPIST-1h была обнаружена именно в том месте, где она должна была находиться в соответствии с проведенной командой предварительными расчетами, исходя из знания периодов внутренних шести планет.

Звезда TRAPPIST-1 представляет собой звезду среднего возраста, сверххолодный карлик, светимость которого намного меньше светимости Солнца и чуть выше светимости Юпитера.

Команда Люгера наблюдала систему зведы TRAPPIST-1 в течение 79 суток при помощи космического телескопа НАСА «Кеплер» в рамках его расширенной миссии К2. Однако еще до начала наблюдений системы при помощи миссии К2 команда смогла предсказать орбитальный период планеты TRAPPIST-1h, исходя из того, что она находится в орбитальном резонансе с двумя другими планетами системы.

Также в исследовании Люгер и команда смогли выяснить, что условия на планете TRAPPIST-1h экстремально холодные – температура на поверхности этой планеты составляет всего лишь 173 Кельвина, однако, возможно, что планета ранее находилась в значительно более теплых условиях, в то время, когда родительская звезда была намного моложе и ярче.

Исследование вышло в журнале Nature Astronomy.

Источник

Химик рассказал о секретном ингредиенте успеха британских ученых

МОСКВА, 21 мая – РИА Новости. Сэр Мартин Полякофф, химик из университета Нотингема и бывший вице-президент Королевского общества (академия наук Великобритании), рассказал РИА "Новости" о важности личности ученых в современной истории, о секретах успехов британских ученых и о том, почему Британия сейчас активно налаживает научные связи с Россией.

Профессор Полякофф является одним из самых известных химиков в Великобритании и за ее пределами. Он приходится сыном российско-британского инженера Александра Полякова, мигрировавшего в Великобританию в 1924 году вместе со своим отцом, известным изобретателем Иосифом Поляковым, создавшим первую в России линию автоматической телефонной связи и множество приборов для помощи слабослышащим.

Свою известность и рыцарский титул Мартин Полякофф получил в том числе благодаря интернет-каналу и телепередаче Periodic Videos, в рамках которой он доступным языком рассказывает о свойствах всех элементов периодической таблицы Менделеева, различных неорганических и органических соединений и основах химии. В своей "скучной" научной работе Полякофф занимается изучением "зеленой" химии, суперкритических жидкостей и лазеров.

— Мартин, в последний год среди ученых и политиков в США, России и Британии возобновились дискуссии о том, должна ли наука быть национальной или интернациональной. Можно ли достигнуть успеха, действуя поодиночке, или только сообща?

—  Я думаю, что наука сама по себе является международной вещью. Это касается всей науки и характерно для всех ее уровней. Существует целый набор больших, почти нерешаемых проблем, таких как изменение климата, для решения которых нужны конкретные люди, те или иные химики, математики и прочие специалисты, часть из которых живет в Великобритании, а другие – в России, Китае, Австралии или других странах.

Кроме того, можно говорить о том, что наука была интернациональной всегда. Уже в 17 веке основатели Королевского общества писали письма на голландском  и немецком языках и отправляли их своим коллегам и знакомым в других странах Европы, обсуждая общие проблемы  и последние достижения. Крайне важно, чтобы наука продолжала оставаться международной и сегодня.

 

© РИА Новости

Мартин Полякофф, химик из Великобритании

—  Вы являетесь звездой Youtube, и вас знают все жители Британии и многие люди далеко за ее пределами. Сегодня серьезная наука является делом больших и безликих коллабораций из сотен и тысяч человек. Сложно ли ученому сегодня стать таким же знаменитым, как Генри Кавендиш, Джеймс Максвелл и прочие светила науки прошлого?

— Мне кажется, что сейчас, наоборот, наука становится еще более личной, чем она была в прошлом. Почему? В прошлом, число людей, которые знали о существовании этих ученых, было очень небольшим. Фактически, это была небольшая замкнутая горстка людей, для которых наука была хобби, которые встречались в частных клубах и куда не допускали женщин.

Поэтому можно говорить о том, что потенциальная аудитория у ученых прошлого была очень небольшой. Сегодня же наука становится все более публичной и популярной, и мне нравится, что за время моей научной карьеры связь между наукой и обществом становилась все более и более прочной.

К примеру, членом нашего общества является  Брайан Кокс. В прошлом, он был поп-звездой, клавишником в группах D:Ream и Dare, а сейчас он стал физиком, периодически читающим лекции на научно-популярные темы. Когда это происходит, на улице у лекционного зала выстраивается очередь длиной в несколько сотен метров.

— В России британские ученые имеют своеобразную репутацию – когда люди слышат об открытии ваших коллег, они всегда думают о чем-то интересном, необычном и иногда бесполезном. Есть ли какие-то похожие стереотипы о российских ученых в Британии?

— Могу уверить вас, что у российской науки нет подобной репутации в Британии. Более того, мне подобное отношение к британским ученым только нравится, и в какой-то степени, как мне кажется, оно на самом деле правильное. Сила британской науки, по всей видимости, заключается  в ее неортодоксальности, благодаря которой ей удается достигать столь высоких успехов.

Конечно, иногда подобное отношение бывает несколько несправедливым по отношению к нашим ученым. Тем не менее, первым человеком, который одновременно является лауреатом и Нобелевской и Шнобелевской премии является Андрей Гейм, получивший последнюю за необычные и забавные эксперименты. И я думаю, что он является своеобразным символом союза российской и британской науки.

— Выступая на российско-британском круглом столе по научной дипломатии, вы говорили о том, как ученые помогли  нам избежать ядерной катастрофы во времена холодной войны. Где еще российские и британские ученые могли бы сотрудничать?

— Сегодня мы все сталкиваемся с новыми угрозами – проблемой обеспечения человечества пищей, появлением супербактерий, стойких к действию антибиотиков, глобальным потеплением. У нас уже запланирована встреча с российскими коллегами, в рамках которой мы обсудим проблему таяния вечной мерзлоты.

Другая проблема, которая, может быть, не столь важна для России, но с которой сталкиваются многие другие страны – быстрый рост населения Земли и неэффективность использования ресурсов. Мы планируем совместно работать над созданием материалов и химических реагентов, которые помогли бы нам решить эту проблему.

Источник

Диск уединенной планеты демонстрирует сходство с диском звезды

Первые радионаблюдения одинокого, планетоподобного объекта OTS44 демонстрируют пылевой протопланетный диск, похожий на диски, окружающие молодые звезды. Этот результат стал неожиданностью для ученых, поскольку согласно современным моделям формирования звезд и планет образование небесного тела из коллапсирующего облака, в результате которого формируется центральный объект, окруженный диском, невозможно для объектов настолько малой массы.

В этом новом исследовании, проведенном международной группой астрономов под руководством Амелии Байо (Amelia Bayo) из Университета Вальпараисо, США, при помощи радиотелескопа ALMA был обнаружен диск из пыли вокруг объекта OTS44. Ученые смогли оценить массу пыли, содержащейся в этом диске, и это количество позволило поставить OTS44 в один ряд со звездами и коричневыми карликами («неудавшимися» звездами): оказалось, что все эти объекты имеют ряд схожих свойств, включая близкие по величине отношения между массой пыли, входящей в состав диска, и массой центрального объекта. Эти находки дополняют ранние исследования, согласно которым OTS44 продолжает расти, стягивая на себя массу с окружающего этот объект диска – что усиливает его схожесть с молодыми звездами.

Все это вместе указывает на то, что объект OTS44 формировался по той же схеме, что и звезды, и коричневые карлики. Однако согласно современным моделям объект настолько малой массы, как OTS44, не мог формироваться по такому механизму. Альтернативное объяснение состоит в том, что объект OTS44 сформировался как один среди прочих объектов при множественном формировании. Однако эта версия противоречит наблюдениям, поскольку в окрестностях объекта OTS44 не обнаружено объектов-компаньонов.

Таким образом, это исследование показывает, что в настоящее время астрономы затрудняются в однозначном понимании механизмов формирования таких небесных тел небольшой массы, как OTS44, и дает ценные данные для будущих научных исследований этих механизмов.

Исследование опубликовано в журнале Astrophysical Journal.

Источник

Составлена карта сверхмассивных черных дыр, лежащих в далекой части Вселенной

Астрономы составили первую карту Вселенной, основываясь на позициях сверхмассивных черных дыр, которые раскрывают крупномасштабную структуру Вселенной.

Эта карта позволяет точно отследить расширение Вселенной вплоть до тех времен, когда возраст Вселенной составлял менее трех миллиардов лет. Она поможет глубже понять так называемую темную энергию, таинственный процесс, который ускоряет расширение Вселенной.

Эта карта была создана учеными Слоуновского цифрового обзора неба (Sloan Digital Sky Survey, SDSS), международной коллаборации, включающей астрономов из Университета Портсмут, Великобритания.

В рамках обзора неба Extended Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (eBOSS), проводимого с использованием ресурсов SDSS, ученые измерили позиции квазаров – экстремально ярких дисков материи, обращающихся вокруг сверхмассивных черных дыр, лежащих в центрах далеких галактик.

Эта карта подтверждает стандартную космологическую модель, которую ученые построили на протяжении последних 20 лет. Согласно этой модели Вселенная в целом следует предсказаниям, сделанным в рамках Общей теории относительности Альберта Эйнштейна, однако включает компоненты, которые оказывают поддающееся измерениям влияние на нашу Вселенную, однако природа которых до сих пор не ясна.

Чтобы составить эту карту ученые использовали Слоуновский телескоп для наблюдений более чем 147000 квазаров. Эти наблюдения позволили команде определить расстояния до квазаров, которые затем были использованы для создания трехмерной карты. В качестве «стандартной линейки» исследователи использовали размер так называемых «барионных акустических осцилляций», волн плотности вещества, «вмороженных» в структуру Вселенной в то время, когда возраст Вселенной составлял всего лишь 380000 лет.

Исследование было представлено к публикации в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society; главный автор Метин Ата (Metin Ata).

Источник

Планетологи объяснили, что Титан имеет больше «родства» с Марсом, чем с Землей

Планетологи пришли к выводу, что Титан больше похож на Марс из-за отсутствия видимых тектонических следов на его поверхности, так же как и на Марсе, где проявление подобных геологических процессов остановилось уже давно.

Изначально было принято считать Титан аналогом Земли, там так же происходит смена времен года, а другие погодные явления, как дожди и наличие эрозии почвы почти такие же сложные процессы, как и на Земле. А в недрах Сатурнианской луны приливные силы и гравитационное взаимодействие с самим Сатурном вызывают протекание неких геологических процессов.

Главные же отличительные особенности «скрылись» в недрах и атмосфере Титана. На его поверхности лежит углеводородный снег и лед, капли дождя состоят из метана, в предположительно теплый океан в его недрах играет роль горячей мантии. Планетолог Тэйлор Перрон из Массачусетского университета и его коллеги изучили устройство речных русел на Титане, которые подпитывают крупнейшие озера и «моря» на его северном полюсе, и пришли к выводу, что больше он похож не на Землю, а на Марс в «юности».

На Земной поверхности речные русла, а точнее характерность и направление их течения формируются не только под воздействием резких климатических изменений, оползней и иных «быстрых» ландшафтных «перестройств». На них так же влияют такие медленные геологические процессы, как формирование гор, движение тектонических плит и изменение равнинных высот. Таким образом, течение рек иной раз происходит «неправильно» - не сверху вниз по крутым склонам, но и наоборот. Аналогичная тектоническая активность на Марсе отсутствует, что говорит о практически не изменяющейся поверхности в то время, когда по ней текли реки.

Проведя анализ снимков поверхности Титана, которые были получены с зонда «Кассини», планетологи занялись выяснением того, к кому он больше «относится», к Земле или Марсу. В результате выяснилось, что течение рек на его поверхности происходит так же, как и на красной планете, сверху вниз, по самым оптимальным маршрутам. Это значит, что тектонические процессы в недрах Сатурнианской луны отсутствуют. Конечно же, это не отменяет наличие геологической активности, но подтверждает отсутствие тектонических плит и «движущихся» континентов, которые присутствуют на Земле.

Источник

Крупнейшие черные дыры Вселенной подтвердили существование темной энергии

МОСКВА, 19 мая — РИА Новости. Карта распределения сверхмассивных черных дыр по Вселенной помогла астрономам доказать, что темная энергия существует и что она заставляет пространство расширяться все быстрее, говорится в статье, опубликованной в журнале MNRAS.

"Сейчас мы понимаем, как работает гравитация, но некоторые вопросы устройства Вселенной, такие как суть темной энергии, остаются тайной для нас. Мы давно желаем понять, чем она является, и проекты, подобные eBOSS, помогают нам постепенно пополнять наш багаж знаний о природе Вселенной", — заявил Уильям Персиваль (William Percival) из Портсмутского университета (Великобритания).

Темные небеса

Проект BOSS проводится в рамках "большого" Слоановского цифрового обзора неба (SDSS) c середины 2008 года. С его помощью ученые пытаются найти так называемые барионные акустические осцилляции (БАО) — "отголоски" рождения Вселенной в виде акустических волн, из-за движения которых возникли неоднородности в распределении материи, породившие современные галактики и группы галактик.

Для этого астрономы изучают спектр квазаров, самых древних, ярких и больших черных дыр в центрах далеких галактик, наблюдая за тем, как их свет взаимодействовал с облаками газа в пустотах между нитями "паутины Вселенной" на пути к Земле. Сравнивая различия в том, как поменялся свет в ходе этих путешествий из относительно далеких и близких галактик, ученые отслеживают, с какой скоростью расширялась Вселенная, и проверяют, происходил ли этот процесс одинаково в разных ее уголках.

Первые результаты BOSS были опубликованы четыре года назад. Проследив за 60 тысячами черных дыр, самые далекие из которых находились на расстоянии в 11,5 миллиарда световых лет от Земли, ученые не нашли расхождений между современными теоретическими представлениями о свойствах темной энергии и тем, что они наблюдали в спектрах этих квазаров.

С другой стороны, подобные расхождения были недавно найдены в результатах наблюдений за относительно близкими к нам сверхновыми и "парами" далеких квазаров. Оказалось, что сегодня Вселенная расширяется неожиданно быстро — гораздо быстрее, чем говорят теория и расчеты на основе наблюдений за микроволновым "эхо" Большого взрыва при помощи телескопа "Планк".

Космические разночтения

Это заставило многих физиков сомневаться в существовании темной энергии и расширении Вселенной с ускорением. Недавно сторонники и противники "инфляционной теории" вступили в открытый спор на страницах научных журналов и научно-популярных изданий.

К примеру, противники расширения Вселенной назвали эту идею антинаучной, а ее сторонники обвиняют оппонентов в методологических просчетах. Сразу 33 ведущих космолога мира, в их числе россиянин Андрей Линде, опубликовали на прошлой неделе письмо, отвечающее на критику скептиков.

Персиваль и его коллеги, в том числе астрофизики из Института ядерных исследований РАН в Москве, подлили масла в огонь, опубликовав новые данные обзора BOSS, в который теперь входит свыше 176 тысяч галактик и их черных дыр, удаленных на расстояние в 13 миллионов световых лет от Земли. Фактически им удалось построить трехмерную карту галактик и материи между ними в кубе размерами 12 х 12 х 12 миллиардов световых лет.

Новые данные обзора, как рассказывают астрофизики, в целом соответствуют классической модели устройства Вселенной, включающей в себя темную материю и темную энергию. Скорость расширения Вселенной в ней, с другой стороны, ближе к значениям "Планка", чем к данным по сверхновым, что делает разночтения еще более непонятными и интересными.

Дальнейшее увеличение числа квазаров и открытие более далеких объектов, как надеются участники, поможет проверить результаты "Планка" и понять, какая из двух скоростей расширения Вселенной является правильной и насколько в этом процессе участвует темная энергия.

Источник

Ученые: алмазные транзисторы сделают компьютеры неуязвимыми для радиации

МОСКВА, 16 мая – РИА Новости. Японские физики научились создавать относительно дешевые и простые алмазные транзисторы, чье промышленное производство поможет ускорить работу обычных компьютеров в десятки раз и сделает их неуязвимыми для радиации, говорится в статье, опубликованной в журнале Applied Physics Letters.

"Наша конечная цель – создание микросхем, состоящих из алмазных транзисторов. Мы надеемся, что наши наработки позволят создать экономичные вычислительные устройства, способные работать при сверхвысоких температурах и при облучении радиацией", — заявил Ясуо Коиде (Yasuo Koide) из Национального института изучения материалов в Цукубе (Япония).

Транзисторы представляют собой устройства, избирательно пропускающие электрический ток. Управляемая проводимость этих приборов зависит от типа их конструкции и свойств полупроводника. Как правило, при уменьшении размеров устройства сила побочных эффектов возрастает, что побуждает ученых и инженеров точнее размещать компоненты транзисторов и разрабатывать новые методы защиты от токов утечки и других помех.

Эти утечки накладывают фундаментальный предел на размеры транзисторов – как сегодня считают физики, кремниевые транзисторы, чей затвор будет меньше, чем в 5 нанометров,  принципиально невозможно создать. По этой причине ученые сегодня пытаются приспособить другие материалы, такие как пленки из сульфида молибдена, графена или углеродных трубок.

Коиде и его коллеги предлагают заменить кремний не на графен, а на его природного "собрата" – природные или синтетические алмазы. Эта форма углерода, как отмечают ученые, проводит тепло в несколько раз лучше, чем медь и другие металлы, и обладает полупроводниковыми свойствами, если внутри алмаза содержатся включения из атомов некоторых других элементов, таких как водород, бор или азот.

Сложности в "точечном" добавлении этих включений, как рассказывают японские физики, мешали использованию алмазов в микроэлектронике, так как разные регионы транзисторов на их базе должны иметь разные электрические свойства. Команда Коиде решила эту проблему, научившись выращивать пленки из оксида иттрия – соединения, обладающего сильными изолирующими свойствами – прямо на поверхности алмаза.

Эта изоляция, как объясняют ученые, необходима для работы затвора транзистора – ключевой его части, управляющей тем, может ли проходить через него ток или нет. Когда на затвор подается ток, он создает электрическое поле внутри транзистора, мешающее или помогающее электронам "перепрыгивать" из входа транзистора на его выход.

Чем тоньше изоляция, отделяющая затвор от остальной части транзистора, тем "качественнее" он будет переключаться между включенным и выключенным состоянием и меньше нагреваться. Оксид иттрия, как отмечают физики, позволяет добиться максимально быстрой работы транзистора за счет крайне малой толщины этого слоя.

Алмазные транзисторы, созданные японскими физиками, можно изготовлять при помощи обычных электронных пушек, применяемых сегодня в полупроводниковой индустрии, что должно ускорить их проникновение в цифровые гаджеты и микросхемы, применяющиеся в экстремальных условиях. К примеру, алмазная электроника может стать незаменимой для роботов, применяющихся при ликвидации аварий на АЭС или для работы в открытом космосе.

Источник