Новости науки

Предполагаемая молодая звезда на деле оказалась древним «жителем» Галактики

Возраст звезды 49 Весов, относительно яркой звезды южного неба, составляет 12 миллиардов лет, а не 2,3 миллиарда лет, как считалось ранее. В течение многих десятилетий исследователей приводило в недоумение несоответствие между различными данными, полученными для этого небесного тела, поскольку изначально возраст звезды был определен некорректно. Переопределив возраст этой звезды заново, астрономы из Рурского университета, Германия, успешно разрешили все эти несоответствия.

Согласно этому новому исследованию, проведенному доктором Клаусом Фурманом (Klaus Fuhrmann) и профессором доктором Рольфом Чини (Rolf Chini), ошибка при первоначальном определении возраста звезды 49 Весов связана с тем, что эта звезда на самом деле представляет собой двойную звездную систему. Этот факт был доказан в 2016 г. другой исследовательской группой. В своем исследовании Фурман и Чини показывают механизм, при помощи которого звезда-компаньон звезды 49 Весов помешала верно определить возраст этой звезды.

Компаньоном звезды 49 Весов является почти потухшая звезда, которая почти неразличима при наблюдениях. К концу своего жизненного цикла эта звезда сбросила часть своей материи на звезду 49 Весов, поэтому вместо определения возраста яркой компоненты системы ученые, по сути, определили при помощи спектроскопических методов возраст звезды-компаньона, сформировавшейся во Вселенной значительно позднее, чем звезда 49 Весов, указывают авторы в своем исследовании.

Работа опубликована в журнале Astrophysical Journal.

Источник

Видео: Новое цветное видео «посадки» на поверхность Плутона от НАСА

Каково это – совершить посадку на поверхность Плутона? Этот видеоролик создан на основе более чем 100 снимков, сделанных при помощи космического аппарата НАСА «Новые горизонты» (New Horizons) на протяжении шести недель, в течение которых аппарат находился в окрестностях карликовой планеты во время исторического пролета мимо неё, состоявшегося летом 2015 г. Это видео предлагает совершить путешествие к поверхности Плутона из точки пространства, из которой Плутон и его крупнейший спутник Харон кажутся всего лишь крохотными точками. Конечным пунктом «путешествия» становится граница равнинной области на поверхности карликовой планеты, носящей неофициальное название равнин Спутника.

Для создания этого видеофильма, позволяющего зрителю почувствовать, что он находится непосредственно в системе Плутона, специалистам НАСА пришлось интерполировать некоторые полученные при помощи зонда монохроматические кадры, основываясь на базовых представлениях о том, как должна выглядеть эта карликовая планета из космоса. Затем цвета, наблюдаемые на изображениях низкого разрешения, сделанных при помощи бортовой цветной камеры Ralph аппарата, были наложены на эти кадры, чтобы сделать изображение цветным.

После путешествия продолжительностью 9,5 года зонд «Новые горизонты» пролетел мимо системы Плутона 14 июля 2015 г., находясь на расстоянии всего лишь 12500 километров от Плутона.

Источник

Астрономы ищут следы жизни на экзопланете из системы звезды Вольф 1061

Существует ли во Вселенной внеземная жизнь? Этот вопрос уже давно не дает покоя физикам, биологам, философам и режиссерам научно-фантастических фильмов. И именно стремление найти ответ на этот вопрос двигало исследователями во главе с астрономом Стивеном Кейном (Stephen Kane), которые в новой работе сделали попытку определить пригодность для жизни одной из экзопланет – планет, расположенных за пределами Солнечной системы.

В этом исследовании Кейн и его команда изучили систему звезды Вольф 1061, расположенной на расстоянии 14 световых лет от нас. Эта система является ценным объектом для астрономических исследований не только потому, что расположена так близко к нам, но также и по той причине, что одна из трех известных планет, расположенных в этой системе, каменистая планета Вольф 1061c, целиком лежит в границах обитаемой зоны звезды. Обитаемой зоной называется область пространства вокруг звезды, которая характеризуется тем, что на поверхности расположенной в её пределах планеты возможно существование воды в жидкой форме.

Как выяснили Кейн и его команда, планета Вольф 1061c расположена близко к внутреннему краю обитаемой зоны родительской звезды, то есть ближе к звезде, поэтому её атмосфера может иметь больше сходства не с атмосферой Земли, а с атмосферой Венеры, создающей на планете мощный парниковый эффект, то есть удерживающей тепло. Однако планета Вольф 1061c характеризуется более резкими и частыми изменениями глобальных климатических условий, чем аналогичные изменения, происходящие на Земле, поэтому есть вероятность, что очередной «ледниковый период» на этой планете компенсирует парниковый эффект и на планете на какое-то время установится «мягкий» климат, считает Кейн.

Исследование опубликовано в журнале Astrophysical Journal.

Источник

Марсоход Curiosity изучает то, что может оказаться трещинами в высохшей грязи

Ученые марсианской вездеходной миссии Curiosity в последние недели исследуют плиты горных пород в местечке под названием Old Soaker, покрытые сетью невысоких гребней, происхождение которых, вероятно, связано с трещинами в высыхающей грязи.

Если такая интерпретация снимков окажется верной, то это станет первым подтвержденным обнаружением трещин в высохшей грязи на поверхности Красной планеты. Это открытие стало бы доказательством того, что в древнюю эпоху, когда происходило накопление этих осадочных пород, «влажные» периоды сменялись периодами засухи.

Этот покрытый трещинами слой породы сформировался более трех миллиардов лет назад и был впоследствии погребен под более свежими слоями осадочных пород. Впоследствии под действием ветровой эрозии верхние слои были удалены, обнажая подстилающий древний слой в местечке Old Soaker. Материал, заполнявший трещины в рассохшейся грязи, из которой формировался со временем минерал аргиллит, сопротивлялся эрозии эффективнее, чем сам аргиллит, поэтому в настоящее время обнаруженный слой демонстрирует не трещины, а небольшие гребни, находящиеся на месте прежних трещин.

Существует два основных механизма заполнения трещин в рассохшейся грязи: песком или пылью, принесенными ветром, в том случае, когда трещины расположены на поверхности, и солями, растворенными в грунтовых водах, в том случае, когда трещины уже скрыты под поверхностью. Ученые миссии Curiosity обнаружили в веществе гребней пород из местечка Old Soaker материал из обоих этих источников, что указывает на многоступенчатый характер формирования трещин: сначала трещины формировались на поверхности при усыхании грязи, наполнялись песком и пылью, а уже впоследствии происходило дополнительное наполнение их отложениями из грунтовых вод с формированием минеральных жил.

Ровер Curiosity был доставлен на Марс в 2012 г., и с того времени проводит исследование марсианских условий в окрестностях горы Шарп.

Источник

Российские ученые разрабатывают способ

МОСКВА, 19 янв — РИА Новости. Научный коллектив лаборатории "Сверхпроводящие метаматериалы" НИТУ "МИСиС" проверяет возможность создания практической основы для скрытной передачи информации с помощью уникальных метаматериалов, полученных в лаборатории, сообщил РИА Новости ее сотрудник, кандидат технических наук доцент Алексей Башарин.

Метаматериалы — несуществующие в природе объекты, позволяющие за счет неоднородности их структуры менять направление и свойства электромагнитных волн и управлять свойствами света. С помощью метаматериалов можно, например, в определенном диапазоне электромагнитного излучения делать невидимыми предметы.

Одними из наиболее значимых практических применений метаматериалов могут стать новые разработки для разных отраслей промышленности, а также сверхмощные компьютеры, в которых электрические сигналы уступают место фотонным.

Ранее коллектив лаборатории "Сверхпроводящие метаматериалы" НИТУ "МИСиС" создал уникальный метаматериал, обладающий экстремально высокими значениями добротности анаполя – явления, возникающего за счет особой конфигурации электромагнитных полей.

Анаполь – это источник, электромагнитные поля которого сохраняются в нем самом и не излучаются в окружающее пространство, а добротность — величина, характеризующая качество колебательной системы (чем больше добротность, тем меньше потери энергии в системе за одно колебание).

 

© Фото: НИТУ "МИСиС"

Оборудование лаборатории "Сверхпроводящие метаматериалы" НИТУ "МИСиС", занимающейся изучением метаматериалов и созданием квантового компьтера

Уникальный метаматериал

"Мы создали уникальный плоский метаматериал, представляющий собой небольшую решетку так называемых метамолекул, вырезанных лазерной резкой из цельного куска обычной стали. Особая конфигурация сделанных таким образом ячеек создает совокупность анаполей, в которых электрические поля сосредоточены в микрообъемах (в центральных зазорах), а магнитные поля вращаются вокруг них", — пояснил Башарин.

По его словам, в эксперименте с новым метаматериалом специалистам МИСиС удалось достичь значений чрезвычайно высокой добротности.

"Полученный результат приводит к очень интересным следствиям. Например, наш метаматериал может стать основой очень чувствительных сенсоров – он может "ощущать" присутствие даже ничтожных количеств тех или иных веществ. Например, взрывчатки — можно будет "видеть", что какой-либо человек неделю назад касался гексогена", — отметил ученый.

"Можно будет обнаруживать и какие-либо лекарства. Сейчас у нас есть задумка попробовать определять антибиотики в пищевых продуктах", — сказал Башарин.

Помимо этого с помощью нового метаматериала можно будет по СТЕЛС-технологиям делать "невидимой" технику.

 

© Фото: НИТУ "МИСиС"

Оборудование лаборатории "Сверхпроводящие метаматериалы" НИТУ "МИСиС", занимающейся изучением метаматериалов и созданием квантового компьтера

Перспектива на грани фантастики

"И, пожалуй, самое фантастическое приложение анаполей, направление, которое мы развиваем, — это изучение взаимодействия объектов не с помощью электромагнитных полей, а только с помощью электромагнитных потенциалов, это знаменитый в квантовой физике эффект Ааронова-Бома", – отметил Башарин.

"Анаполь не излучает электромагнитные поля, но может излучать электромагнитные потенциалы. Тем самым появляется уникальная возможность скрывать различные объекты, точнее, экранировать их от электромагнитных полей, и создавать устройства для скрытой передачи данных только за счет модуляции векторного потенциала. Более того, это может означать, что множество объектов в природе мы просто не видим, потому что они не взаимодействуют с электромагнитными полями, а взаимодействуют исключительно с потенциалами", — сказал ученый.

По словам Башарина, специалисты МИСиС уже ищут способы экспериментально проверить такую возможность с использованием созданного ими нового метаматериала.

В случае успеха этот метаматериал можно будет использовать в качестве так называемых кубитов – основных элементов квантовых компьютеров, взаимодействие в которых осуществляется не за счет полей, а за счет потенциалов.

Источник

Сотрудники МГТУ им. Н.Э. Баумана совместно с ИФТТ РАН разработали и изготовили терагерцовые фотонно-кристаллические волноводы на основе кристаллов сапфира. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ), результаты опубликованы в журнале IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology.

Терагерцовое излучение – это электромагнитное излучение, частоты которого лежат в диапазоне 0,1-10 ТГц, занимая промежуточное положение на шкале электромагнитных волн между радиоволнами и инфракрасным излучением. Терагерцовые технологии интенсивно развиваются и находят применение в контроле конструкционных материалов, качества фармацевтической продукции, ранней неинвазивной, малоинвазивной и интраоперационной медицинской диагностики. Внедрение терагерцовых методов контроля и диагностики существенно осложнялось отсутствием терагерцовых волноводов и эндоскопических систем.

Проблема создания терагерцовых волноводов связана с отсутствием подходящих технологий и материалов для их производства. Волноводы на основе стекол и полимерных сред, широко применяемые для передачи видимого света, не могут использоваться в терагерцовой области спектра по причине сильного поглощения терагерцовых волн этими материалами.

«В обычных волноводах используется явление полного внутреннего отражения – свет, падающий под малым углом падения, не может покинуть оптически более плотную среду (волновод) и поэтому постоянно движется вдоль волновода, — пояснил руководитель Лаборатории терагерцовых технологий МГТУ им. Н.Э. Баумана, ведущий научный сотрудник Станислав Юрченко. — Фотонно-кристаллические волноводы имеют структурированное сечение, что приводит к кардинальной перестройке поля излучения внутри волновода и локализации света в центральной области волновода».

Коллектив Лаборатории терагерцовых технологий МГТУ им. Н.Э. Баумана в сотрудничестве с Лабораторией профилированных кристаллов ИФТТ РАН (руководитель — главный научный сотрудник Владимир Курлов) впервые разработал и изготовил терагерцовые фотонно-кристаллические волноводы на основе профилированных кристаллов сапфира. Данные волноводы сочетают уникальные свойства сапфира (низкое поглощение терагерцового излучения, высокую механическую прочность, термическую стойкость и химическую инертность) с технологическими достоинствами метода роста профилированных кристаллов Степанова (высоким качеством кристаллических структур, высокой скоростью роста и низкой стоимостью) и позволяют в полной мере решить проблему передачи терагерцового излучения к объекту исследования.

«Результаты исследования распространения терагерцового импульсного излучения в данных профилированных кристаллах показали возможность их использования для передачи импульсного излучения в широком спектральном диапазоне от 1,0 до 1,55 ТГц с рекордно низкими потерями – до 2,0 дБ/м», — рассказали Станислав Юрченко и научный сотрудник Лаборатории терагерцовых технологий Кирилл Зайцев.

Дальнейшие исследования коллектива физиков из МГТУ им. Н.Э. Баумана будут связаны с совершенствованием структуры профилированных кристаллов с целью расширения рабочего спектрального диапазона волновода и снижения потерь энергии излучения при передаче.

Источник

Создана ультрабыстрая и холодная замена флеш-памяти

Польские и нидерландские физики создали на основе граната магнитное устройство хранения памяти. Конструкция позволяет быстро загружать информацию и не выделять при этом в окружающее пространство большое количество тепла. Соответствующее исследование опубликовано в журнале Nature.

Основным элементом предложенного авторами устройства хранения памяти является пленка, изготовленная из диэлектрического кобальтзамещенного граната. Для снятия вырождения метастабильных магнитных состояний ионов кобальта на данный минерал направлялся пучок света от фемтосекундного лазера.

Меняя линейную поляризацию излучения, ученые добились варьирования намагниченности пленки, что позволило сохранить на ней требуемую информацию — магнитные биты 0 и 1. Скорость записи данных составила менее 20 пикосекунд на одно событие.

Физики отмечают, что предложенная ими конструкция работает при комнатной температуре и выделяет в окружающее пространство значительно меньше тепла, чем жесткие магнитные диски и флеш-память, — менее шести джоулей на кубический сантиметр.

Конструкция на основе гранатовой пленки, как отмечают авторы исследования, окажется полезной при создании устройств хранения информации нового поколения.

Источник

В Китае ввели в эксплуатацию первый в мире спутник квантовой связи

ПЕКИН, 18 янв — РИА Новости, Иван Булатов. Китай ввел в эксплуатацию первый в мире спутник квантовой связи "Мо-цзы" (Micius), сообщает Международное радио Китая (CRI).

Его разработка началась в 2011 году, а запущен "Мо-цзы" был в середине августа прошлого года с космодрома Цзюцюань в провинции Ганьсу.

 По данным радио, спутник завершил тесты на орбите и был введен в эксплуатацию 18 января. При этом ранее сообщалось, что "Мо-цзы" должен был начать работу еще во второй половине ноября. Программа тестирования "Мо-цзы" на орбите включала проверку работоспособности спутниковой платформы, тест под нагрузкой и проверку разных каналов связи спутника с наземными станциями.

Как рассказал академик Китайской академии наук Пань Цзяньвэй, все системы спутника работают исправно. По его словам, Китай может к 2030 году создать глобальную сеть квантовой связи.

С начала XX века ученые разрабатывают методики шифрования и безопасной передачи информации. Существующие способы обладают двумя ключевыми недостатками — их можно взломать при приложении достаточных вычислительных мощностей, или же информацию можно "снять" при передаче по каналу данных.

 Так называемые квантовые сети решают обе эти проблемы за счет того, что фундаментальное положение квантовой физики — принцип неопределенности Гейзенберга — не позволяет "третьему лишнему" считывать информацию с канала данных и подбирать к ней ключ. При попытке кого-то постороннего взломать квантовый канал связи передаваемая информация будет попросту уничтожена.

Источник

Европейская спутниковая система «Галилео» испытывает трудности с часами

Прошедшая на своем веку немало испытаний европейская спутниковая система «Галилео» (Galileo) столкнулась с новыми трудностями: на борту нескольких спутников, находящихся на орбите, возникли проблемы с атомными часами, сообщило Европейское космическое агентство.

Созданный для обеспечения независимости Европы от американской системы глобальной навигации GPS, проект «Галилео» с бюджетом в 10 миллиардов евро может и дальше испытывать подобные трудности, поскольку главная причина возникновения этих неисправностей с часами до сих пор не установлена, сказал журналистам в Париже генеральный директор агентства Ян Вернер (Jan Woerner).

В настоящее время в составе группировки спутников «Галилео» находится восемнадцать орбитальных аппаратов, а в конечном счете её численность планируется довести до 30 действующих спутников и двух запасных.

На борту каждого из спутников системы «Галилео» находится по четыре экземпляра атомных часов, два на рубидиевых, а другие два - на водородных мазерах, при этом для работы спутника необходимы лишь одни функционирующие часы, в то время как остальные экземпляры часов являются запасными. В настоящее время из 72 экземпляров атомных часов, находящихся на борту действующих спутников, девять приборов вышли из строя. В настоящее время космическое агентство рассматривает вопрос о возможности переноса запусков ещё четырех спутников системы «Галилео», которые по состоянию на настоящее время намечены на вторую половину 2017 г. до окончания расследования причин отказа этих бортовых «хранителей времени» спутников.

Источник

Физики придумали, как можно сплести сверхпрочную броню из волос

МОСКВА, 18 янв – РИА Новости. Физики объяснили, почему волосы человека и животных обладают высокой прочностью и их тяжело разорвать. Это открытие позволит создать волосоподобные материалы и волокна более прочные, чем кевлар, надеется журнал Materials Science and Engineering: C.

"Природа создала массу интересных материалов и структур, устроенных крайне остроумным образом. Мы очень заинтересованы в том, чтобы понять, как связаны между собой функция и структура этих биоматериалов, что поможет нам создать их синтетические аналоги, которые лучше послужат человеку", — заявил Марк Мейерс (Marc Meyers) из университета Калифорнии в Сан-Диего (США).

Последние годы физики, химики и инженеры активно изучают устройство отдельных органов и тел живых организмов, пытаясь использовать "изобретения эволюции" в новых технологиях и приборах.

Так, американские физики создали "идеальные" медицинские иглы и пластырь, изучив устройство игл дикобраза и сосков паразитических червей, а их канадские коллеги повысили прочность стекла в 200 раз, используя секреты устройства раковин моллюсков. Роботы, имитирующие манеру движения или "мышления" животных, уже достигли рекордных скоростей движения и приобрели другие удивительные способности.

Мейерс и его коллеги исследовали обычный человеческий волос, изучив его структуру и научившись воспроизводить его удивительные свойства.

Волосы, как рассказывают ученые, обладают такой же прочностью на грамм массы, как стальная проволока, выдерживая нагрузку до 270 мегапаскалей (2660 атмосфер). При этом, в отличие от металлов, волосы можно растянуть в полтора раза, и они при этом не порвутся и сохранят свои механические свойства.

Просканировав несколько волосяных нитей при помощи электронного микроскопа, ученые обнаружили, что они состоят из двух слоев белка кератина, уложенного двумя разными способами, чтобы выдерживать разные механические нагрузки. Внутренняя часть волоса состоит из слоев параллельных спиральных волокон, уложенных "штабелями", а внешняя часть состоит из таких же волокон, но соединенных друг с другом хаотично.

Их комбинация превращает волосы в аналог меда или другой тягучей жидкости, которая становится более вязкой при попытке резкого растягивания, но почти не "сопротивляется" медленному приложению силы.

Когда волосы растягиваются, спирали в "штабелях" постепенно выпрямляются и выстраиваются в новую структуру – листы из связанных друг с другом белковых молекул. Это приводит к тому, что их прочность повышается, и волосы не рвутся при резком повышении нагрузки. Подобная перестройка, как показали опыты Мейерса и его команды, в некоторых случаях обратима, и волосы часто возвращаются в первозданное состояние при снятии нагрузки.

Эти данные, как считают авторы статьи, помогут создать искусственные материалы с аналогичными свойствами, пригодные, например, для изготовления бронежилетов, а также других инструментов и приборов, где требуется высокая прочность и небольшой вес.

Источник

В атмосфере Венеры замечена необычная, дугообразная структура

Японские ученые открыли в атмосфере Венеры гигантскую, дугообразную структуру, которая выглядит неподвижной по отношению к медленно вращающейся планете. Однако облака несутся вокруг этой «дуги» со скоростью примерно 100 метров в секунду. Так что же собой представляет эта загадочная «дуга»?

Для атмосферы Венеры, в отличие от атмосферы Земли, свойственно так называемое супервращение. На высоте примерно 50-65 километров, где давление атмосферы составляет от 10 до 100 процентов атмосферного давления у поверхности Земли, скорость вращения атмосферы Венеры достигает 100 метров в секунду – что примерно в 60 раз выше линейной скорости точек поверхности планеты при её суточном вращении. На Земле же скорость самых быстрых ветров едва достигает 10-20 процентов от линейной скорости точек поверхности планеты при её суточном вращении.

Согласно новому анализу снимков, сделанных при помощи японского венерианского спутника «Акацуки» (Akatsuki), запущенного в 2010 г. и вошедшего на орбиту ко второй от Солнца планете нашей планетной системы в 2015 г., эта загадочная гигантская дугообразная структура может представлять собой стационарную атмосферную гравитационную волну (не путать с гравитационными волнами, предсказываемыми в рамках ОТО Эйнштейна). Гравитационные волны формируются границе раздела между атмосферой и поверхностью планеты или между различными горизонтальными атмосферными слоями, когда сила гравитации противостоит способности вещества всплывать наверх.

Хотя гравитационные волны небольшого размера были неоднократно замечены в приповерхностных слоях атмосферы Венеры, однако настолько крупные образования в атмосфере Венеры ранее никогда не наблюдались. На самом деле, до сих пор остается неясным, возможно ли принципиальное существование настолько крупных гравитационных волн на поверхности Венеры.

Исследование вышло в журнале Nature Geoscience; главный автор исследования Тэцуя Фукухара (Tetsuya Fukuhara).

Источник

Физики из МФТИ нащупали предел скорости работы световых компьютеров

МОСКВА, 17 янв – РИА Новости. Ученые из Московского физтеха выяснили, с какой скоростью информация может распространяться внутри световых чипов, и пришли к выводу, что их использование повысит скорость обмена информацией в примерно 500 раз, говорится в статье, опубликованной в журнале Physical Review Applied.

"Шумы играют ключевую роль чуть ли не в половине всех бытовых устройств: начиная с мобильных телефонов и телевизоров и заканчивая оптоволоконными сетями. Усиление сигнала неизбежно приводит к ухудшению соотношения сигнал-шум. Причём чем больше усиление или, как в нашем случае, компенсируемые потери, тем больше шума следует ожидать на выходе. В плазмонных волноводах с усилением это проявляется наиболее ярко", — рассказывает Дмитрий Федянин из МФТИ в Долгопрудном, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

В последние годы зарубежные и отечественные ученые все активнее работают над созданием световых аналогов современных полупроводниковых компьютеров, в которых роль носителя информации будет играть свет, а не электрический ток. На пути создания таких вычислительных устройств, которые в теории будут в сотни и тысячи раз быстрее обычных компьютеров и потреблять заметно меньше энергии, существует несколько очень сложных проблем, которые ученые сейчас постепенно решают.  Одну из них физики из МФТИ недавно решили, придумав, как можно заставить свет бесконечно путешествовать внутри чипа, периодически усиливая его.

Эта проблема в работе световых компьютеров, как рассказывает Федянин и его коллега Андрей Вишневый, заключалась в том, что свет быстро гаснет внутри микроскопических волноводов, позволяющих "длинным" световым волнам двигаться через микроскопический чип. Для борьбы с этим угасанием ученые сегодня работают над созданием технологий усиления света, неизбежно вносящих помехи в сигнал.

Вишневый и Федянин решили проверить, какие фундаментальные ограничения налагают эти помехи на скорость передачи данных внутри таких чипов.  Для этого российским физикам пришлось разработать теорию, описывающую появление этих "световых" шумов, и создать на ее основе компьютерные модели, имитирующие процесс их возникновения.

Как объясняют исследователи, главным источником шумов в световых компьютерах является так называемое "спонтанное излучение" – склонность электронов, которые ученые прокачивают через стенки плазмонных световодов, "несанкционированно" терять энергию и испускать частицы света. Эти частицы света обычно обладают случайными свойствами и широким спектром, благодаря чему они забивают световой сигнал и мешают определению того, несет ли текущий импульс логическую единицу или ноль.

Расчеты Федянина и Вишневого показывают, что эти шумы резко усиливаются при повышении коэффициента усиления света, что резко ограничивает их применимость или скорость работы из-за необходимости корректировать ошибки, возникающие при передаче данных. Часть из этих шумов можно отфильтровать, тогда как другие всегда будут оставаться в сигнале и ограничивать его применимость.

В целом, по словам физиков, скорость передачи данных на один канал связи в таких чипах не будет превышать скорость работы полупроводниковых чипов в более чем 500 раз при одинаковых размерах световода и металлической дорожки внутри процессора.

Как надеются Вишневый и Федянин, разработанная ими теория и модели помогут инженерам подобрать наиболее оптимальные материалы и параметры для изготовления световодов, обеспечивающие минимальные шумы при передаче сигнала, максимальную скорость передачи данных и низкое энергопотребление.

Источник

Физики выяснили, как бьется металлическое стекло

МОСКВА, 17 янв – РИА Новости. Американские физики смоделировали и просчитали процесс раскалывания стекла, что поможет создать более прочные и сложные по составу металлические стекла, сообщает журнал PNAS.

"Разрушением стекла управляет два процесса. Один связан с формированием стекла – при застывании в нем формируется множество слабых и сильных точек. Второй фактор – случайность этого процесса. Все химические реакции требуют сосредоточения энергии на каком-то типе движений, но атомы и молекулы в стеклах двигаются очень сложным образом, и поэтому приходится ждать, когда такая реакция случайно произойдет. Нужно некое "ядро раскола", чтобы стекло раскололось", — рассказывает Питер Волынес (Peter Wolynes) из университета Райсов в Хьюстоне (США).

Речь идет не о простом стекле, а о так называемом металлическом стекле, изобретенном в середине 20 века. Его делают из специального сплава металлов, в отличие от обычного силикатного стекла, которое состоит из оксида кремния и окислов кальция, натрия и некоторых других элементов. Металлическое стекло устойчиво к коррозии и износу, легко поддается плавке и отливке, и к тому же оно не такое хрупкое, как обычное стекло.

Сплавы в металлическом стекле аморфны, тогда как в традиционных сплавах металлов образуется кристаллическая решетка. При этом ученые находят свидетельства того, что в металлических стеклах есть и некие промежуточные однородные структуры, когда атомы не только образуют упорядоченные группы с соседними атомами, как в аморфном состоянии материи, но и формируют более крупные домены.

Физические свойства металлических стекол еще не до конца изучены, и Волынес и его коллега Апиват Виситсорасак (Apiwat Wisitsorasak) попытались раскрыть одну из главных тайн этих сплавов – то, почему и как они бьются.

Как объясняют ученые, главным отличием металлических стекол от прочих сплавов является то, что молекулы и атомы в них не стоят на месте, а постоянно двигаются. Фактически стекло представляет собой жидкость, движение которой "заморожено".

Если стекло сжать достаточно сильно, в нем появятся особые зоны напряжения, так называемые сдвиговые полосы, вдоль которых стекло начинает кристаллизоваться, расслаиваться и раскалываться на части. О существовании этих зон ученые знали давно, но то, как они возникают и что управляет их развитием, оставалось под вопросом.

Виситсорасак и Волынес закрыли этот пробел в научных знаниях, создав компьютерную модель, которая просчитывала формирование сдвиговых полос внутри стекла при приложении критического давления. Модель была разработана на базе теорий о формировании металлического стекла, над которыми университет Райсов трудится на протяжении последних 20 лет.

По словам физиков, их формулы позволили корректно описать процесс раскалывания листов металлического стекла марки Vitreloy 1, созданного в Калифорнийском технологическом институте в начале текущего века.

Моделирование экономит месяцы исследований свойств стекол, что ускорит их изучение и создание "идеального" металлического стекла, которое будет обладать высокой прочностью и при этом не потеряет все положительные качества этой формы сплавов.

Источник

Микроорганизмы могут выжить в разреженной марсианской атмосфере

Микробы, которые считаются самыми простыми и древними организмами на Земле, могут выжить в экстремально тонкой марсианской атмосфере, сообщается в новом исследовании.

В новой работе группа исследователей во главе с астробиологом Ребеккой Микол (Rebecca Mickol) из Университета Арканзаса, США, провела эксперимент, в ходе которого была исследована способность бактерий, называемых метаногенами, выживать в условиях разреженной атмосферы, имитирующей марсианскую.

Исследуемые в ходе эксперимента четыре вида бактерий-метаногенов были помещены в тестовые пробирки с жидкостями, имитирующими жидкости, протекающие через подповерхностные марсианские водоносные слои. Питанием для микробов служил молекулярный водород, а жидкости сверху были накрыты хлопковыми тампонами, которые, в свою очередь, были покрыты грунтом, имитирующим поверхность Марса. Из всех пробирок был откачан воздух до остаточного давления примерно в шесть тысячных долей атмосферы.

Результаты этих экспериментов показали, что все эти бактерии-метаногены смогли выжить в пробирках при низких давлениях в течение заданного времени эксперимента, составлявшего от 3 до 21 дня. «Эти эксперименты показывают, что для некоторых биологических видов давление не имеет большого значения», - сказала Микол.

«Следующим этапом наших исследований станет включение в эксперимент фактора температуры. Мы собираемся воссоздать в нашей лаборатории низкие температуры, которым подвергаются организмы, гипотетически существующие на поверхности Красной планеты», - пояснила она.

Исследование опубликовано в журнале Origins of Life and Evolution of Biospheres.

Источник

Ученые из России создали наночастицы-"гранаты", убивающие рак

МОСКВА, 16 янв – РИА Новости. Биологи и химики из России и Финляндии разработали новый тип наночастиц, которые можно заполнять химиотерапией и использовать для доставки токсичных веществ внутрь раковых опухолей, говорится в статье, опубликованной в Journal of Controlled Release.

"В культуру клеток вводились наночастицы с противоопухолевым препаратом, после этого мы подвергали наночастицы либо электромагнитному, либо инфракрасному облучению. В этих условиях температура образцов повышалась, полимерное покрытие сжималось, выпуская действующее вещество из пор", — рассказал Андрей Кудрявцев из Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН в Пущино.

В последние годы ученые создали несколько принципиально новых методов лечения рака, опирающихся на различные органические или неорганические наночастицы. В некоторых случаях наночастицы сами по себе служат средством для удаления опухоли, выступая в качестве своеобразной "мишени", на которую наводятся или иммунные клетки, или излучение лазера, нагревающее частицы и сжигающее клетки.

В других случаях, как рассказывают Кудрявцев  и его коллеги, наночастицы выступает лишь как средство доставки опасных молекул в опухоль, что ограничивает их действие и позволяет снизить дозу, необходимую для полного уничтожения раковых клеток. В качестве таких наночастиц могут выступать как различные органические структуры, имитирующие клетки, так и неорганические соединения, невидимые для иммунной системы.

Кудрявцев и его коллеги объединили плюсы того и другого подхода, создав пористые наночастицы из кремния. Их можно наполнить любым веществом и изолировать от внешнего мира, благодаря чему молекулы химиотерапии не будут убивать здоровые клетки и органы.

Подобные наночастицы, как объясняют ученые, работают благодаря одной интересной способности опухолей – скапливать в себе весь "мусор", который содержится в организме. Кроме того, температура внутри опухолей обычно бывает заметно выше нормы, что позволяет их легко локализовать.

Руководствуясь этими идеями, российские исследователи и их финские коллеги создали наночастицы, сохраняющие стабильность только при определенных температурах. Для этого они покрыли наночастицы особым теплочувствительным полимером, который расширялся при температуре выше 37 градусов Цельсия, и растягивал наночастицу, выпуская ее содержимое. 

Благодаря этому покрытию содержимое наночастиц оставалось прочно запечатанным в них до того момента, пока они не попадут в опухоль, а ученые не "подсветят" ее при помощи лазера или радиоизлучателя. Как показали опыты на мышах, в чье тело были имплантированы культуры клеток рака легких, подобные наночастицы действительно эффективно уничтожают раковые клетки и минимально действуют на окружающие их здоровые ткани.

Сейчас ученые работают над оптимизацией этой методики лечения рака, подбирая оптимальные размеры частиц, их концентрацию и другие параметры, которые сделают лечение максимально безопасным и эффективным для человека. Плюсов добавляет то, что эти наночастицы легко разлагаются организмом и не несут ему опасности, в отличие от металлических наночастиц, также используемых для борьбы с раком.

Источник

Китайские ученые создали самый яркий ультрафиолетовый лазер

МОСКВА, 16 янв – РИА Новости. Физики из КНР создали самый яркий и мощный вакуумный ультрафиолетовый лазер, способный увидеть и "пощупать" отдельные электроны в молекулах и атомах, сообщает пресс-служба Китайской академии наук.

"Ультрафиолетовые лазеры на свободных электронах имеют широкое практическое и научное применение в области энергетики, химии, физики и при изучении свойств атмосферы. Мы ожидаем, что эта установка поможет нам совершить множество важных открытий и проложит дорогу для сотрудничества с международными партнерами", — заявил Сюэмин Ян (Xueming Yang), руководитель проекта из Китайской академии наук.

Так называемые лазеры на свободных электронах сегодня привлекают огромное внимание со стороны ученых и военных. Первых интересуют огромные возможности по использованию таких установок для получения изображений молекул, атомов и различных материалов, в том числе живых клеток, с огромным разрешением, а вторых – почти неограниченная мощность и относительная компактность

Сегодня российские и европейские ученые близки к завершению работы над мощнейшим рентгеновским лазером такого типа – установки XFEL, строящейся в немецком Ганновере. В прошлом году физики протестировали работу ключевой части этого ускорителя и подтвердили, что он будет готов к работе в этом году.

Их китайские коллеги из Китайской академии наук завершили постройку похожего, но несколько иного излучателя – ультрафиолетового лазера DCLS в городе Далянь. По словам ученых, этот лазер является самым мощным ультрафиолетовым излучателем в мире и единственным устройством подобного рода, работающем в так называемой "вакуумной" части ультрафиолетового диапазона.

DCLS стал первым лазером на свободных электронах, который был построен на территории КНР. Его постройка началась в 2012 году силами Института химической физики КАН в Даляне и Прикладной физики КАН в Шанхае, и в октябре прошлого года начались первые тесты по проверке всех компонентов лазера. В январе они завершились, и сейчас мощнейший ультрафиолетовый лазер готов совершать открытия и ставить рекорды.

По словам китайских физиков, им удалось добиться супер-высокой "кучности" лазерных импульсов, расхождение в энергиях фотонов в которых минимально. На текущий день DCLS способен вырабатывать пучки, содержащие в себе около 140 триллионов фотонов высокой энергии, однако ученые полагают, что этот показатель можно будет улучшить.

Источник

Физики впервые увидели квантовое будущее

МОСКВА, 16 янв – РИА Новости. Физики из Австралии впервые смогли предсказать поведение квантовой системы и помочь ей избежать разрушения, что открывает новые возможности по разработке квантовых компьютеров, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.

"Как и различные чипы и устройства во всех наших мобильных телефонах, квантовые системы постепенно разрушаются. Только в квантовом мире этот процесс длится секунды, а не годы", — рассказывает Майкл Бирчук (Michael Biercuk) из университета Сиднея (Австралия).

Речь идет о так называемом феномене квантовой когерентности. Самым ярким и известным его примером является знаменитый "кот Шредингера", одновременно находящийся и в живом, и в мертвом состоянии до того, как кто-то попытается узнать, что на самом деле с ним произошло. Это свойство квантового мира является базой для всех квантовых технологий, разрабатываемых сегодня, – шифрования, квантовых вычислений, сверхточных "линеек" и даже квантовой телепортации.

Развитию и практическому применению всех этих "технологий будущего" мешает другой феномен – так называемая декогеренция, разрушение квантовых связей между подобными объектами. Большинство ученых считают, что декогеренция происходит из-за взаимодействия квантовых объектов с окружающей средой, но часть физиков полагают, что этот процесс носит более фундаментальный характер.

Бирчук и его коллеги предполагают, что им удалось сделать большой шаг к решению этой проблемы, разработав методику, которая позволяет предсказывать поведение отдельных квантовых объектов в будущем и избегать декогеренции.

Для решения этой задачи ученые воспользовались статистическими алгоритмами, которые сегодня применяются для анализа гигантских массивов данных в системах искусственного интеллекта. Эти алгоритмы, как объясняет Бирчук, необходимы для того, чтобы вслепую предсказывать случайные процессы, происходящие в квантовой системе, и воздействовать на нее в тот момент, когда когерентность начинает разрушаться.

По его словам, этот процесс очень похож на то, как если бы профессиональный игрок в теннис, которому завязали глаза, пытался отбить мяч, летящий в случайном направлении. И, как отмечает Бирчук, это на самом деле можно сделать.

Ученые продемонстрировали работу своего алгоритма, используя набор из атомов иттербия, редкоземельного метала, часто применяемого для создания кубитов – простейших компонентов квантового компьютера. Охладив их почти до абсолютного нуля, ученые связали часть кубитов друг с другом и попытались продлить им жизнь, используя вероятностные предсказания их программы.

Эти опыты, по словам Бирчука, завершились успешно, что открывает дорогу для внедрения подобных алгоритмов в проекты по созданию квантовых компьютеров и систем связи. Как надеется ученый, открытие его группы ускорит создание квантовых вычислительных систем, первые прототипы которых, как считают эксперты журнала Nature, могут появиться уже в этом году.

Источник