Научная среда – новости о наукѣ и техникѣ. Выпускъ #55

Середина недѣли принесла свѣжій выпускъ нашей научной рубрики:

• Новый стабильный катализаторъ превращаетъ углекислый газъ въ топливо.
• Физики ​МФТИМФТИ​ приблизили созданіе квантоваго компьютера въ Россіи.
• Аналитики изъ разныхъ компаній сходятся во мнѣніи, что черезъ 10–20 ​лѣтъ​ на многихъ рынкахъ не останется курильщиковъ.
• Ради науки 15 незнакомцевъ проведутъ 40 дней въ темной пещерѣ безъ связи.
• Илъ-112Въ совершилъ свой второй полетъ, а МС-21 пытаютъ холодомъ и влажностью.
• ANAIS не воспроизвелъ результаты DAMA/LIBRA по поиску темной матеріи.

Научная среда – новости о науке и технике. Выпуск #55

Середина недели принесла свежий выпуск нашей научной рубрики:

• Новый стабильный катализатор превращает углекислый газ в топливо.
• Физики МФТИ приблизили создание квантового компьютера в России.
• Аналитики из разных компаний сходятся во мнении, что через 10–20 лет на многих рынках не останется курильщиков.
• Ради науки 15 незнакомцев проведут 40 дней в темной пещере без связи.
• Ил-112В совершил свой второй полет, а МС-21 пытают холодом и влажностью.
• ANAIS не воспроизвел результаты DAMA/LIBRA по поиску темной материи.

Новости одной строкой

• За два года работы космический телескоп TESS отыскал 2241 кандидата в экзопланеты, из которых около 120 уже подтверждены.
• После многочисленных проблем, препарат COVID-19 Vaccine AstraZeneca официально переименовали в Vaxzevria. Без каких-либо изменений в самом лекарстве.
• Астрономы выяснили, что первая в истории межзвездная комета Борисова оказалась еще и первым наблюдаемым реликтом своей планетной системы, который никогда не приближался к звездам – ее вещество оставалось нетронутым со времен образования в протопланетном диске.
• Австралийские астрономы обнаружили черную дыру с массой в 55 000 солнечных. Это небесное тело промежуточной массы невероятно редкое, и до сих пор подобных объектов астрофизики не находили.
• Компьютерный алгоритм генерации текстов OpenAI GPT-3, который используется разработчиками в более чем 300 различных приложениях, научился создавать уже по 4,5 миллиарда слов в день.
• Аналитики из разных компаний сходятся во мнении, что через 10–20 лет на многих рынках не останется курильщиков. Всего за 20 лет количество курящих детей сократилось почти на три четверти. Директор Philip Morris сказал, что продажи сигарет во многих странах в течение 10–15 лет могут полностью прекратиться.

Научная среда

Новый стабильный катализатор превращает углекислый газ в топливо

Химики оптимизировали уже имеющиеся медные катализаторы для конверсии углекислого газа в полезные промышленные соединения и топливо. Ученые смогли повысить селективность и стабильность катализаторов.

Углекислый газ, выбросы которого, как считается, способствуют глобальному потеплению, является хорошим сырьем для получения целого ряда важных для химической и топливной промышленностей соединений. Например, при нагревании CO2 с водородом, он может восстанавливаться до угарного газа, который, в свою очередь, при взаимодействии с H2 может превратиться в метан или метанол, в зависимости от используемого катализатора. Кроме того, возможны и другие реакции синтеза органических соединений с участием углекислого газа.

Авторы новой работы выяснили, что добавление в медный катализатор атомов бора повышает его стабильность. В своем исследовании ученые провели эксперименты с различными соотношениями меди и бора. В результате они определили оптимальный состав сплава, при котором в процессе синтеза из CO2 получалось больше продуктов с двумя и более атомами углерода в главной цепи.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Физики МФТИ приблизили создание квантового компьютера в России

В лаборатории искусственных квантовых систем МФТИ впервые в России создана квантовая интегральная схема на основе пяти сверхпроводниковых кубитов. Она приближает создание полномасштабных универсальных квантовых процессоров и симуляторов. Эту полностью управляемую многокубитую квантовую схему можно считать прототипом квантового процессора, каких в мире пока совсем немного.

После получения первого российского кубита в 2015 году в стенах нашей лаборатории мы многому научились. Все эти годы сотрудники ЦКП МФТИ и лаборатории трудились над улучшением технологии изготовления сверхпроводящих квантовых структур с различной архитектурой. В результате сейчас мы имеем технологию, которая уже достаточно надежна для создания многокубитных вычислительных устройств. Созданная нами интегральная квантовая схема, в отличие от ранее разработанных в России прототипов, позволяет полностью контролировать состояние всех пяти кубитов. Такие интегральные схемы и необходимы для создания универсального квантового компьютера на сверхпроводящих кубитах.

Новое устройство уже сейчас может быть использовано в квантовом машинном обучении – области науки на пересечении квантовой физики и обработки данных. Квантовые системы могут ускорять вычисления и сокращать количество параметров в нейросети. Благодаря этому квантовые нейросети становятся более выразительными и позволяют описать задачу меньшим числом параметров. Система также поможет в исследовании подходов к созданию квантовых симуляторов, служащих для контролируемой имитации поведения естественных систем, не поддающихся классическим расчетам.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Магнитные импульсы помогли создать карты активности мышц для диагностики двигательных нарушений

Сегодня магнитную стимуляцию головного мозга активно используют в психиатрии и неврологии для лечения депрессии, болевых синдромов и других недугов. Но метод до сих пор не так широко применяют для оценки двигательной коры мозга и нарушений опорно-двигательного аппарата при разных заболеваниях, в ходе тренировок или реабилитации. Российские ученые посмотрели, насколько надежные данные дает использование этого метода при создании карт мышечной активности. Исследователям удалось точно отследить межмышечные взаимодействия карт разных мышц руки. В перспективе это позволит отслеживать изменения в головном мозге у пациентов с двигательными нарушениями. Исследование опубликовано в журнале Human brain mapping.

Добровольцы проходили два сеанса картирования с помощью нТМС (навигационной транскраниальной магнитной стимуляции) с интервалом в 5–10 дней. Ученые фиксировали сокращения трех мышц, управляющих движениями кисти и пальцев. Так им удалось получить ТМС карты мышц на двигательной коре. Анализ показал, что обычно используемые показатели, такие как площади, объемы и центры тяжести, имеют высокую относительную и низкую абсолютную достоверность. Первая оценивает результаты повторных измерений, а вторая – изменение данных для одного испытуемого. У перекрытий между ТМС картами разных мышц была высокая абсолютная воспроизводимость, что позволило отследить взаимодействия между этими картами.

У нашего исследования есть не только фундаментальное значение, оно также открывает новые возможности для использования нТМС моторного картирования для оценки изменений коры у здоровых людей и пациентов с неврологическими состояниями, например у людей, проходящих реабилитацию после инсульта.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Свет в центре нашей галактики: новое поразительное объяснение

Необъяснимое до сих пор свечение в центре Млечного Пути, которое годами озадачивало ученых, может быть следствием аннигиляции темной материи.

Более десяти лет ученые были озадачены странным светом в центре нашей галактики. У этих гамма-лучей не было какой-либо видимой причины. Ученый предположил, что это гамма-свечение может быть связано с темной материей – загадочной субстанцией, которая, в первую очередь, известна тем, что не излучает свет.

Ди Мауро не первый ученый, который предположил, что темная материя может являться причиной необъяснимых гамма-лучей, которые в совокупности известны как превышение ГэВ в Центре Галактики (Galactic Center GeV Excess, GCE). Но, изучая новые данные, собранные различными обсерваториями, Ди Мауро подтвердил, что виной всему темная материя, которую в своем исследовании он называет "одной из самых интригующих загадок в физике астрономических частиц".

Собранные к сегодняшнему дню данные позволили Ди Мауро пролить новый свет на пространственное распределение GCE и его относительные уровни энергии. Результаты показали, что уровни энергии гамма-излучения очень похожи на те, которые мы могли бы наблюдать, будь это аннигиляция темной материи.

Не факт, что именно темная материя стала причиной GCE в центре Галактики, но вероятность этого выше, чем у других объяснений. Например, что виной всему пульсары.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Физики смогли "запутать" молекулы газа

Исследователи уже создали запутанные состояния в атомах, фотонах, электронах и ионах. Теперь ученые смогли создать стабильное состояние квантовой запутанности в двумерных газах.

До сих пор запутывать удавалось только элементарные частицы, а также некоторые атомы и ионы. Но физики стремились к большему – они хотели научиться запутывать между собой молекулы, потому что они являются привлекательным объектом для квантового моделирования, хранения квантовой информации и точных измерений. Также они имеют большое количество внутренних степеней свободы, которые могут быть полезным ресурсом для квантового зондирования и фундаментальных физических экспериментов.

Запутать молекулы мешала сложность их охлаждения и химические реакции, которые мешали дипольным взаимодействиям между частицами системы. В новом исследовании ученые смогли решить эту проблему – они сжали молекулярный газ в плоские структуры, похожие на блин. Исследователи обнаружили, что внутри блина подавляются нежелательные химические реакции и усиливаются дипольные взаимодействия между молекулами.

Открытие может помочь разработать устройства для измерения различных физических характеристик, таких как напряженность электрического поля, с высокой точностью.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Усилилось расхождение данных LHCb с предсказаниями Стандартной модели

Коллаборация LHCb, завершив обработку всей набранной к настоящему времени статистики, обнародовала долгожданные результаты по проверке лептонной универсальности в редких распадах B-мезонов. Лептонная универсальность – краеугольный камень Стандартной модели, поэтому обнаружившиеся несколько лет назад намеки на ее нарушение вызвали ажиотаж среди теоретиков. Новые результаты подтверждают расхождение; его статистическая значимость выросла до 3,1 стандартного отклонения.

Шесть-семь лет назад очень многие физики, изучавшие мир элементарных частиц, пребывали в ожидании грядущих фундаментальных открытий. По итогам первого сеанса работы Большого адронного коллайдера обнаружилось несколько очень любопытных отклонений от предсказаний Стандартной модели. Некоторые из них относились к энергиям выше 1 ТэВ, и теоретики видели в них намеки на новые тяжелые частицы, что сулило целый фейерверк открытий. Другие отклонения касались свойств открытого накануне бозона Хиггса, из-за чего многие физики начали всерьез подозревать, что хиггсовский механизм в нашем мире вовсе не так скучен, как постулировалось в Стандартной модели. И наконец, были никем не предсказанные отклонения в редких распадах B-мезонов – хорошо известных частиц, которые исследуются вдоль и поперек уже несколько десятилетий.

В 2015 году стартовал второй сеанс работы коллайдера, LHC Run 2. Энергия столкновений возросла, статистика увеличивалась рекордными темпами – и по мере обработки поступавших данных экспериментаторы безжалостно закрывали одно отклонение за другим. К началу 2018 года все намеки на что-либо нестандартное в свойствах бозона Хиггса и в области больших масс исчезли.

Однако отклонения в распадах B-мезонов оказались на удивление стойкими. По мере того, как экспериментальные группы – в особенности, коллаборация LHCb – обрабатывали все новые и новые данные и улучшали методику анализа, погрешности уменьшались, но отклонения от Стандартной модели держались.

И вот на днях, после нескольких лет кропотливой работы, коллаборация LHCb наконец-то предъявила анализ всей статистики сеанса Run 2, которая примерно вдвое превысила выборку, использованную в 2019 году. Значение RK оказалось равным примерно 0,846 ± 0,044, что отличается от единицы уже на 3,1 стандартных отклонения. По сравнению с результатом 2019 года, погрешность заметно уменьшилась, но центральное значение никуда не сдвинулось. Это очень обнадеживающий сигнал!

Полную версию материала читайте по ссылке.

Ради науки 15 незнакомцев проведут 40 дней в темной пещере без связи

Во Франции стартовал необычный эксперимент, который должен выявить, как изоляция и отсутствие представления о времени влияют на психику и биоритмы человека. Участники исследования отправились в добровольное заточение в пещеру на целых 40 дней!

Эксперимент проходит при участии 15 человек в возрасте от 27 до 50 лет. Добровольцы будут жить в пещере Ломбривес в Арьеже в течение 40 дней (с 14 марта по 22 апреля). Им было предоставлено четыре тонны припасов и педальная динамо-машина, однако с собой у них нет ни часов, ни смартфонов.

Внутри пещеры установлены специальные датчики, которые будут помогать ученым снаружи следить за происходящим. Поэтому в случае плохого самочувствия эксперты смогут быстро среагировать и помочь добровольцам. Первое время участникам придется несладко, так как температура в пещере составляет всего 12°C, а влажность – 95%.

В 1972 году геолог Мишель Сиффра провел несколько длительных периодов времени под землей, обнаружив, что продолжительность циркадного ритма человеческого организма может изменяться в зависимости от источников освещения. Именно этот вопрос Клот хочет изучить более детально во время необычной экспедиции.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Ил-112В совершил свой второй полет, а МС-21 пытают холодом

Турбовинтовой Ил-112 разрабатывается с начала 2000-х годов для замены стремительно вырабатывающих свой ресурс и морально устаревших Ан-24 и Ан-26. Самолет оснащается двумя двигателями ТВ7−117СТ мощностью 3100 лошадиных сил каждый при взлетном режиме.

https://www.youtube.com/watch?v=oBr4UW4rOAE

С момента первого полета, в ходе которого были проверены основные аэродинамические характеристики, были доработаны все системы самолета и проведена работа по снижению веса воздушного судна, что позволило передать самолет на этап предварительных испытаний, проводимых совместно с Министерством обороны. Параллельно идет подготовка производства к серийному выпуску до 12 самолетов в год, что удовлетворит потребности Минобороны в военно-транспортных самолетах данного типа и обеспечит устойчивую загрузку предприятия.

Очередным этапом тестов МС-21-310 с двигателями ПД-14 стал перелет в аэропорт Архангельска для проведения сертификационных испытаний в условиях естественного обледенения над побережьем Белого моря (сочетание высокой влажности и низких температур в воздухе). Там его ждут около 20 полетов, в ходе которых проверят эффективность противообледенительных систем самолета.

Полную версию материала читайте по ссылке.

ANAIS не воспроизвел результаты DAMA/LIBRA по поиску темной материи

Эксперименту ANAIS по поиску темной материи после трех лет сбора данных не удалось воспроизвести результаты эксперимента DAMA/LIBRA, который с высокой точностью находит следы существования темных частиц. Оба эксперимента основаны на идее, согласно которой увидеть неподвижные скопления темной материи в галактическом гало можно по колебаниям темпов регистрации частиц в сцинтилляционных детекторах с периодом в год из-за изменения скорости движения Земли за счет ее вращения вокруг Солнца. Первая версия такого эксперимента, которая впоследствии превратилась в DAMA/LIBRA, увидела как раз такие колебания еще в 1998 году, но эти и дальнейшие наблюдения не подтвердились ни на одном из других экспериментов по поиску темной материи, а к методам анализа данных DAMA/LIBRA есть много претензий. Эксперимент ANAIS с точностью до вещества-сцинтиллятора повторяет своего предшественника и собирает данные с 2017 года, а теперь сообщил об отсутствии колебаний в темпе регистрации частиц в ходе наблюдений за первые три года.

Несмотря на схожесть с DAMA/LIBRA в используемой массе сцинтиллятора (112 килограмм у ANAIS против 250 килограмм у DAMA/LIBRA) и в принципе изоляции детектора от космических лучей (оба эксперимента расположены под землей, ANAIS – на глубине 800 метров, DAMA/LIBRA – на глубине 1400 метров), у ANAIS есть ряд преимуществ. Так, сбор данных эксперимент проводил в течение 94 процентов времени после начала работы, и предоставляет информацию о всех зарегистрированных событиях. ANAIS обладает стабильной системой сбора данных, эффективность и достоверность которой в ходе эксперимента проверялась каждые две недели с помощью калибровки внешним источником на кадмии-109.

В результате ученым не удалось найти следов периодических колебаний темпов регистрации даже при условии, что частота и фаза колебаний в ходе анализа не фиксировалась. Кроме того, полученные данные о работе детектора физики использовали в планировании дальнейших двух лет измерений с помощью ASAIS, и ожидают превысить точность расхождения с DAMA в 3σ до осени 2022 года, а при продолжении измерений еще в течение года – в 4σ.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Машинное обучение ускорило моделирование процессов в термоядерном реакторе

Физики показали, что алгоритм с машинным обучением может ускорить численное моделирование турбулентных потоков в плазме термоядерного реактора. Это поможет увеличить время удержания.

Конечной целью исследований управляемого термоядерного синтеза является достижение этапа, когда производимая установкой энергия будет превышать ту, что требуется для его запуска. Для этого необходимо увеличить время удержания плазмы в реакторе, но пока это плохо удается из-за ряда проблем, в том числе связанных с возникновением непредсказуемых турбулентных потоков в плазме.

Для обучения нейросети физики использовали реальные экспериментальные данные, полученные на токамаке QuaLiKiz. Затем обученную нейросеть объединили с более крупной средой моделирования JINTRAC, которая позволила рассчитать все физические процессы, происходящие внутри плазмы термоядерного реактора. Оказалось, что новая программа проводит расчеты довольно точно: они отличаются от используемых моделей менее чем на 10%. Это относительно немного, но время моделирования новой нейросети на одном ядре составляет всего два часа, тогда как предыдущие программы для этой же цели требовали 217 часов и 16 ядер.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Научные видео

https://www.youtube.com/watch?v=3CUdamMSPDs https://www.youtube.com/watch?v=VJY2CimbwTo https://www.youtube.com/watch?v=hDc0TPcCmrE

Основные источники:

• neuronovosti.ru
• popmech.ru
• nplus1.ru
• elementy.ru

Спасибо за внимание, и помните, что никогда не поздно "Учиться, учиться и еще раз учиться!"

Прошлый выпуск рубрики:

• Небольшие перерывы в работе повышают вовлеченность и снижают усталость.
• Под дном Тихого океана нашли новый тип базальта.
• Ученые выяснили, что "сюсюкаться" с ребенком не просто можно, но и нужно.
• Умная куртка получит электроэнергию от трения и пота.
• Как распознать стресс у собаки: ученые выпустили специальное руководство.
• B-мезон предпочел распадаться на электроны вместо мюонов.

Источник