Научная среда – новости о науке и технике. Выпуск #75

• Физики научились превращать котенка Шредингера в кота и наоборот.
• Корпускулярно-волновой дуализм фотона подтвердили экспериментально.
• Новый материал поможет защитить кубиты в квантовых компьютерах.
• Компания Tesla в следующем году выпустит антропоморфного робота Tesla Bot.
• Исследователи перенесли в картофель человеческий белок, ответственный за ожирение. Это сделало картофель крупнее.
• В польской "Долине смерти" обнаружены новые доказательства зверств нацистов.

Новости одной строкой

• Впервые в истории метеонаблюдений в самой высокой точке ледникового покрова Гренландии прошел дождь.
• Первые четвероногие появились на Земле примерно 390 миллионов лет назад, установили британские ученые. На 15 миллионов лет раньше, чем считалось.
• В будущем учебном году вырастет количество бюджетных мест для студентов-инженеров, медиков и IT-специальностей: добавится более чем 23 тысячи мест.
• Компания Tesla в следующем году выпустит антропоморфного робота Tesla Bot, предназначенного для работы, которую не любят делать люди.
• Грудное молоко борется с инфекциями лучше, чем антибиотики. Ученые уже поняли, что именно олигосахариды справляются с бактериями лучше любых антибиотиков, но пока не смогли разгадать действие механизма.

Научная среда

Физики научились превращать котенка Шредингера в кота и наоборот

Группа физиков применила квантовый подход к процессу генерации старших гармоник в поле интенсивного лазерного излучения. Они показали, что состояние поля, создаваемое в таком процессе, оказывается существенно неклассическим и может быть описано как состояние кота Шрёдингера. Вместе с расчетами ученые провели и эксперимент, который подтвердил теорию.

В своей новой работе группа физиков из Испании и Греции при участии Мачея Левенштейна (Maciej Lewenstein) из Барселонского института науки и технологий провела теоретическое и экспериментальное исследование неклассических состояний света при генерации старших гармоник. Они показали, что в таком процессе можно создавать экзотические состояния котов Шрёдингера, которые не могут быть описаны в рамках классического подхода.

Чтобы проверить свои вычисления с помощью эксперимента, авторы помещали кювету с атомами ксенона на пути света в одном из плеч интерферометра, на вход которого подавались инфракрасные лазерные импульсы длительностью 35 фемтосекунд. После фокусировки на атомах интенсивность излучения достигала 8×1013 ватт на квадратный сантиметр, что приводило к эффективной генерации старших гармоник. Затем физики производили пост-селекцию выходного состояния, отбирая те из них, которые содержат хотя бы один фотон кратной частоты. Наконец, на выходе из интерферометра происходила интерференция этого поля с полем, которое прошло по другому плечу, где ему сообщали контролируемый набег фазы. Сигнал с балансного детектора использовался для восстановления функции Вигнера, по которой можно судить о статистический свойствах состояния. Ее форма, полученная из эксперимента, свидетельствовала о неклассических состояниях на выходе из интерферометра, подтверждая теорию.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Корпускулярно-волновой дуализм фотона подтвердили экспериментально

Группа физиков из Южной Кореи экспериментально подтвердила справедливость соотношений, описывающих то, в какой степени фотон может быть интерпретирован как частица или волна. Для этого они воспользовались результатами опытов в схеме однофотонной интерферометрии с частотной гребенкой.

Корпускулярно-волновой дуализм – это концепция, описывающая свойство микроскопических объектов проявлять себя по-разному при интерпретации их поведения через классические категории «частица-волна». Такое "странное" поведение было причиной бурных дискуссий среди физиков в начале XX века, пока, наконец, оно не было удовлетворительно объяснено через квантовую механику, где состояние любого объекта описывается через векторы (лучи) гильбертова пространства, а для полного описания явлений, в которых он участвует, необходимо два взаимоисключающих друг друга набора классических понятий.

Физики отмечают, что продемонстрированная ими схема может быть полезна для приложений, где требуется производить манипуляции удаленными запутанными состояниями только оптическими методами. Они также надеются, что проведенная ими работа станет существенным шагом к пониманию феномена корпускулярно-волновой дуальности и принципа дополнительности, а также снимет налет загадочности с двухщелевого эксперимента, которым наделил его еще Фейнман в своих знаменитых лекциях.

Полную версию материала читайте по ссылке.

"Спектр-РГ" отыскал в гало Млечного Пути остаток взорвавшейся 40 тысяч лет назад сверхновой

Рентгеновский телескоп eROSITA, установленный на борту обсерватории "Спектр-РГ", нашел новый галактический остаток сверхновой типа Ia. Взрыв произошел 40 тысяч лет назад в гало Млечного Пути из-за превышения белым карликом предела по массе.

Для астрофизиков остатки взрывов сверхновых являются одними из самых интересных объектов для изучения как с точки зрения синтеза химических элементов, так и структуры звезды перед взрывом, самом механизме взрыва и взаимодействии ударных волн с межзвездным веществом. Группа российских астрономов во главе с Евгением Чуразовым (‪Eugene Churazov) из Института космических исследований РАН сообщила об открытии нового остатка галактической сверхновой типа Ia G116.6-26.1, сделанном в ходе четвертого обзора неба рентгеновским телескопом eROSITA, который установлен на борту космической обсерватории "Спектр-РГ". Остаток находится над диском галактики: на расстоянии в 4 тысячи световых лет от него, и в 10 тысячах световых лет от Солнца.

Ученые пришли к выводу, что параметры межзвездной среды до и после воздействия ударной волны не сильно изменились, что необычно. Это можно объяснить тем, что плотность газа даже после сжатия ударной волной была очень мала, из-за чего время установления равновесия в количествах разных ионов оказывается больше возраста сверхновой.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Модель тороидальной Вселенной хорошо объясняет спектр флуктуаций реликтового излучения

Один из важнейших инструментов изучения эволюции Вселенной – анализ неоднородностей реликтового микроволнового излучения, в которых "отпечатались" флуктуации плотности вещества во времена происходившей приблизительно через 375 тысяч лет после Большого взрыва рекомбинации (то есть образования нейтральных атомов из заполнявшей пространство плазмы). В микроволновом фоне закодированы важные свойства пространства-времени: кривизна пространства и его топология. По современным данным, если Вселенная и имеет ненулевую кривизну, то она очень мала, а точность наблюдений пока не позволяет определить, отлична ли она от нуля. При этом наблюдаемые неоднородности микроволнового фона не очень согласуются с теоретическими предсказаниями для плоского евклидова пространства. Группа физиков из Германии и Франции предложила теоретический способ избавиться от этого противоречия. По их гипотезе наша Вселенная, хоть и является плоской, но имеет топологию трехмерного тора. Проведенное моделирование показало, что лучше всего с реальными данными эта гипотеза согласуется, если ребро элементарного куба для этого тора в три раза превосходит размеры видимой части Вселенной.

Наблюдения показывают, что кривизна нашей Вселенной очень мала, если вообще отлична от нуля. Поэтому физики-теоретики часто рассматривают Вселенную с геометрией плоского трехмерного пространства. Но как мы только что выяснили, локально плоское пространство может топологически отличаться от евклидова, то есть глобально наше трехмерное пространство вполне может являться трехмерным тором. По аналогии с двумерным тором это пространство можно представить как обычный трехмерный куб, противоположные грани которого склеены друг с другом (такой куб можно назвать элементарным для тора).

Именно такое предположение сделала группа физиков из Германии и Франции, чтобы объяснить расхождение между измеренными и предсказанными флуктуациями температуры реликтового излучения. Исследователи провели компьютерное моделирование эволюции торической Вселенной нескольких размеров. Получилось, что неоднородности температуры модельного микроволнового фона лучше всего совпадают с наблюдаемыми, если пространство представляет собой трехмерный тор, полученный отождествлением граней куба с длиной ребра, превышающей размер наблюдаемой Вселенной приблизительно в 2,5 раза.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Новый материал поможет защитить кубиты в квантовых компьютерах

Кубиты – основные элементы квантовых вычислительных устройств – очень неустойчивы, что ограничивает масштабирование таких установок. Ученые предложили использовать метод локализации многих тел для решения этой проблемы.

Ученые по всему миру разрабатывают новое оборудование для квантовых компьютеров – вычислительных устройств, которые могут ускорить разработку лекарств, финансовое моделирование и прогнозирование погоды. Эти компьютеры используют для своей работы кубиты – элементы, которые могут находиться в состояниях "0", "1" или в их суперпозиции. Проблема в том, что состояния кубиты очень хрупкие – они распадаются при какой-либо помехе извне.

В связи с этим физики стараются создать как можно более устойчивы к внешнему шуму кубиты. Исследователи из Массачусетского технологического института создали систему, содержащую чередующиеся слои полупроводников – арсенида алюминия и арсенида галлия. "Сэндвич" состоял из 600 слоев, каждый из которых был около 3 нанометров толщиной. Между слоями ученые расположили квантовые точки из арсенида эрбия диаметром 2 нанометра.

Исследователи обнаружили, что когда созданная ими сверхрешетка с наноточками охлаждалась до 30 кельвинов, содержащиеся в ней фононы на определенных частотах оставались в неравновесном состоянии. Физикам еще предстоит доказать, что наблюдаемые явления обусловлены формированием именно фазы локализации многих тел.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Физики предложили визуализировать клетки при помощи нелинейной оптики

Сотрудники научной школы МГУ "Мозг, когнитивные системы, искусственный интеллект" предложили новый метод для биомедицины, позволяющий визуализировать тонкие особенности строения клеток, включая структуру ядра. Ядрышки – это динамические многофункциональные субядерные структуры, которые играют важнейшую роль в биогенезе рибосом и рибонуклеопротеинов, клеточном ответе на стресс, регуляции митоза и росте клеток. Всестороннее изучение ядрышек позволяет лучше понять динамику развития генетических нарушений в процессе деления клеток, выявлять признаки предрасположенности к онкологическим и нейродегенеративным заболеваниям.

Учёные физического факультета и факультета вычислительной математики и кибернетики (ВМК) в рамках деятельности научно-образовательной школы МГУ "Мозг, когнитивные системы, искусственный интеллект" провели эксперименты на живых срезах мозга мыши и показали, что метод нелинейной оптики позволяет получать об исследуемом объекте уникальную взаимодополняющую информацию.

Мы показали, что при правильно подобранном флуоресцентном маркировании, специфичные ядерные белки могут быть визуализированы методами двух- и трехфотонного возбуждения, позволяя получать контрастные изображения ядер и ядрышек клеток из глубины сильно рассеивающей ткани. Эксперименты проведены на широком наборе биологических моделей: культуры клеток HeLa, нейроны, астроциты, живые срезы мозга мыши.

Алексей Жёлтиков

Объединение нескольких техник необходимо для точной перекрестной проверки и калибровки методик микроскопии на базе генерации оптических гармоник, что в дальнейшем позволяет использовать их в качестве безмаркерных методов визуализации тела, ядра и ядрышки отдельных клеток в сильно рассеивающих биологических тканях для целей биомедицины.

Матвей Почечуев

Полную версию материала читайте по ссылке.

Аксональные утолщения – не баг, а фича!

Исследователи из Университета МакГилла показали, что клеточные структуры мозга, как считалось, связанные с патологиями, на самом деле улучшают способности клетки передавать информацию и коррелируют с быстрым научением определенным задачам. В статье, опубликованной в Nature Communications, команда исследователей изучала аксональные утолщения (axon swelling), которые возникают в клетках Пуркинье в мозжечке. Результаты оказались совершенно неожиданными. Исследователи обнаружили, что аксоны с утолщениями передают электрический сигнал лучше, чем аксоны без них.

Аксональные утолщения встречаются в нейронах и в больных, и в здоровых организмах, но при нейродегенеративных заболеваниях их сравнительно больше. Из-за этого нейробиологи считали, что они негативно сказываются на функциях аксона. Однако, несмотря на то, что вычислительные модели подтверждали эту гипотезу, исследователи из Университета МакГилла впервые решили провести исследования на самих нервных клетках.

Когда получаешь такие результаты, то обычно чешешь голову и думаешь – надо проверить ещё раз. Когда мы начинали работу, то действительно думали, что мы будем изучать ошибки при передаче сигнала. Но увидели мы совершенно другое. Передача информации — важнейшая функция аксона. И если он не справляется, то логично, что должен быть механизм, который пытается такую ситуацию предотвратить.

Учитывая индивидуальные различия, результаты показали положительную корреляцию между избытком утолщений и улучшением моторных способностей.

Полную версию материала читайте по ссылке.

В России разработали мобильное устройство для ослепления противника

Российские специалисты конструировали устройство под названием «Лютик-Н», которое может нейтрализовать противника, временно ослепив его.

"Лютик-Н" – это ослепляющая противника станция визуально-оптических помех, которая имеет возможность крепления на шлеме или бронированном щите. Она уже готова к началу опытной эксплуатации, рассказал на форуме "Армия-2021" Вячеслав Михеев, генеральный директор концерна "Вега", который разработал устройство. Станция впервые была показана широкой публике.

Общемировая тенденция на расширение применения средств нелетального действия для нейтрализации преступников формирует растущий спрос на такие разработки. "Лютик-Н" прошёл заводские испытания и готов к опытной эксплуатации одним из потенциальных заказчиков. Мы планируем, что этим продуктом заинтересуются силовые ведомства, и готовы выпускать до 20 тысяч станций в год.

Вячеслав Михеев

Устройство может применяться для проведения спецопераций и контртеррористических мероприятий. Станция устанавливается на шлемы, противоударные или бронированные щиты и на расстоянии до 100 метров имеет возможность ослепить противника — даже вооружённого оружием с оптическим прицелом. Действие прибора основано на модуляции яркости светового излучения, которое создаёт эффект временного ослепления.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Исследователи перенесли в картофель человеческий белок, ответственный за ожирение. Это сделало картофель крупнее

Ученые придумали необычный способ выращивание более крупного и здорового картофеля – встроить в растение человеческий ген, связанный с ожирением и жировой массой.

В новом исследовании ученые описали, как пересадка человеческого белка, способствующему росту сельскохозяйственных культур, может привести к появлению более крупных, тяжелых и плодородных растений, что повысит урожайность сельскохозяйственных культур на колоссальные 50 %. По словам ученых, их открытие может привести к выращиванию большего количества продуктов питания, которые не занимают больше места для сельского хозяйства. Это в свою очередь поможет в борьбе с глобальным голодом, не увеличивая воздействие на климат.

На данный момент исследования находятся на слишком ранней стадии, поэтому не стоит ожидать появление генно-модифицированной картошки на полках магазинов в ближайшее время. Ученые планируют провести ряд исследований безопасности и репликации, чтобы убедиться, что их результаты были не просто отклонением от нормы.

Полную версию материала читайте по ссылке.

В польской "Долине смерти" обнаружены новые доказательства зверств нацистов

Исследователи обнаружили новые доказательства зверств, совершенных нацистами в Польше в начале и конце Второй мировой войны. Также стало известно, что нацисты пытались уничтожить все улики.

Нацистская Германия вторглась в Польшу 1 сентября 1939 года, положив начало Второй мировой войне. В первые месяцы конфликта были убиты от 30 до 35 тысяч человек в Поморском воеводстве на севере Польши. Одна из многих жестоких массовых казней произошла вблизи города Хойнице. Местные жители назвали этот район "Долиной смерти".

В ходе расследования, проведенного сразу после войны, были обнаружены останки 168 человек. Однако, по мнению ученых, это только верхушка айсберга.

В новом исследовании археологи использовали неинвазивные методы изучения местности, такие как LIDAR, металлоискатели, георадаров и другое оборудования. Данные сравнивались с историческими аэрофотоснимками региона. Анализ выявил ряд окопов, вырытых польской армией за несколько недель до войны. По иронии судьбы нацисты позже использовали эти окопы для захоронения своих жертв.

Среди наиболее важных найденных артефактов было женское обручальное кольцо. Оно было идентифицировано доктором Дариушем Бурчиком из Института национальной памяти как принадлежащее Ирене Шидловской. Ее семье сообщили о находке, и они планируют вернуть им кольцо.

Польские ученые

Полную версию материала читайте по ссылке.

Научные видео

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:

• Математики вычислили 62,8 триллиона знаков числа π.
• "Спектр-РГ" увидел 13 событий разрыва звезд черными дырами.
• Метаболизм человека остается стабильным большую часть жизни.
• Почему нужно мыть руки не менее 20 секунд.
• Создано самое прочное в мире стекло.
• Июль 2021 года стал самым горячим месяцем за всю историю наблюдений для всего мира.

Источник