Научная среда #93. Елка, толщиной в атом, яйца динозавров и колебания иона

• Нанотрубку превратили в крошечный транзистор. Это может изменить всю электронику.
• "Джеймс Уэбб" совершил второй маневр коррекции траектории.
• Физики определили точку вылета электрона из молекулы при фотоионизации.
• Глобальная сеть магнитометров GNOME не обнаружила аксионной темной материи.
• Тайны визуального восприятия: как мозг отделяет границы объекта от фона.
• Какие астрономические события смогут увидеть россияне в новогодние выходные.

Новости одной строкой

• Россияне стали больше интересоваться наукой во время пандемии.
• Одна из самых долгоживущих озоновых дыр над Антарктидой закроется 22 декабря.
• У экзопланеты впервые обнаружили сигнатуру магнитного поля.
• Среднемагистральный пассажирский лайнер МС-21 получил сертификат типа (для первой версии).
• Орбитальный аппарат ExoMars Trace Gas Orbiter (ESA/Роскосмос) передал новый снимок ярко-белого водяного льда на фоне ржаво-красной марсианской почвы.

Научная среда

Самая тонкая новогодняя елка: ее толщина составляет всего один атом

Ученые из Датского технического университета создали самую тонкую в мире рождественскую елку! Она была сделана из графена и имеет толщину всего один атом.

Авторы работы отмечают, что за этой рождественской "шуткой" стоит важное открытие. Ученым впервые удалось провести поточный контроль качества графенового слоя во время его переноса. Это может стать ключом к получению стабильных для использования свойств материала.

Графен представляет собой форму углерода толщиной всего в один атом. Он проводит тепло и электричество в 10 раз эффективнее, чем медь. Проблема использования графена заключается в том, что при перемещении такой пленки многое может пойти не так, ведь она тоньше пищевой пленки в 30 000 раз!

В рамках нового исследования графен наносился на рулон из медной фольги при температуре около 1000°C. Это известный, но сложный процесс. Важно отметить, что ранее не существовало технологии, которая могла бы контролировать электрическое качество графена на ходу. Но ученые наконец-то нашли способ сделать это.

Полную версию материала читайте по ссылке.

"Джеймс Уэбб" совершил второй маневр коррекции траектории

Космическая инфракрасная обсерватория "Джеймс Уэбб" успешно выполнила второй маневр коррекции траектории на пути к второй точке в системе Солнце–Земля. Заключительное включение двигателей телескопа состоится через 27 дней, после чего аппарат выйдет на рабочую орбиту.

На пути ко второй точке Лагранжа в системе Солнце–Земля "Джеймсу Уэббу" нужно совершить три маневра коррекции траектории при помощи двигателей SCAT (Secondary Combustion Augmented Thrusters), использующих гидразин и тетроксид диазота и расположенных на служебной платформе под теплозащитным экраном. Первый маневр MCC-1a был выполнен спустя 12 часов после старта, а через 60 часов после запуска обсерватория выполнила второй маневр MCC-1b. В рамках него двигатели проработали 9 минут 27 секунд, обеспечив новое приращение скорости телескопа в направлении против Солнца.

Ожидается, что в ближайшее время "Джеймс Уэбб" начнет развертывание опорной конструкции теплозащитного экрана, которая займет пять дней. Затем телескоп приступит к развертыванию оптической системы, а в конце 29-дневного полета совершит третий маневр для выхода на гало-орбиту.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Нанотрубку превратили в крошечный транзистор. Это может изменить всю электронику

Международная команда исследователей использовала уникальный инструмент, который в комбинации с электронным микроскопом позволил создать транзистор в 25 000 раз меньше ширины человеческого волоса.

Компьютерная индустрия десятилетиями была сосредоточена на разработке все меньших и меньших транзисторов, но сталкивается с ограничениями кремниевой технологии. В последние годы исследователи сделали значительные шаги в разработке нанотранзисторов, которые настолько малы, что миллионы из них могут поместиться на булавочной головке. Но запросы пользователей растут и требуется все сильнее уменьшать размеры этих устройств.

В новой работе исследователи создали крошечный транзистор, приложив одновременно силу и электрический ток небольшого напряжения. Вместе они позволили нагревать углеродную нанотрубку, состоящую из нескольких слоев, до тех пор, пока внешние оболочки трубок не отделились, оставив только однослойную нанотрубку.

Полупроводниковые углеродные нанотрубки перспективны для изготовления энергоэффективных нанотранзисторов для создания микропроцессоров не на основе кремния. Однако контроль хиральности отдельных углеродных нанотрубок, которая однозначно определяет атомную геометрию и электронную структуру, остается большой проблемой. В этой работе мы разработали и изготовили транзисторы из углеродных нанотрубок, изменив локальную хиральность сегмента металлической нанотрубки путем нагрева и механической деформации

Дай-Мин Тан

Полную версию материала читайте по ссылке.

Физики определили точку вылета электрона из молекулы при фотоионизации

Китайские физики исследовали туннельную фотоионизацию молекулы азота методом фотоэлектронной голографии, чтобы извлечь информацию об области молекулы, из которой электрон проникает в потенциальный барьер. Они выяснили, что для молекулы, ориентированной вдоль направления поляризации мощного лазерного поля, эта точка отстоит от ее середины на расстоянии 95±21 пикометров.

Понимание процесса фотоионизации сильно изменилось с момента открытия и объяснения фотоэффекта, послужившего стартовой точкой в наших представлениях о корпускулярной природе света. Существенную роль в этой эволюции отведена прогрессу в экспериментальной оптике. Доступ к мощным лазерам помог подтвердить гипотезу о том, что механизмы фотоионизации могут существенно различаться.

Чтобы измерить таким образом положение фотоэмиссии, физики разделяли излучение импульсного лазера с длиной волны 800 нанометров, длительностью импульса 40 фемтосекунд и частотой повторения 5 килогерц на два луча. Первый, выравнивающий луч растягивался до 120 фемтосекунд и фокусировался параболическим зеркалом на струю молекул азота, которые он выстраивал в двух возможных ориентациях. Второй, зондирующий, проходил через кристалл β-BBO, где происходила частичная генерация второй гармоники в ортогональной поляризации. Характеристики электронов, ионизированных из молекул для обеих ориентаций, измеряла установка по импульсной спектроскопии с холодной мишенью (COLTRIMS).

Чтобы убедиться в верности своих результатов, физики строили функцию Вигнера для обоих случаев в фазовом пространстве продольной координаты и продольной скорости электрона. В пределе больших времен эта функция позволяет сделать вывод о поведении тока электронной вероятности, а ее максимум указывает на наиболее вероятное положение электрона перед туннелированием. Положения фотоэмиссии, извлеченные таким образом, оказались в хорошем согласии с экспериментально измеренными. Так, для продольной ориентации молекулы этот параметр оказался равен двум атомным единицам, в то время как для перпендикулярной ориентации – практически совпал с серединой молекулы.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Глобальная сеть магнитометров GNOME не обнаружила аксионной темной материи

Физики из коллаборации GNOME не обнаружили частиц аксионной темной материи, проанализировав данные, собранные за время второго сезона работы глобальной сети магнитометров. Результаты анализа, однако, позволили исследователям установить ограничения на массу частиц аксионной темной материи и константу ее взаимодействия с обычным веществом. Ученые рассчитывают, что проходящая сейчас модификация сети детекторов поможет существенно увеличить точность эксперимента.

Гипотеза о том, что около 80 процентов массы всего вещества во Вселенной приходится на невидимую темную материю, объясняет многие астрономические наблюдения: как аномально большие скорости движения звезд на перифериях галактик и галактик на перифериях галактических скоплений, так и точную форму спектра неоднородностей температуры космического микроволнового фона. Несмотря на убедительные свидетельства в пользу существования темной материи, ни в одном наземном эксперименте не удалось зарегистрировать частицы, из которых она состоит.

Проанализировав собранные сетью детекторов данные, физики не обнаружили сигнала темной материи. Анализ, однако, позволил установить ограничения на параметры теории – ученые исследовали значения константы связи fint вплоть до 4 × 105 гигаэлектронвольт, тогда как предыдущие лабораторные эксперименты смогли установить ограничение только fint ≥ 300 гигаэлектронвольт.

Участники коллаборации GNOME надеются в будущем существенно увеличить точность эксперимента.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Места расположения детекторов в сети GNOME.

Овирапторозавры вылуплялись из яйца так же, как птенцы современных птиц

Сейчас уже мало кто сомневается, что современные птицы являются прямыми потомками мезозойских динозавров – и вот опубликована статья, в очередной раз подтверждающая их эволюционную связь. В руки китайских палеонтологов опять угодила прекрасно сохранившаяся окаменелость. Но не взрослый ящер, а совсем еще крошечный детеныш, навеки оставшийся лежать в яичной скорлупе. Прозванный "малышом Инлян" (Baby Yingliang), этот динозаврик – самый полно сохранившийся ископаемый эмбрион «ужасных ящеров». Особая ценность находки заключается в том, что он окаменел в крайне характерной позе, которую сегодня принимают только птенцы птиц, вот-вот готовые вылупиться.

Дело в том, что при более внимательном изучении оказалось, что яйца из Баин-Дзак морфологически различаются: по форме, по текстуре скорлупы и ее толщине, а также по размерам. Тем не менее, убеждение, что кладки были оставлены исключительно протоцератопсами, было настолько сильным, что даже когда рядом с одним из гнезд был найден скелет взрослого динозавра, его посчитали не родителем, а похитителем чужих яиц, дав ему название "овираптора" (Oviraptor philoceratops), что означает "вор, любящий яйца цератопса". После этого в течение почти семидесяти лет никто не сомневался в этой трактовке, и лишь в 1990-х годах, когда были изучены микроскопические остатки эмбрионов внутри "яиц протоцератопса", выяснилось, что как минимум часть кладок из Баин-Дзак принадлежала самим "ворам". Таким образом, овирапторы оказались вовсе не грабителями чужих гнезд, а заботливыми родителями, насиживавшими свои яйца.

После удаления наполнявшей яйцо осадочной породы стало видно, что внутри, свернувшись, покоится детеныш динозавра. Осознавая важность такой находки, сотрудники компании обратились к палеонтологам Китайского университета геолого-геофизических исследований, расположенного в Пекине. К сожалению, ученым не удалось получить достаточно подробное изображение методами компьютерной томографии: из-за плотных пород, наполняющих яйцо, на готовом изображении окаменелости сливались с окружающим их камнем. Но и открытой части окаменелости хватило, чтобы в подробностях рассмотреть позу детеныша (его назвали "малыш Инлян" (Baby Yingliang) – по названию той самой горнодобывающей компании) и сравнить его с двумя другими эмбрионами овирапторозавров, описанными ранее.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Тайны визуального восприятия: как мозг отделяет границы объекта от фона

Чтобы понять визуальную сцену, мы отделяем фигуры от фона, назначая границы объектам переднего плана. Этому процессу дано определение "владение границами". В опубликованной статье в журнале eLife ученые постарались на примере приматов определить, как нейроны в зрительной коре кодируют то, какому объекту принадлежит граница, и как области мозга взаимодействуют для интерпретации сенсорной информации и создания общей картины мира. Это исследование может помочь разобраться в психических процессах, связанных с нарушением восприятия.

За основу исследования взята известная оптическая иллюзия, придуманная датским психологом Эдгаром Рубином и получившая название "Ваза Рубина". Ее смысл в том, что при неизменном воздействии изображения на сетчатку мы попеременно видим то вазу, то два обращенных друг к другу лица.

Хирургическим путем при помощи краниотомии (операция для доступа к мозгу) они ввели в мозг нанозонд и над угловой извилиной вживили записывающую камеру. Затем при помощи онлайн-анализа данных радиочастотного картирования исследователи выбрали положение, размер и цвет исследуемой области. Ученые провели параллели с исследованиями, проведенными профессором Чжоу и др. в 2000 году.

По их данным, избирательность "владения границами" изначально не достигается прямым путем. Им удалось установить, что нейроны глубокого слоя вычисляют избирательность "владения границами" значительно раньше, чем нейроны в зернистом слое и в поверхностных слоях. Также исследователи обнаружили, что предпочтение распределяется между слоями мозга столбчатым образом.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Механические колебания иона увидели в оптический микроскоп

Китайские физики применили оптическую микроскопию на основе истощенного основного состояния к одиночному иону иттербия, пойманному в ловушку. С помощью этого метода они смогли увидеть распределение этого иона в пространстве, и также изучить, как он колеблется под действием внешней периодической силы.

Чжун-Хуа Цянь (Zhong-Hua Qian) с коллегами из Научно-технического университета Китая применили микроскопию на основе истощенного основного состояния к одиночному иону 171Yb+. Им удалось визуализировать частицу с разрешением 175 нанометров. Они также показали, что таким методом можно наблюдать за временной эволюцией иона с шагом в 50 наносекунд.

Авторы адаптировали эту идею к измерению координаты иона 171Yb+, запертого в ловушке Паули, связав его флуоресцентные свойства со спином ядра. Для получения одного пикселя изображения этого физики облучали частицу тремя лазерами. Первый поляризовал сверхтонкий дуплет иона 2S1/2 в состояние |F=0> (оно играло роль темного состояния). Затем истощающий лазер освещал область, в которой должен был находиться ион. Чем выше вероятность того, что ион может быть найден в середине кольца, тем выше шанс, что истощающий луч его возбудит, после чего тот перейдет в состояние |F=1> (светлое состояние). Наконец, третий лазер был настроен на возбуждение иона с состояния |F=1> на более высокие уровни с последующим рассеянием фотона. Отсутствие этого сигнала свидетельствовало о наличии иона в середине кольца.

Это первое исследование, где в оптический микроскоп удалось проследить за движением отдельного атома с таким пространственно-временным разрешением, хотя сама по себе представленная техника уже использовалась другой группой физиков, чтобы разглядеть распределение иона кальция, также пойманного в ловушку.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Археологи впервые обнаружили курган андроновской культуры к югу от Абакана

Археологи впервые обнаружили курган андроновской культуры, расположенный к югу от Абакана. В ходе охранно-спасательных работ ученые раскопали девять могил бронзового века, в которых находились останки людей, погребенных по обрядам ингумации и кремации. Погребальный инвентарь андроновцев включал керамические сосуды и бронзовые украшения.

В эпоху развитой бронзы из степной зоны Южного Урала и Казахстана в Южной Сибирь приходят племена андроновской (федоровской) культуры, которая в Минусинской котловине по большей части сменяет окуневскую культуру, существовавшую в регионе около 800–850 лет. Андроновцы жили оседло, занимаясь преимущественно земледелием и скотоводством. По всей видимости, как и первые скотоводы Южной Сибири, они были носителями индоиранских языков. Судя по современным радиоуглеродным датировкам, андроновцы занимали Средний Енисей в XVII–XV веках до нашей эры, то есть не более трехсот лет.

Большинство памятников этой культуры представляет собой погребальные комплексы (поселений известно крайне мало), большая часть из которых оказалась разграблена еще в древности. Кроме того, многочисленные могильники в настоящее время находятся на дне Красноярского водохранилища. Ученые отмечали, что южнее места слияния рек Абакан и Енисей андроновские памятники отсутствуют, за исключением единственного погребения, раскопанного в аале Сартыков.

Исследователь заключила, что ранее в южных районах Минусинской котловины было известно лишь одно погребение андроновской культуры. Ряд ученых объяснял это тем, что носители андроновской культуры, придя в Южную Сибирь, столкнулись здесь с вооруженным сопротивлением племен окуневской культуры. Однако эта находка, судя по всему, служит доказательством сосуществования в Минусинской котловине носителей двух культур.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Московский планетарий рассказал, какие астрономические события смогут увидеть россияне в новогодние выходные

Московский планетарий рассказал, какие удивительные астрономические события и явления можно увидеть в Новый год и в праздничные дни. Россияне смогут полюбоваться новогодним парадом планет и звездопадом Квадрантиды. Также в небе можно будет заметить комету Леонарда, а также наблюдать сближение Марса с Луной.

Так по вечерам с 25 декабря 2021 года по 7 января 2022 года при хорошей безоблачной погоде можно будет увидеть новогодний парад планет: Уран, Нептун, Юпитер, Сатурн и Венера будут сиять новогодней "гирляндой", постепенно уходя за горизонт вслед за Солнцем. Недалеко от Венеры располагаются Меркурий и Плутон, они тоже будут участвовать в параде, однако из-за лучей Солнца их не получится увидеть.

Увидеть сразу всю новогоднюю небесную "гирлянду" из планет можно начиная с утра, когда виден Марс, и продолжая вечерами с 16:00 до 18:00. Все светила находятся низко на юго-западе и постепенно уходят за горизонт.

31 декабря произойдет сближение Луны и Марса в созвездии Змееносец. Увидеть эту красивую небесную пару в Москве можно только утром перед восходом Солнца, с 7:00 и до 8:30 по местному времени.

3 января прольется первый новогодний звездопад Квадрантиды – в пик активности метеорного потока ожидается до 120 метеоров в час, это 1-2 метеора в минуту при ясном небе! Лучшее время для наблюдений будет с полуночи и до рассвета, когда радиант окажется максимально высоко над горизонтом.

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:

• Байкальский нейтринный телескоп поймал нейтрино от активного блазара.
• Микробы по всему миру начали "атаковать" пластик.
• Выделяющийся при занятиях спортом белок кластерин улучшает здоровье и когнитивные функции.
• Зонд "Паркер" впервые определил границы Солнца.
• Физики встроили тихоходку в кубит.
• Новгородцам XI века приглянулось катание на костяных коньках.

Источник