Научная среда #94. Собираем кукварты из ионов, сталкиваем солнечные ветра и бережемся от смартфонов

Новости одной строкой

• Новый биоматериал из слизи восстанавливает сухожилия. Он прочно прилипает к сухожилиям одной стороной, в то время как его внешняя поверхность скользит по другим тканям.
• Интенсивные физические нагрузки помогают уменьшить тревожность лучше лекарств и терапии. (шведские ученые)
• Лабораторный эксперимент показал, как клетки "едят". Исследование показало, что клетка образует сильно изогнутую структуру, похожую на корзину, которая захватывает межклеточные вещества.
• Объявлены победители конкурса Nature photographer of the year 2021:

Научная среда

Под антарктическим шельфом обнаружили многообразие жизни

Глубоко под ледяными шельфами Антарктиды исследователи обнаружили десятки форм жизни, процветающих на крошечном участке морского дна. Это беспрецедентный уровень видового разнообразия для среды, которая никогда не видела солнечного света.

Глубоко под антарктическим льдом, защищенная от солнечных лучей, может существовать жизнь, но считалось, что при таких экстремальных условиях в полной темноте могут жить не так много видов. Поскольку в основе большинства экосистем лежат фотосинтетические организмы, такие как растения или водоросли, в таких темных царствах не должно быть достаточно пищи для большого количества форм жизни.

Исследователи из Института Альфреда Вегенера при помощи горячей воды пробили 200 метров льда на шельфовом леднике Экстрема в 2018 году, теперь им удалось опуститься еще на 100 метров вниз и собрать пробы, в которых были обнаружены живые организмы.

Останки, которые были извлечены из-под ледяного шельфа, при рассмотрении в микроскоп, явно принадлежали разным животным. В целом, ученые идентифицировали 77 различных видов, гораздо больше, чем они ожидали обнаружить. 

Полную версию материала читайте по ссылке.

Странная находка вблизи ядра Земли: ученые нашли следы формирования планеты

Новое исследование ученых из Университета Юты показывает, что загадочные зоны сверхнизких скоростей в мантии Земли на удивление многослойны. Моделирование показало, что они содержат свидетельства формирования ядра планеты.

Зоны сверхнизких скоростей расположены на дне мантии, поверх внешнего ядра из жидкого металла. В этих районах сейсмические волны замедляются вдвое, а плотность увеличивается на треть. Ученые изначально думали, что эти зоны были областями, где мантия частично расплавилась, и могли быть источником магмы для так называемых «горячих точек» вулканических регионов, таких как Исландия.

Но большинство зон сверхнизких скоростей расположены не под горячими точками, а значит эта теория не описывает все в полной мере. Поэтому авторы новой работы приступили к изучению альтернативной гипотезы: зоны сверхнизких скоростей могут быть областями, состоящими из пород, отличных от пород остальной части мантии, а их состав может сказать многое о структуре породы на ранней Земле.

Ученые создали модель, работающую на основе подхода байесовской инверсии и получили неоднозначные результаты. Они показывают, что некоторые зоны сверхнизких скоростей действительно могут содержать в себе породы ранней Земли.

Полную версию материала читайте по ссылке.

"Тяньвэнь-1" увидел столкновения потоков быстрого и медленного солнечного ветра

Команда исследователей, работающих с первой китайской межпланетной станцией "Тяньвэнь-1", опубликовала первые данные, собранные анализатором ионов и энергичных нейтральных атомов MINPA, исследовавший солнечный ветер во время перелета станции от Земли к Марсу. Прибор смог определить параметры солнечного ветра вдоль траектории движения станции, а также обнаружил несколько областей взаимодействия потоков, возникающих, когда быстрый поток солнечного ветра догоняет предшествующий ему низкоскоростной поток.

Во время полета почти половина поля зрения MINPA была заблокирована посадочной капсулой, из-за чего прибор мог фиксировать только часть прилетающих ионов. Тем не менее прибор собрал большой объем данных, в частности регистрировал ионы холодного солнечного ветра с полной кинетической энергией от 500 электронвольт до 2 килоэлектронвольт. Общая скорость солнечного ветра по данным измерений изменялась от 250 до 670 километров в секунду.

К сожалению, межпланетный корональный выброс массы, который достиг Земли 10 декабря 2020 года, MINPA не зарегистрировала, так как была отключена. Зато прибор обнаружил несколько областей взаимодействия потоков (stream interaction regions, SIR), которые являются элементами крупномасштабной структуры солнечного ветра и возникают, когда быстрый поток солнечного ветра из корональной дыры догоняет предшествующий ему низкоскоростной поток, что приводит к сжатию плазмы и возрастанию ее плотности и температуры. По данным прибора они характеризуются быстрым увеличением скорости солнечного ветра, небольшим пиком локальной плотности, повышением температуры протонов и отклонением солнечного ветра в поперечном направлении.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Российские физики собрали кукварты из ионов

Российские ученые научились более эффективно использовать ионы квантового вычислителя для кодирования информации. Им удалось задействовать четыре энергетических уровня иона, превратив его не в кубит, а в кукварт, что позволит вместо четырех ионов использовать для тех же целей всего два. Работа открывает отличный от привычного путь масштабирования платформы для квантовых вычислений на ионах.

Группа физиков из Российского квантового центра и Физического института имени Лебедева РАН под руководством Николая Колачевского смогла экспериментально реализовать такой подход для 4 энергетических уровней. В результате им удалось масштабировать систему без добавления дополнительных ионов, задействовав для вычислений дополнительные уровни уже существующих частиц.

Ученые использовали атомы иттербия Yb+ для создания куквартов – кудитов с четырмя уровнями. Процедуры загрузки ионов в ловушку, их охлаждение и выстраивание для создания ионного кристалла не отличаются от тех, что требуются для работы с кубитами. Главное отличие в возбуждении ионов состоит втом, что в случае кубитов необходимо осуществлять и регистрировать переходы между двумя уровнями энергии, а в случае кутритов или куквартов в игру вступают еще один или два уровня ().

Несмотря на очевидность идеи создания кудитов, технически реализовать ее оказывается не так просто из-за того, что приходится задействовать близкорасположенные энергетические уровни. Авторы подбирали резонансное излучение для каждого из переходов: из состояния 0 в состояние 1, 2 или 3. При этом важно, что для реализации однокудитной операции им было необходимо фокусироваться на одном ионе и проводить все манипуляции только над ним. 

Полную версию материала читайте по ссылке.

Томограмма и мозг фараона Аменхотепа

Уникальное изображение из недавно вышедшей в журнале Frontiers in Medicine статьи египетских археологов Захи Хавасса и Сахара Салима о "цифровом распеленывании" мумии фараона Аменхотепа I, правившего в 1524-1505 г. до н.э.

КТ действительно позволило узнать о мумии очень много — и узнать ее реальное положение внутри пелен и маски, и "увидеть" лицо фараона, увидеть 30 амулетов и украшений на теле фараона, и увидеть то, что перед нами – приблизительно 35-летний мужчина без внешних телесных повреждений, которые могли бы привести к смерти (из аномалий – только поврежденная левая рука, но эти повреждения, видимо, случились во время перемещения мумии грабителями гробниц) удалось даже увидеть следы обрезания на пенисе фараона.

Что же до головы, то на среднесагиттальном КТ-изображении головы и шеи мумии Аменхотепа I видна неповрежденная решетчатая кость, что говорит о том, что мозг фараона при мумифицировали не извлекался и даже не было подобных попыток. Виден и сохранившийся высохший мозг фараона – он покоится в задней части черепа.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Физики открыли нарушение магического правила для ядер изотопов магния

Ученые открыли нестабильный изотоп магния, ядро которого состоит из 12 протонов и 6 нейтронов. Энергия возбужденного состояния этого ядра оказалась больше, чем у изотопа магния с 8 нейтронами, которое должно быть магическим. 

Ядра, в которых нейтроны или протоны заполняют целое число оболочек, называются магическими (или дважды магическими, если нуклонами заняты как протонные, так и нейтронные оболочки). Благодаря большой разнице в энергиях связи между магическими ядрами и ядрами с соседними Z и N, первые существенно более стабильны. Предсказанные оболочечной моделью числа протонов и нейтронов это Z, N = 2, 8, 20, 28, 50, 82 и так далее. Эта модель, однако, не является абсолютно точной, и в некоторых экспериментах ученые наблюдали, что ядра с Z = 20 и N = 28 не магические, а особой стабильностью отличаются ядра с Z = 14, 16 и N = 32, 34, соответственно.

Еще одно нарушение магического правила было найдено группой физиков из Китая и США под руководством Кайла Брауна (Kyle Brown) из Университета штата Мичиган, которые открыли неизвестный ранее изотоп магния в Циклотронной лаборатории этого университета. Ученые сталкивали пучки ионов стабильного изотопа магния 24Mg, которые разгонялись в циклотроне приблизительно до половины скорости света, соответствующей энергии 170 мегаэлектронвольт на нуклон, с мишенью, представлявшей собой бериллиевую фольгу. При столкновении рождались более легкие изотопы, из которых с помощью фрагмент-сепаратора выделялся пучок изотопов 20Mg с энергией 103 мегаэлектронвольта на нуклон. Этот пучок затем претерпевал столкновение со второй бериллиевой мишенью, находящейся примерно в 30 метрах от первой мишени, при котором из 20Mg выбивались два нейтрона, и магний превращался в новый изотоп 18Mg.

Очень важным свойством нового изотопа магния, имеющего в своем составе 6 нейтронов, оказалось то, что разница между энергиями связи основного и возбужденного состояний его ядра больше, чем для изотопа, включающего 8 нейтронов, ядро которого должно быть магическим, согласно оболочечной модели.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Психологи разобрались в действиях человека

Немецкие ученые создали первую полную модель процесса действия. На первый взгляд кажется, что в том, чтобы взять, например, чашку кофе и сделать из нее глоток, нет ничего особенного. Но на самом деле, как говорит профессор Кристиан Фрингс, из Университета Триера, даже в этом простом действии проявляются удивительные возможности мозга, который управляет всем, что мы делаем.

"Мы хотим перекинуть мост между регуляцией действия, обучением, памятью и мотивацией", – объясняет Фрингс. Центральное место в модели, предложенной учеными, занимает представление о том, что действие состоит из комбинации определенных признаков объектов, движений и эффектов. Когда мы, например, печатаем текст, то объектом выступает клавиатура, движением – напряжение мышц в пальцах, а эффектом – напечатанные буквы. При повторении признаков происходит вызов их более ранних комбинаций, и каждый следующий текст мы можем печатать немного быстрее предыдущего.

И эта модель показывает, что процесс интеграции признаков и процесс вызова независимы друг от друга, что имеет весьма серьезное значение. Получается, что такие процессы как внимание, мотивация или обучение могут быт направлены на два различных аспекта регуляции действия – при возникновении комбинации признаков и при вызове их более ранних версий. Когнитивная система имеет автоматически действующие контрольные механизмы, которые не позволяют сохранять неэффективные или несовместимые комбинации, но, как утверждают ученые, этот процесс тоже можно искусственно направлять.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Российские ученые начали сборку коллайдера для изучения первых мгновений Вселенной

В наукограде Дубна Объединенный институт ядерных исследований установил первый сверхпроводящий магнит в туннеле коллайдера ускорительного комплекса. Тем самым российские ученые начали сборку всего коллайдера.

Первый сверхпроводящий магнит установлен в туннеле коллайдера ускорительного комплекса NICA, который создается на базе Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне. Тем самым ученые начали сборку всего коллайдера.

NICA – один из шести проектов класса "мегасайенс" в России, согласно которому в ОИЯИ будет построен коллайдер. Эта установка, как надеются ученые, позволит понять, как в первые мгновения после Большого взрыва во Вселенной образовались протоны и нейтроны. В полную силу коллайдер должен начать работать в 2023 году. ОИЯИ – крупный международный научный центр, которым руководит комитет представителей 19 стран-участниц.

Установка первого элемента коллайдера – сверхпроводящего магнита – и запуск испытаний большого сверхпроводящего соленоида MPD ознаменовали начало сборки коллайдера NICA и подготовку к первому сеансу на выведенных пучках. Тем самым в Объединенном институте завершена подготовка к запуску второго каскада ускорительного комплекса NICA

Отмечается, что в ОИЯИ создана целая фабрика, которая производит сверхпроводящие магниты не только для проекта NICA, но и для его научного побратима – немецкого проекта по созданию ускорительного комплекса FAIR. Следующие заказчики дубненских магнитов, по данным пресс-службы, – Китай и Европейская организация по ядерным исследованиям.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Смартфоны могут вызвать заболевания опорно-двигательного аппарата

Американские ученые определили, что заболевания опорно-двигательного аппарата могут развиться у подростков и молодых людей из-за постоянного использования смартфонов.

За счет того, что современные гаджеты с каждым годом становятся более мобильными и функциональными, у нынешних школьников и студентов появляется возможность работать не за письменным столом, а где придется: на диване, в постели, в транспорте и так далее. И из-за этого возрастает количество заболеваний опорно-двигательного аппарата, считают специалисты из Техасского университета A&M.

Они провели исследование - изучили позы, в которых чаще всего находятся студенты их университета при использовании различных гаджетов. Ученых интересовало, как эти положения тела соотносятся с количеством жалоб на боль в спине, пояснице, шее и в других частях тела.

Исследователи обнаружили, что неправильная поза, например, сгорбленная спина или вытянутая вперед шея, в большей степени влияли на возникновение боли в области опорно-двигательного аппарата. Специалисты отмечают, что в современном мире вакансий с удаленной работой из дома становится все больше. Поэтому у студентов и школьников необходимо формировать привычку работать за письменным столом. 

Полную версию материала читайте по ссылке.

Повторный просмотр ускоренной видеолекции помог студентам лучше сдать экзамен

Психологи выяснили, как эффективнее всего готовиться к экзаменам по видеолекциям: лучше всего смотреть их в двойном ускорении и дважды, со значительным перерывом: первый раз за неделю до теста, а второй – непосредственно перед ним. Такой способ оказался лучше, чем просмотр без ускорения или просмотр с ускорением два раза без перерыва. 

Исследователи университета Калифорнии под руководством Диллона Мёрфи (Dillon H. Murphy) проверили, как ускорение записанных лекций влияет на усвоение материала.

В первом эксперименте участников разделили на две группы: в первой студенты смотрели лекции на нормальной скорости, а во второй – с ускорением в полтора, два или два с половиной раза. Обычная скорость и ускорения в полтора и в два раза не давали значимых отличий в правильности ответов как в немедленном тесте, так и в отложенном (p > 0,385). А вот при ускорении в два с половиной раза материал усваивался хуже (p = 0,004).

Тогда исследователи проверили, эффективен ли просмотр ускоренного видео второй раз: сразу после первого или накануне теста. Первый эксперимент показал, что один раз посмотреть лекцию на нормальной скорости даже лучше, чем дважды подряд – с ускорением (p = 0,014). А вот второй эксперимент и оказался самой эффективной стратегией по подготовке: при повторении лекции через неделю после первого просмотра и непосредственно перед тестом участники давали значительно больше верных ответов (p = 0,005). 

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:

• 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.