Научная среда – новости о науке и технике. Выпуск #85
- Прямо в мозг: ученые изобрели гибкий и мультифункциональный 3D интерфейс.
- Исследователи нашли знакомое поведение в новом материале для компьютерной памяти.
- Впервые эксперты обнаружили способность к распознанию слов у животного. Это собаки!
- Звук помог пленить спин.
- Российские ученые передали квантовый сигнал вместе с классическим по одному оптоволокну.
- Биологи показали, что носы млекопитающих произошли из челюстей рептилий.
Новости одной строкой
- Исследование показало, что доступность фастфуда увеличивает риск развития диабета II типа.
- Некоторые пауки используют свою паутину в качестве радиолокаторов – так они лучше слышат отдаленные звуки. Ученые использовали узконаправленный звук, активируя с помощью него сеть, но избегая паука, сидящего в центре паутины, и пауки реагировали на этот стимул.
- Анализ древнего угля показал, что 75 миллионов лет назад, когда динозавры еще ходили по планете, на Антарктиде бушевали лесные пожары.
- Исследователи открыли новый вид лревних людей Homo bodoensis. Открытие поможет разобраться в палеонтологической путанице периода среднего плейстоцена. Нового предка удалось идентифицировать благодаря переоценке существующих окаменелостей из Африки и Евразии этого периода.
- Астронавты приготовили и съели первый космический тако из перца, выращенного в космосе.
- Детекторы рентгеновского телескопа ART-XC космической обсерватории "Спектр-РГ" зафиксировали момент прихода потока солнечных протонов, ускоренных во время мощной вспышки класса X, произошедшей 28 октября:
Научная среда
Прямо в мозг: ученые изобрели гибкий и мультифункциональный 3D интерфейс
В недавнем исследовании, опубликованном в Microsystems and Nanoengineering, группа корейских ученых представила разработку нового многофункционального нейроинтерфейса, который может одновременно регистрировать нейронную активность и доставлять медикаменты в очаги воспаления.
За последние десятилетия человечество, научившись измерять электрические сигналы мозга, узнало много нового о его процессах и их нарушениях. В большинстве случаев, измерения проводятся с помощью неинвазивных технологий – например, ЭЭГ. В то же время измерение электрической активности с помощью устройств, находящихся непосредственно в мозге – инвазивных нейроинтерфейсов, – может вывести нейронауку и медицину на новый уровень.
Гибкость и функциональность нашего девайса делает его более совместимым с биологическими тканями и снижает неблагоприятные эффекты. Это продлит срок годности нашего изобретения
В отличие от предыдущих устройств, изобретение корейских обладает гибкой 3D-структурой, состоящей из микроиголок, фиксирующих нейронные сигналы, и металлических проводников, отправляющих сигнал к внешнему контуру. Одно из ярких особенностей этого изобретения заключается в том, что ученые смогли провести микротрубочки параллельно проводникам. Эти трубочки соединяют резервуары с лекарством и микроиголки, позволяя отправлять необходимые вещества к месту прикрепления электродов.
Полную версию материала читайте по ссылке.
Исследователи нашли знакомое поведение в новом материале для компьютерной памяти
Группа под руководством исследователей из Технологического института Джорджии обнаружила неожиданно знакомое поведение диоксида циркония – антиферроэлектрика, который мы хорошо знаем, ведь его используют как в зубных имплантах, так и в микросхемах. Ученые показали, что при уменьшении размеров микроструктуры материала он ведет себя аналогично сегнетоэлектрикам, которые учёные понимают куда лучше.
Воздействие внешнего электрического поля достаточной силы на сегнетоэлектрик приводит к поляризации материала – в этот момент материал проявляет собственное внутреннее электрическое поле. Поляризация сохраняется даже при снятии внешнего электрического поля – подобно тому, как намагничивается железный гвоздь. Однако реакция сегнетоэлектрика также зависит от его размеров. Для поляризации тонких материалов требуется более сильное электрическое поле.
Однако приложение внешнего электрического поля к антиферроэлектрику поначалу не вызывает поляризации материала. Лишь при усилении внешнего поля антиферроэлектрик переходит в ферроэлектрическую фазу, где поляризация резко увеличивается.
Оказалось, что для поляризации небольших циркониевых антиферроэлектриков также требуется более сильное критическое поле – однако, в отличие от сегнетоэлектриков, толщина образца не играет роли.
Полную версию материала читайте по ссылке.
Впервые эксперты обнаружили способность к распознанию слов у животного. Это собаки!
Как оказалось, собаки способны улавливать отдельные слова в предложениях, используя те же механизмы и области мозга, что и младенцы. Об этом свидетельствуют исследования Будапештского университета, Венгрия.
Дети не сразу начинают понимать язык. Сначала они учатся распознавать отдельные слова в потоке речи, прежде чем действительно узнают, что означает каждое отдельное слово. Чтобы определить, где заканчивается каждое слово и начинается другое, мозг младенца производит сложные вычисления, которые отслеживают, какие слоги появляются вместе и, таким образом, образуют слова.
Используя комбинацию методов визуализации мозга, венгерские эксперты показали, что у собак существует подобный механизм. Это первый случай в науке, когда способность к статистическому обучению была замечена у млекопитающего, не являющегося человеком.
Отслеживание закономерностей характерно не только для людей. Многие животные учатся на закономерностях в окружающем мире, это называется статистическим обучением. Что делает речь особенной, так это то, что ее обработка требует сложных вычислений. Чтобы выучить новые слова из непрерывной речи, недостаточно подсчитать, как часто определенные слоги встречаются вместе. Намного сложнее понять, когда эти слоги встречаются вместе. Именно так дети проводят сегментацию слов.
Полную версию материала читайте по ссылке.
Звук помог пленить спин
Физики из Германии и России экспериментально исследовали эффект когерентного пленения спина, индуцированного поверхностной акустической волной. Для этого они измеряли сигнал фотолюминесценции, переизлучаемый кремниевыми вакансиями в карбиде кремния, помещенном в магнитном поле.
Альберто Эрнандес-Мингес из Института твердотельной электроники имени Пауля Друде с коллегами из Германии и России сделали следующий шаг. Они экспериментально исследовали когерентное пленение спина с помощью поверхностной акустической волны. Эффект заключается в том, что при правильном подборе параметров магнитных и акустических полей, которые приложены к центру окраски, проекция его спина перестает испытывать случайные скачки, вызванные непрерывным оптическим возбуждением.
Меняя величину магнитного поля, они следили за интенсивностью фотолюминесценции образца. Теория предсказывает, что стабильные осцилляции населенности должны снижать ее интенсивность. В частности, такое происходит, когда частота переменного поля находится в резонансе с зеемановским расщеплением верхнего или нижнего уровней, что выражается в виде нескольких минимумах сигнала фотолюминесценции. Когерентное пленение спина в свою очередь должно создавать дополнительный резонанс, который и обнаружили физики.
Физики отмечают, что предсказываемое моделью увеличение времени спиновой релаксации должно выражаться в сужении резонанса. Однако в их работе этот эффект маскируется неоднородным уширением, которое связано с тем, что каждый центр окраски в образце обладает своим собственным окружением. В качестве следующего шага они рассматривают возможность создания одинаковых центров окраски и, как следствие, прямое наблюдение увеличения времени спиновой когерентности.
Полную версию материала читайте по ссылке.
Российские материаловеды напечатали магнитные объекты из немагнитных порошков
Российские материаловеды впервые напечатали градиентные мягкомагнитные образцы на 3D-принтере. Ученые смешали парамагнитные порошки в процессе печати, что позволило получить материал с ферримагнитными свойствами.
Ранее ученые из разных стран уже печатали магнитные материалы, прибегая к различным аддитивным технологиям. Но для печати использовались изначально ферромагнитные порошки, что накладывало свои ограничения на производство. Например, применение таких порошков в технологии прямого подвода энергии и материала может привести к засорению системы подачи порошка на 3D-принтере из-за намагничивания металлических деталей. А технология лазерной сварки в порошковом слое требует размагничивания строительной подложки и металлических деталей внутри камеры принтера, чтобы избежать неравномерного наложения порошка.
Станислав Евлашин вместе с коллегами из Сколтеха, Белгородского университета, Курчатовского института и Санкт-Петербургского морского технического университета предложил метод производства деталей с магнитными свойствами без использования ферромагнитных порошков. В своем эксперименте, ученые использовали технологию DMT, а в качестве компонентов они взяли парамагнитные порошки алюминиевой бронзы (медь, алюминий и железо) и аустенитной нержавеющей стали (железо, хром, никель и другие). В отсутствии сильного магнитного поля такие порошки не притягиваются к магниту.
Постепенно наслаивая один порошок на другой, материаловеды получили мягкомагнитный материал, который сам по себе не является постоянным магнитном, но притягивается к твердым ферромагнитным металлам. Мягкий ферромагнитный эффект сильнее всего наблюдается в середине изделия, где алюминиевая бронза и нержавеющая сталь смешиваются в соотношении 50 на 50. По мнению авторов, такие материалы найдут широкое применение в машиностроении, электронике и радиотехнике.
Полную версию материала читайте по ссылке.
На БАКе впервые наблюдали рождение трёх J/ψ-мезонов
Фильтруя данные о столкновениях частиц на Большом адронном коллайдере, коллаборация CMS увидела не одну и не две, а целых три J/ψ-мезона. Они возникают в результате столкновения двух протонов. Это первое наблюдение такого явления.
J/ψ-мезон – это особая частица. Она была первой частицей, в которой обнаружили очарованный кварк (он же c-кварк), открытие которого принесло Бертону Рихтеру и Самуэлю Тингу Нобелевскую премию по физике и помогло создать кварковую модель адронов – составных частиц. J/ψ-мезон состоит из c-кварка и антикварка.
Почему же такое явление обнаружили сейчас, а не 47 лет назад? Секрет в анализе огромного количества высокоэнергетических протон-протонных столкновений, собранных детектором CMS (компактный мюонный соленоид) в ходе второго запуска БАК. Среди отобранных записей учёные искали превращения J/ψ-мезонов в пары мюонов, более тяжелых родственников электронов.
Такие события очень редки. Появление одного J/ψ-мезона и двух соответственно чаще троекратного появления примерно в 3,7 миллиона и 1800 раз соответственно. Тем не менее, их стоит исследовать и с большой выборкой БАКа "тройных" появлений J/ψ-мезонов учёные смогут улучшить понимание внутренней структуры протонов на малых масштабах.
Полную версию материала читайте по ссылке.
Астрономы отыскали искривленный аккреционный диск вокруг черной дыры в двойной системе
Наземные и космические телескопы помогли астрономам установить, что аккреционный диск вокруг черной дыры в двойной рентгеновской системе MAXI J1820+070 искривлен, из-за чего в системе возникают сильные колебания яркости в оптическом диапазоне. Дальнейшие исследования этой системы могут улучшить наше понимание поведения подобных систем во время фазы активности черных дыр.
Ученые выделили несколько фаз в поведении системы. Первые 86 дней после начала вспышки наблюдалась классическая кривая блеска рентгеновской/оптической вспышки маломассивной рентгеновской двойной с постепенным падением уровня излучения. С 87 по 112 день происходило постепенное увеличение яркости наряду с внезапным появлением огромной модуляции излучения в оптическом диапазоне, в ходе которого за почти 17 часов пиковая яркость источника увеличивалась в два раза. С 112 по 253 день началось изменение свойств рентгеновского излучения, которое из жесткого диапазона переходило в мягкий.
Исследователи пришли к выводу, что такое странное поведение системы не может быть объяснено нагревом поверхности звезды-донора рентгеновским излучением, а является результатом искривления аккреционного диска. В этом случае источник жесткого рентгеновского излучения, который может быть основанием джета, находится выше деформированных внешних областей аккреционного диска, что позволяет увеличить площадь диска, которая может быть освещена, тем самым значительно увеличивая поток излучения в определенные моменты наблюдений.
Полную версию материала читайте по ссылке.
Уточненная модель снизила эффективность нейтронных звезд как детекторов темной материи
Физики-теоретики из Австралии и Германии пришли к выводу, что интенсивность захвата гипотетических частиц темной материи нейтронными звездами может быть на порядки ниже, чем считалось ранее. Ученые использовали более точную теорию, в которой учитывается сложная внутренняя структура нейтрона при его взаимодействии с частицами темной материи, а также не пренебрегается взаимодействием нейтронов друг с другом.
Многочисленные астрономические наблюдения за движением звезд в галактиках указывают на существование темной материи, однако все попытки зарегистрировать элементарные частицы, из которых эта материя состоит, в земных экспериментах до сих пор не увенчались успехом. Это означает, что взаимодействие темной материи с частицами Стандартной модели настолько слабое, что в детекторах темной материи не происходит ни одного акта взаимодействия. Это привело ученых к идее, что стоит изучать результаты взаимодействия темной материи с небесными телами, которые состоят из настолько большого числа частиц и существуют так долго, что должно было произойти много актов их взаимодействия с частицами темной материи. Сначала было предложено изучать последствия возможного взаимодействия темной материи с Солнцем, но потом была выдвинута идея, что еще лучшими детекторами могут быть нейтронным звезды из-за их огромной плотности.
Включение взаимодействия нейтронов друг с другом свелось к замене массы нейтрона на эффективную массу, которая зависит от плотности нейтронной звезды, меняющейся в зависимости от глубины (см. рисунок). Влияние этого эффекта на интенсивность взаимодействия темной материи со звездой оказалось наиболее сильным, если масса частиц темной материи существенно превышает массу нейтрона. В этом случае интенсивность взаимодействия падает приблизительно на порядок.
Полную версию материала читайте по ссылке.
Российские ученые передали квантовый сигнал вместе с классическим по одному оптоволокну
Российские ученые осуществили квантовую генерацию ключей – передали однофотонные состояния – в одном оптическом волокне с мощным классическим излучением. Для реализации этого эксперимента был использован метод спектрального мультиплексирования. При дальнейшем развитии опробованная технология позволит обойтись без использования дефицитного "темного" (свободного от передачи классических данных) волокна.
Для передачи квантового сигнала обычно используют ослабленное излучение – фотоны, кодирующие кубиты, летят практически поодиночке, поэтому выделить их среди миллиардов фотонов, переносящих классические сигналы довольно сложно. Даже если изначально классические и квантовые сигналы отличаются по длине волны, то в процессе распространения комбинационное рассеяние, происходящее в оптическом волокне неизбежно приводит к тому что часть фотонов классического сигнала "перепрыгнет" на длину волны квантового. Такие фотоны имеют случайную поляризацию, что приводит к росту числа ошибок в квантовом сигнале и препятствует генерации ключей. Поэтому для квантового распределения ключей используется «темное», то есть свободное от передачи данных оптоволокно. Прокладка или аренда волокна для соединения оборудования квантового распределения ключей – значительная статья расходов при строительстве квантовых сетей.
В процессе передачи классической информации и квантового ключа было задействовано два DWDM-канала со скоростью 600 гигабит в секунду на одну несущую частоту. Транспондер передавал классический трафик сонаправлено с поляризационными состояниями передатчика и был закольцован на собственные приемники. Суммарная мощность классического излучения составила 4 милливатта. Для сравнения физики задействовали разные линии передачи связи – 25 и 50 километров со сниженными потерями (Corning SMF-28 ULL) и 50 километров стандартного волокна (Corning SMF-28e).
В результате эксперимента скорость генерации секретного ключа на «светлом» волокне составила: 27,1 и 7,3 килобит в секунду на 25 и 50 километрах волокна с низкими потерями, и 0,7 килобит в секунду на 50 километрах стандартного.
Полную версию материала читайте по ссылке.
(Советуем включить светлую версию - справа от названия материала)
Биологи показали, что носы млекопитающих произошли из челюстей рептилий
Новые исследования скелетов и эмбрионов животных позволили исследователям выяснить, как у млекопитающих развились выступающие и гибкие носы. Оказалось, что нос млекопитающих – эволюционное развитие челюстей рептилий.
Авторы нового исследования разработали несколько экспериментов, которые позволили отследить развитие частей лица у эмбрионов различных видов, включая птиц, рептилий и млекопитающих. Особое внимание ученые уделили группе клеток, формирующих выступы на лице эмбриона. Исследователи окрашивали клетки, чтобы отслеживать их перемещения и рост.
Группа клеток, называемых лобно-носовым выступом, образовала кончик челюсти у рептилий, но стала выступающим носом у млекопитающих. Вместо этого кончики челюстей млекопитающих формируются из отдельной группы клеток, называемых верхнечелюстным выступом. По мере того как предки этих видов накапливали все больше физических и генетических различий, кость на конце верхней челюсти рептилий, премаксилла, становилась меньше и мигрировала вверх, а кость, которая находилась за ней, септомаксилла, становилась больше и двигалась вперед, чтобы стать кончиком челюсти млекопитающих.
Полную версию материала читайте по ссылке.
Научные видео
Основные источники:
Спасибо за внимание, и помните, что никогда не поздно "Учиться, учиться и еще раз учиться!"
Прошлый выпуск рубрики:
- Физики работают над квантовыми методами шифрования – они устойчивы к дешифровке квантовым компьютером.
- Рентгеновская спектроскопия никелатов подтвердила современную теорию сверхпроводимости.
- Материаловеды сделали древесину в двадцать три раза тверже и изготовили из нее нож.
- Астрономы, вероятно, открыли первую планету за пределами нашей галактики.
- Эгоистичный мозг отбирает энергию у мышц.
