Научная среда – новости о науке и технике. Выпуск #87

Новости одной строкой

• Все слышали, что "обниматься нужно не меньше 8 раз в день", а сейчас ученые выяснили, что длиться объятия должны не менее 5 секунд. Исследования проводились в контексте создания специальных роботов.
• Яндекс создал три мощнейших в России суперкомпьютера. Они вошли в новую версию мирового рейтинга TOP500, заняв в нем 19-е, 36-е и 40 места.
• Человеческий мозг обрабатывает смайлики медленнее слов. Но на это уходит меньше секунды. Нам требуется примерно на 50% больше времени
• Первый серийный ледокол типа "Арктика" по проекту 22220 вышел на ходовые испытания. Суда оснащены двухреакторными энергетическими атомными установками РИТМ-200 мощностью 60 мегаватт на валах. Мощность каждого реактора составит 175 мегаватт.

Научная среда

Эксперимент COSINE-100 не увидел обнаруженной DAMA/LIBRE темной материи

Анализ данных эксперимента COSINE-100 не подтвердил обнаружение частиц темной материи, о котором ранее сообщала коллаборация DAMA/LIBRA, работавшая с аналогичным детектором. Оба эксперимента пытались зарегистрировать сезонные колебания темпов регистрации частиц в детекторе, вызванные изменением скорости движения Земли относительно гало темной материи при ее вращении вокруг Солнца. Таким образом, причина сезонных колебаний числа событий в детекторе DAMA/LIBRA остается неизвестной. 

На существование темной материи указывают многочисленные астрономические наблюдения, но из чего она состоит – до сих пор точно неизвестно. Основным кандидатом на роль частиц темной материи считаются вимпы (WIMP, weakly interacting massive particle) – слабовзаимодействующие частицы с массой, существенно превышающей массу протона. Ученым долгое время не удавалось зарегистрировать эти частицы в лабораторных экспериментах. Однако в 1998 году итальянская коллаборация DAMA опубликовала первые результаты анализа данных, в которых был найден сигнал вимпов. С тех пор коллаборация, которая сейчас называется DAMA/LIBRA, выпустила множество статей, в которых сообщала о подтверждении своих выводов со все большей и большей статистической значимостью. Проблема этих результатов в том, что все остальные эксперименты по поиску темной материи не подтверждают выводов DAMA/LIBRA и никаких частиц темной материи они не видят.

Чтобы выяснить причину расхождения результатов DAMA/LIBRA с другими экспериментами, в Южной Корее построили детектор COSINE-100, который похож на DAMA/LIBRA. Анализ первых двух месяцев работы детектора COSINE-100 не подтвердил результаты DAMA/LIBRA, если взаимодействие темной материи с веществом не зависело от спина и использовалась стандартная модель гало. Оставались альтернативные варианты, основанные на более сложных моделях темной материи и распределения ее плотности в галактике. Однако анализ данных, которые набирались уже в течение полутора лет работы детектора, также не обнаружил частиц темной материи. 

Полную версию материала читайте по ссылке.

В древнем алмазе нашли ранее неизвестный минерал из мантии Земли

Геологи изучили древний алмаз, который в конце XX века нашли в шахте в Ботсване. Оказалось, что в нем содержатся крошечные кусочки ранее неизвестного минерала, содержащегося в мантии Земли – ученые предполагали, что он существует, но никто не встречался с ним до этого момента.

История этого алмаза началась с того, что его нашли в шахте города Орапа в Ботсване. Его ширина составляет около 4 миллиметров, а весит он 81 миллиграмм. В 1987 году дилер продал его ученому из Калифорнийского технологического института, который изучал алмазы, но ни дилер, ни сам ученый понятия не имели, насколько он особенный.

Атомный состав этого минерала подтверждает, что он мог образоваться только в экстремальных условиях нижней мантии, где давление более чем в 200 тысяч раз превышает давление на поверхности Земли. При поднятии на поверхность и уменьшении давления дейвмаоит распадается на другие минералы. Однако исследователям повезло, поскольку нынешний образец заключен внутрь алмаза.

Считается, что дейвмаоит играет важную роль в геохимии Земли. Например, ученые предполагают, что минерал может содержать частицы радиоактивных урана и тория, которые вносят вклад в радиогенный разогрев земных недр.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Физики предложили новый механизм образования темной материи

Физики предложили новый механизм взаимодействия вещества и темной материи, который хорошо объясняет ее количество во Вселенной. Этот механизм основан на возможности преобразования обычной материи в темную, что обеспечивает очень быстрый рост количества последней на определенном этапе эволюции Вселенной.

Для описания темной материи и на более поздних стадиях, когда Вселенная уже расширилась и остыла достаточно для того, чтобы остальные частицы хорошо описывались Стандартной моделью, существует несколько основных теорий. Согласно этим теориям, наблюдаемая в настоящее время темная материя возникла либо в результате распада ее частиц DM на частицы Стандартной модели A в реакциях типа DM → A + A или DM + DM → A + A, либо при взаимодействии обычных частиц в реакциях A + A → DM + DM. Но в первом случае начальное число частиц темной материи было больше, чем наблюдаемое сейчас, а во втором — меньше.

Группа исследователей из Бельгии, Германии, Израиля, Норвегии и США под руководством Торстена Брингманна (Torsten Bringmann) из университета Осло предложила механизм генерации новых частиц темной материи из взаимодействия уже существующей темной материи и обычного вещества в реакциях A + DM → DM + DM. В таком процессе число частиц темной материи растет экспоненциально быстро. Это приводит к тому, что, имея сначала даже небольшое число ее частиц, можно быстро достичь современного соотношения масс темной материи и обычного барионного вещества (приблизительно пять к одному).

Полную версию материала читайте по ссылке.

Оказалось, что кошка знает, где находится хозяин, даже когда его не видит, а только слышит

Если вам кажется, что вы абсолютно безразличны вашей кошке, то это не так! Как показывает новое исследование, коты обладают сверхъестественной способностью следить за людьми, даже когда они находятся вне поля их зрения.

Исследователи из Университета Киото, Япония, говорят, что их работа бросает вызов представлению о том, что собаки интересуются своими хозяевами больше, чем кошки.

Считается, что коты так не заинтересованы в своих хозяевах, как собаки, но оказывается, что они мысленно представляют своих хозяев, даже во время их отсутствия! Кошки проводят большую часть своего времени во сне, но они могут думать о многих вещах.

Сахо Такаги

В комнату ученые по очереди помещали котов и включали записи из разных динамиков либо с голосом хозяина, либо незнакомцев. Люди произносили кличку питомца. Проверяя записи камер, ученые заметили, что коты проявляли признаки удивления, когда голос их хозяина «телепортировался» из одной стороны в другую. Животные шевелили ушами и поворачивали голову. Такой тип мышления указывает на "сложные" когнитивные способности.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Ученые оценили время жизни одиночного нейтрона

Физики показали, что время жизни одиночного нейтрона составляет 887 секунд. Это знание поможет ученым понять, какие процессы происходили на самых ранних стадиях эволюции Вселенной.

Когда мы смотрим в ночное небо, то видим Вселенную такой, какой она была в прошлом. Раньше она была теплее и плотнее, чем сейчас. А если посмотреть достаточно глубоко, мы увидим остаток Большого взрыва – космический микроволновый фон. С нашей точки зрения, это предел наблюдаемой Вселенной. Он возник в то время, когда возраст Вселенной составлял уже около 380 000 лет. Мы не можем напрямую наблюдать, что происходило раньше.

Существует несколько способов измерения периода полураспада нейтронов – например, измерение в пучке нейтронов. Один из лучших методов – охлаждение этих частиц и удержание их в магнитной ловушке. Все бы хорошо, но эти методы дают разные результаты для периода полураспада. 

Безвоздушная поверхность Луны постоянно подвергается бомбардировке космическими лучами. Иногда космический луч выбивает нейтрон с лунной поверхности. Когда нейтрон удаляется от Луны, у него есть шанс распасться. 

Команда ученых использовала спутник NASA Lunar Prospector для подсчета количества нейтронов на разных высотах орбиты. Исходя из этого, они рассчитали время жизни нейтрона, равное 887 секундам. Правда, результат всё ещё недостаточно точен для решения проблемы, но он показывает перспективы использования космических аппаратов для получения очень точных результатов в физических экспериментах.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Что-то в центре Млечного пути ускоряет частицы

Группа исследователей из Китайской академии наук обнаружила доказательства существования мощного ускорителя частиц в галактическом центре. Они проанализировали данные, полученные с помощью телескопа Fermi Large Area Telescope.

В центре, который, кстати, вращается, есть и другие образования – остатки сверхновых и туманности пульсарного ветра, но о внутреннем пространстве галактического центра практически ничего не известно из-за его плотности окружающего его облака. Для того, чтобы больше узнать о космических лучах, испускаемых галактическим центром (особенно о долетающих до Земли), они получили и проанализировали данные различных исследовательских групп группами, работающими на телескопе Fermi Large Area Telescope.

Они обнаружили, что плотность космических лучей в центральном молекулярном облаке ниже, чем в фоне – что говорит о существовании некоего барьера, препятствующего проникновению космических лучей в центральное молекулярное облако. Также они нашли доказательства того, что космические лучи замедляются, проходя через облако, а затем снова ускоряются после выхода из него, а значит, что-то вблизи центра галактики служит ускорителем частиц. Пока учёные не знают, что именно это такое, но  утверждается, что это может быть черная дыра, туманность или даже остатки сверхновой.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Физики разобрались в стабильности стоячей молекулы

Физики выяснили причину необычного поведения молекулы диангидрида 3,4,9,10-перилентетракарбоновой кислоты, которой удается стоять вертикально на серебряной подложке. Изучая вероятность ее падения для разных температур и проводя моделирование, физики выяснили, что в зависимости потенциальной энергии от угла наклона молекулы есть потенциальная яма, которая обеспечивает ее стабильность.

Для того, чтобы поставить лежащую на поверхности серебра молекулу PTCDA вертикально физики с помощью зондового микроскопа прикрепляли к одному из ее концов два дополнительных атома серебра (адатомы). Затем наконечник зонда связывался с кислородом на втором концом молекулы и поднимал ее, поворачивая вокруг оси, проходящей через центры адатомов. При этом реализуются две возможные конфигурации, в зависимости от того, как расположен адатомный пьедестал на поверхности серебра.

Отводя зонд на некоторое время и меняя температуру, ученые измеряли вероятность того, что молекула останется стоять на месте. Повторяя протокол эксперимента 1270 раз, они зафиксировали суммарно 235 падений молекулы в диапазоне температур от 10 до 14 кельвин и для свободных времен, равных 3, 10 и 56 секунд. Распределение соответствующей вероятности хорошо описывалось законом Аррениуса. Из аппроксимации этой формулой физики вычислили, что величины потенциальных барьеров для двух разных конфигураций равны примерно 26 и 31 миллиэлектронвольт, соответственно.

Анализируя получившуюся потенциальную яму вкупе с экспериментальными данными о барьере, авторы заключили, что вертикальную молекулу PTCDA можно использовать как механический осциллятор на частотах порядка нескольких десятков гигагерц, который можно настраивать, подводя или отводя зонд. Это представляет особенный интерес для физики магнитного резонанса, оперирующей в тех же диапазонах, поскольку такая молекула обладает неспаренным локальным спином.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Физики напрямую увидели сигма-дырку на поверхности атома брома

Чешские физики смогли напрямую визуализировать сигма-дырку на поверхности атома брома, входящего в состав молекулы тетракис-(4-бромфенил)метана. Это удалось сделать с помощью кельвин-зондовой силовой микроскопии с атомом ксенона в качестве наконечника. Для достоверности авторы повторили этот эксперимент для молекулы тетракис-(4-фторфенил)метана, для которой этой дырки быть не должно.

Группа физиков под руководством Павла Елинека (Pavel Jelínek) из Университета Палацкого сообщила об успешном прямом наблюдении сигма-дырки на поверхности атома брома, входящего в состав молекулы тетракис-(4-бромфенил)метана, с помощью кельвин-зондовой силовой микроскопии. В основе этого метода лежит зависимость частоты механических колебаний зонда, висящего над образцом, от напряжения между ними. Измеряя максимум этой зависимости по всему образцу на одинаковой высоте, физики могут восстанавливать карту распределения локальных потенциалов.

Авторы обосновали выбор атома ксенона в качестве наконечника для зонда тем, что распределение его заряда изотропно. Этим он отличается от более популярного наконечника – молекулы CO, для которой характерен высокий электрический квадрупольный момент. Последний факт способен дать искажение при использовании этой молекулы в кельвин-зондовом методе. Физики продемонстрировали это, повторив предыдущий эксперимент с молекулой 4FPhM и с CO-наконечником. В этом случае на изображении появилось кольцо, которое отражало распределение заряда уже в самом зонде.

Полную версию материала читайте по ссылке.

В архее корни континентов росли за счет двусторонней субдукции

Результаты петролого-термомеханического моделирования, выполненного на трех суперкомпьютерах в России и Швейцарии, показали, как менялись свойства подстилающей литосферу верхней мантии на протяжении четырех с половиной миллиардов лет – от архея до наших дней. Результаты исследования, первая часть которого была опубликована в прошлом году, а вторая – совсем недавно, позволили ответить сразу на несколько основополагающих вопросов геологии: в каком виде работала тектоника плит на ранних этапах развития нашей планеты, как образовались первые кратоны – зародыши континентов, почему их корни уходят так глубоко в мантию и почему к этим корням приурочены практические все алмазы на Земле. Ключевой вывод из построенной модели заключается в том, что в архее литосферные плиты были более пластичными, чем сейчас, поэтому при их столкновении одна из погружающихся в мантию плит увлекала за собой вторую, – то есть субдукция была двусторонней. Этот механизм обеспечивал доставку в мантию веществ, необходимых для формирования гранитной магмы, ставшей впоследствии "фундаментом" континентальных плит.

Относительно механизма формирования глубинных корневых зон кратонов есть несколько гипотез. Некоторые ученые считают, что корни кратонов образовались в процессе субдукции, другие связывают их появление с вертикальным переносом вещества мантийными плюмами или с процессами переплавления оснований океанических платформ.

На первом этапе исследования авторы, используя мощности суперкомпьютера МГУ "Ломоносов" и двух суперкомпьютеров Швейцарской высшей технической школы Цюриха, создали цифровую модель, воспроизводящую особенности древней (архейской) океанической коры и мантии. Оказалось, что процесс субдукции в тот период сильно отличался от современного.

Полную версию материала читайте по ссылке.

Ученые создали универсальный инструментарий для работы с физикой за пределами Стандартной модели

Поиски физических явлений вне Стандартной модели часто происходят на крупных ускорителях, таких как Большой адронный коллайдер ЦЕРНа или огромных подземных детекторах нейтрино, темной материи и других экзотических частиц. Исследователи из Нидерландов открыли альтернативный фронт в этом поиске, разработав новый лабораторный метод улавливания тяжелых нейтральных молекул.

Среди стандартных методов, используемых при поиске eEDM – выполнение высокоточной спектроскопии атомов или молекул, которые сначала замедляются, а затем захватываются лазерами или электрическими полями на время измерения. Проблема в том, что открытие Новой физики (физики за пределами Стандартной модели) может потребовать захвата молекул, которые слишком тяжелы, чтобы их можно было удерживать при помощи лазеров. Электрические поля, в свою очередь, могут улавливать только тяжелые ионы, а не нейтральные атомы или молекулы.

После синтеза молекулы попадают в устройство длиной 4,5 метра под названием «замедлитель Старка», в котором переменные электрические поля замедляют, а затем и вовсе останавливают их. Молекулы SrF остаются захваченными в течение 50 мс, во время которых исследователи анализируют их с помощью отдельной системы обнаружения флуоресценции, индуцированной лазером. Измерения, полученные в результате, выявляют фундаментальные свойства электронов, включая eEDM, которые затем можно проверить на любую асимметрию.

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:

• Машинное обучение помогло смоделировать белки на квантовом уровне.
• Физики обнаружили новый тип сверхпроводимости.
• Ученые приблизились к пониманию внутренней структуры нейтрона.
• Циркадные ритмы управляют иммунной системой человека.
• Разработан фотоэлектрический нагреватель, который использует 95% энергии.
• Все домашние лошади произошли от одной прикаспийской популяции.