Новости науки

[Scyther]

Американские ученые впервые подали патент на комнатный сверхпроводник
https://hightech.fm/2019/02/24/provodnik
Ученые, работающие в ВМС США, подали заявку на комнатный сверхпроводник (комнатно-температурный сверхпроводник). В описании своего изобретения исследователи пишут о том, что устройство может стать причиной потенциального «сдвига в передаче энергии и компьютерных системах».

В заявлении также утверждается, что сверхпроводник для комнатной температуры можно спроектировать с использованием проволоки с изоляционным сердечником и покрытия из цирконата-титаната свинца, нанесенного вакуумным испарением и поляризованного после охлаждения.

Электромагнитная катушка располагается по окружности вокруг покрытия таким образом, что при активации катушки импульсным током возникает нелинейная вибрация, которая обеспечивает сверхпроводимость при комнатной температуре.

«Эта концепция позволяет передавать электрическую энергию без потерь и обеспечивает оптимальное управление тепловыделением. В дальнейшем мы сможем проектировать и разрабатывать новые устройства для передачи энергии инновационным способом».

Сверхпроводники – это материалы, электрическое сопротивление которых понижается до нуля при достижении определенной минусовой температуры. Особенный интерес для ученых представляет комнатный сверхпроводник – теоретически, он способен демонстрировать те же свойства, но при комнатных температурах.

Ученые научились достигать сверхпроводимость при минусовой температуре (около -143 градусов по Цельсию), и не останавливаются на достигнутом, полагая, что это ценное свойство можно воспроизвести и при комнатной температуре.

[Scyther]

Virgin Galactic впервые отправила человека на околоземную орбиту
https://hightech.fm/2019/02/23/welcometospace
Компания Virgin Galactic вывела летательный аппарат VSS Unity на высоту 89,9 километра с пассажиром на борту. Конкурент Брэнсона и владелец аэрокосмической компании Blue Origin Джефф Безос считает полеты Virgin Galactic слишком низкими.

Virgin Galactic отправила своего первого пассажира в околокосмическое пространство. Главный инструктор-астронавт компании Бет Мозес сопровождала двух пилотов на полете 55,85 мили над Землей, всего в нескольких милях ниже международно признанной космической границы. Это хорошая новость для более чем 600 человек из 58 стран, которые оплатили или внесли депозиты на суборбитальные рейсы в Virgin Galactic. Часть из них ждет своего полета более 14 лет.

Virgin Galactic последние несколько лет активно расширяет границы, летая все быстрее с более тяжелыми грузами для имитации веса пассажиров. Как отмечает агентство Reuters, Брэнсон надеется стать первым пассажиром первого коммерческого рейса SpaceShipTwo уже этим летом. В случае успеха компания предложит 90-минутные перелеты по цене в 250 тысяч долларов США.

«Безопасный полет одного и того же транспортного средства в космос и его возвращение за два с небольшим месяца с расширением границ полета говорят о том, какие уникальные возможности мы создаем. Сегодняшний полет Бет в кабине должен заверить наших клиентов, что их ждет такое же безупречное путешествие, как и наши корабли. Все это вызывает жгучее чувство нетерпения у всех, кто стремится сам испытать ощущения от полета», – отметил Брэнсон.

Джефф Безос, основатель компании Amazon, который также нацелен на создание отрасли космического туризма, ранее скептически отнесся к возможностям Virgin Galactic. По его словам, одна из проблем конкурента в том, что он не собирается преодолевать высоту в 100 километров над землей.

[Scyther]

Исследователи разрабатывают жидкие аккумуляторы для электромобилей, способные заряжать машину за несколько минут
https://naked-science.ru/article/hi-tech/issledovateli-razrabatyvayut
Преимущества электрических машин известны всем: они экологичны и не вредят окружающей среде. Однако у них есть один существенный минус — их зарядки нужно ждать довольно долго. Технология «жидкого аккумулятора» поможет делать это за считанные минуты.

Помочь в решении этой проблемы могут так называемые «перезаправляемые батареи» — ионно-литиевые элементы, которые при истощении электролита, приводящего их в действие, могут пополняться свежезаряженной жидкостью вместо стационарной зарядки. Другими словами, такой электромобиль можно будет заправлять и с помощью привычного шланга.

Ученые работают над созданием перезаправляемых или так называемых проточных аккумуляторов, которые можно заправлять за считаные минуты на обширной сети конвертированных заправочных станций. Это новшество может сделать электромобили более привлекательными для водителей, которые опасаются длительного времени зарядки.

Ли Кронин (Lee Cronin), сотрудник Университета Глазго и один из ведущих разработчиков этой технологии, уверен, что такие батареи превратят электромобили в достойную альтернативу обычной машине, а опасения длинных поездок из-за страха разрядки аккумулятора исчезнут. Сторонники идеи даже полагают, что под эту цель можно переоборудовать существующую трубопроводную инфраструктуру, используя ее для перекачивания аккумуляторной жидкости вместо бензина. Команда Кронина работает над увеличением плотности энергии проточных аккумуляторов, создавая электролит с высокой концентрацией оксида металла. Их проточные аккумуляторы могут быть маленькими и достаточно легкими для использования в электромобилях.

Одновременно с этим другая группа исследователей под руководством сотрудника Университета Пердью Джона Кушмана (John Cushman) объявила, что создала жидкую батарею, в три-пять раз превышающую обычную плотность энергии, перекачивая электролит через несколько элементов батареи на высокой скорости. В 2016 году Кушман стал одним из основателей стартапа под названием IFBattery.

Как и литий-ионные аккумуляторы, которые сегодня используются в большинстве электромобилей на дорогах, проточные аккумуляторы выделяют энергию в результате химических реакций между концами аккумулятора и электролитом. В литий-ионной батарее электролит находится между концами батареи; когда он истощается, его необходимо перезарядить. В проточной батарее электролит прокачивается из резервуара через батарею: при истощении его можно просто поменять на свежую партию.

Однако, по словам некоторых экспертов, у технологии проточных батарей все еще существуют серьезные технические препятствия, которые необходимо преодолеть, прежде чем они станут практичными. И, как ни странно, еще одним фактором может быть потребительский импульс, связанный с идеей о том, что электромобиль — то, что вы можете самостоятельно зарядить у себя дома. Профессор Йельского университета, химик Хайлян Ванг (Hailiang Wang) называет новую разработку возможным «переломным моментом», но говорит, что есть препятствия, которые необходимо преодолеть, включая стоимость и надежность технологии.

Сложно сказать, когда транспортные средства с жидкими аккумуляторами могут появиться на рынке. Кушман говорит, что надеется протестировать технологию в ближайшие три года, а Кронин рассчитывает потратить на тестирование электролита до 18 месяцев. Тем не менее оба разработчика сходятся во мнении, что все зависит от того, смогут ли исследовательские группы получить должное финансирование и партнерские соглашения, необходимые для производства автомобилей с подобной технологией. Более того, даже с их преимуществом не ясно, насколько хорошо проточные батареи будут конкурировать с литий-ионными батареями, которые годами доминировали на рынке.

[Scyther]

В IKEA разработали занавески, которые очищают воздух в квартире
https://naked-science.ru/article/concept/v-ikea-razrabotali-zanaveski
Компания IKEA представила прототип занавески под названием GUNRID, которая не только станет отличным дополнением к интерьеру, но и очистит воздух в помещении: их ткань покрыта слоем фотокатализатора, который под воздействием света уничтожает все вредные вещества.

«С помощью своей новинки мы не только даем возможность дышать чистым воздухом дома, но и надеемся, что Gunrid повысит осведомленность людей о загрязнении воздуха внутри помещений, вдохновит на изменения своего поведения, которые поспособствуют очищению воздуха во всем мире. Gunrid — наш первый продукт, использующий такую технологию, но эта разработка даст нам возможность для будущих применений и на других текстильных изделиях», — говорит Лена Припп-Ковач (Lena Pripp-Kovac), глава отдела устойчивого развития Inter. IKEA Group.

Загрязнение воздуха — одна из главных проблем современности, и в рамках ее решения предпринимается множество мер и действий, направленных на снижение уровня вредных частиц, на разных масштабах, вплоть до вмешательства правительства и законодательства. Для обычного же потребителя существует широкий выбор устройств для очистки воздуха в помещении. Теперь одним из них могут стать занавески от IKEA. Принцип их работы основан на фотокатализе — процессе возбуждения химических реакций под действием света в присутствии веществ (фотокатализаторов), которые поглощают кванты света и участвуют в химических превращениях участников реакции.

Магнитные частицы на поверхности ткани под воздействием солнечного света ускорят процесс окисления вредных веществ, тем самым очистив воздух, который попадает в квартиру через окно. Других подробностей о материале занавесок в компании не разглашают, ограничившись заявлением о том, что технология похожа на фотосинтез растений. Занавески GUNRID появятся в магазинах уже в следующем году, но ни их стоимость, ни их точная дата начала продаж пока не известны.

По последним данным Всемирной организации здравоохранения, загрязнение воздуха — ежегодная причина смерти порядка семи миллионов человек в год. Вредные отходы провоцируют множество болезней и летальных исходов в Китае и Индии, особенно в их густонаселенных районах. Даже в Австралии, где ситуация в целом лучше, загрязнение воздуха промышленными предприятиями вызывает около трех тысяч преждевременных смертей в год, что обходится стране в 24 миллиарда долларов.

[Scyther]

В джунглях Амазонки обнаружили мертвого кита
https://www.mk.ru/science/2019/02/25/v-dzhunglyakh-amazonki-obnaruzhili-mertvogo-kita.html

В устье реки Амазонки на острове Маражо было обнаружено тело 8-метрового мертвого кита, сообщает Bicho D'água в Facebook.

Специалисты отмечают, что это детеныш кита. Биологи взяли пробы, что узнать точную причину смерти животного.

[Scyther]

Корейские ученые создали липидные нанотаблетки и научили их выполнять логические операции
https://hightech.fm/2019/02/25/nanotablets-logic

Исследователи из Национального университета Сеула создали вычислительную платформу на основе нанотаблетки — гибридных наночастиц-липидных бислоев. Благодаря взаимодействию между собой в растворе, пара наночастиц может выполнять логические операции «И», «ИЛИ», а также масштабироваться в логические цепочки, путем соединения пар в вычислительные каскады и модули.

Исследовательская группа из Национального университета Сеула сообщила о разработке вычислительной платформы на основе гибридных наночастиц-липидных бислоев, называемой липидным нанотаблеткой, в которой наночастицы, каждая из которых запрограммирована поверхностными химическими лигандами (в данном случае ДНК) привязываться к поддерживаемому липидному бислою для выполнения вычисления. По аналогии с параллельными вычислительными процессами на клеточных мембранах, ученые использовали поддерживаемые липидные бислои  — синтетические имитаторы для клеточных поверхностей — в качестве химических печатных плат для создания цепей наночастиц. Это «нанобио» вычисление, которое происходит на границе наноструктур и биомолекул, переводит молекулярную информацию в растворе (вход) в динамическую сборку или разборку наночастиц на липидном бислое (выход).

Исследователи представили два типа наночастиц для липидного бислоя, которые различаются по подвижности: мобильные нанопоплавки и неподвижные нанорецепторы. Благодаря высокой мобильности поплавки активно взаимодействуют с рецепторами в пространстве и времени, выступая в качестве активных единиц вычислений. Наночастицы функционализируются с помощью специально разработанных ДНК-лигандов, а поверхностные лиганды обеспечивают программируемое взаимодействие рецептор-поплавок, превращая таким образом пару рецептор-поплавок в логические цепочки. Логический элемент наночастиц принимает нити ДНК в растворе в качестве входных данных и генерирует события соединения или разъединения наночастиц в качестве выходных данных.

Наночастицы и их взаимодействия могут быть отображены и отслежены с помощью микроскопии с разрешением в одну наночастицу из-за сильных и стабильных сигналов рассеяния от плазмонных наночастиц. Используя этот подход (называемый «программированием интерфейса»), ученые из Сеульского университета сначала продемонстрировали, что пара наночастиц (то есть две наночастицы на липидном бислое) может выполнять логические операции «И», «ИЛИ» и принимать несколько входов (разветвление) и генерировать несколько выходов (разветвление). Кроме того, множественные логические элементы могут быть соединены модульно с логикой «И» или «ИЛИ» через поплавки, так как мобильность поплавков обеспечивает информационный каскад среди нескольких логических элементов наночастиц. Исследователи назвали эту стратегию «сетевым программированием». Комбинируя эти две стратегии (межфазное и сетевое программирование), они смогли реализовать сложные логические схемы, такие как мультиплексор.

Вычисления — широкоприменимое понятие как в физических науках, так и в биологии, и технике, где они предоставляют множество критических возможностей. Исторически предпринимались попытки объединить вычисления с «необычными» веществами во многих масштабах, от микроскопических капель до наноструктур ДНК и молекул.

Но реализация сложных вычислений в системах частиц, особенно в наночастицах, остается сложной, несмотря на широкий спектр потенциальных применений, которые только выиграют от алгоритмического управления их уникальными и потенциально полезными функциями — фотонными, плазменными, каталитическими, фототермическими, оптоэлектронными , электрическими, магнитными и материальными — и все это без вмешательства человека. Проблема реализации не связана с отсутствием передовых технологий с использованием наночастиц, реагирующих на стимулы, многие из которых могут концептуально функционировать как элементарные логические элементы. Это происходит главным образом из-за отсутствия масштабируемых архитектур, которые позволили бы систематическую интеграцию и соединение в большую интегральную схему. Предыдущие подходы ограничены демонстрацией одной простой логической операции на пробирку или использованием сложных молекулярных цепей на основе ферментов в растворе. Следует также отметить, что модульные и масштабируемые аспекты являются ключевыми проблемами в вычислениях ДНК для практического и широкого использования.

По своей природе клеточная мембрана аналогична печатной плате, поскольку организует широкий спектр биологических наноструктур (например, белков) как вычислительные единицы и позволяет им динамически взаимодействовать друг с другом на жидкой двумерной поверхности для выполнения сложных функций. Например, мембранные белки принимают химические и физические сигналы в качестве входных данных (например, связывание с химическими агентами, или механические раздражители) и изменяют свою конформацию или образуют новое вещество в качестве выходных данных. Обработка информации на мембранах живых клеток является ключом к тому, как биологические системы адаптируются к изменениям во внешней среде.

[Scyther]

Красноярские ученые: платину можно добывать из отработанного сырья
http://www.sbras.info/news/krasnoyarskie-uchenye-platinu-mozhno-dobyvat-iz-otrabotannogo-syrya

Ученые Института химии и химической технологии ФИЦ КНЦ СО РАН и Сибирского федерального университета обнаружили, что сульфидные минералы, в частности валлериит, накапливают платину. Это позволит добывать драгоценный металл из отходов, которые остаются после процесса обогащения меди и никеля.

Один из основных источников платины — залежи сульфидных медно-никелевых руд, однако платина здесь не является основным предметом добычи и разрабатывается попутно. Часть металла при этом теряется с отвальными хвостами — отходами процесса обогащения меди и никеля. В состав остатков входят сульфидные минералы, соединения различных элементов с серой. В России существует несколько подобных месторождений, в том числе в Норильске.

Красноярские ученые оценили, сколько платины осаждается на сульфидных минералах. Оказалось, что большое количество драгоценного металла содержит валлериит, залежи которого распространены в разрабатываемых рудах Норильска и в отходных материалах от них. К тому же именно на нем платина осаждается в металлической форме, что делает ее доступной для добычи.

Ученые исследовали взаимодействие платины с сульфидными минералами галенита, валлериита, пирита, халькопирита и пирротина. Предварительно очищенные и отшлифованные минералы помещали в раствор хлорида платины. Платина осаждалась на их поверхности в виде различных соединений. С помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии ученые сравнили долю осажденного вещества и его вид на разных минералах.

Меньше всего платины осаждается на пирите. Самое большое количество драгоценного металла поглощает валлериит. На поверхности этого минерала находится сульфидный нанослой с отрицательным зарядом. Он способен восстанавливать платину до металлического состояния, тогда как на остальных минералах она осаждалась в виде сульфида.
 
«Мы посмотрели, как в природе взаимодействуют платина и минералы, содержащие серу. Исследование позволит понять, в каких месторождениях ее можно обнаружить, в какой форме она там находится, а также как правильно ее извлекать. При переработке часть платины обычно идет в отвал, поскольку ее либо невозможно извлечь по технологическим причинам, либо мы просто не знаем, что она там есть. Благодаря нашим результатам можно увеличить прирост добычи с одного месторождения и извлекать руду из старых отработок», — рассказал кандидат химических наук Александр Романченко, старший научный сотрудник Института химии и химической технологии ФИЦ КНЦ СО РАН и Сибирского федерального университета.

Работа проводилась при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, Красноярского краевого научного фонда и правительства Красноярска.

[Scyther]

Исследователи из MIT ввели чужеродные гены непосредственно в хлоропласт растений с помощью наночастиц
https://naked-science.ru/article/biology/issledovateli-iz-mit-vveli

Технология пригодится для выращивания сельскохозяйственных культур и овощей с нужными характеристиками — например, с выживаемостью в засуху или устойчивостью к грибкам. А поскольку эти гены переносятся только в хлоропластах, они передаются исключительно потомству, а не другим видам растений.

Сотрудники Массачусетского технологического института (MIT) смогли распылить крошечные наночастицы, содержащие чужеродные гены, в хлоропласты растительных клеток. Этот инновационный метод считается более простым и менее рискованным способом генетической модификации растений, в отличие от устоявшихся генных инструментов, которые могут быть дорогими и неудобными.

Группа исследователей во главе с профессором Майклом Страно (Michael Strano) впервые пришла к мысли о том, что они могут проникать через мембраны растительных клеток с помощью наночастиц еще несколько лет назад. Тогда они обнаружили, что при нужном размере и электрическом заряде наночастиц возможно проникновение сквозь мембрану растительной клетки посредством механизма, называемого проникновением через липидную обменную оболочку (lipid exchange envelope penetration, LEEP).

Ранее Страно и его коллеги использовали этот метод, чтобы заставить растения расти путем встраивания люциферазы, светоизлучающего белка, в листья растения. Но могут ли гены имплантироваться таким же образом? Именно на этот вопрос отвечают специалисты в своей последней работе, результаты которой опубликованы в журнале Nature Nanotechnology.

Хлоропласты — это маленькие органеллы внутри клеток растений и водорослей, где сахар превращается в топливо в процессе фотосинтеза. Эти крошечные органеллы содержат около 80 генов, которые кодируют белки, участвующие в фотосинтезе. Ученые ранее манипулировали генами внутри хлоропластов, используя технику высокого давления, которая известна как генная пушка (gene gun), однако, по их словам, это может привести к повреждению растения, а потому само по себе не очень эффективно.

Сначала ученые создали наночастицы, состоящие из углеродных нанотрубок, завернутых в хитозан, после чего добавили ДНК, отрицательный заряд которой позволяет ей легко связываться с положительно заряженными нанотрубками. Затем исследователи безыгольным шприцем распылили раствор наночастиц на листья. Частицы проникли внутрь через крошечные поры, называемые устьицами, которые обычно отвечают за испарение воды. Наночастицы прошли через мембрану клетки, в итоге проникнув через двойные мембраны хлоропластов. Оказавшись внутри, менее кислая среда хлоропласта заставила ДНК отделиться от наночастиц, освободив ее тем самым для производства белков.

В качестве демонстрации специалисты использовали эту технику для доставки гена, который кодирует желтый флуоресцентный белок: так было легче всего визуализировать эффективность новой методики. В результате они обнаружили, что 47 процентов растительных клеток действительно светятся желтым — это доказывало, что ДНК, продуцирующая белок, была успешно доставлена в хлоропласт. Исследователи опробовали свою технику и на других растениях, в том числе шпинате, водяном крессе, табаке, рукколе и резуховидке Таля: оказалось, этот способ применим практически для любого вида растений, включая продовольственные культуры. Более того, различные виды наноматериалов, помимо углеродных нанотрубок, должны быть не менее эффективны для получения аналогичных результатов.

[Scyther]

Магнитная буря накроет Землю в ночь на четверг: как подготовиться
https://www.mk.ru/science/2019/02/27/magnitnaya-burya-nakroet-zemlyu-v-noch-na-chetverg-kak-podgotovitsya.html

Предполагается, что ее пик придется на три часа ночи

Специалисты, представляющие лабораторию рентгеновской астрономии Солнца ФИАН, предполагают, что ближайшей ночью на Земле будет бушевать магнитная буря. Вероятнее всего, магнитосфера будет возмущенной начиная примерно с полуночи.

По данным, представленным на сайте лаборатории, пик возмущения магнитного поля планеты должен прийтись на период с трёх до шести часов ночи 27 февраля. При этом уточняется, что с вероятностью 25 процентов магнитная буря может начаться уже сегодня, а также существует пятнадцатипроцентная вероятность, что она произойдет и послезавтра.

Так или иначе, вероятнее всего, магнитная буря будет слабой — её относят к категории G1, первой из пяти. Многие ученые считают, что слабые и даже средние магнитные бури, вопреки распространенному представлению, для людей протекают почти незаметно. Тем не менее, тем, кто хотел бы «перестраховаться», некоторые медики рекомендуют воздержаться от сильных физических и умственных нагрузок, а также постараться соблюдать диету, поскольку бури в первую очередь влияют на сердечно-сосудистую и пищеварительную систему. В частности, рекомендуется воздерживаться от жареного, мучного и прочей «тяжелой» пищи. В то же время, по мнению специалистов, чрезмерно «зацикливаться» на мыслях о магнитных бурях не следует — само по себе волнение может сказаться на сердечно-сосудистой системе заметнее, чем, собственно, подобное событие.

Корональная дыра, которая должна стать источником грядущей магнитной бури, уже была спровоцировала аналогичные события 5 января, а затем 1 февраля. Подобные бури, происходящие раз в 27 дней (за это время Солнце совершает оборот вокруг своей оси), характерны для периода, когда светило проходит через так называемый минимум одиннадцатилетнего цикла.

[Scyther]

Минобрнауки может разрешить в России высшее самообразование
https://hightech.fm/2019/02/27/online-education-russia
Министерство образования России до конца 2019 года может выработать методы, которые позволят узаконить самообразование. В будущем это может привести к появлению высшего самообразования и к росту рынка онлайн-образования. Однако пока речь идет о самостоятельном изучении отдельных курсов, пишут «Известия».

Издание ознакомилось с протоколом заседания комиссии Минобразования по законодательной деятельности. В документе говорится, что до конца года министерство предложит поправки в закон «Об образовании», касающиеся метода, по которому высшее и среднее самообразование будет признаваться государством.

В первое время высшее и среднее самообразование будет ограничиваться только зачетом отдельных курсов, уточнил в разговоре с изданием представитель ведомства.

Сейчас закон «Об образовании» допускает только самостоятельное изучение школьной программы. Вероятно, появление в России возможности получать высшее самообразование приведет к буму технологических компаний, которые занимаются развитием платформ для онлайн-образования и к росту рынка.

[Scyther]

Появилось видео нового боевого робота РФ
https://rg.ru/2019/02/27/poiavilos-video-novogo-boevogo-robota-rf.html
Фонд перспективных исследований (ФПИ) опубликовал видео испытаний перспективной роботизированной платформы "Маркер"

Компактная гусеничная машина вооружена пулеметом Калашникова и двумя противотанковыми управляемыми ракетами. "Маркер" может работать в паре с бойцом, получая целеуказания с прицела его оружия, или управляться дистанционно.

- Эволюция боевых роботов идет по пути наращивания возможностей выполнения задач в автономном режиме с постепенным снижением роли оператора, - рассказали в ФПИ.

"Маркер" - мобильный демонстратор технологий, построенный по модульному принципу с открытой информационной архитектурой. Также в ролике показана работа беспилотников в организованных группах.

https://youtu.be/HfYuDHphx1M

[Scyther]

Новая технология для плазменных ускорителей
https://www.nkj.ru/news/35647/
Физики установили новый мировой рекорд для плазменных ускорителей, разогнав электроны до энергии 7,8 ГэВ в трубке длиной всего 20 сантиметров.

Международный коллектив исследователей, работающий в Национальной лаборатории им. Лоуренса Беркли (США), разработал новый метод ускорения электронов с помощью лазера в плазменном ускорителе. Для этого использовали не один, как обычно, а два лазерных импульса. Первый лазерный импульс нагревал плазму и «сверлил» в ней канал, а второй ускорял электроны в полученном канале.

Используя такой подход, исследователи установили новый мировой рекорд для ускорителей подобного типа: в плазменной трубке длиной всего 20 сантиметров они ускорили электроны до энергии 7,8 ГэВ (миллиардов электронвольт). Обычным ускорителям частиц, даже самым современным, для этого требуются сотни метров.

В исследовании, результаты которого опубликованы в журнале Physical Review Letters, участвовали физики из Института прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН и Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ».

Ускорители частиц – незаменимые инструменты во многих областях науки, промышленности и медицины. Обычные ускорители используют в резонаторах электромагнитные колебания радиодиапазона, чтобы разгонять пучки электрически заряженных частиц. В настоящее время эта технология хорошо развита и производит высококачественные пучки частиц, но ускорители высоких энергий требуют много места и денег.

Лазерное плазменное ускорение основано на другом принципе. Через плазму пропускают интенсивный лазерный импульс, называемый драйвером. Как корабль на воде, он создаёт на своем пути волны в плазме. Электроны катаются на них, словно сёрфингисты. Драйвер, двигаясь сквозь плазму, сдвигает легкие электроны, в то время как тяжелые ионы остаются почти неподвижными. Благодаря такому разделению частиц за драйвером образуются волны плотности заряда с огромной напряжённостью электрического поля. Плазменные волны способны разогнать следующие за драйвером в нужной фазе частицы значительно быстрее, чем лучшие обычные ускорители. Такой метод получил название кильватерного ускорения по ассоциации с кильватерным следом – возмущением, создаваемым в воде движущимся кораблем. И хотя ещё предстоит решить множество проблем, метод обещает значительно более дешевые и компактные ускорители, а также их новые сферы применения.

Чем мощнее лазерный импульс, тем сильнее ускорение. В данном случае экспериментаторы использовали невероятно интенсивные и короткие лазерные импульсы «драйвера» с пиковой мощностью около 850 триллионов Ватт и длительностью около 35 фемтосекунд (10-15 с). Такая пиковая мощность эквивалентна одновременному включению около 8,5 триллионов 100-ваттных лампочек!

Однако простого создания больших плазменных волн оказалось недостаточно для очень сильного ускорения. Необходимо было создать эти волны по всей длине 20-сантиметровой сапфировой трубки, в которой происходил процесс ускорения. А для этого был необходим плазменный канал диаметром в десятки микрометров, который бы ограничивал лазерный импульс почти так же, как оптоволоконный кабель. В отличие от обычного оптического волокна, плазменный канал способен выдерживать сверх-интенсивные лазерные импульсы, необходимые для ускорения электронов. Но не всё так просто: в предыдущих попытках лазер терял свою фокусировку и повреждал сапфировую трубку.

В эксперименте 2014 года для создания плазменного канала использовался электрический разряд, но он не обладал нужными свойствами для перехода к более высоким энергиям. Решение проблемы было вдохновлено идеей 1990-х годов об использовании лазерного импульса для нагрева плазмы и формирования канала.

Большую роль в исследовании сыграло численное моделирование лазерноплазменных взаимодействий, которым занимались специалисты Института прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН и их чешские коллеги из проекта ELI-Beamlines. Оно позволило понять, как добиться желаемого результата, а в дальнейшем подскажет, что делать дальше.

Этот результат лаборатории Беркли исследователи считают важной вехой для лазерных плазменных ускорителей. Он не только устанавливает рекорд, но и презентует новую технологию, открывающую новые возможности для работы. Оптимизация метода сможет повысить энергию новой техники ускорения плазмы до 10 ГэВ и выше. Хотя плазменные ускорители не способны ускорять столько частиц, сколько обычные ускорители, они могут обеспечить новые приложения, такие как настольные рентгеновские лазеры и компактные источники света.

[Scyther]

В ЦЕРН обнаружена новая частица, которая уточнит кварковую модель
http://www.sbras.info/news/v-tsern-obnaruzhena-novaya-chastitsa-kotoraya-utochnit-kvarkovuyu-model
Коллаборация LHCb (CERN, Европейская организация по ядерным исследованиям), в которую входят Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН и Новосибирский государственный университет, сообщила об открытии нового состояния c-кварка и анти-c-кварка — частицы ψ3(1D). Экспериментальное наблюдение этой частицы позволило закрыть один из пробелов в кварковой модели.
 
Результаты были представлены на Международном совещании по электрон-позитронным столкновениям в области энергии от Phi до Psi, которое проходит в ИЯФ СО РАН с 25 февраля по 1 марта 2019 года.
 
Кварковая модель —  часть Стандартной модели, описывающая сильные взаимодействия. В частности, возможные состояния очарованных кварков и очарованных антикварков (c-кварков и анти-c-кварков). Многие состояния кварковой модели уже наблюдались экспериментально, и их свойства определены с высокой точностью.
 
Связанным состоянием c-кварка и анти-c-кварка является чармоний, самым легким чармонием считается джи-пси-мезон (J/ψ-мезон). «Чармоний — это очень большой класс частиц, среди которых известно более 20 состояний. Здесь есть и белые пятна —  частицы, которые предсказываются моделью, однако не наблюдаются в эксперименте. Много лет их искали, но не находили, — рассказывает сотрудник коллаборации LHCb, старший научный сотрудник Института теоретической и экспериментальной физики имени А. И. Алиханова Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» кандидат физико-математических наук Иван Михайлович Беляев. — Сигнал от частицы, который мы увидели, обладал удивительным свойством — он был очень узким, хотя для частиц с данной массой типичная ширина должна быть в 10—20 раз больше. В течение полугода мы проверяли, не ошиблись ли. Но теперь уже точно есть повод для радости — это та самая частица, которою долгое время не удавалось обнаружить».
 
По словам старшего научного сотрудника ИЯФ СО РАН, заведующего кафедрой физико-технической информатики ФФ НГУ, сотрудника коллаборации LHCb кандидата физико-математических наук Павла Петровича Кроковного, наблюдаемая масса и узкая ширина позволяют говорить об обнаружении нового состояния чармония со спином 3, которое ранее не наблюдалось ни в одном эксперименте. Однако массы и ширины недостаточно, чтобы идентифицировать частицу полностью, поэтому необходимо продолжать набор статистики.
 
В физике высоких энергий принято верифицировать результаты в независимых экспериментах на других установках. Параллельно с экспериментами на LHCb проверять вероятность рождения ψ3(1D) будут также в эксперименте Belle II в Японии, где происходит столкновение электронов и позитронов. «Мы ждем, что эксперимент Belle II, в котором одну из главных ролей играет группа из ИЯФ СО РАН, не увидит ψ3(1D). Но для нас это будет положительным результатом. Дело в том, что частицы со спином 3 и не должны рождаться в эксперименте с электрон-позитронным столкновением. Ее отсутствие будет означать, что мы на LHCb видим ту самую частицу. 11 марта на Belle II начнется набор данных на модернизированном коллайдере SuperKEKb», — добавил Иван Беляев.

[Scyther]

Австралийские медики описали уникальный случай «полуидентичных» близнецов
https://naked-science.ru/article/medicine/avstraliyskie-mediki-opisali

Редчайшая аномалия развития привела к появлению на свет «полуидентичных» близнецов, клетки которых содержат разные наборы хромосом.

Примерно каждая 50-я беременность заканчивается рождением на свет близнецов. Они могут быть однояйцевыми, если вырастают из одной и той же яйцеклетки и одного и того же сперматозоида. Оплодотворенный зародыш, разделившись надвое, приводит к появлению пары монозиготных близнецов, генетически идентичных. Гетерозиготные близнецы генетически друг другу не ближе, чем обычные братья и сестры. Они рождаются из разных яйцеклеток, оплодотворенных разными сперматозоидами, которые затем развивались в ходе одной беременности.

Существует и более сложный механизм, который в редчайших случаях приводит к рождению «полуидентичных» близнецов, а в 2007 году был описан случай уникальных «полузиготных полуидентичных близнецов». Он был обнаружен при исследовании ребенка с дефектами развития внешних половых признаков. Оказалось, что яйцеклетка матери была оплодотворена двумя отцовскими сперматозоидами и получила таким образом тройной набор хромосом. После деления образовались эмбрионы, содержавшие как генетически женские, так и мужские клетки, приведя к рождению близнецов со сложной формой гермафродитизма.

А в 2014 году медики из австралийской клиники Ройал-Брисбен-энд-Уоманс обнаружили второй такой случай, теперь — уже на первых стадиях беременности 28-летней девушки. Проследив за развитием близнецов, ученые подробно описали этот случай в статье, опубликованной в The New England Journal of Medicine.

Обычно такие триплоидные аномалии быстро погибают, отбрасываясь материнским организмом. Однако в этом случае зигота сохранилась и смогла разделиться на две группы клеток, которые продолжили развиваться в двух зародышей. Они содержат одинаковый набор материнских хромосом, но разные комбинации отцовских. «На шестой неделе беременности амниотические оболочки, видимые на УЗИ матери, показали, что она ожидает идентичную двойню, — рассказывает профессор Николас Фиск (Nicholas Fisk). — Однако УЗИ на 14 неделе показало, что близнецы — мальчик и девочка, что для идентичных близнецов невозможно»


Образование полуидентичных близнецов. 1. Одна яйцеклетка оплодотворяется двумя сперматозоидами. 2. Зигота получает один набор хромосом от матери и два — от отца. 3. Деление приводит к появлению клеток с разными наборами хромосом. 4. Клетки делятся. 5. Зародыш разделяется на группы клеток. 6. Образованные из них эмбрионы развиваются параллельно.

Забрав образцы жидкости из амниотических мешков, ученые провели их генетический анализ, выяснив удивительные особенности этих эмбрионов. Каждый из них оказался генетической химерой и имел как клетки, содержащие две половые хромосомы Х («женские»), так и содержащие XY («мужские»). Сегодня детям по четыре года, их жизнь отнюдь не проста. Один из них получил больше XY-клеток и в целом развивался по мужскому типу, второй — по женскому. Девочка испытывает целый ряд проблем со здоровьем, из-за чего ей пришлось уже удалить яичники и (после образования тромба) руку.

По словам авторов работы, изучение медицинских баз данных по близнецам показало, насколько редкий случай им удалось наблюдать. Они рассмотрели почти 1000 подозрительных свидетельств, но ни в одном из них не удалось заключить, что близнецы «полуидентичны». Так что, отмечают ученые, молодым матерям не стоит беспокоиться о возможности родить таких близнецов. Вероятность этого слишком уж невелика.

[Scyther]

Ученые нашли эффективный способ превратить углекислый газ в сажу
https://naked-science.ru/article/sci/uchenye-nashli-effektivnyy-sposob-0

Углекислый газ считается одной из главных угроз окружающей среде и земной атмосфере. Ученые со всего мира уже не первый год разрабатывают методы борьбы с его негативными последствиями, и новая технология австралийских исследователей может внести значительный вклад в эту работу.

Специалисты в этой области уже находили несколько эффективных методов отделения углерода — от выращивания и захоронения биомассы до закачки газа в подземные резервуары и ускорения химических реакций, которые могут превратить CO₂ в менее летучий материал. Некоторые из них дешевые, но относительно медленные, другие попросту неинтересны крупным предприятиям. Тем не менее в последние годы были достигнуты определенные успехи, что внушает специалистам оптимизм. Сотрудники Университета RMIT в Мельбурне разработали способ, который может превращать углекислый газ в частицы, представляющие собой, по сути, чистую сажу. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

Новый метод, разработанный в Австралии, не только относительно быстрый, но и не требует огромного давления и сложных химических реакций, чтобы превратить диоксид углерода в твердый вид. Его главная сила — в наночастицах металлического церия, который играет важнейшую роль в электрохимической реакции, которая отделяет кислород от углекислого газа при слабом напряжении. Суспензия наночастиц в виде жидкометаллического сплава предотвращает накопление затвердевшего углерода над церием, повышая эффективность процесса. Более того, использование металлического галлия в качестве растворителя позволяет проводить весь процесс при комнатной температуре.

«Сейчас CO₂ превращается в твердое вещество только при чрезвычайно высоких температурах, что делает его промышленно нежизнеспособным. Используя жидкие металлы в качестве катализатора, в своем исследовании мы показали, что можно превратить газ обратно в углерод при комнатной температуре в процессе, который эффективен и масштабируем», — утверждает сотрудник RMIT и один из авторов работы Торбен Даенеке (Torben Daeneke).

По словам специалистов, дополнительным преимуществом этого процесса может считаться тот факт, что углерод способен удерживать электрический заряд, становясь суперконденсатором, а потому может потенциально использоваться в качестве компонента в будущих транспортных средствах. Процесс также производит синтетическое топливо в качестве побочного продукта, который, опять же, может иметь промышленное применение.

Продукты на основе углерода, такие как графен, могут совершить революцию в области электроники не только как суперконденсаторы, но и как сверхпроводники. Даже если будет реализована лишь небольшая часть задумок и планов ученых, промышленность, основанная на углероде, по мнению специалистов, может уже в ближайшем будущем стоить больших денег.