Информация свежая... и не очень

Модераторы: morozov, mike@in-russia, Editor

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30000
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#871   morozov » Пт сен 01, 2017 21:18

Чтобы лечебные наночастицы проникли в мозг, их достаточно понюхать…

Обоняние, или восприятие запахов, у человека и других позвоночных осуществляется с помощью обонятельных рецепторов, расположенных в верхней части слизистой оболочки полости носа. Молекулы пахучих веществ, попадая вместе с воздухом в нос, вызывают возбуждение рецепторов, и сигнал по обонятельным нервам поступает в обонятельные центры головного мозга. Но, оказывается, таким путем достигнуть мозга могут не только нервные импульсы, но и наночастицы. Это очень важно для обнаружения и лечения опухолей мозга, инсультов, болезни Альцгеймера и других заболеваний центральной нервной системы. Дело в том, что доставка в мозг многих лекарственных и диагностических препаратов является серьезной проблемой из-за существования перегородки между кровью и мозгом – гематоэнцефалического барьера (ГЭБ), основой которого является плотный слой эндотелиальных клеток. Через этот барьер в ткань мозга из кровеносного русла поступают питательные вещества, а назад выводятся продукты жизнедеятельности. В то же время ГЭБ препятствует проникновению микроорганизмов, токсинов, чужеродных клеток, поэтому доставить в мозг лекарства, не нарушая целостности барьера очень сложно. Правда, недавние исследования in vitro и in vivo показали, что функционализованные многостенные углеродные нанотрубки способны преодолеть ГЭБ, не повреждая его, однако пока это только первые лабораторные результаты (см. ПерсТ [1]). Неудивительно, что интраназальная (через нос) доставка в мозг лекарственных препаратов вызывает большой интерес. Ученые в разных странах, в том числе и в России, изучают перспективы этого метода диагностики и лечения, а также возможное токсическое воздействие носителей на мозг (e.g. [2.3]). Первые экспериментальные свидетельства доставки наночастиц “из носа в мозг” недавно представили исследователи из США [4].

Эксперименты проводили на саранче, но обонятельная система и ГЭБ человека и насекомых сходны, только рецепторы обоняния последних расположены не в носу, а на усиках-антеннах. Исследователи синтезировали сферические положительно заряженные наночастицы золота размером 5 нм (рис. 1). Наночастицы золота были выбраны потому, что они находят широкое применение в медицине и биологии для диагностики и терапии (см. ПерсТ [5]).

Изображение

Рис. 1. ТЕМ изображение синтезированных наночастиц золота.

Для воздействия на усики насекомых использовали аэрозольный генератор. Схема эксперимента показана на рис. 2А. Добавление флуоресцентных меток позволило проследить путь наночастиц от рецепторов по обонятельным нервам в мозг (рис. 2В). В течение часа наночастицы золота достигли мозга. Их концентрация росла пропорционально времени воздействия (рис. 3). Аккумулирование наночастиц в мозге подтверждено также данными электронной микроскопии (рис. 2С).


Изображение
Рис. 2. Транслокация наночастиц золота по обонятельному тракту саранчи.

А - Схема эксперимента. ON – обонятельный нерв, AL – обонятельная доля мозга.

В - Флуоресцентные изображения: вверху – сегмент усика (антенны), внизу – сегмент мозга.

С - ТЕМ изображение среза мозга, подтверждающее аккумулирование наночастиц.

Изображение
Рис. 3. Аккумулирование наночастиц (мкг Au) в зависимости от времени
воздействия (1 ч – зеленый цвет, 3 ч – синий цвет, 6 ч – красный цвет).

Слева – аккумулирование в мозге, в центре – в усике-антенне.
Справа – контрольные данные (для второго усика, не подвергшегося воздействию).

Измерения проведены с помощью масс-спектрометрия с индуктивно-связанной
плазмой (ICP-MS).

Небольшое количество золота в контрольном усике (без воздействия аэрозоля) авторы объясняют присутствием его в пище саранчи – траве и овсе.

Затем исследователи проверили in vivo, не влияет ли воздействие наночастиц золота на электрофизиологические отклики обонятельных нейронов (рис. 4). Заметных изменений в спонтанных сигналах и сигналах, вызванных запахом гексанола, не наблюдали как в начале воздействия, так и через несколько часов.


Изображение
Рис. 4. Электрофизиологические исследования воздействия наночастиц золота. A - схема эксперимента.
B - сигналы, записанные от “запаха” гексанола без воздействия Au-аэрозоля (вверху), в начале воздействия
(в центре) и через 2 ч после начала воздействия наночастиц Au (внизу).



В целом результаты показывают перспективность аэрозольного способа доставки препаратов для диагностики и терапии заболеваний мозга. В дальнейшем исследователи планируют присоединить к золотым наночастицам различные лекарства, а также обеспечить с помощью ультразвука доставку нужного количества в определенные области мозга, что особенно важно для лечения опухолей.

О. Алексеева

1. ПерсТ 22, вып. 9/10, с.5 (2015).

2. А.М.Привалова и др., Нейрохимия 29, 93 (2012).

3. А.В.Ромащенко и др., Изв. вузов. Физика 58 (12/2), 90 (2015).

4. R. Raliya et al., Sci. Rep. 7, 44718 (2017).

5. ПерсТ 23, вып. 9/10, с.3 (2016).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30000
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#872   morozov » Пт сен 08, 2017 1:30

Астрофизика

Путаница в показаниях: как расхождение в данных телескопов помогли ученым "ощупать" квазары


Путаница в показаниях: как расхождение в данных телескопов помогли ученым "ощупать" квазары

Неожиданные расхождения данных высокоточных измерений международной сети радиотелескопов и европейского оптического космического телескопа «Гайя» позволяют ученым определить свойства невидимых «хвостов» активных ядер галактик, которые выбрасываются сверхмассивными черными дырами.



«Без преувеличения можно сказать, что это открытие нового направления в наблюдательной астрофизике. Сопоставление данных радиоинтерферометров и оптических телескопов поможет нам получить информацию об аккреционных дисках вокруг черных дыр и горячих джетах в центрах галактик в видимом свете. Теперь мы лучше понимаем, как они устроены, и какие процессы там происходят», - говорит Юрий Ковалев, заведующий лабораторией Астрокосмического центра ФИАН, руководитель лаборатории фундаментальных и прикладных исследований релятивистских объектов Вселенной МФТИ.



В статье, недавно принятой в печать в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Юрий Ковалев и Леонид Петров из ФИАН и МФТИ анализировали положения активных ядер далеких галактик, полученные независимо радиоинтерферометрами со сверхдлинной базой (РСДБ) и астрометрическим телескопом «Гайя».
Изображение

Наземные радиоинтерферометры (например, американский VLBA) позволяют строить изображения квазаров и измерять их координаты с разрешением лучше угловой миллисекунды дуги. Раньше им не было равных. Однако Европейским космическим агентством был недавно запущен в космос оптический телескоп Гайа, точность измерения координат звезд и галактик у которого обещает быть еще лучше. Так ли это на самом деле? Разбираемся.


Европейский космический телескоп «Гайя» был запущен в 2013 году. Его главная задача: составление нового каталога миллиарда звезд нашей галактики с точными данными об их координатах и скоростях. Прежний подобный аппарат «Гиппархос» собрал данные о положении миллиона звезд с точностью до одной угловой миллисекунды. Точность «Гайи» будет почти в 100 раз лучше – до 24 микросекунд дуги. Помимо звезд нашей Галактики телескоп видит и внегалактические объекты.

На данный момент в каталоге Гайи более 100 тысяч таких объектов, в основном это активные ядра галактик - квазары, в центре которых находятся сверхмассивные черные дыры, окруженные аккреционным диском падающего на них вещества и испускающие от себя струи материи – джеты. Вещество, падающее в черную дыру, разогревается до крайне высоких температур и интенсивно излучает практически во всех диапазонах электромагнитного спектра.

До сих пор для исследования таких объектов использовался метод радиоинтерферометрии со сверхдлинной базой – система из нескольких радиотелескопов, разнесенных на большое расстояние, работающих как одно целое. Это позволяло получить угловое разрешение в сотни раз лучше, чем у оптических телескопов. Поэтому именно в радиодиапазоне ученые могли разглядеть структуру джетов у квазаров.



«Но в радио видно далеко не все, например, аккреционный диск сверхмассивной черной дыры ярок именно в оптике и ультрафиолете. Поэтому мы решили попробовать совместить данные из двух источников», – говорит Ю. Ковалев.



Сама по себе «Гайя» не дает изображений, как например, «Хаббл», она лишь фиксирует координаты центра яркости небесного объекта. Ковалев и Петров, совместно со студентом МФТИ Александром Плавиным, еще в начале 2017 года сопоставили данные о координатах квазаров по данным РСДБ и «Гайи». Оказалось, что около 6% объектов продемонстрировали значительные расхождения. Как правило, сдвиг положений соответствует направлениям джетов.
Изображение
Радиоизображения выбросов горячей плазмы в далеких квазарах, построенные с разрешением лучше одной миллисекунды дуги. Яркость радиоизлучения показана псевдоцветом: от высокого (желтый) до низкого (синий) уровня. Предоставлено: Ю.Ю. Ковалев и коллаборация MOJAVE.


«Теперь, совместно используя данные о переменном излучении и положении квазаров по данным радиоинтерферометров и «Гайи», мы сможем воссоздать и исследовать структуру сотен очень далеких квазаров на масштабах парсек, тысячных долей угловой секунды, которые недоступны для обычных оптических телескопов, и даже для Хаббла», – говорит Ю. Ковалев. По его словам, при анализе данных у многих квазаров неожиданно обнаружились в видимом свете яркие и протяженные выбросы.

Не менее интересная задача: проследить, как будут меняться их положения и яркость со временем, проанализировать причины ярких вспышек, других процессов, что в целом поможет понять физику аккреционных дисков и сверхмассивных черных дыр.У открытия есть и прикладной аспект: наблюдения квазаров с помощью РСДБ используются для создания системы отсчета для навигации. На основе этой системы, например, ученые отслеживают движение континентов, измеряют параметры вращения Земли для системы ГЛОНАСС. Сопоставление данных РСДБ и «Гайи» показывает, что координаты AGN в оптике могут «плыть» со временем, а значит их надо использовать для навигации с осторожностью.


АКЦ ФИАН для АНИ «ФИАН-информ»
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30000
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#873   morozov » Сб сен 09, 2017 3:26

Оперативный мониторинг солнечных вспышек класса Х

6 сентября 2017 г. на Солнце произошли две вспышки класса Х, более слабая около 12.00 мск и очень сильная около 15.00 мск.

7 сентября в данных мониторинга солнечного ветра в Пущинской радиоастрономической обсерватории (ПРАО) АКЦ ФИАН зарегистрированы усиления межпланетных мерцаний около 09.00 мск и около 12.00 мск. Время запаздывания усилений по отношению к вспышкам составило около 21 час. При этом выбросы корональной плазмы находились примерно на половине расстояния между Солнцем и Землей. Из наших предыдущих данных следует, что выбросы достигнут орбиты Земли еще через 21 час, то есть 8 сентября около 06.00 и около 09.00 мск. В это время следует ожидать усиления геомагнитной активности.

Сотрудники ПРАО АКЦ ФИАН будут анализировать оперативно поступающие данные с радиотелескопа БСА ФИАН.

Изображение

Большая сканирующая антенна (БСА) ПРАО АКЦ ФИАН
И. Чашей (ПРАО АКЦ ФИАН) для АНИ «ФИАН-информ»
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30000
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#874   morozov » Вт сен 12, 2017 13:01

Мощная вспышечная активность Солнца 6-7 сентября и ее последствия

Серия мощных солнечных вспышек, произошедших с 6 по 8 сентября 2017 года, вызвали интерес как среди специалистов, так и людей, далеких от науки. На протяжении этих дней ученым ФИАН пришлось неоднократно давать комментарии для СМИ как о развитии вспышечной активности на Солнце, так и о возможных последствиях для жителей Земли. Сейчас, когда основной пик событий прошел, а в научной среде началась, по словам ученых, обычная, «рутинная» работа по исследованию этого необычного явления, АНИ «ФИАН-информ» обратился к ведущему научному сотруднику Пущинской радиоастрономической обсерватории (ПРАО) АКЦ ФИАН Игорю Владимировичу Чашею с просьбой дать краткий итоговый комментарий.
Изображение

Фото с сайта лаборатории рентгеновской астрономии Солнца ФИАН
6 сентября 2017 г. на Солнце произошли две вспышки класса Х: более слабая Х2.2 около 12:00 мск и очень сильная Х9.3 около 15:00 мск. 7 сентября в данных мониторинга солнечного ветра на радиотелескопе БСА ФИАН зарегистрированы усиления межпланетных мерцаний (флуктуаций потока излучения просвечивающих радиоисточников) около 9:00 мск и около 12:00 мск., обусловленные выбросами корональной плазмы. Динамика уровня мерцаний иллюстрируется рисунком, на котором в зависимости от времени суток изображено отношение уровня мерцаний 7 сентября к уровню мерцаний 6 сентября.
Изображение
По горизонтальной оси - время суток, по вертикальной оси – отношение уровня мерцаний 7 сентября к уровню мерцаний 6 сентября.
Пик около 9:00 соответствует усилению мерцаний за счет первого выброса, пик около 12:00 – усилению мерцаний за счет второго выброса, пик около 19:00 - усиление мерцаний при подходе к Земле первого выброса
Ночной пик около 4:00 мск не связан с солнечными событиями 6 сентября.

Усиление мерцаний в 9:00 мск соответствует расположению фронтальной части первого выброса примерно на расстоянии 0,7 а.е. от Солнца (1 а.е. = 150 млн. км – расстояние от Солнца до Земли). По нашим оценкам, скорость первого выброса составляла около 1200 км/с. Выброс достиг окрестности Земли около 19:00 мск, что привело к существенному усилению мерцаний.

Фронтальная часть второго выброса в момент максимального усиления мерцаний около 12:00 мск находилась примерно на 0,5 а.е от Солнца, а его скорость составляла около 1000 км/с.

Выбросы корональной плазмы, связанные со вспышками класса Х 6 сентября, привели к двум очень сильным магнитным бурям между 00:00 и 6:00 мск 8 сентября и между 9:00 8 сентября и 3:00 9 сентября. В период магнитных бурь наблюдалось сильное возрастание уровня ночных мерцаний, обусловленное, по-видимому, повышением ионосферной турбулентности. Солнечные вспышки происходили в активной области 2673, которая располагалась в правой части диска Солнца. Таким образом, усиления мерцаний с опережением в 12 часов и более предшествуют геомагнитным бурям, что в сочетании с солнечными данными может быть использовано для краткосрочного прогноза геомагнитной обстановки.

В последующие дни вспышечная активность продолжалась: 7 сентября около 17:30 мск зарегистрирована вспышка балла Х1, серия вспышек класса С и М 8-9 сентября, мощная вспышка балла Х8.2 около 19:00 мск 10 сентября. Можно ожидать, что солнечные события 7 сентября и более поздние не будут сопровождаться магнитными бурями, так как активная область 2673, вследствие вращения Солнца, приблизилась к краю солнечного диска.

Более подробная информация о событиях на Солнце и текущей геомагнитной обстановке может быть найдена на сайте лаборатории рентгеновской астрономии Солнца ФИАН (оперативные данные о событиях 6-8 сентября см. Дневник, стр. 1-4).


И.В.Чашей для АНИ «ФИАН-информ»
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30000
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#875   morozov » Пт сен 22, 2017 22:03

Кто нам мешает – тот нам поможет: магнитные наводки в обработке … изображений

Стрейнтроника — новое направление в микроэлектронике, использующее в качестве принципа управления механические напряжения (анг. strain). Они вызывают модификацию электронных, магнитных, электрических и других свойств материалов, составляющих стрейнтронные гетероструктуры. Простейшим вариантом такой гетероструктуры является механически связанные пьезоэлектрический и магнитострикционный слои: электрическое напряжение за счет пьезоэлектрического эффекта вызывает деформацию, которая индуцирует изменение магнитной анизотропии в магнитострикционном слое. Это позволяет реализовать в магнитной частице с анизотропией формы переключение между двумя логическими состояниями с минимальным потреблением энергии на уровне аттоджоулей. Если же систему снабдить дополнительным слоем с закрепленной намагниченностью, отделенным от первого магнитомягкого слоя тонкой диэлектрической прослойкой, то получится готовое устройство не только записи, но и считывания информации (рис.1а).

ИзображениеИзображение

Рис. 1. Обработка изображений средствами стрейнтроники: а - стрейнтронное устройство на основе анизотропной частицы для реализации двоичной логики: анизотропия формы и направленное вдоль короткой оси нижней эллипсовидной частицы магнитное поле (не показано), позволяют осуществить два устойчивых состояния (stable state 1/stable state 2) (верхний магнитожесткий (hard) слой добавлен для создания считывающего модуля на магнитном туннельном контакте (MTJ)); б - выделение края темной полосы в матрице стрейнтронных элементов после приложения и снятия механического напряжения (темные и светлые пиксели соответствуют элементам в противоположных логических состояниях).

Когда такие частицы образуют матрицу, то они магнитостатически взаимодействуют, влияя на логические состояния друг друга. Обычно на такие наводки смотрят как на неизбежное зло. Однако, исследователи из Virginia Commonwealth Univ. (США) [1] решили извлечь из них пользу для решения задач обработки изображений: ведь и в живых организмах соседние зрительные рецепторы влияют друг на друга, и это помогает распознавать образы.

Предположим у нас имеется поле, в левой части которого преобладают элементы изображения белого цвета, а в правой – черного (в реальных изображениях эта ситуация соответствует диффузному краю объекта), и перед нами стоит задача подчеркнуть контраст между двумя этими областями. Здесь могут помочь элементы магнитной стрейнтроники. Пусть каждому пикселю соответствует свой элемент, а два логических состояния обозначают два цвета. Тогда численное моделирование [1] показывает, что приложение ко всем элементам механического напряжения и последующее его снятие приводит к тому, что система возвращается не в исходное состояние, а в измененное – окружение данного элемента навязывает за счет магнитостатического взаимодействия то состояние, в котором находится большинство элементов.

Конечно, существуют и проблемы, поскольку в силу анизотропной формы частиц их взаимодействие тоже оказывается анизотропным. Так, в приведенном выше примере длинная ось эллиптических частиц направлена вдоль границы раздела областей, но данная схема не сработает, если нужно подчеркнуть границу, проходящую в перпендикулярном направлении. Кроме того, если в одном вертикальном столбце темной области случайно окажется хотя бы три светлых элемента подряд, то после обработки “выпадет” целая белая строка. Впрочем, как говорится в таких случаях, главное — продемонстрировать принцип.

А. Пятаков

1. M. A. Abeed et al, M.A.Abeed et al., IEEE Trans. Electron Dev. 64, 2417 (2017).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30000
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#876   morozov » Вт сен 26, 2017 1:41

Об увеличении мощности генерации РТД в терагерцовом диапазоне

В последние годы особое внимание исследователей привлекает терагерцовое излучение (0.1¸10 ТГц). Интерес к этому диапазону частот вызван перспективами его применения в самых различных сферах человеческой деятельности: медицина, системы безопасности, беспроводные высокоскоростные средства связи, спектроскопия и т.д. Одним из ключевых кандидатов на роль эффективного источника терагерцевого излучения является резонансно-туннельный диод (РТД), который можно отнести к классу компактных твердотельных квантовых электронных приборов, функционирующих при комнатной температуре (см. рис.).

Изображение

Схематическое изображение резонансно-туннельного диода и дна зоны проводимости Ec (Y) . Красным цветом обозначен резонансный уровень энергии εR.

В основе работы РТД лежит электронный транспорт через резонансные уровни энергии, образующиеся в квантовой яме за счет интерференции электронов, что в итоге приводит к появлению области отрицательной дифференциальной проводимости на его вольтамперной характеристике. Это свойство и обеспечивает возможность генерации и усиления электромагнитного поля. В настоящее время полученная экспериментально частота генерации на РТД уже достигла ~2 ТГц, однако мощность генерации в терагерцовом диапазоне, к сожалению, пока остается небольшой (~1 мкВт). Ее увеличение становится сейчас одной из приоритетных задач, и эта задача представляется выполнимой. Так, в работе [1] с помощью компьютерного моделирования в рамках когерентной квантово-механической модели, построенной на решении уравнения Шредингера с точными открытыми граничными условиями, рассмотрено поведение активного тока РТД на основе гетеросистемы InGaAs/AlAs в широком интервале частот и амплитуд переменного электрического поля. Величина активного тока как раз и определяет передаваемую электронами полю мощность.

Авторы установили, что на высоких частотах ω > Г/h (Г – это ширина резонансного уровня энергии) реализуется так называемый “квантовый” режим генерации РТД [2], который связан с резонансными переходами электронов между квазиэнергетическими уровнями, возникающими в периодически зависящем от времени электрическом поле, и резонансным уровнем. В этом режиме активный ток способен достигать больших величин, сравнимых с максимальной величиной постоянного тока в отсутствии переменного электрического поля. При этом максимум активного тока слабо убывает при увеличении амплитуды поля за счет усиления вклада от высших квазиэнергетических уровней. Полученные результаты позволяют рассчитывать на достижение в терагерцовом диапазоне частот существенных мощностей генерации РТД, по оценкам самих авторов до ~105 Вт/см2. Отдельно стоит отметить, что благодаря существованию “квантового” режима частота генерации РТД не ограничена величиной обратного времени жизни электрона в квантовой яме и может существенно ее превосходить.

М. Маслов

1. K.S.Grishakov et al., Adv. Mater. Sci. Eng. 2017, 2031631 (2017).

2. В.Ф.Елесин, ЖЭТФ 116, 704 (1999).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30000
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#877   morozov » Ср сен 27, 2017 22:48

Рассеяние фотонов на фотонах
1 сентября 2017

В эксперименте ATLAS, проводимом в ЦЕРНе на Большом адронном коллайдере, получено первое прямое свидетельство рассеяния фотонов на фотонах γγ → γγ. Этот процесс невозможен в рамках классической электродинамики из-за линейности уравнений Максвелла, однако в квантовой электродинамике взаимодействие фотонов осуществляется путём рождения пар виртуальных заряженных частиц в промежуточных состояниях, как было предсказано В. Гейзенбергом и Г. Эйлером в 1936 г. Рассеяние γγ → γγ ранее уже наблюдалось, но лишь косвенным путем в измерениях аномального магнитного момента лептонов и в некоторых других процессах. Коллаборацией ATLAS изучались «ультра-периферийные» столкновения ядер свинца, когда прицельный параметр движущихся навстречу друг другу ядер превышает диаметр ядра. При этом ядра пролетают мимо друг друга, переходя в возбуждённое состояние, но не разрушаясь. Вблизи движущегося ядра имеется сильное электромагнитное поле, которое при ультрарелятивистских скоростях ядер представляет собой облако «квазиреальных» фотонов, находящихся почти на массовой поверхности. Эти фотоны, провзаимодействовав между собой, детектируются уже как реальные фотоны. Зарегистрировано 13 событий-кандидатов процесса γγ → γγ, в то время как предсказываемое значение составляло 7,3, а ожидаемое фоновое значение равно 2,6 ± 0,7, т.е. статистическая значимость результата 4,4σ. Измеренное сечение взаимодействия ионов свинца с хорошей точностью согласуется с вычислениями в рамках Стандартной модели. Источник: Nature Physics, онлайн-публикация от 14 августа 2017 г.

Поиск «субгравитационных» сил
1 сентября 2017

M. Jaffe (Калифорнийский университет в Беркли, США) и др. измерили гравитационное притяжение атомов цезия к цилиндру из вольфрама, имеющему размер в несколько см и массу всего 190 г., тогда как в предшествующих экспериментах массы источников составляли десятки и сотни кг. Газ охлаждался в ловушке (световой решётке) до температуры ≈ 300 нК и подбрасывался вверх путём сдвига решётки. С помощью лазерных импульсов атомы переводились в состояние движения по двум вертикальным траекториям с запаздыванием друг относительно друга. Эти траектории представляют два плеча интерферометра. Притяжение к цилиндру вызывает дополнительную разность фаз атомов на траекториях, которая измерялась по интерференционной картине, наблюдаемой с помощью флуоресцентного излучения атомов. Рассчитанное в рамках теории Ньютона гравитационное ускорение, производимое цилиндром, составляет 65 ± 5 нм с-2, а полученное в эксперименте ограничение на возможное дополнительное ускорение < 49 нм с-2. Таким образом, эксперимент с малой массой источника позволил выполнить поиск «субгравитационных» сил, более слабых, чем силы гравитации. Существование таких сил на малых масштабах предсказывается в некоторых моделях космологической темной энергии. Полученные в описываемом эксперименте ограничения на параметры теории «хамелеонного поля» на два порядка улучшают прежние ограничения и оставляют лишь небольшую область допустимых параметров. Уже в ближайшее время с повышением точности измерений можно будет подтвердить или полностью «закрыть» эту теорию. Также на два порядка величины улучшены ограничения на параметр самодействия скалярного поля в теории «симметрона». В будущем в подобном эксперименте планируется исследовать гравитационный эффект Ааронова – Бома и выполнить точные измерения постоянной тяготения G. Источник: Nature Physics, онлайн-публикация от 3 июля 2017 г.

Квантовый радиочастотный магнитометр
1 сентября 2017

Использование в измерительных устройствах квантовых эффектов значительно повышает их возможности, т.к. квантовая когерентность очень чувствительна к внешним воздействиям. F.M. Ciurana (Барселонский институт науки и технологии, Испания) и его коллеги продемонстрировали новый метод измерения формы сверхслабых радиочастотных импульсов с помощью комбинации стробоскопического метода и квантовых измерений. Применялся ансамбль из 1,5 × 106 атомов 87Rb при температуре 16 мкК в оптической ловушке в постоянном магнитном поле. Исследуемый сигнал — слабое переменное магнитное поле радиочастотного диапазона — прилагался в перпендикулярном к постоянному магнитному полю направлении. Регистрировалось фарадеевское вращение плоскости поляризации лазерного света, проходящего через облачко атомов. Эти измерения являлись так называемыми «квантовыми неразрушающими измерениями», которые не нарушают квантовую когерентность исследуемой системы. В начальный момент спины атомов были направлены вдоль постоянного магнитного поля, а между измерениями когерентно прецессировали. Производилась серия последовательных измерений по методу стробоскопа, что позволяло исследовать форму сигналов. Таким способом были исследованы синусоидальные сигналы и сигналы с линейно возрастающей частотой. За счёт того, что атомы находились в квантово-запутанном состоянии, шум был подавлен на 25 %, и была достигнута чувствительность, сравнимая с чувствительностью лучших магнитометров того же частотного диапазона, но работающих на других принципах. Источник: Phys. Rev. Lett. 119 043603 (2017)

Поляризатор терагерцевого излучения
1 сентября 2017

Излучение диапазона ТГц, расположенного между микроволновым и ИК-диапазонами, имеет ряд полезных применений, но требует специального оборудования. R. Mendis (Брауновский университет, США) и др. создали новый материал, который позволяет выделить из пучка терагерцевого излучения линейно поляризованные компоненты. Материал представляет собой набор параллельных металлических пластин толщиной 30 мкм, расположенных через каждые 300 мкм. Массив пластин имеет размеры 20 × 22 мм2, толщину 2 мм, и с электромагнитной точки зрения эквивалентен решётке параллельных плоских волноводов. Пучок излучения направляется под углом 45° к плоскости массива. Если вектор электрического поля волны параллелен металлическим пластинам, то излучение почти полностью отражается, а если перпендикулярен, то излучение практически свободно проходит. С помощью двух подобных поляризаторов был создан также изолятор терагерцевого излучения (материал с очень малым обратным отражением), эффективность которого превосходит эффективность ферритовых изоляторов. Источник: Scientific Reports 7 5909 (2017)

Двухэтапное магнитное пересоединение в солнечной вспышке
1 сентября 2017

T. Gou (Научно-технический университет Китая и Грацский университет имени Карла и Франца, Австрия) и др. исследовали эффект двухэтапного пересоединения магнитных силовых линий по время вспышки на Солнце, произошедшей 13 мая 2013 г. Наблюдения велись с помощью космической Обсерватории солнечной динамики (SDO). Вспышка имела два отдельных эпизода энерговыделения. Первый эпизод относится к типичным событиям и характеризуется выбросом трубки магнитного поля. Второй эпизод, напротив, довольно необычный. Он был сильнее первого и показал повышенные рентгеновское и даже гамма-излучение. Во время второго эпизода длинная ножка магнитной петли начала резко ускоряться до скорости 130 км с-1 и через некоторое время исчезла, что сопровождалось диффузным выбросом плазмы в перпендикулярном направлении. Вероятной интерпретацией этих процессов является пересоединение магнитных силовых линий петли после её выброса. Источник: Astrophys. J. Lett. 845 L1 (2017)
Новости не опубликованные в журнале


Черная дыра промежуточной массы вблизи центра Галактики
5 сентября 2017

Исследовав ускорение газа в компактной области молекулярного облака и радиоизлучение находящегося там же точечного источника, T. Oka (Университет Кэйо, Япония) и его коллеги пришли к выводу о наличии в молекулярном облаке черной дыры с массой 105 масс Солнца. Такие черные дыры классифицируются как черные дыры с промежуточными массами — между массами черных дыр звездного происхождения и массами сверхмассивных черных дыр. Обнаруженная черная дыра на полтора порядка уступает по массе сверхмассивной черной дыре в центре Галактики и находится от нее на расстоянии 200 световых лет. Возможно, эта черная дыра образовалась в центре небольшой галактики, которая была захвачена нашей Галактикой и разрушена приливными гравитационными силами. Источник: physicsworld.com
Магнитное поле коричневого карлика
12 сентября 2017

Некоторые из коричневых карликов производят периодические всплески радиоизлучения. Высказывались предположения, что эти всплески генерируются по механизму электронного циклотронного мазера при вращении коричневого карлика, но для этого необходимо наличие у поверхности объекта крупномасштабного магнитного поля в тысячи Гс, которое ранее выявить не удавалось. Магнитное поле величиной 5.1 кГс у молодого коричневого карлика LSR J1835+3259 впервые измерено S.V. Berdyugina (Институт физики Солнца им. К.-О. Кипенхауэра (Германия) и др. при наблюдениях на телескопе Кека по вращению плоскости поляризации света в спектральной линии натрия. Наличие столь сильного поля подтверждает указанную теорию генерации периодических радиовсплесков. Кроме того, по профилю линий была определена топология излучающих областей. Сделан вывод, что периодичность является следствием модуляции излучения при вращении крупных петель магнитного поля, начинающихся у поверхности коричневого карлика. Источник: arXiv:1709.02861 [astro-ph.SR]
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30000
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#878   morozov » Чт сен 28, 2017 20:07

Переход Березинского—Костерлица—Таулеса и двумерное плавление
В.Н. Рыжов, Е.Е. Тареева, Ю.Д. Фомин, Е.Н. Циок
Институт физики высоких давлений РАН им. Л.Ф. Верещагина, Троицк, Москва, Российская Федерация
Подробно изложены основные положения теории фазовых переходов в плоских вырожденных системах (переходов Березинского—Костерлица—Таулеса—БКТ). Обсуждаются механизмы перехода, применение метода ренормализационной группы для его описания, а также возможные изменения сценария перехода в зависимости от энергии ядра топологического дефекта, в частности, в применении к тонким сверхпроводящим плёнкам. Проведён анализ различных сценариев плавления двумерных систем, современного состояния реальных экспериментов и компьютерного моделирования в данной области. Если в трёхмерном случае плавление всегда происходит посредством перехода первого рода, то в двумерном, как показано Хальпериным, Нельсоном и Янгом, система может плавиться посредством двух непрерывных переходов типа БКТ, при этом в ней возникает промежуточная гексатическая фаза, характеризуемая квазидальним ориентационным порядком. Однако в системе также может реализоваться фазовый переход первого рода. Недавно был предложен ещё один, отличающийся от такового в рамках теории Березинского—Костерлица—Таулесса—Хальперина—Нельсона—Янга, сценарий плавления, согласно которому плавление может происходить посредством двух переходов: непрерывного перехода типа БКТ твёрдое тело—гексатическая фаза и последующего перехода первого рода гексатическая фаза—изотропная жидкость. Особое внимание уделено зависимости сценария плавления от вида потенциала и влиянию случайного пиннинга на двумерное плавление. В частности, показано, что случайный пиннинг может принципиально изменить сценарий плавления в случае перехода первого рода. Рассмотрено плавление систем с потенциалами с отрицательной кривизной в области отталкивания, которые успешно применяются для описания аномальных свойств воды в трёх и двух измерениях.

https://ufn.ru/ufn17/ufn17_9/Russian/r179a.pdf
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30000
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#879   morozov » Пт сен 29, 2017 13:25

Что общего у говора и капли? Поверхностное натяжение!

Для изучения законов истории мы должны
изменить совершенно предмет наблюдения,
оставить в покое царей, министров и генералов,
а изучать однородные, бесконечно-малые
элементы, которые руководят массами.


Л.Н. Толстой “Война и мир”

В недавней статье, опубликованной в междисциплинарном журнале Physical Review X, профессор Джеймс Бёрридж из университета Портсмута предлагает необычный подход к изучению географии диалектов – рассматривать области с одинаковым говором как своего рода лужицы, находящиеся под действием сил “поверхностного натяжения”.

Пространственное распределение диалектов изображается с помощью так называемых изоглосс – линий, обозначающих границы распространения какого-либо языкового явления. Под таким явлением может пониматься, например, особенность произнесения звуков (“окающие” и “акающие” говоры в России) или использование определенных слов. Так, характерным различием двух основных диалектов в средневековой Франции – лангедойля и лангедока, было произнесение слова “да”: старо-нормандское “ойль” и окситанское “ок”, соответственно.

В рамках модели поверхностного натяжения люди подобны атомам, вполне в духе вышеприведенной цитаты Толстого, которую Бёрридж выводит в качестве литературной формулы своего подхода. В процессе повседневного общения люди-атомы внутри ареала своего обитания взаимодействуют друг с другом “короткодействующими” силами, что на глобальном уровне аналогично наличию поверхностного натяжения. Это поверхностное натяжение проявляется в виде тенденции к спрямлению изоглосс и минимизации их длины. Модель позволяет предсказывать границу раздела между южно-английским и северо-английским диалектами (рис.1), равно как границы между вышеупомянутыми лангедок и лангедойль, а также между диалектами немецкого языка.

Изображение

Рис. 1. Модель эволюции границ распространения диалектов
под действием сил “поверхностного натяжения” на примере Британии [1].
Зеленая штриховая линия, рассекающая остров от Уэльса до залива Уош,
разделяет южно-английский и северо-английский диалекты.


Любопытно, что эти границы, как правило, упираются в заливы, что теория поверхностного натяжения тоже объясняет (рис.2): если изоглосса подходит под острым углом к берегу, то житель побережья больше взаимодействует с носителями одного, “желтого”, диалекта, чем с носителями другого – “красного”. В результате его речь постепенно “желтеет”, а граница смещается к середине залива, устанавливаясь перпендикулярно побережью. Изоглосса, соответствующая другому языковому явлению, также будет улавливаться центром залива, что только усилит разницу между диалектами.

Изображение

Рис. 2. Эволюция изоглоссы на побережье [1]

Стоит оговориться, что подход, основный на поверхностном натяжении – не первая попытка привлечь законы физики к анализу языковых явлений. Ранее был предложен “гравитационный” подход [2], в котором изоглоссы проходят по границе раздела зон влияния мощных центров притяжения, в качестве которых выступают города. Для того, чтобы модель учитывала “центры силы”, Бёрридж вводит в модель дополнительный параметр плотности, который позволяет объяснять выступы, образованные диалектами густонаселенных областей [1].

Такой механистический подход к изучению социальных наук многим представляется спорным, но он может быть очень плодотворным, если четко осознавать границы его применения. Явная уязвимость модели – игнорирование наличия социальных сетей (в широком смысле, не только интернет-сетей, но и профессиональных и других сообществ), нарушающих локальность языкового взаимодействия, а также пренебрежение культурными особенностями общества. Здесь можно привести слова Людвига Витгенштейна, не в меньшей степени, чем историко-философские воззрения Толстого, относящиеся к модели Бёрриджа: “Границы моего языка означают границы моего мира”, только под “миром” здесь следует понимать “мирок”, ограниченный повседневным общением. Тем удивительнее, что даже такое грубое упрощение позволяет модели [1] делать нетривиальные предсказания.

А. Пятаков

1. J.Burridge, Phys.Rev. X 7, 031008 (2017).

2. P.Trudgill, Lang. Soc. 3, 215 (1974).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30000
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#880   morozov » Ср окт 11, 2017 1:01

Протон меньше, чем мы думали

Совместная группа ученых ФИАНа и немецкого Института квантовой оптики общества Макса Планка (MPQ) провела эксперимент, в ходе которого было определено новое значение радиуса протона. Полученные данные дают возможность по-новому взглянуть на так называемую «загадку радиуса протона» – несоответствие между результатами старых и новых экспериментов. Статья, посвященная исследованию, опубликована в журнале Science.[1]


Ранее величина протонного радиуса считалась равной 0.8775 фемтометра (1 фемтометр = 10-15 метра). Это значение было получено после усреднения результатов различных экспериментов, таких как изучение столкновений протонов с электронами и спектроскопия атома водорода. В спектроскопических экспериментах ученые измеряли длину волны света, который поглощает атом водорода при переходе из одного энергетического состояния в другое, и, сравнивая измеренное значение с теоретическими предсказаниями, вычисляли радиус протона.

Однако в 2010 году случилось неожиданное: аналогичные эксперименты с экзотическими атомами мюонного водорода, в которых вместо электрона вокруг ядра вращается мюон, дали значение радиуса протона, равное 0.8418 фемтометра. Расхождение с предыдущими данными оказалось в 5 раз больше погрешности эксперимента. Такое несоответствие породило целую серию возможных объяснений – от ошибок в эксперименте до несовершенства квантовой электродинамики, которая в данный момент считается наиболее полной общепринятой теорией. Допускалось, что квантовая электродинамика не описывает какое-то важное взаимодействие частиц в мюонном водороде, и дальнейшие исследования позволят обнаружить «новую физику». На отличие мюонных атомов от обычных указывали и другие исследования.

Изображение
Экспериментальная установка в Институте квантовой оптики общества Макса Планка

Фото предоставлено участниками исследований


Прояснить ситуацию был призван эксперимент, задуманный директором ФИАНа Николаем Николаевичем Колачевским и осуществленный в лаборатории немецкого института MPQ. В ходе исследования изучался переход между энергетическими уровнями 2S и 4P при взаимодействии охлажденных атомов обыкновенного водорода с излучением лазера. Ученые обнаружили, что существенные поправки к результату дает эффект квантовой интерференции при распаде энергетических уровней, который хорошо известен в ядерной физике, однако оставался незамеченным в оптических исследованиях. В течение года группа производила тщательные расчеты и перепроверку результатов, а затем опубликовала новое значение радиуса протона. Оно составило 0.8335 фемтометра, что в пределах погрешности совпадает с данными по мюонному водороду.

Изображение
Идет настройка оборудования
Фото предоставлено участниками исследований

Таким образом, говорить о наличии «новой физики» в мюонных атомах преждевременно. Однако по-прежнему остается до конца невыясненным, в чем же причина существенного расхождения результатов последних экспериментов с предыдущими. Как сообщают авторы исследования, анализ погрешностей не дает удовлетворительного ответа на этот вопрос, поэтому для прояснения ситуации, безусловно, потребуются новые эксперименты и более детальное изучение других энергетических переходов в атоме водорода.


К. Кудеяров, АНИ «ФИАН-информ»
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30000
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#881   morozov » Чт окт 19, 2017 14:07

Борофен – будущая основа водородной энергетики?

Коммерческая доступность водородной энергетики во многом обусловлена эффективностью материалов, способных безопасно хранить и высвобождать водород. Поиск таких материалов постоянно ведется различными научными группами. Долгое время исследователи делали ставку на углеродные наноструктуры и композиты: фуллерены, нанотрубки, графен и его модификации. Однако существуют и “неуглеродные” системы, возможно, более перспективные, многие из которых к тому же получены экспериментально. Так, авторы работы [1] предлагают использовать для хранения молекулярного водорода допированный атомами щелочных металлов борофен. Под борофеном понимают двумерные (аналогичные графену) кристаллические аллотропы бора. Авторы проанализировали три его различных политипа (см. рис.).
Изображение
Различные политипы борофена (виды сверху и сбоку): S1 (а), S2 (б) и S3 (в). Зеленым цветом обозначены узлы присоединения атомов
щелочных металлов к борофену. Буквами H, B и T обозначены узлы в центре шестиугольника, в центре связи B–B и над атомом бора, соответственно.
С помощью компьютерного моделирования в рамках теории функционала плотности (модуль CASTEP) с учетом слабого ван-дер-ваальсового взаимодействия (DFT-D2) им удалось показать, что допирование борофена атомами лития, натрия и калия способствует запасанию в полученных системах молекулярного водорода. Авторы особо отмечают, что атомам металлов энергетически выгоднее связывание с поверхностью борофена, чем образование отдельных кластеров. При этом, наиболее перспективными наноструктурами для хранения H2 оказываются допированные натрием S2 и S3 политипы (см. рис.), а также все три рассмотренные конфигурации, допированные литием. Так, Li-S3 политип способен поглощать водород в количестве 14 масс. %, что вдвое превышает минимальные представления Департамента энергетики США (DOE) об эффективном водородосорбционном материале (6.5 масс. %). Кроме того, дополнительный анализ показал, что при достаточно умеренных давлениях (< 15 МПа) допированный борофен остается устойчивым при комнатной температуре. Будем надеяться, что ожидания авторов увидеть борофен в водородных топливных элементах нового поколения реализуются уже в ближайшем будущем.

М. Маслов

1. L.Wang et al., Appl. Surf. Sci. 427A, 1030 (2018).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30000
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#882   morozov » Вт окт 24, 2017 2:37

Когерентное рассеяние нейтрино на ядрах
1 октября 2017

Международная коллаборация COHERENT, включающая российских исследователей из ИТЭФ, МИФИ и МФТИ, выполнила в Национальной лаборатории Оук-Ридж (США) эксперимент, в котором впервые зарегистрировано когерентное рассеяние нейтрино на ядрах. При когерентном рассеянии, предсказанном в теоретической работе D.Z. Freedman в 1974 г., нейтрино малой энергии взаимодействует одновременно со всеми нуклонами ядра, т.к. переносящий взаимодействие Z-бозон имеет длину волны де Бройля, превышающую размер ядра. Хотя сечение когерентного рассеяния, пропорциональное квадрату числа нейтронов в ядре, велико по сравнению с сечением рассеяния на единичных нуклонах, зарегистрировать когерентное рассеяние ранее не удавалось из-за малой энергии ядер отдачи. В эксперименте COHERENT применялся детектор, содержащий всего лишь 14,6 кг низкофонового сцинтиллятора CsI[Na] (иодид цезия, допированный натрием). Детектор находился в глубоком подвальном помещении с низким фоном от нейтронов и космических лучей и облучался нейтрино, которые рождались при взаимодействии протонных импульсов от ускорителя с мишенью из ртути. Когерентное рассеяние зарегистрировано на уровне достоверности 6,7 σ. Использованная методика регистрация когерентного рассеяния нейтрино на ядрах ввиду компактности детектора может найти практические применения для мониторинга ядерных реакторов. Источник: Science 357 1123 (2017)

Механизм бесструктурного фазового перехода в (TMTTF)2PF6
1 октября 2017

S. Kitou (Нагойский университет, Япония) и др. методом синхротронной рентгеновской дифракции впервые прояснили механизм фазового перехода в органическом молекулярном проводнике (TMTTF)2PF6 вблизи температуры 67 К, когда кристалл переходит из состояния изолятора Мотта в зарядо-упорядоченное состояние и затем в спиновую фазу Пайерлса. Поскольку ранее при этом никаких изменений в структуре кристалла обнаружить не удавалось, этот переход был назван бесструктурным. Несмотря на 40 лет исследований, механизм данного перехода оставался неизвестен. В новом эксперименте для структурного анализа применялся синхротронный источник рентгеновского излучения. Методом обратного Фурье-анализа были охарактеризованы внутренние электронные связи атомов в молекулах и связи с окружающими молекулами. Исследование показало, что фазовый переход связан с формированием двумерного вигнероского кристалла, изменением длины связей и с передачей заряда величиной 0,20e между двумя соседними молекулами TMTTF в димере. Источник: Phys. Rev. Lett. 119 065701 (2017)

Магниевые аккумуляторы с наноструктурированным катодом
1 октября 2017

Первый прототип аккумуляторов на основе магния продемонстрировали D. Aurbach и др. в 2000 г. Эти аккумуляторы безопаснее и дешевле литиевых, но уступают им по ёмкости. H.D. Yoo (Хьюстонский университет, США) и др. усовершенствовали магниевый аккумулятор, применив в нем другой электролит и улучшенный наноструктурированный катод. В качестве переносчиков заряда вместо прежних Mg2+ используются ионы MgCl-. При этом для функционирования аккумулятора не требуется разрыв связей Mg-Cl, который ранее был необходим для высвобождения Mg2+, в результате чего энергетический барьер в химических реакциях снижается с 3 эВ до 0,8 эВ. Новый катод покрыт дисульфидом титана TiS2, и с помощью внедрения (интерколляции) органических молекул расстояние между слоями TiS2 увеличено с 5,69 Å до 10,86 Å. Это существенно облегчает проникновение ионов MgCl- в катод, ускоряя их диффузию. В результате, ёмкость магниевого аккумулятора удалось повысить в четыре раза до 400 мА ч г-1. Повышение емкости сопровождается также хорошей производительностью при перезарядке. Источник: Nature Commun. 8 339 (2017)

Межатомный кулоновский распад
1 октября 2017

В некоторых высокоэнергетических процессах образуются так называемые «полые атомы», в которых электроны находятся на внешних орбиталях, а внутренние уровни не заполнены. Известно, что при взаимодействиях с веществом «полые атомы» способны за несколько фс перейти в основное состояние, но механизм быстрого сброса энергии электронами оставался неясен. R.A. Wilhelm (Институт прикладной физики, Австрия и Институт физики ионных пучков и исследования материалов, Германия) и др. показали, что этим механизмом является процесс «межатомного кулоновского распада», при котором электроны полого атома взаимодействуют одновременно с несколькими соседними атомами. Эксперимент выполнен с многозарядными ионами Ar16+ и Xe30+, пролетающими через слой графена. На расстоянии в несколько Å от поверхности графена ионы захватывают с нее электроны и частично нейтрализуются. Захваченные электроны имеют большие энергии, поэтому они оказываются преимущественно на внешних уровнях. Пролет образвавшихся таким путем «полых атомов» через слой графена занимает ≈ 1 фс, но за это время электроны успевают переходить на внутренние орбитали. Регистрация ионов на выходе осуществлялась с помощью электростатического анализатора. Сравнение результатов данного исследования с расчетами «из первых принципов» показало, что за эффект сброса энергии в данном случае отвечает межатомный кулоновский распад, а другие механизмы дают малый вклад. Межатомный кулоновский распад может иметь место также в биологических тканях при снятии возбуждения атомов, вызываемого ионизирующими излучениями. Источник: Phys. Rev. Lett. 119 103401 (2017)

Магнитное поле в далёкой галактике
1 октября 2017

S.A. Mao (Институт радиоастрономии Общества им. М. Планка) и др. измерили магнитное поле в галактике, находящейся на расстоянии 4,6 мрд. световых лет. Галактика наблюдалась в полосе частот 1-8 ГГц с помощью радиотелескопов VLA в Нью-Мексико. Она является сильной гравитационной линзой, создавая два изображения далёкого квазара. Была построена модель распределения электронной плотности в галактике и измерена разность фарадеевского вращения плоскостей поляризации в двух изображениях. Измерение разности помогло исключить влияние фоновых полей на луче зрения. По этим данным найдена величина крупномасштабного магнитного поля в галактике — порядка нескольких мкГс. По своей величине и конфигурации поле в далекой галактике похоже на магнитное поле в нашей Галактике и в других близких галактиках. Это говорит о том, что сильные магнитные поля появились в галактиках раньше, чем считалось. Механизм зарождения магнитных полей в ранней Вселенной пока окончательно не выяснен, но универсальным механизмом их усиления до больших величин является магнитное динамо в движущейся плазме. Наблюдаемые характеристики магнитного поля в исследованной галактике хорошо согласуются с теорией динамо. Источник: Nature Astronomy 1 621 (2017)
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30000
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#883   morozov » Сб окт 28, 2017 16:06

Новости не опубликованные в журнале


Поиск безнейтринного двойного бета-распада
24 октября 2017

Представлены первые результаты поиска безнейтринного двойного бета-распада в эксперименте CUORE (Cryogenic Underground Observatory for Rare Events), проводимого в Национальной лаборатории Гран Сассо (Италия). Исследовались распады ядер 130Te. На достигнутом уровне точности данный тип распада не обнаружен, но было получено новое ограничение на время полураспада T1/2 > 1.5 × 1025 год. Наличие безнейтринного двойного бета-распада означало бы несохранение лептонного числа, что запрещено в Стандартной модели элементарных частиц, но предсказывается в некоторых ее расширениях. Источник: arXiv:1710.07988 [nucl-ex]

Новая модель темной энергии
24 октября 2017

D. Glavan, T. Prokopec и А. Старобинский предложили новую теоретическую модель космологической темной энергии, которая является в некотором смысле синтезом моделей «материальной» и «геометрической» темной энергии. В теории вводится новое скалярное поле с неминимальной связью и вычисляется вклад длинноволновых флуктуаций этого поля, генерируемых на стадии инфляции, в общую плотность и давление. Модель успешно воспроизводит наблюдаемые свойства космологической темной энергии. В будущем эта модель может быть проверена на основе характерной эволюции параметра уравнения состояния w = p / ρ, отличной от предсказываемых в других моделях. Источник: arXiv:1710.07824 [astro-ph.CO]
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30000
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#884   morozov » Вт окт 31, 2017 19:19

Электрический дипольный момент электрона
1 ноября 2017

Стандартная модель элементарных частиц предсказывает существование у электрона электрического дипольного момента величиной de≈ 10-40e см, но эффекты за пределами Стандартной модели могли бы на много порядков его усилить. В экспериментах коллаборации ACME по спектроскопическому исследованию пучков нейтральных молекул ранее было получено ограничение de<9,4×10-29e см. Исследователи из Национального института стандартов и технологий и Колорадского университета в Боулдере (США) выполнили новый эксперимент по измерению de с использованием молекулярных ионов 180Hf19F+ в ловушке с вращающимся электрическим полем. В течение ≈ 700 мс, пока ионы находились в ловушке, спины внешних электронов в молекулах прецессировали, и в угле прецессии мог содержаться вклад от взаимодействия de с внутренним электрическим полем молекулы. Угол прецессии измерялся путем диссоциации молекул и регистрации ионов. На достигнутом уровне точности ненулевой de выявлен не был, и получено ограничение de<1,3×10-28e см. Хотя это ограничение не сильнее полученного ранее ACME, важность работы заключается в том, что результат ACME подтверждён с помощью новой экспериментальной методики и другой физической системы. Наличие дипольного момента электрона могло бы быть связано с асимметрией относительно обращения времени и генерацией барионной асимметрии в ранней Вселенной. Источник: Phys. Rev. Lett. 119 153001 (2017)

Бесфазовое распространение в волноводе
1 ноября 2017

Если показатель преломления вещества n → 0, то длина электромагнитной волны в образце λ → ∞, и её фаза на всём протяжении образца одинакова. Бесфазовое распространение волн уже было продемонстрировано в ряде систем. E. Mazur (Гарвардский университет, США) и его коллеги развили данную технологию, создав кремниевый волновод на основе метаматерила, который поддерживает бесфазовое распространение, причём новая технология совместима с обычными телекоммуникационными устройствами. Волновод представляет собой пластину с полукруглыми вырезами на подложке, заполненной массивом отверстий. Переход n через нуль при λ=1625 нм происходит благодаря наличию одновременно электрического и магнитного дипольных резонансов. При приближении n к нулю у волны сохраняется конечная групповая скорость, и волна может переносить энергию. Из-за большой частоты волны наблюдать напрямую ее бесфазовое распространение затруднительно, поэтому с помощью инфракрасной камеры наблюдались биения при интерференции двух встречных волн, происходящие когерентно по всей длине волновода. Источник: ACS Photonics 4 2385 (2017)

Генерация терагерцового излучения в жидкой воде
1 ноября 2017

Электромагнитное излучение терагерцового диапазона (ТГц) привлекает большое внимание благодаря возможности недеструктивно просвечивать многие материалы. Одним из перспективным методов генерации терагерцового излучения является оптико-терагерцовое преобразование, происходящее при воздействии лазерного света на вещество. Q. Jin (Рочестерский университет (США) и Хуачжунский университет науки и технологии (КНР)) и др. впервые экспериментально продемонстрировали генерацию широкополосных терагерцовых сигналов в жидкой воде под действием фемтосекундных лазерных импульсов с частотой повторения 1 кГц, которые фокусировались параболическим зеркалом внутри пленки воды толщиной ≈ 180 мкм. Пленка двигалась со скоростью 1,3 м с-1 и стационарно поддерживалась между двумя алюминиевыми проволоками благодаря поверхностному натяжению воды. Использование тонкой пленки позволяет излучению выходить наружу, не поглощаясь. Обнаружена сильная зависимость генерируемого излучения от направления поляризации и от длительности лазерных импульсов. Вероятным механизмом генерации является мультифотонная и каскадная ионизация молекул и плазменные колебания. О других источниках терагерцового излучения см. в УФН 181 867 (2011) и УФН 186 667 (2016). Источник: Appl. Phys. Lett. 111 071103 (2017)

Движение воды под действием лазерного излучения
1 ноября 2017

Поскольку фотоны переносят импульс, воздействие света на газы и жидкости может вызывать гидродинамические потоки, что уже было ранее продемонстрировано в экспериментах. В частности, поток наблюдался вблизи поверхности воды из-за ее деформации. Y. Wang (Университет электронных наук и технологий Китая и Хьюстонский университет (США)) и др. обнаружили новый эффект, при котором пульсирующее лазерное излучение создает устойчивые потоки в объёме чистой воды. Сначала ёмкость была заполнена водной взвесью золотых наночастиц, и через несколько минут возникал гидродинамических поток в направлении луча. Поток наблюдался по отражению света другого лазера от полимерных микросфер в воде. Исследование с помощью гидрофона показало, что поток возникал под влиянием ультразвуковых волн, которые генерировались при резком тепловом расширении золотых наночастиц, нагреваемых лазерными импульсами. Важно, что наночастицы в объёме воды были нужны только для возникновения течения, и поток сохранялся после замещения взвеси чистой водой. Оказалось, что за поток чистой воды ответственны наночастицы, внедрившиеся в стекло. Созданные ими микроворонки на внутренней поверхности сосуда обнаружены и исследованы с помощью сканирующего электронного микроскопа. Поток чистой воды поддерживался в течение примерно часа, пока происходило вымывание наночастиц из воронок. Источник: Science Advances 3 e1700555 (2017)

Новые результаты LIGO/Virgo
1 ноября 2017

С помощью гравитационно-волновых интерферометров LIGO/Virgo впервые выполнена регистрация гравитационного всплеска GW170814 сразу тремя детекторами, а также впервые зарегистрирован всплеск GW170817, который связан с гамма-всплеском GRB 170817A. С 1 августа 2017 г. к наблюдениям гравитационных волн, выполняемым на двух детекторах LIGO, которые находятся в США, присоединился детектор Virgo, расположенный в Италии. 14 августа 2017 г. тремя детекторами зарегистрирован всплеск гравитационных волн GW170814. Его характеристики соответствуют слиянию двух чёрных дыр с массами 30,5M☉ и 25,3M☉. По данным трёх детекторов направление на источник определяется на порядок лучше, чем в случае двух детекторов. Также впервые определена поляризация гравитационной волны и подтверждено предсказание общей теории относительности о тензорном характере поляризации, а чисто скалярный и чисто векторный варианты исключены. 17 августа 2017 г. LIGO/Virgo зарегистрировали всплеск GW170817, из области локализации которого спустя 1,74 ± 0,05 с телескопом Fermi-GBM был зарегистрирован короткий гамма-всплеск GRB 170817A. Массы сливающихся объектов заключены в интервалах от 1,17M☉ до 1,60M☉, что соответствует массам нейтронных звёзд. Таким образом, впервые посредством гравитационных волн наблюдалось слияние нейтронных звезд в двойной системе и доказано, что короткие гамма-всплески могут генерироваться при таких слияниях. Скорость распространения гравитационных волн с относительной точностью ≈ 10-15 совпала со скоростью света, что также подтверждает общую теорию относительности и ограничивает параметры ряда моделей космологической тёмной энергии. Из того же направления спустя несколько часов после сигнала GW170817 с помощью нескольких телескопов было зарегистрировано оптическое излучение. В том числе, оптический сигнал наблюдался российской роботизированной сетью телескопов МАСТЕР. Источник оптического излучения находится в галактике NGC 4993 на расстоянии 2 кпк от её центра. Также излучение было зарегистрировано в рентгеновском, УФ-, ИК- и радиодиапазонах. Свойства сигналов хорошо соответствуют предсказаниям модели ``килоновой''. Оптическое излучение в этой модели генерируется при радиоактивных распадах тяжёлых ядер, образующихся в процессе нуклеосинтеза при слиянии нейтронных звезд. О расчетах темпа генерации гравитационных сигналов от слияний нейтронных звезд см. в УФН 171 3 (2001), об истории разработки детекторов гравитационных волн см. в УФН 186 968 (2016) и о значимости их регистрации см. в УФН 186 1001 (2016), УФН 186 1011 (2011), УФН 187 884 (2017). Источники: Phys. Rev. Lett. 119 141101 (2017), Phys. Rev. Lett. 119 161101 (2017)
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30000
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#885   morozov » Ср ноя 01, 2017 17:29

Электронные растения… или для чего учёным нужны розы
Изображение
Для чего учёным нужны розы? Смешной вопрос. Розы всем нужны для того, чтобы любоваться прекрасными цветами в парках и садах, дарить (и получать) букеты… Но у шведских исследователей другое мнение. В цветочном магазине они приобрели срезанную розу для того, чтобы сделать из неё электронное растение (e-Plant) [1]!

Зеленые растения, способные напрямую использовать солнечную энергию, обеспечивают нас кислородом, пищей, топливом, сырьем для промышленности. С давних времен люди старались влиять на их рост и воспроизводство. Традиционно для этого использовали (и продолжают использовать) различные удобрения. Позже стали применять генное модифицирование. Развитие нанотехнологий привело к появлению нанобионики (см. ПерсТ [2,3]). Используя наноматериалы, растениям придают дополнительные, несвойственные им функции. Например, внедрение одностенных углеродных нанотрубок (УНТ), покрытых фрагментом ДНК, в хлоропласты растений позволило создать “живые” детекторы NO, а добавление к ДНК-УНТ наночастиц диоксида церия существенно повысило эффективность фотосинтеза [2]. С помощью УНТ, “обёрнутых” пептидом Bombolitin-II, живые растения превратили в нанобионические сенсоры для обнаружения взрывчатых веществ в почве в реальном времени [3]. Новое направление нанобиотехнологий – электронные растения. Учёные из Швеции представили концепцию создания аналоговых и цифровых электронных схем в листьях и ксилеме* (сосудистой ткани) растений [4]. Для экспериментов в качестве модели использовали срезанную садовую розу (Rosa floribunda). Ключевым моментом технологии e-Plants является самоорганизация электропроводящего материала во внутренней структуре растения. Авторы синтезировали полимер, из которого в локальных участках ксилемы стебля образовались тонкие проводящие нити**. Однако для реализации концепции e-Plants был нужен новый материал, способный по транспортной системе растения распределиться от корня по стеблю к листьям, где проходит фотосинтез, и к лепесткам цветка.

Недавно исследователи сообщили о разработке, синтезе и применении такого материала [1]. Это водорастворимый сопряженный олигомер
ETE-S (рис. 1а). Исследователи поместили срезанную розу в раствор ETE-S в деионизированной воде (1 мг/мл) на 24 ч. За это время олигомер, благодаря малому молекулярному размеру, проник во все части растения по тому же пути, что и молекулы воды, и полимеризовался in vivo под действием локального окружения (в основном, лигнина) (рис. 1в). Темные непрерывные линии, указывающие на полимеризацию, проявились по всему стеблю (на участках >10 см). В сосудистой ткани жилок лепестков и листьев образовались полимерные нити или покрытия.

Удельная электропроводность “проволоки” из полимеризованного ETE-S была измерена в стебле с помощью Au электродов и оказалась равной 7.25±3.38 См/см.

Изображение

Рис. 1. Распределение и полимеризация ETE-S в срезанной розе:
А – полимеризация ETE-S in vivo; В(i) – роза после 24-часового погружения в раствор ETE-S;
B(ii-iii) – поперечный срез стебля внизу и в верхней части под цветком (шкала 1 мм);
В(iv) – лепесток с потемневшими от полимера жилками (шкала 1 мм);
В(v-vi) – полимеризация ETE-S в главной жилке листа и в сосудах черешка листа (шкала 1 мм и 0.5 мм, соответственно).

Полимеризация происходит в сосудах ксилемы, однако, молекулы олигомера способны преодолеть их стенки и проникнуть даже во внеклеточную структуру листа – апопласт (рис. 2 А). Таким путем в природе движется вода через растение и потом испаряется с поверхности листа. Некоторые синие красители, имеющие молекулярный вес, близкий к ETE-S, также способны проникать из сосудов ксилемы в апопласт, и поэтому их часто используют в цветочной индустрии для окрашивания листьев и лепестков.

На рис. 2В и 2С представлены изображения, полученные с помощью конфокальной флуоресцентной микроскопии для листа розы, стебель которой находился 24 ч в растворе ETE-S, и для листа розы, которую на 24 ч поставили в обычную воду. Как показало изучение эмиссионных спектров, дополнительная флуоресценция в диапазоне длин волн 424-500 нм (синий цвет) обусловлена присутствием молекул
ETE-S.

ИзображениеИзображениеИзображение

Рис. 2. Распространение ETE-S из стебля в жилки и во внеклеточную структуру листа:
А – схема проникновения из сосудов ксилемы в апопласт;
B и C – изображения листьев, полученные с помощью конфокальной флуоресцентной микроскопии
(В – лист с ETE-S, С – контрольный лист без ETE-S).

Шведские исследователи считают, что создание электронной схемы в сосудистой ткани в комбинации с биофункциональными молекулами в листьях – первый шаг к так называемым energy-harvesting*** устройствам. Однако для автономных систем необходимо сочетание как переноса заряда на достаточно большие расстояния (длинные “провода”), так и его накапление (т.е. конденсаторы). Анатомия растений благоприятна для создания in vivo суперконденсаторов: длинные сосуды ксилемы параллельны и изолированы друг от друга
(рис. 3). Удельная ёмкость суперконденсатора, созданного авторами [1] в стебле розы, оказалась равной 20 Ф/г.

ИзображениеИзображение

Рис. 3. Суперконденсатор в растении: слева – упрощённая схема (длинные сосуды ксилемы, заполненные проводящим полимером, служат электродами, а ткань растения между ними – электролитом); справа – оптическая микрофотография суперконденсатора в стебле розы.



Авторы [1, 4] признают, что исследования пока находятся на очень ранней стадии, но считают, что их последние результаты доказали –
“e-Plant” можно будет использовать как “power plant”, т.е. как живую электростанцию!

___________

* Ксилема – проводящая (а также опорная) ткань растений. По ее тонким клеткам, соединенным в длинные сосуды, от корня к листьям движется вода с растворенными минеральными солями.

** За открытие и развитие электропроводящих полимеров американскому физику и химику Алану Хигеру, американскому физикохимику Алану Макдиармиду и японскому химику Хидэки Сиракава присуждена Нобелевская премия по химии 2000 года. Эти исследования открыли путь к новой, органической электронике.

*** Еnergy harvesting – “сбор” малых количеств энергии из окружающей среды и преобразование её в электрическую для автономных миниатюрных устройств, например, сенсоров. Источниками могут быть и солнечная энергия, и энергия ветра, и тепловая энергия, любые механические колебания. Как в монологе Аркадия Райкина: “вот балерина крутится, крутится… аж в глазах рябит. Прицепить ее к динамо - пусть ток дает…”

О. Алексеева

1. E.Stavrinidou et al., PNAS 114, 2897 (2017).

2. ПерсТ 21,вып.11/12, с.4 (2014).

3. ПерсТ 24,вып.3/4, с.3 (2017).

4. E.Stavrinidou et al., Sci. Adv. 1, e 1501136 (2015).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Ответить

Вернуться в «Дискуссионный клуб / Debating-Society»