Что нового в этом мире

Пока магнитричество удалось поймать только в кристаллах определённого рода, которые учёные обобщённо называют спиновым льдом – spin ice (фото STFC).

О движении электрических зарядов и образуемом ими токе знают все. С передвижениями магнитных зарядов дела до недавнего времени обстояли несколько сложнее – учёные не могли детектировать ни сами магнитные монополи, ни их транспорт. Однако недавно американцам всё же удалось увидеть магнитричество в эксперименте.

У каждого магнита, как известно, два полюса (северный и южный). И сколько бы физики его ни делили, каждый его кусочек (вплоть до единичного атома) будет обладать двумя полюсами. Однако теоретики предсказывали, что существуют магнитные монополи (magnetic monopole) – квазичастицы, несущие на себе только положительный или только отрицательный магнитный заряд. Они не связаны в пары и могут передвигаться по отдельности.

Долгое время учёные разных стран пытались поймать таинственные магнитные монополи. В сентябре нынешнего года им это наконец удалось. Для этого исследователи направили на кристалл спинового льда, охлаждённого до ультранизкой температуры, нейтроны. Поведение элементарных частиц показало – в материале действительно присутствуют магнитные монополи.

На картинке слева: в отсутствие поля магнитные заряды связаны в пары, но некоторые из них всё же диссоциируют, образуя флуктуирующие магнитные моменты (зелёная стрелка). На рисунке справа: при приложении поля некоторые "разбежавшиеся" магнитные заряды остаются врозь, однако часть образует связанные пары для восстановления равновесия. Из-за колеблющихся магнитных моментов, определяемых свободными зарядами, появляются локальные поля, которые можно детектировать с помощью внедрённых мюонов (?+) (иллюстрация Nature).

Тогда же другая группа учёных представила свои достижения в виде препринта статьи на сайте arXiv.org. Теперь они выпустили полноценную статью в Nature, в которой рассказали о строении системы, позволяющей фиксировать передвижение магнитных монополей. Работа проводилась под руководством Стивена Брамвелла (Steven Bramwell) из Лондонского центра нанотехнологий.

Британцы не только впервые определили "количество" магнитного заряда, но и измерили магнитный аналог электрического тока. Движение и взаимодействие монополей они назвали "магнитричеством" (magnetricity).

Вместо нейтронов Брамвелл и его коллеги использовали мюоны (muon) – неустойчивые элементарные частицы, которые можно было бы назвать короткоживущими братцами электронов.

Внедрив их в спиновый лёд, физики наблюдали за распадом мюонов и эмиссией образующихся при этом позитронов. Направление движения последних рассказало исследователям о магнитном поле внутри кристалла. В результате учёные установили, что магнитные монополи не просто существуют, но ещё и движутся, образуя магнитный ток.

Британцы определили, что заряд магнитного монополя равен 5 ?B·A-1 (магнетонам Бора на ангстрем). Кстати, теория давала очень близкое значение: 4,6?B·A-1. Отметим, что в отличие от фиксированного электрического заряда магнитный может меняться в зависимости от давления и температуры кристалла спинового льда.

Стивен считает, что в будущем магнитные монополи могут быть использованы для создания более компактной компьютерной памяти (так как один монополь соизмерим с отдельным атомом). "Мы пока делаем лишь первые шаги, но кто знает, в каком виде магнитричество будет использовано человечеством лет эдак через сто", — говорит Брамвелл в пресс-релизе Лондонского центра нанотехнологий.

Уменьшение размеров электроники приведёт к снижению стоимости и улучшению производительности электронных устройств. Но не ради самой технологии, а скорее из научного интереса исследователи из разных стран скооперировались, придумали и создали самую миниатюрную копию одного из ключевых компонентов электрических цепей.

Диоды встречаются в бесчисленном множестве устройств. Эти компоненты схем самых разных форм и размеров являются ключевыми ингредиентами полупроводниковой индустрии.

Однако учёные пытаются воспроизвести их и в нанометровом масштабе. "Транзисторы, к примеру, уже достигли размера в несколько десятков нанометров, что в среднем всего лишь в 20 раз больше молекулы вещества. Вот почему люди так увлечены идеей создания молекулярной электроники", — рассказывает в пресс-релизе университета Аризоны ведущий исследователь Нунцзянь Тао (Nongjian Tao). Кстати, известен случай, когда транзистором была признана и одна молекула.

Идея преодоления ограничения размеров кремниевых транзисторов с помощью молекул витала в воздухе давно. О том, что молекулы веществ могут стать диодами, химики-теоретики впервые заговорили ещё в 1974 году. Более 30 лет исследователи пытались реализовать теорию на практике.

В большинстве случаев использовались несколько молекул, например молекулярные тонкие плёнки, и лишь несколько научных групп обращались к единичным молекулам.

Схема молекулярного диода: симметричная молекула (вверху) пропускает ток в обе стороны, несимметричная (внизу) перекрывает поток в одну сторону, превращаясь в одномолекулярный диод (иллюстрация Biodesign Institute at Arizona State University).

Одно из препятствий на этом пути – сложности с подключением отдельной молекулы к двум электродам, поставляющим ток, другое – получение нужной ориентации молекулы в устройстве (напомним, что диоды отличаются тем, что позволяют току течь по электрической цепи только в одной направлении).

"Мы смогли создать одномолекулярное устройство со строго определённой ориентацией", — говорит Тао. В своём исследовании учёные использовали ассиметричную молекулу: один её "хвост" образовывал ковалентную связь с положительно заряженным катодом, а второй – с отрицательно заряженным анодом.

Физики сравнили перенос электронов у симметричной и асимметричной молекул. В первом случае ток протекал в обе стороны, то есть молекула работала как обычный резистор. Создать второй вариант было сложнее, но он представлял для учёных куда большую ценность.

"Работать с одной молекулой интересно. Мы прикладывали напряжение, механическое усилие, измеряли ток и отклик на воздействие. Поведение отдельной молекулы определяется законами квантовой физики, в результате свойства миниатюрных устройств отличаются от таковых у стандартных. Мы параллельно изучили и эти различия", — говорит Нунцзянь.

"Лично для меня молекулярная электроника интересна не только из-за своих потенциальных приложений в качестве замены устройств на основе кремния, но и как система с уникальными электронными, механическими и оптическими свойствами. Возможно, она не просто заменит, но и дополнит работу обычных полупроводников", — добавляет учёный.

Шведская Королевская академия наук (Kungliga Vetenskapsakademien) объявила лауреатов Нобелевской премии (Nobel Prize) по физике 2009 года. Её получают трое учёных, чьи изобретения сформировали современный технологический облик нашей планеты.

В 1966 году уроженец Шанхая Чарльз Као (Charles K. Kao), работая в британской лаборатории (теперь ставшей корпорацией Nortel Networks), открыл возможность передавать свет на большие расстояния, используя сверхчистое стекло как оптоволоконный материал.

Таким способом учёные стали отправлять сигналы на расстояние более 100 километров, и это был прорыв по сравнению со всего лишь 20-метровым волокном, доступным в 1960-х годах. Энтузиазм Као вдохновил других исследователей на работу по практическому осуществлению его замысла.

Первое сверхчистое волокно было успешно произведено всего четыре года спустя, в 1970-м. И с тех пор без него трудно представить лик нашей планеты. Сегодня оптические волокна — практически кровеносная система нашего социального общения. Интернет, телефония, кабельное телевидение — всё это было бы лишь мечтой без гения Чарльза Као.

Значительную долю данных, передаваемых по оптоволокну, сегодня составляют цифровые изображения. И вторую половину премии (которая в этом году составляет 10 миллионов шведских крон или 975 тысяч евро, не считая медали и диплома) по праву делят американцы-изобретатели полупроводниковых цифровых светочувствительных матриц.

В 1969 году Уиллард Бойл (Willard S. Boyle) и Джордж Смит (George E. Smith), работавшие в Bell labs, изобрели аналоговую микросхему из светочувствительных фотодиодов. Этот прибор с зарядовой связью (ПЗС) использует фотоэлектрический эффект, предполагавшийся ещё Эйнштейном (который сам получил за эту теорию Нобелевку 1921 года).

Свет преобразуется в электрические сигналы, а задача при разработке сенсора изображения заключается в сборе и распознавании сигналов в максимальном количестве точек "картинки" за минимальное время. ПЗС стал революцией в фотографии и незаменимым инструментом во всех областях исследований, от микрохирургии до астрономии.

Необычные методы связи с подлодками предлагаются не первый раз. Ранее мы говорили о дистанционном генераторе звука под водой (иллюстрация naval-technology.com).

Три десятка лет надежд, споров и скептицизма учёных подвели Патрика Хубера (Patrick Huber) из политехнического университета Вирджинии к его нынешней работе. Исследователь рассчитал работоспособный метод нейтринной связи, пронзающей земной шар насквозь.

Идея связи, основанной на нейтрино, обсуждается с 1977 года. Применить данные частицы для пересылки информации (в частности, на атомные субмарины, дежурящие в толще океана) очень соблазнительно — нейтрино с лёгкостью проходят Землю навылет. Но эта способность оборачивается и трудностями: всем известно, как слабо взаимодействуют нейтрино с веществом и сколь огромны детекторы, необходимые для поимки данных частиц.

Потому за тридцать с лишним лет, прошедших после рождения самой мысли о подобной связи, реализовать её никому так и не удалось, хотя в разных странах к нейтринным проектам привлекали финансирование по "оборонной" статье.

Хубер утверждает, что с недавним прогрессом в источниках нейтрино и детекторах данная идея может быть материализована. Причём — в ближайшем будущем. Он предлагает создать односторонний канал пересылки информации (с базы на подлодку), выгодно отличающийся от существующих методов.

В качестве источника частиц Патрик думает применить накопительное мюонное кольцо, способное выдавать поток с интенсивностью 1014 нейтрино в секунду. Большинство из них пронзит всю планету без взаимодействия и улетит прочь, очень малая доля столкнётся на своём пути с атомами и совсем уж крошечный процент прореагирует с веществом в непосредственной близи от субмарины. По оценке Хубера, около подлодки будет происходить два таких столкновения в секунду.

Так выглядит мюонное кольцо. В данном случае показана установка, работающая в лаборатории Брукхэвен (Brookhaven National Laboratory).

Кажется, что немного, но этого должно хватить для организации канала связи по нейтринному лучу. Главное — самой подлодке не потребуется гигантский нейтринный детектор. В его роли выступит океанская вода. Нейтрино, столкнувшиеся с веществом, произведут высокоэнергетические мюоны, а те в свою очередь вызовут в воде черенковское излучение — слабое сияние, которое могут зарегистрировать высокочувствительные фотодетекторы на субмарине.

Американский физик высчитал, что такой канал будет обладать скоростью около 10 бит в секунду. Чтобы понять — какое это будет достижение, следует сравнить его с нынешними способами связи с погружёнными подлодками. Информацию на них переправляют при помощи радиоволн очень низкой частоты (VLF) и крайне низкой частоты (ELF).

Первый канал обладает пропускной способностью 50 бит в секунду, однако имеет большой недостаток: для такой связи подлодка должна выпускать плавающую антенну, которая ограничивает маневренность субмарины и повышает риск её обнаружения. Канал ELF такого негатива лишён, поскольку эти волны пробивают очень приличную водную толщу, но скорость пересылки информации падает до 1 бита в минуту. мНейтринный канал связи должен обладать пропускной способностью почти как у радиоканала VLF, но при этом будет работать на любой глубине. Недостаток (помимо высокой стоимости), пожалуй, только один — лодка должна будет выходить в определённый район океана, чтобы получить сигнал.

В вычислительной технике есть одно очень простое правило, остающееся верным и в необычном квантовом мире: увеличение числа элементов для хранения информации ведет к приросту мощности компьютера. Увеличение числа квантовых битов, или кубитов, в квантовом компьютере ведет к еще большему приросту — каждый дополнительный кубит удваивает мощность компьютера.

Однако увеличение количества кубитов оказалось для исследователей довольно замысловатой задачей из-за трудностей, связанных с производством частиц в сцепленном состоянии. Ныне группа исследователей создала устройство, способное в пулеметном темпе «выстреливать» множеством сцепленных фотонов.

Все существовавшие до сих пор методы создания сцепленных фотонов выдавали отдельные группы фотонов более или менее случайным образом, рассказывает Терри Рудольф (Terry Rudolph) из Имперского колледжа Лондона (Imperial College London). «Ученым удавалось получать до шести сцепленных фотонов, но они появлялись совершенно непредсказуемо. В конечном счете, это никак не могло помочь в создании работающего должным образом квантового компьютера».

Рудольф и Нетанель Линднер (Netanel Lindner) из Техниона — Израильского технологического института (Technion — Israel Institute of Technology) в Хайфе — совместно разработали проект системы, способной по первому требованию выстреливать большим количеством сцепленных фотонов. Она получила название «фотонного пулемета».

В основе устройства лежит «квантовая точка» — нанокристалл, заключенный внутри полупроводника, охлажденного до очень низкой температуры. Когда на квантовую точку попадает короткая и интенсивная вспышка света, один из электронов в точке переходит в возбужденное состояние. Возвращаясь на соответствующий состоянию покоя энергетический уровень, он излучает фотон.

«Мы можем манипулировать электроном так, чтобы он оказался в сцепленном состоянии с фотоном», — говорит Рудольф. При повторном возбуждении электрон снова испустит фотон; этот фотон также будет в сцепленном состоянии с электроном, а значит, и с первым фотоном. Процесс можно повторять сколько угодно раз, получив в итоге цепочку сцепленных фотонов, вполне готовую для включения в систему квантового компьютера.

Изначально Рудольф и Линднер оценивали производительность своего устройства в 12 выдаваемых за раз кубитов. «Думаю, в разговорах с разными экспериментаторами мы были слишком скромны», — замечает Рудольф. — Текущая эффективность собирания делает вполне возможным получение 20 или даже 30 сцепленных фотонов, что может привести к созданию систем, намного превосходящих классические компьютеры».

Исследователи считают, что работоспособная модель устройства может быть построена уже в ближайшие годы. «Только в последний год или около того технологии нанопроизводства сделали это возможным», — утверждает Рудольф.

Проект квантового пулемёта уже привлек к себе повышенный интерес в научной среде. «Это настоящий шедевр», — отмечает Эндрю Уайт (Andrew White) из Квинслендского университета в Брисбейне, Австралия. «Думаю, это одна из самых замечательных теорий, о которых мне только приходилось слышать за последние пять лет — она произведет настоящий переворот в создании фотонных квантовых компьютеров», — заключает специалист. Об этом сообщает агентство "Информнаука".

Нередко в метро оказываешься по соседству с молодыми людьми, слушающими плеер. Почти всегда с ужасом думаешь: если мне по ушам так стучат его басы, то что же делается в голове у юного любителя музыки? Опасения небеспочвенны - каждый десятый слушатель плееров имеет серьезные проблемы со слухом.

Европейская комиссия выпустила новый список стандартов, касающихся предельно допустимых уровней громкости MP3-плееров. Они обяжут производителей по умолчанию устанавливать не максимальный уровень громкости, а допустимый для безопасного прослушивания - 80 дБ. Кроме того, в документации должно будет появиться специальное предупреждение о том, что прослушивание музыки выше заданного уровня громкости вредит слуху.

Новые стандарты, которые будут утверждены в ближайшее время, появились в результате двухгодичных консультаций с медиками, производителями и потребителями. По официальной статистике, сейчас в странах ЕС насчитывается более 10 млн молодых людей с приобретенными проблемами слуха. Большинство из них - это как раз те самые любители громкой музыки.

Европа тут следует по стопам США. В 2006 году американский предприни-матель Джон Паттерсон подал жалобу про-тив фирмы Apple, заявляя, что его iPod, способ-ный воспроизводить звук до 115 дБ, может нанести непоправимый вред слуху. В итоге Apple приняла решение предоставить пользо-вателям iPod бесплатную программу с новой опцией, позволяющей лимитировать уровень звука в аппарате. Вслед за этим американские производители цифро-вых плееров, и Apple в их числе, ограничили максимальный уровень громкости в своих аппаратах 100 дБ.

По данным научного комитета ЕС, сейчас большинство продаваемых в Европе плееров имеет уровень громкости от 80 до 115 дБ. Наушники могут добавить к этому еще 5-7 дБ. Но безопасной для постоянного прослушивания является лишь нижняя граница громкости. Звук в 85 дБ уже равен по силе грохоту мотоцикла с глушителем, 90 дБ при постоянном прослушивании могут вызвать нервные заболевания и ухудшение слуха вплоть до глухоты. Авторы новых стандартов считают, что на плеерах также должна быть предупреждающая наклейка, а при попытке сделать звук громче должен включаться предупреждающий сигнал о вреде этого. Может, и мы больше не будем страдать от грохота из наушников соседа в метро или автобусе.

Сразу две научные группы сообщили о независимых, но похожих по сути экспериментах, приблизивших науку ещё на один шаг к пресловутому чтению мыслей. Теперь можно по "отпечатку" мозговой активности вычислить, на какое число или какую картинку только что смотрел человек.

О первом достижении сообщили Эвелин Эже (Evelyn Eger) из Парижского университета (Universite Paris-Sud) и её коллеги из ряда вузов Франции. Они использовали функциональную томографию для регистрации активности нейронов в теменной доле головного мозга — участке, который в предыдущих исследованиях был увязан с обработкой чисел.

На этот раз учёные применили высокое разрешение, позволяющее различать тонкие картины в работе групп нейронов внутри этого участка. Исследователи предъявляли испытуемым различные числа в двух видах форм — символической (цифры) и несимволической — группы точек. Так выяснилось несколько вещей.

Оба вида чисел вызывают всплеск активности в теменной доле. Но получающаяся при этом картина заметно отлична. То есть по ряду характерных черт можно предсказать — видит человек четыре точки или цифру "4".

Более того, устойчивые тонкие отличия в активности нейронов наблюдаются и для каждого числа индивидуально (1, 2, 3, 4 и так далее). При этом наиболее ясные различия в образце проявляются для чисел в несимволической форме. И для них же мозговые "рисунки" обладают свойством плавного изменения.

Таким образом, рисунок активных нейронов для шести точек является чем-то переходным между "отпечатками", проявляющимися в мозгу при созерцании пяти и семи точек. Для символических чисел такого чёткого линейного изменения обнаружить не удалось.

Чтобы проверить свои догадки, авторы работы проанализировали типичные рисунки работы нейронов, возникающие при наблюдении разных чисел, и составили программу, которая с высокой долей успеха "говорила", на какое число человек только что глянул, анализируя данные со сканера.

При этом процент верного попадания для групп точек был значительно выше, чем для символических чисел. Для последних уловить закономерности оказалось труднее всего. Эже объясняет это тем, что несимволическое представление эволюционно намного более древнее. (Кстати, большие группы точек успешно подсчитывают обезьяны, а цыплята, пчёлы и рыбы способны считать в пределах четырёх.)

Типичное распределение активности клеток сначала было выявлено по результатам множества сеансов просмотра, а затем занесено в модель, способную угадывать, к примеру, число точек на экране, которые видит человек (иллюстрации Eger et al.).

"Числа в принципе бесконечны, и очень маловероятно, что мозг может иметь (а мы можем обнаружить) подписи для каждого числа, — говорит Эже. — Существует некий намёк в наших данных, что чем меньше число, тем более чёткая у него подпись, которая может быть связана с их повторяемостью в повседневной жизни. Потребуются ещё исследования, чтобы сказать что-то более определённое об этой связи и о том, как мозг работает с крупными числами".

"Мы только начинаем подступать к основным строительным блокам, на которые, вероятно, опирается символический счёт", — добавила исследовательница. Детали нынешнего опыта Эвелин и её коллеги изложили в статье в Current Biology.

Второй эксперимент был обставлен сходным образом. Только вместо анализа наблюдаемых чисел его авторы занимались поиском характерных рисунков активности, возникающих в зрительной коре при наблюдении фотоснимков определённого характера (портреты, пейзажи, дома, животные, растения, много объектов, мало объектов и так далее), а также при взгляде на изображения предметов той или иной формы.

Все эти знания были "утрамбованы" в программу, которая вычленила характерные подписи для тех или иных свойств и признаков изображений. Далее эта программа с приличной долей попаданий вычисляла, какую фотографию человек только что наблюдал. Или указывала на очень близкий по композиции и семантическому содержанию кадр.

Правда, выбирать ей приходилось из заранее составленной базы в 6 миллионов снимков, по которым ранее и калибровали модель, сообщает Wired. Один из снимков случайным образом показывался человеку в магнитном томографе, а программа должна была узнать его "отпечаток" в голове.

Это ещё не то же самое, что восстановление увиденной испытуемым картинки с нуля, но некое продвижение на пути к данной цели. В будущем эта технология может обрести практические приложения вроде мысленного составления архитектурных проектов или систем мысленной речи (если говорить об аналогичных "отпечатках" при обдумывании слов). Последняя, впрочем, уже реализована, но на иных принципах. Об этом можно прочесть наш мини-обзор.

Авторы опыта с фотографиями — Джек Галлант (Jack Gallant) и его коллеги из Калифорнийского университета в Беркли (UC Berkeley) — отчитались об эксперименте в статье в журнале Neuron.

Заметим, учёные не первый раз действуют по схеме: фиксация рисунков активности нейронов — выявление общих закономерностей и частностей — построение компьютерной модели — "угадывание" мыслей по мозговым "отпечаткам". Так, ранее мы детально рассказывали об опытах по извлечению из голов простых графических символов, прочтённых и услышанных слов, а также — дислокации в компьютерной игре.

Специалисты корпорации Hitachi High Technologies и Национальной лаборатории Брукхэвен (Brookhaven National Laboratory – BNL) разработали новый сканирующий микроскоп, который позволяет снимать атомы одновременно на поверхности и в объёме образца.

Для демонстрации возможностей нового прибора учёные провели съёмку отдельных атомов урана (обведены кружками) на поверхности тонкой подложки из углерода. Вверху: изображение, полученное в прошедших через образец электронах. Внизу: изображение поверхности образца. По центру: объединённая картина (объём – красным, поверхность – зелёным). Атомы, которые не видны на нижнем снимке, находятся на нижней стороне углеродной подложки (фото Department of Energy Brookhaven National Laboratory).

"Наши знания о влиянии индивидуальных атомов на свойства нанообъектов и процессы, происходящие в устройствах преобразования энергии, очень сильно ограничиваются возможностями наблюдения за ними", — говорит один из ведущих исследователей Имэй Чжу (Yimei Zhu) в пресс-релизе BNL. Как известно, для понимания многих реакций недостаточно "видеть" только объём материала. Его поверхность, где собственно и происходит взаимодействие, важна не меньше.

Именно этого объединения и добились разработчики новой машины, которая расположилась на территории Центра функциональных наноматериалов (Center for Functional Nanomaterials).

Как и все сканирующие электронные микроскопы, новый инструмент освещает образец пучком электронов, сфокусированным на небольшой точке, затем детекторы ловят испущенные материалом вторичные электроны. Полученные данные позволяют определить структуру поверхности и топографию образца.

Но теперь исследователи разместили детекторы как перед образцом, так и за ним. Второй набор регистрирует электроны, прошедшие через толщу изучаемого материала, благодаря чему появляется возможность построить внутреннюю структуру (получается как бы помесь сканирующего и просвечивающего электронных микроскопов).

Учёные применили в новинке ряд усовершенствований. В частности, оригинальную систему коррекции сферической аберрации. Дополнения привели к увеличению разрешающей способности исходного прибора в четыре раза (до одной десятой нанометра), то есть теперь у машины появилась возможность делать изображения, на которых можно различить отдельные атомы.

"Эффект похож на тот, что получается при использовании большей линзы в фотоаппарате: данных собирается больше и они при этом фокусируются на меньшей площади", — поясняет биофизик Джозеф Уолл (Joseph Wall), один из авторов разработки, описывающих её в статье в журнале Nature Materials.

"Информация, полученная с помощью нового устройства, позволит больше узнать о расположении атомов и активных центров, разглядеть небольшие вариации состава и положение дефектов кристаллической структуры образца. Все эти показатели значительно влияют на свойства материалов и их реакции друг с другом", — добавляет Чжу.

Действительно, такая двойная съёмка помогает учёным лучше понять полную картину происходящего, например, как взаимодействуют атомы поверхности и объёма во время каталитической реакции.

Для нормальной работы столь чувствительного прибора, конечно же, понадобились особые условия. Чтобы изолировать новый микроскоп от вибраций, перепадов температуры и даже слабых электромагнитных полей, его поместили в особую комнату.

В ней все 24 часа температура регулируется вплоть до сотых долей градуса Цельсия, амортизирующие пластины защищают прибор от проезжающих вдали грузовиков и хлопающих дверей, обычная система вентиляции заменена на охлаждающие воздух панели. "Всё здание является своего рода технологическим шедевром. Микроскоп просто не смог бы работать в других условиях", — поясняет Чжу.

Заметим, разрешение в 0,1 нанометра является одним из лучших показателей для электронных микроскопов, но вдвое уступает достижению аппарата Titan.

Место соприкосновения двух капель и образование мостика из двух конусов. Масштабная линейка соответствует 0,1 миллиметра (фото W. Ristenpart et al./Nature).

Любой учёный знает, что противоположно заряженные тела притягиваются друг к другу, а одинаково заряженные отталкиваются. Уильям Ристенпарт (William Ristenpart) из университета Калифорнии в Дэвисе обнаружил, что и из этого, казалось бы, фундаментального правила есть исключения.

Ещё в 2005 году химик-технолог Ристенпарт проводил опыты со столбцом воды в масле. Он изучал изменение формы колонны, происходящее при приближении к заряженной пластине.

"Я случайно ошибся и вместо положенного среднего заряда поднял напряжение до нескольких киловольт. Систему закоротило, и вода будто взорвалась", — рассказывает Уильям. В результате мелкие капли воды разлетелись во все стороны заполненного маслом сосуда.

Ристенпарт также заметил, что противоположно заряженные шарики жидкости как будто отталкивались друг от друга. "Поначалу я не поверил своим глазам", — говорит Уильям. Оно и понятно, как и любой другой учёный, он был поражён и запутан увиденным.

Ристенпарт и его коллеги три года изучали феномен в лаборатории Ховарда Стоуна (Howard Stone) в Гарварде. Но чтобы понять, к каким выводам пришли учёные в своей статье в журнале Nature, необходимо для начала определиться с процессами, происходящими в обычной системе, где сталкиваются две капли воды с противоположным зарядом.

На рисунке слева показана экспериментальная установка (на самом деле водой обозначен 0,2 М раствор KCl). В зависимости от величины электрического поля происходит слияние (справа вверху) или отталкивание (справа внизу) капли воды и мениска (иллюстрация и фото W. Ristenpart et al./Nature).

Капли могут легко изменять свою форму. Когда при приближении друг к другу они начинают притягиваться, каждая образует на своей поверхности так называемый конус Тейлора (Taylor cone). При соприкосновении между бывшими шарами образуется своеобразный мостик.

Если заряд капель пересекает некое критическое значение, то мостик тоже образуется, но лишь на короткое время, после чего капли будто отскакивают друг от друга. Исследователи установили это, проведя математические расчёты и съёмку высокоскоростными видеокамерами (посмотреть можно здесь, MPEG-файл, 2,2 Мб).

Оказалось, что заряд капель определяет параметры того самого конуса Тейлора. Если шар жидкости обладает небольшим или средним зарядом, образующийся конус получается коротким и широким (то есть с большим углом в вершине). В необычных условиях, когда заряд велик, – конус получается высоким и узким (малый угол).

Эксперимент с несколькими отталкивающимися каплями воды в масле. Красной стрелкой показаны места обмена зарядами. Масштабная линейка соответствует 0,5 миллиметра (иллюстрация и фото W. Ristenpart et al./Nature).

При соприкосновении вершин конусов в месте контакта электрическое поле становится ничтожным, поскольку происходит перетекание зарядов. Таким образом, при образовании мостика именно форма первоначальных конусов определяет, сольются капли или нет.

Если заряд был небольшим, конусы невысокими, то поверхностное натяжение стремится соединить два шара в одно целое. Если же заряд велик, а мостик длинный и тонкий, то он легко рвётся из-за того, что поверхностное натяжение стремится разорвать контакт между двумя шарами.

Электрическая сила больше не удерживает капли поблизости, и они рикошетят друг от друга. Резюмируя, учёные заключают, что существует некое значение критического угла (или критического заряда), при котором капли уже не хотят сливаться и разбегаются.

Данное открытие имеет большое значение не только для науки, но и для промышленности. Многие предприятия по всему миру используют электростатическое разделение воды и сырой нефти. Может, именно из-за открытого Ристенпартом явления ранее не удавалось добиться высокой эффективности очистки природных углеводородов (в непрозрачной нефти просто-напросто невозможно наблюдать отталкивание противоположно заряженных капель).

Эта инфракрасная фотография демонстрирует разницу температур охлаждённого лазером газа (голубой цвет) и окружающей его стальной камеры (жёлтый и красный цвета). Лазерный импульс длился всего 30 секунд. На шкале справа показано изменение температуры в Кельвинах (фото Nature).

Лазерное охлаждение газов (laser cooling) успешно реализуется учёными всего мира вот уже более тридцати лет. Однако охлаждение в полном соответствии с теорией удалось получить только теперь.

Как ни странно, но лазер действительно умеет не только нагревать и резать, но и охлаждать материю. Только для этого ему необходимы некоторые особые условия.

Если говорить упрощённо, то электрон может перескакивать с более близкой к ядру атома орбиты на более высокую. Однако он не может проделать это сам по себе, его необходимо подкормить светом с соответствующей длиной волны. Известно, что красный свет имеет меньшую энергию, нежели синий. Потому красного лазера электрону может не хватить для прыжка.

Чтобы помочь ему это проделать, можно попробовать увеличить концентрацию атомов. Тогда они начнут сталкиваться между собой чаще, а орбиты электронов станут словно изгибаться. Благодаря этому процессу электрон сможет перескочить с ближней орбиты на дальнюю даже при красном освещении (ведь для этого понадобится меньше энергии).

Однако после столкновения орбиты вернутся на свои законные места, и электрону придётся где-то брать недостающую энергию, чтобы не свалиться обратно к ядру. Электрон занимает её у атома, отбирая у него кинетическую энергию. В результате атом замедляется, а так как скорость и температура суть две стороны одной медали, то газ охлаждается. Таким образом, бомбардировка лазером и приводит к охлаждению газа.

Все вышеприведённые рассуждения были сделаны ещё в 1975 году. Однако на практике всё оказалось гораздо сложнее. Высокое давление (концентрация) приводило к тому, что между собой сталкивались обычный и возбуждённый атомы. Из-за этого уже перепрыгнувший электрон возвращался на нижнюю орбиту, выбрасывал избыток энергии, а газ нагревался (то есть происходил обратный желаемому процесс).

Из-за этого ограничения учёным не удавалось взять для эксперимента максимальные концентрации вещества – приходилось довольствоваться малыми количествами атомов. Физики из университета Бонна впервые обошли это препятствие.

Схема эксперимента (иллюстрация Nature).

Для эксперимента они взяли смесь инертного газа аргона и следовых количеств атомов рубидия. Повысили температуру до 350 °C, а давление до 230 бар. "В таких условиях мы получили возможность стимулировать рубидий лазером с меньшей энергией. При этом газовая смесь охладилась на 70 градусов в течение нескольких секунд", — рассказывает один из авторов нынешней работы Мартин Вайц (Martin Weitz).

Плотный рубидиевый газ должен был бы стать твёрдым веществом (как положено в нормальных условиях). Но из-за высокой скорости охлаждения исследователи получили его в новом необычном переохлаждённом состоянии. И что самое главное в их распоряжении была не пригоршня атомов, а куда более реальный макроскопический объект.

Более подробно о проведённых экспериментах и их выводах можно узнать из статьи авторов, опубликованной в журнале Nature (на сайте arXiv.org есть также её препринт) и из пресс-релиза университета.

В будущем та же технология позволит создавать новые экстраординарные состояния разных веществ, и, к примеру, улучшит работу телескопов, сенсоры которых необходимо охлаждать для получения более чёткой картинки.

Вверху показано строение нового плоского льда, внизу его обыкновенного собрата (иллюстрация с сайта physorg.com).

Новую необычную форму плоского двухслойного льда получили и тщательно исследовали физики из Рурского университета в Бохуме (Ruhr-Universit&aunl;t Bochum) и Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (Pacific Northwest National Laboratory).

Для того чтобы заполучить нестандартную форму водяного льда, экспериментаторы объединились с теоретиками. Последние предсказали: двухслойный плоский лёд можно создать, зажав молекулы воды между двумя водоотталкивающими поверхностями. Однако опытные физики пошли немного другим путём.

Сначала они нанесли на платину тонкий слой углерода, который образовал лист графена (graphene). Поместив "конструкцию" в ультравысокий вакуум, на её поверхность налили небольшое количество воды. Затем температуру системы опустили до 125 кельвинов (напомним, что обычный лёд замерзает при 273 К).

При помощи методов низкоэнергетической электронной дифракции (LEED) и инфракрасной спектроскопии (IR-spectroscopy) экспериментаторы изучили структуру получившейся плёнки плоского льда. Для обсчёта результатов также был подключён суперкомпьютер: он позволил установить положение каждого отдельного атома.

Вид сверху. У двухслойного льда учёные обнаружили гексагональную симметрию (иллюстрация с сайта physorg.com).

Итак, плоский лёд представлял собой два слоя молекул воды. Они сформировали шестисторонние кольца немного большего размера, чем обычно. Каждая молекула H2O имела четыре водородные связи: три с молекулами из своего слоя и одну с представительницей соседнего.

Углы между атомами в молекуле H-O-H отличались от стандартного: образовалось как бы два новых типа молекул, у одних угол был больше, у других меньше обычного. "Это характерно для сдавленного льда", — поясняет один из исследователей доктор Грег Киммель (Greg Kimmel).

Подробнее о новом состоянии замороженной воды можно узнать из статьи, опубликованной в Journal of the American Chemical Society.

Учёные полагают, что подобный опыт поможет лучше понять строение воды и гидрофобных поверхностей. Первое необходимо для дальнейшего исследования важных белковых структур (а именно их сворачивания), второе – также для создания лучших водоотталкивающих покрытий.

Сейчас физики пытаются выяснить, в каком температурном диапазоне сохраняется такое строение плоского льда и к чему приведёт нанесение дополнительного количества воды поверх первого слоя. Почитайте также об очень тонком тёплом льде и впервые полученных льде XV и пятиугольных кристаллах льда.

Учёные разгадали множество тайн микромира, океана и космоса, но при этом никто отчего-то не обратил внимание на самый распространённый материал из когда-либо созданных человеком. А группа исследователей из Массачусетского технологического (MIT) взялась и расшифровала трёхмерную структуру цементных гидратов, веществ определяющих прочностные и прочие свойства основного строительного материала.

Молекулярная модель C-S-H. Голубым и белым цветом показаны атомы кислорода и водорода в молекуле воды, зелёным и серым – ионы кальция (внутрислойные и межслойные), жёлтыми и красными палочками – атомы кремния и кислорода в тетраэдрах (иллюстрация PNAS).

Гидраты образуются тогда, когда цементный порошок смешивается с водой. Постепенно образующаяся паста довольно быстро затвердевает. Химикам и строителям было известно, что в ходе этого процесса появляются различные структуры, но никто не исследовал их на молекулярном уровне.

Ранее учёные полагали, что гидратированный цемент (а именно гидраты кальция кремния, также обозначаются C-S-H) на атомном уровне напоминает строение редкого минерала тоберморита (tobermorite). Внутри него слои бесконечных цепочек тетраэдрических молекул кремния перемежались со слоями оксида кальция и выстраивались в упорядоченную структуру.

Но учёные из MIT показали, что в застывшем цементе всё обстоит несколько сложнее. Во-первых, гидраты кальция кремния не являются кристаллами в чистом виде, а представляют собой некий гибрид кристаллической и аморфной составляющих. В двухмерном пространстве один базовый элемент гидратированного цемента содержит некоторые отклонения от "нормы" (тоберморита). В слоях треугольников (кремниевых тетраэдров) каждый третий, шестой и девятый их них отклонён от горизонтальной оси вверх или вниз (в сторону соседних слоёв оксида кальция).

В образовавшихся "дырах" (в слоях оксида кальция) располагаются молекулы воды, они-то и придают застывшему цементу его прочность. То есть "недостатки" возникшие на микроуровне, приводят к изменению свойств материала уже на макроуровне.

"Вода ослабляет тоберморит или дженнит, но укрепляет цемент. Теперь, когда у нас есть молекулярная модель системы, мы можем управлять химическими свойствами материала, варьировать его прочность и влияние на окружающую среду, можем сделать его более устойчивым к давлению и высоким температурам", — говорит один из исследователей Франц-Йозеф Ульм (Franz-Josef Ulm) в пресс-релизе MIT.

Он имеет ввиду моделирование на атомистическом уровне, которое собственно и позволило установить истинное строение C-S-H. 260 процессоров пришлось соединить воедино профессору Роланду Пелленку (Roland Pellenq), чтобы провести моделирование образующейся структуры по методу Монте-Карло.

В статье, опубликованной в открытом доступе в PNAS, авторы приводят данные рентгеновской дифракции образцов цемента и тоберморита, а также просчитанные для смоделированной структуры гидрата цемента (иллюстрация PNAS).

Пелленк поначалу извлёк из базового элемента тоберморита все молекулы воды, затем посмотрел, как при этом перестроилось геометрическое строение минерала. Потом учёный стал добавлять молекулы по одной обратно, каждый раз обсчитывая получающуюся структуру. На 104 молекуле воды компьютерный гидрат заполучил ту же атомную массу, что и его реальный прототип. Таким образом Пелленк убедился, что перед ним структура базового элемента C-S-H. "Мы надеемся, что наша работа будет первым шагом на пути подробного изучения молекулярной структуры цементных гидратов, что она пригодится другим учёным в их работе", — говорит ещё один участник нынешнего исследования профессор Сидни Ип (Sidney Yip). Он также нескромно сравнивает достижение своей группы с расшифровкой структуры ДНК, которая стала новой ступенькой развития науки и основой многих открытий.

"Цемент так широко используется в строительстве, что в ближайшее время вряд ли от него откажутся насовсем", – считает Ип. Однако общемировое производство цемента определяет около 5% выбросов CO2 в атмосферу. Новое исследование, возможно, повлияет на работу других учёных в этой области. Это может привести как к снижению выбросов парниковых газов, так и к улучшению свойств самого цемента.

Существование неуловимого магнитного монополя было предсказано ещё 80 лет назад. Частица, представляющая собой южный либо северный полюс магнита, но никак не их комбинацию, очень важна для науки. Если её не обнаружат, то все теории, описывающие первые моменты существования Вселенной, не имеют никакого смысла. И вот сразу четыре статьи рапортуют о регистрации магнитного монополя.

что у любого магнита есть два полюса: южный (S) и северный (N). Каждый физик знает, что как ты этот самый магнит ни дели, всё равно его части так же будут обладать обоими полюсами (то есть останутся диполями).

В 1931 году известный британский физик Поль Дирак (Paul Dirac) после проведения определённых теоретических расчётов предсказал, что должны существовать некие частицы – магнитные монополи (magnetic monopole) – которые присутствуют на концах так называемых струн Дирака. Однако до сих пор их никто не смог обнаружить.

Где только не пытались ловить гипотетически существующие магнитные монополи! Годы работы и множество научных трудов были посвящены попыткам обнаружить таинственные частицы в космическом излучении, внутри ускорителей высокоэнергетических частиц, в земном и даже лунном грунте.

Так могут ли всё-таки южный и северный полюса существовать отдельно друг от друга? (фото с сайта wordpress.com, иллюстрация Fermilab)

В 1980-х теоретики показали, что существование монополей можно считать основой "Теорий Великого объединения" (GUT). Эта группа моделей предполагает, что сильное, слабое и электромагнитное взаимодействия являются различными проявлениями одной и той же силы.

В 2008 году учёные предположили, что магнитные монополи могут существовать в так называемом спиновом льду (о нём речь пойдёт чуть ниже). Чтобы наблюдать неуловимые частицы, необходимо проследить за изменениями в спинах атомов, которые "прокатываются" по такому кристаллу.

Впоследствии несколько научных групп провели исследования различных материалов, относящихся к этому классу соединений, и пришли к выводу, что магнитный монополь наконец-то найден.

Рисунок, иллюстрирующий эксперимент Морриса и его коллег, а также полученный ими результат (иллюстрация Jonathan Morris).

Одной из них руководил Джонатан Моррис (Jonathan Morris), исследователь Центра материалов и энергии Гельмгольца в Берлине (Helmholtz-Zentrum Berlin fur Materialien und Energie — HZB). Он и его коллеги могут похвастаться тем, что нашли наиболее убедительное доказательство существования "магнитных частиц" (читайте пресс-релиз группы).

Для этого учёные охладили кристалл титаната диспрозия (Dy2Ti2O7) до температуры, близкой к абсолютному нулю. Это соединение обладает особой решёткой, которую также именуют спиновым льдом (spin ice), она по некоторым параметрам напоминает обычный водяной лёд. Кроме титаната диспрозия ещё несколько других веществ могли бы продемонстрировать наличие магнитных монополей.

Тетраэдр, в котором три иона "указывают" внутрь (с голубым шаром внутри), представляет собой "северный монополь". Соседний тетраэдр лишь с одним ионом, указывающим внутрь, есть не что иное, как "южный монополь" (иллюстрация L.D.C. Jaubert, P.C.W. Holdsworth/Nature Physics).

При охлаждении таких кристаллов составляющие их атомы (в обычном состоянии расположенные в вершинах четырёхгранной пирамиды и представляющие собой маленькие магниты) "выравниваются". Иногда до трёх из четырёх спинов атомов пирамиды принимают одно и то же направление, в результате в центре пирамиды образуется область положительного или отрицательного магнитного заряда. Этот заряд не "закрепляется" на каком-либо физическом объекте, но при этом он ведёт себя так, как должен бы предсказанный магнитный монополь.

При охлаждении до ультранизких температур (0,6 -2 K) с помощью рассеяния нейтронов (взаимодействуют со струнами Дирака) и приложения магнитного поля физики смогли "увидеть" в Dy2Ti2O7 некие "иглы", похожие на северные и южные монополи. Однако частицы находились на расстоянии не больше нанометра друг от друга, и из-за этого их нельзя было измерить напрямую. Моррису со товарищи ничего не оставалось, кроме как поверить, что они наблюдали те самые монополи Дирака.

Дальнейшее измерение теплоёмкости, проведённое Бастианом Клемке (Bastian Klemke), тоже косвенно подтвердило существование монополей в кристалле экзотического вещества. Кроме того, благодаря этому опыту физики установили, что монополи взаимодействуют таким же образом, как и электрические заряды.

Вторая работа была проведена под руководством Тома Феннелла (Tom Fennell) из Института Лауэ-Ланжевена в Гренобле (Institut Laue-Langevin). По основным этапам она мало чем отличается от первой, разве что эти учёные использовали кристалл титаната гольмия, Ho2Ti2O7. (Пресс-релиз французско-британской группы здесь.)

 

 

Двойное" открытие привело к появлению сразу нескольких статей. Две из них уже опубликованы в журнале Science (1 и 2). Ещё две пока находятся на сервере препринтов arXiv.org (3 и 4).

Картина, полученная с помощью рассеяния с переворотом спина (spin-flip scattering). Вверху – реально наблюдаемая в кристалле титаната гольмия, внизу – предсказанная для него же при помощи моделирования по методу Монте-Карло (иллюстрация Institut Laue-Langevin).

Первая из неопубликованных работ рассказывает о дополнительных наблюдениях магнитных монополей, а вторая – предлагает новую технологию определения заряда каждого монополя. По мнению профессора Стива Брамвелла (Steve Bramwell), значащегося в списке авторов двух из четырёх публикаций, этих данных более чем достаточно, для того чтобы убедиться в существовании монополей Дирака.

Но далеко не все учёные готовы утешиться малым. "Монополи, конечно, крайне тяжело зарегистрировать по отдельности. И всё же я не думаю, что это совсем уж невозможно", — считает профессор физики Питер Шиффер (Peter Schiffer) из университета Пенсильвании.

"Честное" свидетельство существования магнитных монополей действительно необходимо научному сообществу. Но и этот шаг можно считать значительным продвижением вперёд. Возможно, именно нынешние публикации сподвигнут другие научные группы на новое "прямое" открытие. Кроме того, полученным данным наверняка найдётся применение в технике. Например, некоторые учёные уже сейчас говорят о разработке нового типа памяти.

Получить изображение внутренней химической структуры молекулы с беспрецедентным разрешением удалось специалистам из лаборатории IBM в Цюрихе (IBM Research — Zurich). Сделали это они посредством бесконтактной атомно-силовой микроскопии (AFM).

Как сообщается в пресс-релизе IBM, объектом исследования была продолговатая органическая молекула пентацена (pentacene), состоящая из 22 атомов углерода и 14 атомов водорода. В длину молекула насчитывает 1,4 нанометра, а расстояние между соседними атомами углерода в ней составляет лишь 0,14 нм.

Микроскоп работал в сверхвысоком вакууме и при очень низких температурах: до -268 °C. Учёные говорят, что необходимо было сделать аппарат очень стабильным как механически, так и термически, чтобы оба кончика AFM и сама молекула оставались в неизменном положении на протяжении более чем 20 часов.

На полученной с помощью AFM "картинке" (вверху) можно увидеть пять углеродных колец гексагональной формы и разглядеть позиции атомов углерода и водорода. На иллюстрации внизу модель той же молекулы: серые шарики – атомы углерода, белые – водорода (фото и иллюстрация IBM Research – Zurich).

Учёные говорят, что результаты нового исследования могут оказать заметное влияние на развитие нанотехнологий в части понимания и контроля самых маленькие объектов, которые знает человечество. Статья авторов эксперимента опубликована в журнале Science.

Читайте также о рекордной съёмке при помощи микроскопа Titan и о том, на какие ухищрения приходится идти физикам, чтобы заставить подобную аппаратуру работать со столь феноменальным разрешением.

На переднем плане – тот самый атомно-силовой микроскоп. На заднем – команда экспериментаторов в неполном составе. Слева направо: Николай Молл (Nikolaj Moll), Рето Шлиттлер (Reto Schlittler), Герхард Мейер (Gerhard Meyer), Фабиан Мон (Fabian Mohn) и Лео Гросс (Leo Gross). Дело в том, что Шлиттлер в авторах статьи не числится, а не хватает Петера Лильерота (Peter Liljeroth) из Утрехтского университета (фото IBM Research – Zurich).

Эта инновация может иметь практическое значение в ультразвуковой диагностике высокого разрешения, неразрушающем контроле зданий и мостов, а также новой подводной stealth-технологии.

Группа исследователей во главе с Николасом Фангом (Nicholas X. Fang), профессором науки и техники Иллинойса, успешно провела испытания по фокусировке ультразвуковых волн через плоскую линзу из метаматериала на пятне приблизительно в половину ширины длины волны частотой 60,5 кГц за счет сети заполненных жидкостью резонаторов Гельмгольца. По данным исследований, акустическая система напоминает индукторно-конденсаторную цепь. Канал передачи выступает в качестве последовательности индукторов, резонаторы Гельмгольца, играющие роль конденсаторов, Фанг описывает как емкости, в которых резонируют волны, они колеблются на определенных звуковых частотах, почти как в музыкальном инструменте.

Фанг поясняет, что визуализация звукового поля в некоторой степени напоминает оптическое формирование изображений, поскольку искривление звука походит на искривление света. "В сравнении с оптическими и рентгенографическими исследованиями, создание изображений из звука более безопасно, именно поэтому УЗИ проводится даже на беременных женщинах", — говорит Шу Джанг (Shu Zhang), аспирант Университета Иллинойса и микроскопист Института Беркмана. Однако получаемые изображения акустоскопии уступают в четкости или точности традиционным оптическим исследованиям.

"С акустоскопией мы не можем увидеть то, что меньше нескольких миллиметров", — говорит Фанг. И лучшим средством обнаружения опухоли остается оптика, но воздействие некоторых типов электромагнитного излучения, таких как рентгеновские лучи, подвергает риску здоровье человека. Для обнаружения и вывода на экран новообразований в человеческом организме на ранней стадии при помощи ультразвука требуется повысить разрешение и контрастность. "В теле опухоль часто окружена костными тканями с высокой контрастностью, поэтому их нельзя четко выделить, и акустоскопия может предоставить больше данных, чем оптическое исследование".

Однако области применения не ограничены медициной. "В скором времени эта технология может открыть области знаний, ранее скрытых от науки", — утверждает Фанг. В области неразрушающего контроля структурная прочность зданий или мостов может быть оценена как на наличие трещин, так и на глубинные дефекты, не видимые глазу или не доступные оптическим методам.

Также визуализация звуковых изображений может использоваться для совершенствования подводной stealth-технологии, возможно даже для акустического камуфляжа подводных лодок. На данный момент целью является использование этих научных достижений в практической плоскости для создания действующих устройств или систем, которые позволят использовать визуализацию звукового поля в различных ситуациях. Финансирование этого исследования было обеспечено Управлением перспективного планирования оборонных научно-исследовательских работ (Defense Advanced Research Projects Agency) Министерства обороны США.

Место новой частицы (она показана звёздочкой) в схеме, представляющей разнообразие барионов (иллюстрация DOE/Fermi National Accelerator Laboratory).

Физик Патрик Люкенс (Patrick Lukens) и его коллеги из лаборатории Ферми (Fermi National Accelerator Laboratory) сообщили о наблюдении новой субатомной частицы. Её удалось зафиксировать в эксперименте CDF, в котором участвуют 600 учёных из 15 стран.

Частица названа ?b. Это барион, состоящий из трёх кварков: двух странных и одного прелестного (s-s-b). Новый родственник протона превышает его по массе примерно в шесть раз.

Поскольку экзотические частицы живут крайне короткое время, наблюдать их можно только по следам распада — специфическому набору других частиц. Чтобы увидеть следы ?b физики проанализировали результаты почти 500 триллионов столкновений протонов и антипротонов на ускорителе Tevatron. И всего в 16 столкновениях была зафиксирована "подпись" искомой частицы.

Прежде, чем распасться, новая частица успевала пробежать доли миллиметра. Группа физиков измерила время жизни ?b, которое оказалось чуть большим одной триллионной доли секунды.

Детектор CDF и элементарные кирпичики строения материи (кварки, показаны розовым; лептоны, показаны зелёным; и бозоны, показаны голубым) (фото и иллюстрация DOE/Fermi National Accelerator Laboratory).

Наблюдение данной частицы, предсказанной Стандартной моделью, имеет большое значение: оно укрепляет учёных в уверенности, что они правильно понимают кварковое строение материи и к тому же — красиво дополняет "Периодическую таблицу барионов". Однако, с этим открытием связана загадка.

Дело в том, что впервые о наблюдении ?b сообщили физики, работающие в рамках родственного эксперимента DZero (всё на том же "Теватроне" в лаборатории Ферми) ещё в августе 2008-го. Но те выводы были сделаны при анализе сравнительно небольшой выборки данных о столкновениях частиц в ускорителе и потому вызывали сомнение.

Теперь же выяснилось, что результаты того опыта и новой работы — статистически несовместимы. В частности, расхождение в вычисленной массе ?b слишком велико, чтобы списать на погрешности расчётов (6054,4 МэВ/с2 по версии CDF и 6165 МэВ/с2 по версии DZero). Также существенно различным оказался уровень производства этих частиц. Это заставляет учёных задуматься — одну и ту же частицу они наблюдали?

И хотя именно данные CDF лучше согласуются с теоретическими ожиданиями, противоречие в результатах двух экспериментов нуждается в объяснении.

Открытие ?b последовало за обнаружением бариона ?b в 2007 году, столь же существенно укрепившим стройную кварковую модель строения материи.

Детали новой работы изложены статье в Physical Review D.

Зафиксировать прохождение через прибор всего одного нейтрального атома, мгновенно и почти со 100-процентной точностью. Головоломная задача. Но её решение всё же недавно было найдено. Специалисты, проводящие исследования в таких областях, как химия, биохимия и квантовые компьютеры, радуются: в их арсенале появился ещё один изящный инструмент.

Чтобы уловить присутствие чего-либо, нужно с этим как-то взаимодействовать. Хотя бы при помощи электромагнитных волн. Но тут физика накладывает свои ограничения.

Это ведь только в массе "общение" вещества и потока излучения организовать проще простого. Даже в микросекундных импульсах лазера число фотонов — чудовищно велико. А в мельчайших крупинках исследуемых материалов или в разнообразных магнитных или лазерных ловушках, удерживающих облачка атомов, "подопытных кроликов" также содержится немало. А значит — свет и атомы не могут не встретиться. Вещество так или иначе влияет на проходящее излучение, поглощает его или отклоняет, излучает фотоны вновь...

Но что делать, если мы ждём появления одного-единственного атома? Как точно узнать — пролетел он наконец-то мимо или ещё нет? Тут нужно идти на хитрость. Его величество случай нужно обмануть, чтобы установка гарантировано выдала сигнал. Да ещё чтобы сделала это всего за миллионную долю секунды — в 20 раз быстрее, чем это было возможно ранее.

Именно о таком впечатляющем достижении группы учёных из американского Объединённого института квантовой физики (Joint Quantum Institute — JQI) и чилийского университета Консепсьона (Universidad de Concepcion) повествует статья в Nature Physics.

(Кстати, именно в JQI в январе нынешнего года физики впервые телепортировали атом на метр.)

Шаг первый. A – ловушка, поставляющая атомы по очереди; B – отдельные атомы попадают в детектор-резонатор, где взаимодействуют с лучом лазера; C – горизонтально поляризованный луч попадает в камеру, где начинает многократно отражаться от торцевых зеркал. Пропорции и масштаб различных объектов не соблюдены (иллюстрация Joint Quantum Institute).

В новом опыте небольшая популяция атомов рубидия была помещена в магнитооптическую ловушку с отверстием в нижней части. Время от времени некоторые атомы покидали эту вакуумную камеру и "проваливались" через 1,5-миллиметровое отверстие в дне, выскакивая на скорости 20 метров в секунду в соседний (расположенный на расстоянии 8 сантиметров) детектор — цилиндр с шириной и диаметром порядка 2 миллиметров. Полость внутри него атом пролетал всего за 5 миллионных долей секунды, но за это время в ней многое успевало произойти. А что именно — сейчас увидим.

Первые успешные эксперименты со светодиодами и лампочками на основе квантовых точек учёные проводили не так уж давно — в 2005 году (пример один и пример два). И вот теперь две американские компании представили совместный проект: первые в мире коммерческие осветительные приборы на базе квантовых точек. Их козырь — сочетание приятного для глаз спектра излучения с высоким КПД.

Датчик, придуманный в Объединённом институте, представляет собой оптический резонатор с двумя параллельными зеркалами с высокой отражающей способностью. Зеркала эти смотрят друг на друга.

В резонатор направляется луч лазера с длиной волны 780 нанометров и (что является отличием от сходных ранних опытов) с горизонтальной поляризацией. Луч этот эффективно возбуждает атом, заставляя его излучать во всех направлениях. При этом фотоны, испускаемые атомом, обладают вертикальной поляризацией. И хотя время нахождения частицы между зеркалами очень мало, оно в 200 раз больше, чем время, необходимое ей для перепрыгивания на следующий энергетический уровень и последующего излучения нового фотона. Так что за время полёта один атом успевает проделать это несколько раз, что увеличивает число импульсов, которые будут доступны для регистрации.

Однако это далеко не все уловки. Ведь даже в описанной ситуации вторичный свет от атома будет слишком слаб для уверенного его различения (нужно не забывать о помехах, а именно случайных фотонах из внешней среды).

Потому физики решили применить в том же самом устройстве второй метод определения наличия атома — по эффекту Фарадея.

Заключается он в закручивании плоскости поляризации линейно поляризованного света, проходящего через вещество, находящееся в магнитном поле. Именно такое поле и создали учёные внутри оптического резонатора.

Шаг второй. A – возбуждённые атомы начинают излучать волны с вертикальной поляризацией; B – зеркала успевают отразить входной пучок тысячи раз; C – магнитное поле, ориентированное параллельно лучу лазера, вызывает поворот плоскости поляризации пучка в присутствии атома (иллюстрация Joint Quantum Institute).

Датчик, придуманный в Объединённом институте, представляет собой оптический резонатор с двумя параллельными зеркалами с высокой отражающей способностью. Зеркала эти смотрят друг на друга.

В резонатор направляется луч лазера с длиной волны 780 нанометров и (что является отличием от сходных ранних опытов) с горизонтальной поляризацией. Луч этот эффективно возбуждает атом, заставляя его излучать во всех направлениях. При этом фотоны, испускаемые атомом, обладают вертикальной поляризацией. И хотя время нахождения частицы между зеркалами очень мало, оно в 200 раз больше, чем время, необходимое ей для перепрыгивания на следующий энергетический уровень и последующего излучения нового фотона. Так что за время полёта один атом успевает проделать это несколько раз, что увеличивает число импульсов, которые будут доступны для регистрации.

Однако это далеко не все уловки. Ведь даже в описанной ситуации вторичный свет от атома будет слишком слаб для уверенного его различения (нужно не забывать о помехах, а именно случайных фотонах из внешней среды).

Потому физики решили применить в том же самом устройстве второй метод определения наличия атома — по эффекту Фарадея.

Заключается он в закручивании плоскости поляризации линейно поляризованного света, проходящего через вещество, находящееся в магнитном поле. Именно такое поле и создали учёные внутри оптического резонатора.

Обычно про явление Фарадея говорят в связи с большим количеством вещества — для единственного атома, пересекающего луч, эффект будет ничтожным. Но вот тут-то к месту оказываются зеркала резонатора.

Пока атом рубидия пересекает поле зрения прибора, лучи исходного лазера успевают поскакать между зеркалами 10 тысяч раз. И пусть в каждом случае взаимодействия с атомом отдельные фотоны поворачивают свою плоскость поляризации на очень небольшую величину, они наталкиваются на атом вновь и вновь, и в сумме получается немало градусов поворота плоскости. А это значительно увеличивает общее число фотонов с вертикальной поляризацией (первые из них были получены иначе — в результате излучения новых фотонов рубидием — помните?).

Набегавшись между зеркалами вдоволь, суммарный свет покидает полость резонатора и попадает на поляризационный делитель. Здесь фотоны с горизонтальной плоскостью поляризации (те, что с пролетевшим атомом никоим образом не взаимодействовали) отправляются по одной дорожке, а "вертикальные" фотоны — по второй. В конце каждой — детекторы, в которых происходит регистрация фотонов по одному, причём для каждого записывается точное время прибытия. Соотношение между фотонами первой и второй групп говорит об отсутствии или присутствии искомого атома.

Очевидно, на наличие вертикально поляризованных волн в этой системе могут влиять и внешняя засветка (несмотря на все меры к её устранению — вспомним — речь-то идёт буквально о десятках фотонов) и какие-то случайные процессы. Потому сигналы с обоих датчиков идут постоянно. Но поскольку в новой установке "подопытный" атом производит всплеск характерного излучения, его всё же можно определить.

Шаг третий. A – взаимодействие лазерного луча и атома в присутствии магнитного поля приводит к появлению в выходном пучке (зелёный цвет) двух составляющих с горизонтальной (показана жёлтым) и вертикальной (показана синим) поляризацией; B — делитель расщепляет луч на эти две составляющие; C — всплеск числа фотонов с вертикальной поляризацией на фоне ровной линии "горизонтальных" фотонов говорит о присутствии атома в детекторе (иллюстрация Joint Quantum Institute).

И вот тут нашлась ещё одна хитрость. Руководитель группы Луис Ороско (Luis A. Orozco) поясняет: очень трудно было показать, что датчик чувствует единственный атом. Но учёные пропустили через систему достаточно большое число атомов, чтобы собрать статистику — какие именно "отпечатки пальцев" в виде характерной последовательности прибывающих один за другим фотонов они оставляют.

А это между тем позволило компьютеру системы, образно говоря, обучиться различать "на лету" настоящие события (пролёт атома через камеру) и ошибочные сигналы, сравнивая "отпечатки".

"Существующие способы были слишком медленными для детектирования движущихся атомов, в результате чего было трудно сделать что-либо с ними до того, как они исчезали. Наша работа снижает это ограничение скорости, — заявил один из авторов эксперимента Дэвид Норрис (David Norris). — Кроме того, обычно трудно провести различие между подлинным обнаружением и случайными ложными срабатываниями без сбора данных за большой период времени. Наша система фильтрует оба сигнала и сокращает время обнаружения".

Что же в результате? "Наша установка позволяет в реальном времени обнаруживать свободно движущийся атом менее чем за микросекунду с уверенностью (точностью) в 99,7%", — отчитываются исследователи. Их коллеги по цеху уже обдумывают, где можно применить новую установку. А нам остаётся порадоваться за полёт мысли заокеанских экспериментаторов.

В мировой науке состоялась премьера, когда впервые по Интернету с помощью телепатии было отправлено электронное сообщение. "Вперед, Барсуки" - эта фраза, переданная Эдамом Уилсоном в мировую сеть из лаборатории американского университета Висконсина, уже вошла в мировую историю открытий. О первой телепатической отправке сообщения по Интернету сообщает последний номер лондонского еженедельника "Санди таймс".

Эдам Уилсон сумел написать мыслями текст и передать его с помощью сканера новейшего поколения, который способен улавливать в клетках мозга изменения электромагнитных полей и превращать их в буквы и цифры.

Еженедельник передает, что в последнее время в работах по получению информации из мозга посредством сканеров достигнут впечатляющий прогресс. Наряду с текстами, сканеры смогли "распознать" и образные картины, которые представляли себе участвовавшие в исследованиях добровольцы. Об этом сообщает ИТАР-ТАСС.

Array PAR30 (фото AP/Mark Lennihan).

Первые успешные эксперименты со светодиодами и лампочками на основе квантовых точек учёные проводили не так уж давно — в 2005 году (пример один и пример два). И вот теперь две американские компании представили совместный проект: первые в мире коммерческие осветительные приборы на базе квантовых точек. Их козырь — сочетание приятного для глаз спектра излучения с высоким КПД.

Светодиоды осветительного класса медленно теснят на рынке высокоэффективных световых приборов компактные флуоресцентные лампы. Однако помимо высокой цены у светодиодов есть один недостаток: самые эффективные из них, способные побить даже лампы дневного света по удельной световой отдаче, дают очень прохладный спектр, а светодиоды с тёплым оттенком белого в эффективности отстают.

Теперь всё может измениться: в новых лампах "холодные" светодиоды пропускают свой поток излучения через тончайший слой квантовых точек (это полупроводниковые нанокристаллы), который поглощает одни частоты и излучает другие. 10 тысяч квантовых точек, кстати, можно поместить на срезе волоса.

Меняя параметры квантовых точек (размер отдельных кристаллов в частности), можно легко контролировать спектр выходного излучения, не жертвуя эффективностью всего прибора. Таким способом впервые можно получить действительно приятный для глаз свет, идентичный таковому у ламп накаливания, одновременно с высоким КПД светильника. А это открывает заманчивые перспективы во внутреннем освещении и также в художественной подсветке.

Именно такую лампу (из линейки Array) представила 5 мая на выставке Lightfair International в Нью-Йорке компания Nexxus Lighting.

На рынок "квантовая лампочка" должна выйти в конце нынешнего года (цена ещё не названа). Все параметры новинки не указаны, но отмечается, что в общих чертах она будет сходна с другой передовой разработкой компании — светодиодной лампой Array PAR30 (правда, та выпускается пока ещё без квантовых точек).

В PAR30 работают 120 маленьких светодиодов. Потребляет эта лампа 7,8 ватта, а светит примерно как лампа накаливания на 75 ватт. Выпускается в трёх вариантах цветовой температуры (тёплый белый 3000 К, естественный белый 5000 К и холодный белый 6500 К). При этом эффективность в этих трёх модификациях составляет соответственно 70, 77 и 82 люмена на ватт. Не рекордные показатели, но очень достойные. К тому же производитель гарантирует 50 тысяч часов работы. Эта лампа продаётся за $100.

А что же новинка?

Она выдаёт ещё более тёплый спектр (2700 К), а эффективность её, как утверждает Nexxus, — "более 65 люмен на ватт". Срок службы же обозначен так: "в 25 раз дольше, чем у галогенных лампочек". При этом фирма отмечает, что коэффициент воспроизведения цвета (color rendering index), показывающий точность генерации желаемого спектра и насыщенность цвета, у новой "квантовой лампы" превышает 90, в то время как у вполне приличной по этому параметру серийной PAR30 он составляет "всего" 75-80.

Оптику на основе квантовых точек — технологию Quantum Light — разработала для Nexxus компания QD Vision — дочерняя фирма знаменитого Массачусетского технологического. Quantum Light — одна из четырёх энергосберегающих технологий, которые недавно удостоились чести быть представленными американскому президенту на специальной церемонии в Белом доме.

Nexxus сообщает, что намерена внедрить Quantum Light в целом ряде своих нынешних моделей светодиодных ламп (включая и PAR30).

Увеличенный фрагмент новой электронной бумаги (фото Gamma Dynamics).

Электронная бумага, превосходящая предшественников по контрастности, разрешению и быстродействию, создана группой учёных под руководством профессора Джейсона Хейкенфельда (Jason Heikenfeld) из университета Цинциннати. Для достижения выдающихся параметров авторам разработки пришлось фактически придумать новый принцип работы электронной бумаги.

Напомним, основная масса электронных книг (в том числе первые электронная газета и электронная обложка печатного журнала) применяют "классическую" электронную бумагу. В её основе мириады чёрных и белых микрочастиц, всплывающих к поверхности и тонущих в толще экрана под действием меняющегося электрического заряда.

Но это не единственная технология электронной бумаги. Скажем, появившаяся в марте нынешнего года первая в мире цветная электронная книга "Флепия" использует другой принцип формирования изображения — на основе отражающих жидких кристаллов (Reflex LCD). А в декабре прошлого года группа учёных из Канады и Британии создала дисплей на базе управляемого синтетического опала, мгновенно меняющего цвет почти во всём видимом спектре. Так что поиск идеала не прекращается.

Все эти разработки объединяет одно — необычные экраны работают на отражённом свете, так же как "действует" и лист обычной бумаги с буквами и рисунками. Потому эти системы и именуют электронной бумагой. Расход энергии такими устройствами на порядки ниже классических ЖК и прочих типов экранов, а читаемость электронной бумаги только улучшается по мере роста внешней освещённости (это актуально на улице), в противовес обычным "светящим" дисплеям, которые при внешней засветке блекнут.

И вот Джейсон и его коллеги "построили" новый тип электронной бумаги. Каждый её пиксель представляет собой пустотелую герметичную гексагональную ячейку, в основе которой лежит алюминиевая пластина (она отражает свет). А в центре ячейки — крошечные полимерные колодцы, заполненные углеродными чернилами (ч/б вариант). Сверху же конструкцию прикрывает тонкоплёночный прозрачный электрод из оксида индия олова.

Вверху: первый прототип новой бумаги. Ячейки с вытекающим и стягивающимся обратно пигментом. Внизу: бумага с сотовыми пикселями. Чернила отступают в колодцы (кадры Gamma Dynamics).

Напряжение, приложенное к электроду и подложке, заставляет чернила мгновенно вытечь из колодца и заполнить всю ячейку. После снятия напряжения чернила тут же собираются обратно в колодец. А поскольку резервуар занимает порядка 5% от общей видимой площади, в "свёрнутом" состоянии чернила почти не видны.

Для получения цветных пикселей авторы проекта решили применить светофильтры, наложенные поверх ячеек.

Ширина одной точки в новом дисплее составила 100 микрометров, а разрешение экрана — 300 точек на дюйм. Это, по словам Хейкенфельда, больше, чем у большинства моделей электронных книг, имеющихся на рынке.

Но главное преимущество новинки в другом. Новая бумага отражает 55% падающего света, в то время как серийные электронные книги — 35-40%. Причём, уверяет Джейсон, новую технологию можно улучшить, подняв степень отражения света до 60%, а потом и выше (тут подразумевается именно цветной вариант дисплея). А это уже сравнимо с обычной белой бумагой: у неё — 85% отражения, которые, заметим, для новой бумаги в чёрно-белом исполнении уже не представляют трудности. Значит, такая бумага с "бегающими" чернилами будет намного ближе по восприятию к печатной продукции, чем все предыдущие варианты.

Второе колоссальное преимущество новинки — время переключения пикселей между чёрным и белым состоянием. Оно составляет всего одну миллисекунду, что даже быстрее, чем у хороших ЖК-экранов, и намного лучше, чем у традиционных электронных книг (там — десятки и сотни миллисекунд). Следовательно, новая бумага куда лучше приспособлена для воспроизведения видео.

Наконец, разработка американских учёных очень тонка и способна гнуться.

Оказывается, нейтрон обладает загадочной способностью удаляться от своего ядра на столь огромное расстояние, что известные ядерные силы не могут его там удержать.

"Интуитивно мы представляем себе атомное ядро как компактный шар из протонов и нейтронов. Однако четверть века тому назад было обнаружено, что у некоторых легких элементов есть нестабильные изотопы, которые совсем не соответствуют этому представлению. У них нейтрон может выйти из ядра и создать вокруг него так называемое гало", — рассказывает доктор Вилфрид Нёртерсхойзер, который в 2005 году возглавил молодую исследовательскую группу по изучению этого явления в Институте ядерной химии Майнцского университета имени Иоганна Гутенберга (ФРГ).

В число таких экзотических изотопов входит и бериллий-11. В нем один нейтрон должен создавать гало вокруг компактного ядра бериллия-10. Время жизни бериллия-11 невелико, менее секунды, поэтому исследовать такой изотоп крайне сложно, тем более что судить о строении ядра приходится по косвенным данным, ведь нет способов провести прямые измерения. Однако современные лазерные технологии позволили группе Нёртерсхойзера заглянуть внутрь ядра. И там они обнаружили нечто не согласующееся с современной ядерной физикой: расстояние от гало до плотного остатка составляет 7 фемтометров. Радиус же этого остатка равен 2,5 фемтометра, то есть нейтрон удален от ближайшего нуклона на 5 фемтометров. А сильное взаимодействие, которое собирает нуклоны в ядро, действует только на расстоянии в 2—3 фемтометров.

Чтобы не предполагать наличие каких-то неизвестных науке сил, немецкие ученые свалили все на квантово-механические эффекты: если рассматривать каждую частицу в виде волновой функции, то можно заметить протяженные "хвосты" распределения плотности этой функции. Они-то и попадают в область действия сильного взаимодействия. То есть с какой-то вероятностью эти силы на нейтрон действуют, с какой-то нет, а точнее никто ничего пока сказать не может. Об этом сообщает "Химия и жизнь".

Поперечное сечение кривого луча выявляет его "шлейф" (фиолетовые пятна), который и помогает основному потоку двигаться в открытом пространстве не как все "порядочные" лучи – по прямой, а по пологой дуге (фото Science).

Лазерный луч, сгибающийся непосредственно в воздухе, да так, словно рядом находится какая-нибудь крошечная чёрная дыра, учёные создают не впервые. Но в новой работе имеется достаточно новизны, чтобы о ней заговорили ведущие СМИ. И даже принялись размышлять о всевозможных практических применениях открытия — от исследований до оружия. Последнее, по ряду соображений, не выглядит сколь-нибудь реальным. Но и без него "согнутому" лазеру найдётся работа.

Профессор Павел Полынкин (Pavel Polynkin) и его коллеги из университета Аризоны в Тусоне — Мирослав Колесик (Miroslav Kolesik) и Джером Молони (Jerome V. Moloney) – вместе с физиками из университета Центральной Флориды (University of Central Florida) Георгиосом Сивилоглоу (Georgios A. Siviloglou) и Деметриосом Кристодоулидесом (Demetrios N. Christodoulides) впервые на опыте показали, как при помощи криволинейного луча лазера можно создавать криволинейные же плазменные каналы в воздухе, о чём группа исследователей отчиталась в своей статье в Science.

Достижение, вызвавшее восторги даже у специалистов, а уж у широкой публики — тем паче, показывает, что современная техника может вытворять с давно изученным, казалось бы, светом. Но мы начнём, пожалуй, от печки.

А печкой был британский астроном и математик Джордж Эйри (George Airy), который ещё в XIX веке теоретически доказал, что возможно создание криволинейных лучей света. Не преломляющихся в среде с переменной плотностью (как в случае пустынных миражей, например), а искривляющихся сами по себе. Такие лучи потом и назвали лучами Эйри (Airy beam). Если точнее — Джордж вывел уравнения, описывающие поведение таких волн, а предсказали их реальную выполнимость (используя уже законы квантовой механики) физики Майкл Берри (Michael Berry) и Нэндор Балаш (Nandor Balazs) ещё в 1979 году (вот их статья в American Journal of Physics).

"Гнутся" лучи Эйри потому, что на деле состоят из целой комбинации волн: одна — ведущая волна, несёт большую часть интенсивности общего луча. Другие — более слабые, "завершающие" волны, и каждая отстаёт от предыдущей на половину длины волны. "Завершающих волн" очень много, а интенсивность каждой из них падает по мере отдаления от главной волны.

Все эти составляющие влияют друг на друга так, что ведущая волна искривляется в одну сторону, а хвостовые волны — в противоположную. При этом луч Эйри практически не испытывает дифракции, то есть он не рассеивается по мере отдаления от источника даже на таком расстоянии, на котором обычный лазерный луч уже ощутимо увеличил бы своё сечение.

Впервые луч Эйри был создан в 2007 году группой американских физиков, среди которых были наши нынешние персонажи — Сивилоглоу и Кристодоулидес.

Первый луч Эйри, созданный Кристодоулидесом, Сивилоглоу и их коллегами в 2007-м, на 35-сантиметровом пути отклонялся на 1 миллиметр. Вверху показана компьютерная симуляция такого кривого луча, на которой хорошо видны "хвостовые" волны, уходящие в противоположную от "главной артерии" сторону.

Экспериментаторы использовали пространственный модулятор света на основе быстродействующей ЖК-матрицы на 500 тысяч пикселей. Она по команде компьютера организовывала просто филигранную корректировку фаз для целой армии лучиков (для каждого — индивидуально), сплетавшихся в результате в общий луч Эйри, который, в свою очередь, прекрасно изогнулся дугой в воздухе, в полном соответствии с теорией.

(Детали той работы можно найти в статье в Physical Review Letters, а ещё — в материалах Focus и PhysOrg.com.)

Далее создавать лучи Эйри при помощи сравнительно слабых лазеров научились в других лабораториях и институтах. Так, в прошлом году британские физики из университета Сент-Эндрю (University of St. Andrews) сумели приспособить такой кривой луч для переноса микроскопических объектов по дуге. Согнутый свет, словно снегоочиститель, перебрасывал микроскопические шарики через стенку, разделяющую две камеры (о необычном опыте рассказал PhysOrg.com).

Это свойство луча Эйри (выступающего искривлённым аналогом светового пинцета) может быть использовано для сортировки микро— и наночастиц, управления микропотоками жидкостей или отбора живых клеток, в общем — пригодится во многих областях, рассудили учёные.

А вот нынешняя команда "сгибателей" задумала вывести лучи Эйри из лабораторных стен на открытые просторы. Зачем — скажем чуть позже.

Итак, в чём прорыв? Физики впервые применили для создания луча Эйри не слабый постоянный лазер, а очень мощный импульсный (титан-сапфировый, с длительностью импульса в 35 фемтосекунд). Настолько мощный, что он вызвал ионизацию воздуха и создал плазменный канал в форме дуги.

При этом отклонение нового луча Эйри достигло 5 миллиметров на 60-сантиметровом отрезке "пробега" через воздух. А для его генерации исследователи применили, как и в предыдущих опытах, набор из маски, модулирующей матрицы и объектива, которые разбивали исходный пучок лазера на множество, составляющее суммарный луч Эйри.

Излучение плазмы, созданной таким лазером, несёт в себе информацию о веществах, попавших под обстрел. Этим и раньше пользовались физики, генерируя плазменный канал и направляя суммарный луч на спектрометр. Но результирующее излучение в таком случае всегда приходит в одну и ту же точку как от молекул, находящихся ближе к лазерному источнику, так и от молекул, расположенных дальше вдоль луча. Это позволяет определить не состав газов "по слоям", а только общий состав на всем протяжении плазменного канала.

А вот кривой луч может это сделать. Ведь вторичные волны от каждого фрагмента дуги будут приходить в разные точки детектора. Так возможно при помощи одного достаточно мощного луча Эйри просветить земную атмосферу, собрав спектры газов на разных её высотах по отдельности или (если луч идёт горизонтально) — в разных районах.

Сохранение же высокой интенсивности главной части луча Эйри на большом расстоянии может привести к ещё одному любопытному применению достижения — вызыванию искусственных молний.

Кривой плазменный канал. По вертикали – отклонение от прямой линии в миллиметрах, по горизонтали – путь в сантиметрах, цветная шкала – интенсивность (фото Science).

В 2004 году Каспарян (группа биофотоники университета Женевы) проводил интересный опыт во время грозы в Нью-Мексико. В разгар буйствагрозовых разрядов он посылал с земли в тучи мощные импульсы лазера по 10 раз в секунду. Необходимый канал так и не был создан — искусственной молнии не получилось, но учёные фиксировали всплески электрической активности в атмосфере синхронно со вспышками лазера, что говорило о сильном влиянии луча на атмосферу.

Кривой луч мог бы тут сделать большой шаг вперёд. Не из-за своей кривизны, заметим, а из-за почти полного отсутствия рассеивания, а значит — сохранения высокой плотности светового потока на большом расстоянии.

Тут необходимо краткое отступление. У идеального луча Эйри дифракции вообще нет. И его основной пучок сохраняет диаметр и интенсивность на любом расстоянии от источника. Но для создания такого идеального луча необходимо... бесконечное число "хвостовых" лучиков.

Посмотрите ещё раз на разрез лучей Эйри под заголовком и в тексте. Видите армию вторичных пятнышек, которые постепенно тают по мере отстранения от главной волны? Пусть интенсивность каждого такого лучика по мере увеличения его порядкового номера быстро падает, общее число этих точек должно быть бесконечным (как должна быть бесконечной и общая энергия, передаваемая в идеальном луче Эйри).

Заслуга Кристодоулидеса и его товарищей в работе 2007 года заключалась как раз в том, что они на опыте показали: для создания очень близкого подобия идеального луча Эйри достаточно разумного числа вторичных лучиков (это те самые тысячи пикселей на модулирующей матрице).

Почему же этот луч не расходится? Всё по той же причине, по которой он искривляется. Ведь фактически это не единый луч, а феерическая картина интерференции огромного числа слабых лучиков.

Да что там расхождение, луч Эйри даже через непрозрачные препятствия может проникать, лишь бы вторичный шлейф проходил в стороне. Главный пучок при этом бесследно гибнет. Но армия "поддерживающих" его потоков мгновенно восстанавливает главную волну сразу за препятствием, из-за чего кажется, что для луча Эйри оно прозрачно.

Это означает, что лучу Эйри будут не страшны капли дождя. А Каспаряну только того и надо, чтобы "достучаться до облаков". Он уже мечтает о кривых молниях, огибающих стороной стадионы и электростанции. О том же потенциальном применении нового открытия говорит и один из его авторов — Малоуни.

А Ян Уолмсли (Ian Walmsley) из Оксфорда (University of Oxford) рассуждает о том, как на основе кривого лазерного луча и порождённого им искривлённого плазменного канала можно создать новое поколение коллайдеров, которые будут намного компактнее нынешних. Или такой свет можно приспособить для передачи информации в оптических чипах. В общем, перспективы "кривого света" — очень широки.

Световой ротор виден как крошечный крестик. Слева – край линзы, направляющей солнечный свет, справа от "пропеллера" – блик от ярких лучей (фото Stefan Pastine).

Американские физики построили два миниатюрных устройства, которые плавают по поверхности воды, движимые силой солнечного света практически напрямую: в необычных изделиях нет ни солнечных батарей, ни электроники и даже ни одной подвижной детали.

Это исследование возглавили профессора Алекс Зеттл (Alex Zettl) и Жан Фречет (Jean M.J. Frechet) из Калифорнийского университета. Зеттл, кстати, нам знаком по таким достижениям, как внутриклеточный наноинъектор, наноэлектромеханический осциллятор релаксации и "демонический" выпрямитель тепла. Вот и на этот раз необычные "игрушки" учёных выполнены с применением нанотехнологий.

Что интересно, оба крошечных устройства покоятся на воде за счёт сил поверхностного натяжения и приводятся в движение также за счёт этих сил.

Первый "кораблик" создан из тонкого листа прозрачного пластика, а в поперечнике он насчитывает около сантиметра. Одна сторона этого изделия покрыта целым лесом из стоящих вертикально миллиардов углеродных нанотрубок. Они способны поглотить почти весь упавший на них свет (о таком полезном свойстве нанотрубок учёные говорят давно).

"Край "лодки" под сканирующим электронным микроскопом. Виден лес из мириад нанотрубок, покрывающих пластиковую основу (фото David Okawa).

Если на один край этой лодки посветить ярким светом (в опытах использовался солнечный, сконцентрированный линзой, но, утверждают исследователи, подошёл бы и лазер), этот край моментально нагреется и нагреет прилегающий к нему тонкий слой воды. А поскольку сила поверхностного натяжения падает с ростом температуры, возникает дисбаланс, толкающий плавающую пластинку вперёд. Таким образом учёные научились произвольно менять траекторию своего "кораблика", который словно следовал за солнечным зайчиком.

Второе устройство, построенное калифорнийцами, работает по тому же принципу, но отличается формой и распределением нанотрубок. Это "пропеллер" с четырьмя лопастями, также плавающий на воде за счёт поверхностного натяжения. При направлении на него солнечного света он начинает вращаться с темпом до 70 оборотов в минуту.

Зеттл поясняет, что красота разработки — в устранении промежуточных стадий преобразования энергии, как было бы, если "кораблики" передвигались бы за счёт электричества, вырабатываемого от света. При этом эффективность преобразования излучения в движущую силу высока, поскольку "силы поверхностного натяжения очень мощные", — поясняет профессор.

Данный принцип движения, уверены авторы опыта, можно распространить как на изделия гораздо меньшего масштаба (различные микромеханические устройства), так и на большие механизмы. В частности, Зеттл и его соратники намерены апробировать нанотрубочный привод на макроскопических устройствах. Есть надежда, что такие "лодки" или "роторы" смогут приводить в движение электрические генераторы (заменяя тем самым солнечные батареи) либо водяные насосы.

Российские специалисты из Научно-исследовательского института космических систем провели испытания "вечного двигателя". Движитель без выброса реактивной массы, с легкой руки журналистов названный "вечным двигателем", был установлен на спутнике "Юбилейный", который в мае 2008 года был выведен на орбиту в качестве попутной нагрузки на ракете-носителе "Рокот". С помощью этого аппарата, который включается автономно или по команде с Земли, спутник должен переходить с одной орбиты на другую. "В июне-июле прошлого года мы провели первые испытания, результаты их неоднозначны, - признал заместитель генерального директора ГКНПЦ, директор НИИ КС Валерий Меньшиков. - Мы получили некий результат, который сейчас анализируется". По его словам, в ходе испытаний высветились некоторые проблемы, которые надо решить в дальнейшем, чтобы внести коррективы в аппарат, однако в целом специалисты положительно оценивают проведенный на орбите эксперимент.

Первоначально двигатель хотели испытывать на МКС, однако затем было принято решение установить его на спутник, где эксперимент, по мнению конструкторов, получится более чистым. Перемещение происходит за счет движения внутри аппарата жидкого или твердого рабочего тела по определенной траектории, напоминающей по форме торнадо. При этом в получаемом эффекте движения ученые, возможно, наблюдают неизвестное явление взаимодействия рабочего тела с полями, природа которых мало изучена, как, например, природа гравитационного поля. Срок работы такого двигателя - не менее 15 лет, утверждают его разработчики, а максимальное число включений - около 300 тысяч. Для питания используется энергия солнечных батарей.

Образец двигателя нетрадиционного типа прошел испытания на Земле и получил поддержку в Роскосмосе, где проходил экспертизу. Если испытания в космосе также увенчаются успехом, двигатели без выброса реактивной массы в дальнейшем могут найти применение не только для управления и коррекции орбит космических аппаратов и орбитальных станций, но и как индивидуальные средства передвижения космонавтов в открытом космосе. "Особое место такие движители займут в наноспутниках - в этом случае масса движителя может быть снижена до нескольких десятков граммов", - отметил Меньшиков. Кроме того, экологически чистый двигатель можно будет использовать и на Земле - на воздушном и наземном транспорте, отмечает ИТАР-ТАСС.

Мировая экономика находится сейчас в глубоком кризисе, и перспективы выхода из него весьма неопределенны. Тем более, что, по общему признанию, ни одна из существующих макроэкономических теорий не в состоянии полностью описать происходящие в настоящее время экономические процессы. А могут ли тут физики помочь экономистам? Может быть… И вот, два физика из МГУ в своем недавнем препринте [1] попытались применить квантовую механику для описания поведения некоторых структурных элементов экономики.

В работе введены такие понятия, как эффективная масса (численность сотрудников и клиентов данной компании, другими словами, всех участников экономического процесса), спин компании (собственный момент импульса компании), связанный с понятием эффективной скорости (скорости работы сотрудников и совершения расчетных операций (компании с разными типами спинов подчиняются квантовым статистикам аналогичным статистикам Ферми-Дирака и Бозе-Эйнштейна)), нестабильность компании и время ее жизни; различные пути "распада" и "рождения" компаний; взаимопревращение компаний; основные и возбужденные энергетические состояния компаний (мера энергии – любая денежная единица) и другие. Получено обобщенное соотношение неопределенностей, содержащее подлежащую экспериментальному определению новую константу – обобщенную постоянную Планка. Показано, что бизнес-компании с малыми эффективными массами, как и квантовые микрообъекты, имеют следующие общие черты: несепарабельность, отсутствие понятия траектории и, следовательно, заметные трудности с каким-либо прогнозированием поведения (как квантовых частиц, так и компаний), малые эффективные массы, дискретный процесс взаимодействий и передачи энергии. По сути, авторы предлагают экономистам познакомиться с основами квантовой механики и попробовать вместе с физиками описать характер протекания экономических процессов или любых других событий, явлений, объектов, имеющих малую эффективную массу на малых участках пространства. Возможно, это поможет бизнес-структурам и нам вместе с ними успешно протуннелировать в светлое будущее.

1. V.I.Zverev, A.M.Tishin, http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/0901/0901.4767.pdf

NASA запустило новый интернет-сервис, позволяющий пользователям увидеть Землю так, как она выглядит со спутников. Проект Eyes on the Earth 3-D (это можно перевести как "Глаза на Землю в трехмерном варианте") использует данные 15 спутников, изучающих поверхность планеты, ее атмосферу, а также океаны. Основные сведения о сервисе перечислены в сообщении Лаборатории реактивного движения (JPL) при NASA.

Проект Eyes on the Earth 3-D дает возможность наблюдать за Землей, "перемещаясь" над ней по орбитам исследовательских спутников. Пользователи могут видеть "классическую" панораму планеты, а могут наблюдать результаты измерений (например, если выбрать спутник OSTM, разные области океана будут представлены различными цветами в зависимости от глубины в данном месте).

Пользователи нового сервиса также смогут увидеть компьютерные модели всех 15 спутников, оценить их размер, сравнив с человеком или с машиной, и подробно ознакомиться с их функциональными характеристиками.

Группе исследователей под названием DZero, в которую входят 550 ученых из 18 стран мира, удалось получить самое точное на сегодняшний день значение массы W-бозона в рамках одного эксперимента. Опыт был выполнен на ускорителе Тэватрон. Сообщение о научном результате появилось в пресс-релизе лаборатории Ферми, которая курирует работу ускорителя. Новые данные помогут уточнить возможную массу еще не открытого бозона Хиггса.

W-бозоны в физике элементарных частиц являются переносчиками так называемого слабого взаимодействия, которое ответственно, например, за радиоактивный распад ядер некоторых элементов. Масса данного бозона является важным параметром, знание которого необходимо для теоретических предсказаний характеристик еще не открытых частиц.

В рамках эксперимента физики изучали время распада W-бозона, образовавшегося в результате столкновения других элементарных частиц в ускорителе, на электрон и электронное нейтрино. Эти данные позволили физикам установить, что масса бозона составляет примерно 80,401 ГэВ/c2. Последнее означает, что при переходе всей массы W-бозона в энергию по эйнштейновской формуле E=mc2 выделится 80,401 гигаэлектронвольта энергии.

Ошибка нового измерения составила менее 0,05 процента, что является рекордом для измерения массы W-бозона в рамках одного эксперимента. Для достижения необходимой точности исследователи в течение нескольких лет занимались калибровкой детекторов Тэватрона.

Новые данные позволяют уточнить ограничения, накладываемые теорией на значение массы бозона Хиггса. Поиск этой частицы, которая в рамках Стандартной модели ответственна за наличие массы у некоторых своих собратьев, является одной из основных задач Большого адронного коллайдера (БАК).

Кольцевой ускоритель-коллайдер Тэватрон, построенный в 1983 году, расположен в Национальной ускорительной лаборатории Энрико Ферми в штате Иллинойс. После поломки БАК он является самым крупным работающим ускорителем элементарных частиц. Длина кольца ускорителя составляет примерно 6,3 километра. Аналогичный показатель для БАК составляет 27 километров.

Исследователи из научной группы, объединившей физиков из Национального центра научных исследований Франции (Centre National de la Recherche Scientifique, CNRS), Свободного университета Берлина (Free University of Berlin) и Университета Гумбольдта (Humboldt University) впервые измерили электрическую проводимость одиночной очень длинной молекулы.

Одиночные полимерные цепочки как молекулярные провода. (Изображение: CNRS)

До сих пор в распоряжении физиков имелись только статистические данные измерений наборов проводов длиной несколько нанометров. Теперь же, благодаря блестящей постановке эксперимента с использованием сканирующего туннельного микроскопа, исследователи получили возможность характеризовать отдельные полимерные цепочки известной длины, вплоть до 20 нм. Результаты экспериментов были опубликованы в недавнем номере журнала Science.

Электронные микросхемы завтрашнего дня будут, по всей видимости, изготавливаться из индивидуальных молекул, соединенных друг с другом посредством «молекулярных электрических проводов» (в качестве которых будут использовать одиночные длинные молекулы). Очевидно, что первым делом ученые должны представлять себе как электрический ток течет по такого рода проводникам. В макромире способность проводить электрический ток, называемая электрической проводимостью, изменяется линейно с длиной и поперечным сечением проводника (точнее, прямо пропорционально поперечному сечению и обратно пропорционально длине проводника).

В масштабе молекулы это правило не работает. Соответственно, необходимо измерить электрический ток, протекающий по одиночной молекуле- проводу, соединенной с парой электродов, и определить, как он меняется в зависимости от длины провода. До настоящего времени все эксперименты проводились с очень короткими проводами (длиной несколько нм) или результаты базировались исключительно на расчетных данных.

Физики из объединенной группы поставили сложный эксперимент для измерения проводимости одиночной молекулы точно определенной длины. Вначале они расположили короткие молекулы на подложке из золота, что инициировало реакцию полимеризации, в результате которой образовались длинные молекулярные цепочки. Затем, по изображениям, сделанным с помощью сканирующего туннельного микроскопа, они отобрали одну из цепочек и химическим путем закрепили один ее конец на металлическом пробнике микроскопа, который, с этого момента, они использовали в качестве одного из электродов. Второй конец молекулярной цепочки оставался на подложке, которая и играла роль второго электрода. Поднимая пробник микроскопа от подложки, исследователи постепенно поднимали цепочку, натягивали ее и формировали молекулярный электрический провод, длина которого регулировалась перемещением пробника от подложки или к ней.

Сканирующий туннельный микроскоп использовали и для измерения длины отобранной молекулярного электропровода (разрешение микроскопа находится на атомарном уровне, что позволяло ученым считать мономеры) и для измереня тока, проходящего через проводник. В результате поставленных экспериментов впервые стало возможным измерение прохождения электрических зарядов через полимерную цепочку изменяемой между двумя электрическими контактами длины (вплоть до 20 нм).

Результаты измерений оказались в хорошем согласии с теоретическими выкладками – ток уменьшается экспоненциально с увеличением длины молекулярной цепочки. Теперь, имея физическую возможность подобных измерений, слово остается за химиками – именно им предстоит подобрать электропроводные молекулы, которые будут способны проводить ток на подобных и больших длинах.

Источник: http://www.nanowerk.com/…sid=9522.php

Вирус, атакующий карты памяти, сети и персональные компьютеры с низким уровнем защиты, представляет все большую угрозу для пользователей. Программа-вирус, известная под несколькими названиями - Conficker, Downadup или Kido - появилась в октябре 2008 года.

Несмотря на то, что компания Microsoft сразу же выпустила заплатку к Windows, около 3,5 миллионов компьютеров оказались заражены.

Эксперты предупреждают, что эта цифра может многократно возрасти, и призывают пользователей обзавестись последними антивирусными программами и заплаткой Microsoft MS08-067.

Специалисты Microsoft утверждают, что вирус проникает в систему через файл Windows "services.exe", становясь частью его кода.

Очутившись в Windows, вирус присваивает себе распространение ".dll" и название, состоящее из 5-8 букв, например, "piftoc.dll".

Затем активизированный вирус создает сервер HTTP, перегружает всю систему, что делает очень сложным ее последующее восстановление, и начинает загружать файлы с хакерских сайтов.

Однако эксперты из компании F-Secure, специализирующейся на компьютерных антивирусах, уверены, что возможности вируса распространяются намного дальше.

По их мнению, программа использует такой сложный алгоритм, что в состоянии создавать сотни различных названий доменов в день.

Специалисты пока не нашли эффективного метода борьбы с этим явлением, однако, благодаря последним разработкам, могут установить количество зараженных компьютеров.

"В настоящий момент мы видим, что зарегистрированные нами вирусные домены "сидят" в программах сотен тысяч компьютеров, - говорит эксперт из F-Secure Тони Ковунен. - Мы их видим, но удалить не можем".

Самое большое число пользователей, подвергшихся распространению вируса, зарегистрированы в Китае, Бразилии, России и Индии. Об этом сообщает BBCrussian.com.

Треугольная капля намекает на возможность существования треугольных чёрных дыр? (фото Richard Hill, Laurence Eaves/University of Nottingham).

Необычное поведение гигантских водяных капель, подвешенных в специальном "антигравитационном" устройстве, как полагают британские учёные, поможет им по-новому взглянуть на свойства чёрных дыр. Экзотический опыт провели исследователи из университета Ноттингема.

Физики подвесили капли воды в сильном магнитном поле, созданном сверхпроводящей катушкой. Благодаря диамагнетизму в воде создавались поле, противоположное внешнему, и, соответственно, сила, компенсирующая вес капли.

Интерес для учёных, впрочем, представлял не сам факт "подвеса", а дальнейшие опыты с левитирующей жидкостью. В неё погружали два тонких электрода и пропускали электрический ток.

Взаимодействие тока с полем приводило к раскручиванию воды. "Фактически мы превратили каплю в электрический двигатель", — заявил один из авторов работы Ричард Хилл (Richard Hill).

"Антигравитационная" установка, а также принцип подвеса и вращения капли в сильном магнитном поле (иллюстрация Richard Hill, Laurence Eaves).

При подвешивании капли с поперечником в один сантиметр (в такой искусственной невесомости это было реальным) и достижении ею темпа вращения примерно в три оборота в секунду экспериментаторы наблюдали эффект, никогда не фиксировавшийся ранее: на виде сверху капля становилась треугольной и, что принципиально важно, оставалась стабильной, пока не менялись условия.

При других скоростях наблюдались двухсторонняя (нечто вроде колбы, вертящейся лёжа на боку), квадратная (конечно, со скруглёнными углами), пятиугольная и другие формы капли, предсказываемые теорией.

Причина — взаимодействие сил поверхностного натяжения и центробежных сил, сложная динамика воды в капле, которая при каждой фиксированной частоте вращения стремится занять наиболее выгодную, с низким "энергетическим состоянием" форму.

В предыдущих схожих опытах, в которых капли подвешивались акустическим воздействием, стабильных форм при вращении наблюдать не удавалось, отмечают учёные.

А вот в данном эксперименте важным элементом оказались электроды и наводимый ими ток — вокруг электродов формировались микроскопические потоки воды, генерирующие на поверхности капли крошечные волны, по-видимому, и способствующие стабилизации формы.

Витор Кардозо (Vitor Cardoso) из университета Миссисипи (University of Mississippi) прокомментировал достижение британцев так: "Прорыв в этой работе заключается в воспроизведении в простом настольном эксперименте 100-летней теоретической работы по гидродинамике".

Физики же из Ноттингема объясняют, что опыт с каплями — шаг к пониманию сил, действующих как в масштабе атомного ядра, так и в космологических масштабах. Ведь по своему характеру силы гравитации и сильное ядерное взаимодействие во многом напоминают силы поверхностного натяжения, то есть ведут себя сходным образом.

Некоторые учёные считают правомерной такую аналогию: горизонт событий чёрной дыры — это некая поверхность, или мембрана, в которой действуют силы поверхностного натяжения (об этом говорит и Хилл).

Потому изучение стабилизации вращающейся капли, принимающей ту или иную форму, мол, поможет лучше узнать о свойствах быстровращающихся чёрных дыр.

Любопытно, что другие аспекты "работы" чёрной дыры (излучение Хоукинга в частности) физики как-то тоже смоделировали при помощи воды, да ещё в целом бассейне. Да и за опытами с другими левитирующими каплями мы уже как-то следили – только это были расплавленные металл и стекло.

Детали же новой работы можно найти в статье в журнале Physical Review Letters, но за странным поведением крупных вертящихся капель лучше понаблюдать своими глазами (на сайте есть видеоролик).

а) Изображение параллельных силиценовых полосок, выращенных при комнатной температуре на серебряной подложке размером 6,2 ? 6,2 нм. b) изображение решетки силиценовых полосок с шагом приблизительно 2 нм. Размер изображения 22 ? 20 нм. Все картинки получены с помощью сканирующего туннельного микроскопа.

Группе исследователей из Франции, США, Италии и Испании впервые удалось получить силицен — атомарный слой кремния. Он был выращен методом молекулярно-лучевой эпитаксии на серебряной подложке. По мнению ученых, кремниевый «родственник» графена должен продлить жизнь закону Мура, описывающему процесс миниатюризации микроэлектронных устройств со временем.

В последнее время графен — слой атомов углерода — стал одним из самых «горячих» и популярных материалов в физических исследованиях. И это неудивительно, ведь он обладает уникальными механическими, теплопроводящими, электрическими и даже оптическими свойствами. Правда, есть одно существенное но. Когда говорят о практическом применении графена, прежде всего подразумевают его предположительное использование в микроэлектронике (лучше даже сказать в «наноэлектронике») — создание графенового «микропроцессора». Эндрю Гейм и Константин Новосёлов называли даже сроки реализации такого устройства — приблизительно 20 лет. Однако современная микроэлектроника по-прежнему строится на кремниевой основе, а значит, перейти на углеродные технологии не так уж и просто. Поэтому неудивительно, что некоторые группы ученых пытаются получить эдакий аналог графена — силицен, представляющий собой атомарный слой кремния. При этом хотелось бы, чтобы свойства силицена не сильно отличались от графеновых.

В 2000 году в журнале Physical Review B вышла статья с любопытным названием Ab initio calculations for a hypothetical material: Silicon nanotubes («Предварительные расчеты свойств гипотетического материала — кремниевых нанотрубок»). Авторы этой статьи, бразильские физики, рассмотрели физические свойства кремниевых одностенных нанотрубок и показали, что в зависимости от хиральности (то есть от того, как скрутить нанотрубку) они могут проявлять металлические и полупроводниковые свойства, также как и углеродные нанотрубки. Это была первая попытка изучить, пусть и теоретически, кремниевые структуры, подобные углеродным.

Какое отношение имеют нанотрубки к плоскому силицену? Дело в том, что теория, которая используется для описания свойств нанотрубок — не важно, углеродных или кремниевых, — может быть с легкостью использована и для случая, когда эти трубки разворачиваются в плоскость, превращаясь, соответственно, либо в графен, либо в силицен. Поэтому можно говорить о том, что работа ученых из Бразилии была первым шагом на пути к получению силицена. Кстати, кремниевые нанотрубки уже получены, причем сравнительно давно — в 2005 году (см. статьи Experimental imaging of silicon nanotubes и Silicon Nanotubes, последняя статья находится в открытом доступе здесь, PDF, 306 Кб).

Подробное же исследование характеристик силицена (и других кремниевых атомных структур), опять-таки теоретическое, было выполнено в 2007 году в статье Electronic structure of silicon-based nanostructures. Вывод, полученный авторами этой статьи для силицена, таков: свойства силицена практически идентичны свойствам его углеродного «родственника» графена. К примеру, носители заряда обладают таким же линейным законом дисперсии — энергетическим спектром частиц в кристалле. Это означает, что, например, электроны, находящиеся в определенных участках кристаллической структуры силицена, ведут себя как частицы, не имеющие массы. Подобное поведение присуще также еще одной частице — фотону. Правда, как показали расчеты, — и это одно из отличий силицена от графена — скорость движения «безмассовых» электронов в силицене на порядок меньше, чем графеновых.

Итак, дело оставалось за малым — получить силицен. И, похоже, это удалось группе ученых из Марсельского междисциплинарного центра нанонауки под руководством Кристеля Леандри.

Силицен был получен методом молекулярно-лучевой эпитаксии на серебряной подложке. В препринте Physics of Silicene Stripes содержатся изображения силиценовых полосок толщиной в один атом кремния, полученные с помощью сканирующей туннельной микроскопии (рис. 1). Кроме того, авторы заявляют о детально изученных физических и химических свойствах силицена. Одно из них заключается в большей химической стабильности силиценовых полосок по сравнению с графеновыми. В частности, речь идет о сильной химической активности атомов углерода, находящихся на краях графеновых полосок, в то время как силиценовые края подвержены такому явлению в значительно меньшей степени. Грубо говоря, удержать силицен в руках и не разрушить его намного проще, чем графен.

Интересно, что в своей работе, опубликованной в Архиве, исследователи ссылаются на свою же неопубликованную пока что статью, в которой силицен будет изучен более подробно.

Таким образом, вслед за кремниевыми нанотрубками была получена и другая структурная разновидность кремния — силицен. По мнению авторов статьи, применение силицена в микроэлектронике должно продлить жизнь закону Мура, согласно которому емкость запоминающих устройств удваивается примерно каждые два года при их неуклонной миниатюризации.

Источник: A. Kara, C. Leandri, M. E. Davila, P. de Padova, B. Ealet, H. Oughaddou, B. Aufray, G. Le Lay. Physics of Silicene Stripes // препринт arXiv:0811.2611 (17 November 2008).

Не впечатляет картинка? А ведь это – прорыв. Впервые человек сумел восстановить (нижняя надпись) увиденный другим человеком образ (верхняя надпись), "считывая" его прямо из коры головного мозга. Не без помощи техники, разумеется (иллюстрация с сайта chunichi.co.jp).

Съёмка красочных снов в мозгу спящего может оказаться реальностью через несколько лет. Начав с распознавания в картине активности нейронов простых двигательных команд, учёные ныне добрались до считывания зрительных образов. Пусть картинки эти ещё примитивны – но наши мысли постепенно перестают быть территорией, куда нет доступа посторонним.

Не вводя в мозг какие-либо электроды, экспериментаторы научились чётко определять — что видит испытуемый. Хотя предъявляемые его взору изображения пока ещё чёрно-белые и содержат всего сотню довольно крупных пикселей (применялось изображение 10 х 10), — это огромное достижение в понимании "шаблонов" нейронной активности, связанных со столь сложными процессами, как восприятие зрительной информации.

Фантастический опыт японских учёных открывает дорогу к распознаванию в мозге человека и тех изображений, которые он никогда не видел наяву — снов или воображаемых миров. Только представьте работу художника или дизайнера, который просто сидит в кресле и закрыв глаза придумывает образы, которые тут же появляются на экране компьютера.

Такую потрясающую перспективу рисуют Юкиясу Камитани (Yukiyasu Kamitani) и его команда из лаборатории вычислительной неврологии института передовых телекоммуникационных исследований (ATR Computational Neuroscience Laboratories). Совместно с несколькими учёными из ряда других японских институтов и университетов они осуществили первую в мире визуализацию того, что видят люди, основанную на снятии параметров мозговой активности.

Камитани, кстати, знаком постоянным читателям "Мембраны". Это он и его коллеги в 2006 году построили и испытали любопытную вариацию интерфейса мозг-машина (Brain Machine Interface — BMI): человек, лежащий в кольце томографа, показывал рукой различные жесты, а компьютер, опираясь только на картинки мозговой активности, распознавал движения пальцев и выдавал соответствующие команды руке робота, которая повторяла жесты за человеком.

Новая работа является глубоким развитием того эксперимента. Только на этот раз учёные сосредоточили своё внимание на распознавании в мозге зрительных образов. Для чего, как и раньше, применили функциональную магнитно-резонансную томографию (fMRI).

Разумеется, никакой томограф не увидит в голове человека "лодки под парусами" или "солнце над рекой". Всё что он может — это показать изменение в кровотоке через определённые зоны коры, связанные с активностью тех или иных групп нейронов. Но, поняв закономерности в таких изменениях, можно научиться выполнять обратное преобразование — от возбуждения нейронов к тому, что вызвало эту реакцию — будь то голоса, мысли или те же самые картинки, стоящие перед глазами.

Этот подход, заметим, отличается от активно развивающегося параллельного направления чтения мыслей, в котором применяются обручи или шлемы с датчиками электроэнцефалограммы. Учёные уже показывали, как таким способом можно управлять гуманоидным роботом, а некоторые компании даже подготовили к выходу на рынок коммерческие версии BMI такого типа.

С одной стороны, применение громоздкого сканера fMRI (в отличие от носимых на голове датчиков мозговых волн) ограничивает опыты по чтению мыслей стенами лабораторий (или госпиталей), с другой, оно позволяет гораздо детальнее разглядеть мгновенные изменения в разных зонах коры, вызываемые тем или иным раздражителем.

Недавно, кстати, исследователи из Нидерландов научились выявлять в картине мозговой активности следы отдельных звуков речи, услышанной человеком. От этой работы до "телепатического общения" (которое так жаждет заполучить Пентагон) — настоящая пропасть. Но и первые шаги на этой ниве — важны. Вот и японские экспериментаторы во главе с Юкиясу объясняют, что даже получение на экране 100-пиксельных чёрно-белых картинок, "вынутых" из мозга человека, — лишь начало. А ведь и этот опыт, если разобраться, не так уж прост.

О "приблизительном угадывании" путём перебора всех вариантов картинок и их сравнения с "мозговым отпечатком" тут не могло быть и речи. Это слишком непродуктивно, ведь даже картинка, состоящая из 100 чёрных или белых квадратов, в пределе даёт 2100 возможных комбинаций. Это значит, что машина должна была выявлять в картине активности нейронов практически каждый пиксель увиденной человеком картинки по отдельности.

Для этого компьютер сначала должен был выявить закономерности в отклике тех или иных нейронов на предъявляемые картинки. Чтобы обучить машину, экспериментаторы показывали испытуемым 440 "стопиксельных" изображений (сгенерированных случайным образом), в течение 6 секунд каждое (с 6-секундными паузами). Томограф исправно поставлял компьютеру рисунки активности групп нейронов в зрительной коре (причём — в трёхмерном пространстве). Затем последовала ещё серия изображений, но уже не со случайным шумом, а с простыми геометрическими фигурами или отдельными буквами.

После такого обучения программа нашла корреляцию между пикселями на тестовом изображении и включающимися нейронами. А насколько составленные "правила" оказались верны — было легко проверить.

Во-первых, людям предъявляли разнообразные простые рисунки (в пределах всё той же решётки 10 х 10 точек), которые с хорошей достоверностью "проявлялись" на мониторе. А во-вторых, испытуемым показывали слово Neuron — и оно также исправно отражалось на компьютерном экране.

Ключом к успеху стало построение моделей отклика групп нейронов на разном масштабе для одной и той же картинки. То есть, получив сигнал с томографа, программа разбивала гипотетическое поле 10 х 10 пикселей (которое ей предстояло заполнить) на перекрывающиеся зоны разного размера (1 х 1 пиксель, 1 х 2 пикселя, 2 х 1, 2 х 2 и так далее). Затем, пользуясь своими шаблонами, она определяла, какова вероятность, что данная группа пикселей белая, чёрная или является комбинацией двух этих цветов.

Множество таких оценок позволяло машине выставлять цвет уже для каждого пикселя по отдельности, и такое реконструированное изображение оказывалось очень близким к тому, что видел человек на самом деле, хотя, конечно, не совпадало полностью.

О рисовании одной силой мысли собственно картин или дизайнерских набросков мы уже упоминали (кстати, в компанию этой области применения новой технологии напрашивается мысленное сочинение музыки, опыты по которому уже давно идут).

Но это не всё. Медики, скажем, охотно получили бы "доступ" в мир галлюцинаций психически больных людей. Насколько упростилась бы диагностика и контроль за лечением заболевания, если бы доктора могли на экране компьютера наблюдать — что мерещится их подопечным!

Доктор Кан Чэн (Kang Cheng) из японского института исследования мозга (RIKEN Brain Science Institute) предсказывает, что дальнейшее развитие этой технологии в течение 10 лет не только позволит добавить к картинкам цвет, но вообще – перейти к буквальному чтению мыслей "с некой степенью точности".

Журнал TIME назвал 10 самых главных научных событий 2008 года. Рейтинг возглавил Большой адронный коллайдер, запуск которого состоялся 10 сентября 2008 года.

Крупнейший в мире ускоритель элементарных частиц строился с 1990-х годов усилиями физиков и инженеров из многих стран, в том числе из России. Ученые надеются, что результаты исследований позволят подтвердить существование бозона Хиггса - частицы, отвечающей за массу всех других элементарных частиц.

Первая попытка провести пучок частиц по всему кольцу 10 сентября была успешной. Однако через несколько дней на ускорителе произошла авария и значительная утечка в туннель жидкого гелия. В результате новый запуск БАКа был отложен до весны.

Следом за БАКом в рейтинге TIME следует марсоход "Феникс". В мае зонд совершил успешную посадку вблизи северного полюса "красной" планеты, который прежде был недоступен для исследований.

При помощи марсохода ученые установили, что по мере наступления "марсианской зимы" над планетой начинает идти снег. Он идет на высоте 4 км и испаряется, не достигая поверхности планеты. Также "Феникс" смог обнаружить в грунте планеты воду.

На третьем месте оказалась первая в мире искусственная хромосома, созданная американским генетиком Крейгом Вентером (J. Craig Venter) и его коллегами. Ученые надеются, что полученные данные позволят им создавать новые формы жизни, не существующие в природе.

Четвертым по значимости в научном мире событием стал первый выход в открытый космос китайского космонавта. Офицер китайских ВВС Чжай Чжиган пробыл за пределами космического корабля 20 минут, провел ряд экспериментов и приветствовал космическое пространство взмахом национального флага Китая.

Таким образом, КНР стал третьей страной в мире, освоившей открытый космос. Ожидается, что до 2020 года Китай построит на орбите собственную космическую станцию и создаст космическую лабораторию.

На пятом месте рейтинга оказалось исследование Общества по защите дикой природы, согласно которому число горилл в Конго в два раза больше, чем считалось ранее. Исследователи выяснили, что в лесах и болотах Республики Конго находятся 125 тысяч животных. Тем временем, в заповеднике Вирунга, оказавшемся в центре гражданской войны, горные гориллы находятся под угрозой полного исчезновения. Военные действия угрожают жизни около 350 горных горилл.

Эксперты Time уделили внимание и астрономическим открытиям. В июне этого года швейцарский астроном Мишель Мейор (Michel Mayor) и его коллеги открыли 45 прежде неизвестных экзопланет за пределами Солнечной системы. Одна из них оказалась в 9,5 раз больше Земли, пишет "Версии.Com".

Седьмое место журналисты присудили ученым Университета Калифорнии в Беркли, создавшим "плащ-невидимку". Полотно, которое в 10 раз тоньше листа бумаги, состоит из нанопроводов, идущих внутри пористой алюминиевой трубки. Чтобы сделать предмет невидимым, ученые завернули его в материал и пустили вокруг него световые волны.

Одним из самых значимых научных событий в уходящем году стала расшифровка 80% генома мамонта. Благодаря исследованию американских ученых из Университета Пенсильвании, мамонт стал самым генетически изученным вымершим видом.

Профессор биохимии и молекулярной биологии Стивен Шустер не исключает, что данное исследование поможет возродить мамонта, однако произойдет это в далеком будущем.

В "десятку" самых главных научных событий также попало исследование, посвященное неграмотности населения США. Согласно полученным данным, только четверть жителей страны обладают научной грамотностью (civic scientifically literate). Таким образом, читать и понимать статьи из научной рубрики The New York Times способен каждый четвертый американец.

Замыкает рейтинг находка археологов – человеческое захоронение, сделанное 4600 лет назад в центральной Германии. Древняя могила членов одной семьи была обнаружена на территории федеральной земли Саксония-Анхальт. Эта находка позволила сделать вывод о том, что уже в каменном веке люди жили семьями современного типа, состоящими из родителей и детей. Об этом сообщает РИА "Новости".

Сравнение результатов нескольких недавних экспериментов по измерению постоянной тонкой структуры, сделанных разными методиками: через скорость атомов (h/m) или через аномальный магнитный момент электрона (ae). Новое измерение показано красным цветом. Изображение из обсуждаемой статьи в Physical Review Letters.

Французские физики измерили постоянную тонкой структуры через импульс отдачи атомов с рекордной для этой методики точностью. Сравнение с результатами, полученными по другой методике, привело к самой сильной проверке квантовой электродинамики за всю ее историю.

Одна из величин, которую физики измеряют со всё возрастающей точностью уже многие десятилетия, — это так называемая постоянная тонкой структуры, обозначаемая греческой буквой альфа. О том, как определяется эта величина, и о ее истории можно прочитать в новости Уточнена постоянная тонкой структуры. Вкратце, альфа — это безразмерная величина (равная примерно 1/137), которая характеризует силу электромагнитного взаимодействия. Именно она определяет энергетические уровни электронов в атомах — ведь эти уровни возникают за счет электрического притяжения электронов к ядру и электромагнитного взаимодействия между электронами. Собственно, и само название альфы проистекает из тонкой структуры уровней энергии в атомах. Так что альфа, кроме фундаментального интереса, еще и исключительно важна для всех спектроскопических методов исследований, например для науки о материалах или для астрофизики — ведь именно через спектроскопические измерения мы можем проверить состояние вещества или получить разнообразную информацию о далеких звездах, галактиках, квазарах.

Наиболее точное значение постоянной тонкой структуры было получено в недавних экспериментах по измерению магнитного момента электрона, проведенных группой под руководством Джеральда Габриэльса (Gerald Gabrielse) из Гарвардского университета (зеленая точка на рис. 1). О результатах этих экспериментов см. в той же заметке Уточнена постоянная тонкой структуры; правда с тех пор группа Габриэльса поставила новые эксперименты, в которых погрешность уже составляла не 0,7 миллиардных, а 0,37 миллиардных — измеренное ими значение постоянной тонкой структуры составляет: 1/? = 137,035999084 ± 0,000000051.

В недавней статье французских физиков, опубликованной в журнале Physical Review Letters, сообщается об измерении постоянной тонкой структуры альтернативным методом (красная точка на рис. 1). Полученный ими результат имеет относительную погрешность 4,6 миллиардных и в пределах этих погрешностей совпадает со старым результатом. Это сравнение оказалось самой жесткой проверкой среди всех, которые выдержала КЭД за всю свою 50-летнюю историю.

Использованный авторами метод измерения известен на самом деле довольно давно. Он опирается на то, что постоянная тонкой структуры выражается при помощи очень простого соотношения через энергию ионизации атома водорода, скорость света и постоянную Планка, деленную на массу электрона (h/m). Энергия ионизации измерена с огромной точностью (относительная погрешность всего 0,007 миллиардных), скорость света вообще считается абсолютно точно известной величиной, поэтому остается узнать только отношение h/m.

Вот тут имеется загвоздка. И постоянная Планка, и масса электрона по отдельности известны довольно плохо, с неопределенностью в 50 миллиардных долей, поэтому просто брать числа из справочника и делить одно на другое бессмысленно. Однако это отношение можно измерить экспериментально, и намного точнее, чем каждая из этих двух величин по отдельности. Именно это и сделали французы, причем аккуратнее, чем во всех предыдущих опытах по этой методике.

На самом деле, в отношении h/m вместо массы электрона можно подставить и массу какого-нибудь другого атома — это не принципиально, поскольку отношение масс атомов и электрона тоже известно хорошо. Экспериментаторы в своих опытах использовали атомы рубидия, которыми легко манипулировать при помощи света. Свет оказывает на вещество давление, поэтому каждый квант света обладает не только энергией, но и импульсом. Из-за этого если первоначально атом покоился, а потом поглотил квант света, то после этого он будет двигаться с небольшой скоростью. Эта скорость целиком определяется длиной волны поглощенного кванта света и отношением h/m (где m — это масса атома). Итак, чтобы измерить это отношение (а через него — и альфу), надо просто «толкнуть» атом с помощью света и измерить скорость отдачи.

Встречные лазерные лучи создают в пространстве периодическое световое поле (слева). Будучи помещенным в такое световое поле, атомы рассаживаются по узлам решетки, образуя своего рода кристалл (справа). Изображение составлено из рисунков к статье Condensed-matter physics: Optical lattices // Nature 453, 736–738 (5 June 2008)

Измерить длину волны света для современной спектроскопии не составляет труда. А вот для измерения скорости с нужной точностью авторам пришлось прибегнуть сразу к нескольким нетривиальным физическим эффектам.

Они поместили атомы в «световую решетку», которую образуют лазерные лучи, направленные друг навстречу другу (см. рис. 2). Получился свободно висящий в пространстве кристалл из атомов, созданный и удерживаемый светом. Затем экспериментаторы начинали двигать этот кристалл — это осуществлялось за счет небольшого дисбаланса частот встречных лазерных лучей. Вся система была настроена очень тонко, так что атомы попадали в резонанс с обоими лазерными лучами — они поглощали фотоны с частотой, как в одном лазерном луче, и резонансно излучали фотоны с меньшей частотой, как в другом луче. Такой двойной резонанс был возможен за счет эффекта Доплера: движущийся после толчка атом «видит» свет с чуть иной частотой, чем в лабораторной системе отсчета. Эта сдвижка (то есть разница между частотами двух световых лучей) как раз и зависит от скорости атомов, позволяя измерить ее.

Достигнутая французами точность пока на порядок хуже точности группы Габриэльса. Однако авторы уверяют, что в ближайшем будущем погрешность можно будет уменьшить в несколько раз. Это подвергнет КЭД еще более строгой проверке и, возможно, даже даст более точное значение постоянной тонкой структуры.

Сталь (слева), покрытая слоем суперскользкого материала BAM толщиной 3 микрометра (фото US DoE Ames Lab).

Физики совершенно случайно открыли материал, более скользкий, чем тефлон, и при этом почти такой же твёрдый, как алмаз. Ныне авторы разработки из американской лаборатории Эймса (Department of Energy Ames Laboratory) получили $3 миллиона для превращения необычного состава в уникальную вечную смазку.

Материал под названием BAM был открыт случайно в 1999 году. Учёные искали материал, который генерировал бы электричество при нагревании, однако, поэкспериментировав с различными составами, получили совсем другое.

BAM уступает по твёрдости лишь алмазу и нитриду бора с кубической решёткой (ну и, видимо, новейшему и пока мало известному нанокомпозиту нитрида бора), при этом демонстрируя удивительно низкий коэффициент трения — 0,02 (у тефлона он равен 0,05-0,1, а у хорошо смазанной стали — 0,16).

BAM представляет собой комбинацию металлических сплавов бора, алюминия и магния (AlMgB14) с боридом титана (TiB2). Исследователи до сих пор не вполне понимают — откуда у него такие свойства.

Большинство сверхтвёрдых материалов (вроде алмаза) обладают простой, регулярной и симметричной кристаллической структурой. Но в BAM она запутанна, несимметрична, и в его решетке полно пробелов, несвойственных столь твёрдому материалу.

Про уникальное скольжение также пока есть лишь гипотеза: бор взаимодействует с кислородом, производя крошечные количества оксида бора на поверхности образца. Оксид притягивает молекулы воды из воздуха, которые и работают как невидимая, перманентная и возникающая сама по себе смазка.

Теперь исследователи из лаборатории Эймса намерены довести полученный когда-то случайно BAM до уровня промышленного применения. После ряда необходимых ещё исследований ему прочат светлое будущее в качестве материала для подшипников самых разных валов — от водяных насосов до турбин авиадвигателей.

Новая разновидность электронного микроскопа способна генерировать видео на атомном уровне, показывающее тончайшие изменения, происходящие в материалах при внешнем воздействии или в ходе химических реакций. И это не было бы удивительным, если бы не временaя шкала — новая установка способна раскладывать на множество кадров события, длящиеся триллионные доли секунды.

Оригинальная техника съёмки, названная четырёхмерной электронной микроскопией (4D electron microscopy), разработана в физико-биологическом центре науки и технологии ультрабыстрых процессов (Physical Biology Center for Ultrafast Science and Technology — UST) Калифорнийского технологического института.

Общий принцип электронного 4D-микроскопа (иллюстрация Nano Letters/Caltech).

В основе устройства — система, которая позволяет контролировать с высокой точностью траекторию каждого отдельного электрона, направляемого на образец. Причём изображение снимается (фиксируется отражённый сигнал) также по отдельности для каждого электрона (а они идут с точно отмерянными интервалами в фемтосекунду (10?15 с), а не для их "обобщённого" потока, как в установках прежних поколений.

Миллионы таких кадров, проигрываемых с нужной скоростью, формируют фильм, демонстрирующий ранее неуловимые изменения в образцах.

Главный автор этого проекта Ахмед Зивейл (Ahmed Zewail) в 1999-м получил Нобелевку по химии за разработку метода ультрабыстрой съёмки молекул, освещаемых сверхкороткими лазерными импульсами. Тот способ придал съёмке атомарного масштаба новое измерение — время, но не давал того высокого пространственного разрешения, которое было присуще электронным микроскопам.

В новом устройстве учёные сумели "соединить" оба принципа, впервые получив подвижную картинку в малом масштабе как во времени, так и в пространстве.

Для проверки аппарата они пронаблюдали за тонкими (порядка нанометра) листами золота и графита. Удалось визуализировать небольшие и очень быстротечные (с частотой порядка мегагерца) механические колебания таких структур (в частности, возникающие при быстром нагреве образца), которые можно было зафиксировать во всех деталях, только преодолев по шкале времени пикосекундный масштаб и пойдя дальше, практически к фемтосекундам.

А в настоящее время специалисты UST занимаются аналогичной съёмкой компонентов живой клетки — белков и рибосом.

Различные подробности работы изложены в статье в Science, а ещё — в материале, опубликованном в журнале Nano Letters.

Во всемирной сети открывается европейская электронная библиотека, которая предоставит доступ к более чем двум миллионам памятников культурного наследия стран Евросоюза. Как сообщила в Авиньоне комиссар ЕС по вопросам информационного общества и СМИ Вивиан Рединг, с 20 ноября все желающие смогут бесплатно пользоваться информацией портала www.europeana.eu.

Эта "мечта стала реальностью", благодаря усилиям нескольких сотен культурных учреждений Европейского союза, отметила комиссар. Основной вклад в создание виртуальной библиотеки внесла Франция, предоставившая 52 проц размещенных материалов. "Это только начало фантастического приключения", - подчеркнула Рединг. По ее словам, данный ресурс станет "олицетворением европейской культуры в Интернете". Об этом сообщает ИТАР-ТАСС.

Человек давно мечтает замедлить и до конца понять химию многих процессов на уровне атомов и электронов. Канадские и американские учёные нашли новый способ увидеть движение электронов в молекуле по мере изменения её формы.

Для чего физикам понадобилось вглядываться в столь сложные взаимодействия? Понимание этих процессов станет первым шагом к совершению множества научных прорывов в областях материаловедения, катализа и альтернативных источников энергии, считают в лаборатории профессоров Маргарет Мёрнейн и Генри Каптайна (Kapteyn-Murnane group) из университета Колорадо в Боулдере (University of Colorado at Boulder), а также Альберт Столоу (Albert Stolow) из Института молекулярных наук Стиси (Steacie Institute for Molecular Sciences).

"Наблюдение за трансформацией молекул и движением электронов во время протекания химической реакции раздвинуло бы существующие границы всех молекулярных наук. Впрочем, мы пока ещё не достигли этой цели, заветной для многих учёных, но сделали ещё один большой шаг на пути к ней", — поясняет Мёрнейн.

Образование и разрыв химических связей — одни из самых быстрых в мире процессов (фемтосекунды или 10-15с), как следствие, наблюдать за ним может лишь очень точная аппаратура.

Чего же добились физики из Боулдера? Они смогли отснять (конечно же, не в прямом смысле) искусственно вызванные колебания молекулы димера оксида азота N₂O₄.

Сначала они "раскачали" её коротким лазерным импульсом, а затем при помощи второго лазера заставили молекулу испускать рентгеновские лучи, пишут физики в статье, опубликованной в журнале Science Express.

Рентгеновский спектр позволил посмотреть на энергетические уровни молекулы и положение электронов на них. Вместе с тем у учёных появилась возможность проследить за изменением положения энергетических уровней по мере модификации формы молекулы.

"Это совершенно новый метод наблюдения за составляющими вещества, — говорит Каптайн. — Он позволил нам замедлить движение электронов в системе, а затем проследить за их головокружительным танцем".

Молекула N₂O₄ была выбрана по той простой причине, что она колеблется медленнее остальных, это облегчает наблюдение за процессами.

По мере происходящей периодической модификации электронного облака молекулы димера её свойства также изменяются. Выяснение причин, по которым электроны делают то, что наблюдают учёные, помогает понять, как можно улучшить/получить необходимые свойства материалов.

"Если мы поймём физику происходящих взаимодействий, то в будущем сможем перевести это знание в лучшие технологические решения, например, в более эффективные светособирающие молекулы или катализаторы и даже элементы солнечных батарей", — говорит Столоу в пресс-релизе университета Боулдера.

Французский физик Жан-Филипп Бушо в своей статье, опубликованной в последнем номере журнала Nature, считает, что глобальных экономических кризисов можно в будущем избежать, если использовать физические подходы к моделированию экономических процессов, изменив при этом систему мышления экономистов и их подготовку.

Похоже, тема глобального экономического кризиса не обошла стороной и физику. В последнем номере журнала Nature появилось небольшое эссе французского физика (правильнее будет сказать эконофизика) Жана-Филиппа Бушо (Jean-Philippe Bouchaud) с громким названием Economics needs a scientific revolution («Экономике нужна научная революция»).

«По сравнению с физикой результаты, которые приносит экономика, вызывают глубокое разочарование... Какие можно назвать достижения экономической науки, кроме ее неспособности предсказывать и предотвращать кризисы, включая и наблюдаемый сейчас крах кредитной системы? Почему так получается?» — начинает свою статью автор.

Бушо с иронией приводит слова Исаака Ньютона о том, что моделировать безумие людей — задача гораздо более сложная, чем предсказывать движение планет. Тем не менее, утверждает французский эконофизик, в описании поведения людских масс должны существовать некие статистические закономерности, подобно законам идеального газа, возникающим из хаотического движения отдельно взятых молекул. Для Бушо главное различие между моделированием физических и экономических процессов кроется в разном подходе этих двух наук к использованию научных концепций, уравнений и эмпирических данных, на которых это моделирование базируется.

Всё дело в том, что классическая экономика построена на очень сильных предположениях, которые быстро становятся аксиомами: «невидимая рука рынка», рациональность поведения экономических агентов, гипотеза эффективного рынка и т. п. Физики же подходят к различным аксиомам и моделям с определенной долей скепсиса. Если эксперимент не согласуется с предложенной моделью, то ее необходимо либо исправить, либо вообще отбросить, какой бы красивой и математически совершенной она ни была.

Подобный подход совершенно не используется в экономике, где все модели утвердились в качестве непререкаемых истин. И это несмотря на то, отмечает автор, что в настоящее время количество эконофизиков в правительствах различных стран и солидных финансовых институциях неизменно увеличивается. Причину такой инертности в отношении прогресса Бушо видит в системе подготовки экономистов. По его мнению, студентов учат лишь слепо использовать полученные знания, не задумываясь о смысле того, что они делают.

Бушо также считает, что все проблемы свободного рынка начались в середине 50-60-х годов, когда рынок рассматривался не как научный объект, нуждающийся в тщательном изучении и описании, а больше как пропагандистская машина в борьбе с коммунизмом. В действительности же, свободные рынки — это «дикие» рынки. По мнению автора, наивно верить в то, что рынок может самостоятельно, без внешних воздействий превратиться в самоупорядоченную структуру — влияние извне необходимо, иначе невмешательство может привести к печальным последствиям. В качестве примера такого бездействия Бушо приводит поведение Комиссии США по торговле ценными бумагами, которая в 2004 году позволила банкам наращивать долговые обязательства (в статье, опубликованной в Nature, этот пример отсутствует; он остался только в препринте).

Излишняя самоуверенность в отношении некоторых экономических моделей может иметь печальные последствия. Ярким примером служит модель опционного ценообразования Блэка–Скоулза, согласно которой изменение цены происходит по гауссовскому распределению и резкое увеличение цены имеет пренебрежимо малую вероятность. Бездумное использование модели Блэка–Скоулза и привело в 1987 году к «черному понедельнику», когда падение индекса Доу–Джонса составило 23%.

Конечно, идея применения физических подходов к изучению поведения рынка во время экономического кризиса не нова. Так, сравнительно недавно, в 2006 году, в журнале Physical Review Letters появилась работа японских ученых, которые рассматривали колебания биржевого индекса S&P 500 до и после «черного понедельника» 1987 года (см. рис.).

Динамика изменения индекса S&P 500 с 1984-го по 1995 год. Буквой C обозначен промежуток времени, соответствующий «черному понедельнику». Во врезке — увеличенный временной масштаб колебания индекса 19 октября 1987 года. Рис. из упоминаемой выше статьи Ken Kiyono, Zbigniew R. Struzik, Yoshiharu Yamamoto. Criticality and Phase Transition in Stock-Price Fluctuations

Они установили, что этот индекс в окрестности «точки кризиса» по своей структуре проявляет признаки самоподобия (фрактальности), также как и течение турбулентной среды.

Более того, предложены методы описания в экономике по аналогии с классической и квантовой механикой с последующим получением экономического уравнения Лагранжа и Шрёдингера, где вместо физического пространства рассматривается пространство цен (см.: Physical Modeling of economic systems: Classical and Quantum Economies).

Одна из главных мыслей, которую высказывает Бушо в своей заметке, — это что классическая экономика не имеет четкого представления о том, как «понять» дикие рынки. И вот здесь, считает автор, на помощь должен прийти физический подход к описанию экономических рынков, поскольку в распоряжении физиков есть теории, позволяющие описать систему, для которой маленькое воздействие может привести к значительным последствиям. Такие системы в физике называются системами с самоорганизованной критичностью: они естественным образом эволюционирует к критическому состоянию, при этом маленькое возмущение (флуктуация) может вызвать полное изменение всей системы.

Классический пример системы с таким свойством — куча песка. Если средний наклон поверхности кучи не очень большой, то песок неподвижен. Если же наклон превышает некоторое критическое значение, то наблюдается спонтанный сход песка по поверхности кучи. В общем, здесь ничего необычного и неожиданного нет. Самое интересное происходит только в критической точке, где сход песка еще не наблюдается, но любое возмущение может привести к сколь угодно большой лавине песка. В качестве примеров систем с самоорганизованной критичностью можно привести также землетрясения, лесные пожары и т. п. Вообще, в физике есть целый раздел, посвященный изучению таких явлений, — теория сложности.

Так вот автор и предлагает активно использовать физические подходы при описании экономических ситуаций. Ведь «дикий» рынок, который мы сейчас наблюдаем, и есть система с самоорганизованной критичностью, утверждает Бушо.

Но одного только привлечения физических идей в экономику, по мнению Бушо, недостаточно. Необходимо также изменить и тип мышления современных экономистов, которое должно стать более «естественнонаучным». Экономика должна отказаться от дискредитировавших себя экономических догм.

Обычные светопроницаемые поверхности, например линзы очков, пропускают в полном объёме лишь ту часть фотонов, что направлены перпендикулярно отражающей плоскости. Чем больше угол расхождения – тем больше фотонов просто "теряются". Новый многослойный наноматериал, по утверждению авторов исследования, позволит решить эту проблему (Rensselaer/Shawn Lin).

Американские учёные разработали "антиотражающее" покрытие для фотоэлектрических панелей. Теперь их эффективность должна значительно повыситься – за счёт расширения воспринимаемого спектра и угла поглощения света.

О новой технологии группа физиков из политехнического института Ренсселера (Rensselaer Polytechnic Institute) сообщает в журнале Optics Letters.

"Максимальная эффективность подразумевает способность поймать и превратить в электричество каждый отдельный фотон – вне зависимости от положения Солнца над горизонтом", — рассказывает руководитель исследования Шанъюй Линь (Shawn-Yu Lin). В качестве контрольного образца американцы использовали стандартный фотоэлемент, который в среднем "усваивал" 67,4% падающего света. Другими словами, около трети всей потенциальной энергии терялось.

Над тем, как это исправить, исследователи бились несколько лет. В конце концов им удалось с помощью нанотехнологий создать специальное покрытие, которое позволило повысить коэффициент поглощения до 96,21% — то есть более чем на 40%.

Новое покрытие состоит из семи слоёв, каждый из которых устроен таким образом, что плоскости отражения перекрывают небо под всеми возможными углами, причём воспринимаемый спектр расширяется, позволяя захватывать лишние "синие" и "красные" фотоны. Дополнительно каждый последующий слой увеличивает поглощающую способность предыдущего – "изгибая" свет под нужным углом.

Толщина слоёв – от 50 до 100 нанометров, а образованы они наностержнями из диоксида титана, которые и задают угол отражения. Частицы титана, в свою очередь, покоятся на кремниевой подложке.

По мнению доктора Линя, покрытие может быть использовано в любых существующих на сегодняшний день типах солнечных панелей.

Новую форму углеродного материала, потенциально более легкого и прочного, чем углеродные нанотрубки, открыли ученые из Китая и США.

Хуйшенг Пен из Университета Тонцзи, Шанхай, и его коллеги открыли, что пары углерода, получаемые за счет нагрева этилена и парафина, конденсируются в трубочки чистого углерода диаметром десятки микрометров и длиною в сантиметры. Они прочнее углеродного волокна, их свойства схожи со свойствами металлических проводов.

Авторы полагают, что такие карбоновые трубочки можно использовать для создания пуленепробиваемых жилетов. Согласно расчетам, они будут надежнее кевларовых.

"Это новая, неожиданная форма углерода", - говорит Мильдред Дрессельхаус, специалист по углеродным технологиям из Массачусетского технологического института, США.

Стенка трубочки толщиной около 1,4 микрона имеет пеноподобную структуру, состоит из прямоугольных сэндвичей между внутренними гладкими и внешними цилиндрическими чешуйками, похожими на графитовые структуры. Это очень необычная структура для углерода, считает Дрессельхаус.

Губчатая структура способствует легкости и малой плотности материала: один кубический сантиметр весит всего одну десятую грамма (для сравнения, обычные углеродные трубки - примерно 2 грамма).

Пористый углерод получали раньше, но не в форме фибрилл, пористые формы были непрочными. Кроме того, новые трубки хорошо проводят электричество и могут использоваться в электронике.

Исследователи назвали структуру "колоссальные карбоновые трубки", поскольку они огромны по сравнению с нанотрубками. Попытки создать очень прочный материал на основе нанотрубок предпринимались, но ничего не получалось. Быть может, на основе колоссальных карбоновых трубок такой материал будет создан.

Пока не очень понятно, как в такой трубке уложены атомы углерода. Вероятно, сначала стенки формируются как плоский лист, потом сворачиваются в цилиндр. Об этом сообщает агентство "Информнаука" со ссылкой на www.nature.com.

Ученые Университета МакМастер (Онтарио, Канада) проанализировали, как едят люди в 52 странах мира, и выделили три основных типа питания: восточный, средиземноморский и западный. Оказалось: цивилизованный Запад буквально прожирает свое здоровье.

На Востоке люди едят много морепродуктов, сои (растительный белок) и разнообразные соусы. В Средиземноморье - много рыбы, фруктов, овощей и оливковое масло. А носители западной культуры налегают на мясо, яйца, потребляют много жареного и соленого. И в результате такого питания на треть чаще страдают от сердечных приступов, инфарктов и инсультов.

- Это исследование показывает: неважно, где ты живешь - в Бостоне или в Бомбее, что ты любишь больше - британскую, карибскую или азиатскую кухню. Самое главное - снизить до минимума потребление соли, жареных и жирных продуктов и больше есть фруктов и овощей, - считает Эллен Мэйсон, член Британского кардиологического фонда.

Конечно, осенью и зимой, когда организм сам просит больше жирного и сладкого, недостаток жиров и углеводов может вызвать сезонную депрессию, признают диетологи. Но это вовсе не значит, что с ней надо бороться при помощи бекона и тортов. Лучше включить в рацион бананы, шоколад и орехи. И бокал красного вина. Во всех этих продуктах содержатся антиоксиданты - вещества, которые защищают клетки от разрушения и противостоят депрессии.

А нам, россиянам, стоило бы вспомнить, как питались наши прабабушки-прадедушки. Мясо ели далеко не каждый день даже в состоятельных семьях, соблюдали постные среду и пятницу, а также многочисленные многодневные посты, жарили разве что блины, соль и сахар из-за их дороговизны расходовали экономно, а сладости так и вовсе ели только по праздникам.

Основу домашнего рациона составляли хлеб, похлебки - густые первые блюда, чаще постные, разнообразные каши и запеканки, картофель, капуста и множество овощей, в том числе и почти забытые репа и брюква, бобы и горох. Сдабривали еду постным маслом - льняным, конопляным. Ели речную рыбу, грибы, много квашеной капусты, моченых яблок, лесной ягоды. По праздникам варили "мясное", пекли пироги с десятками разных начинок, чаще всего тоже постных. Немногим отличался рацион питания и образованных и даже богатых людей, разве что более тонкой кухней. Знакомые нам по книгам и кинофильмам "купецкие забавы" по пожиранию метровых осетров и жареных поросят и тогда считались дикостью.

Но индустриальные методы приготовления еды, рост жизненного уровня и вовлечение женщин в производство постепенно изменили наши привычки питания. И вот оказалось, что это попросту опасно для здоровья: эпидемия сердечно-сосудистых заболеваний растет практически след в след с ростом уровня жизни. Нормы питания наших предков теперь диетологи считают почти идеальным рационом. Может, уже пора бросить гамбургеры и чипсы да вернуться к прабабушкиным кулинарным шедеврам?

Физики открыли новое состояние материи, названное квазитрехмерным электронным кристаллом, которое возникает при воздействии сильного магнитного поля на охлажденный полупроводник, говорится в статье, опубликованной канадскими учеными в журнале Nature Physics. Открытие может привести к ускорению развития электроники.

"Это на самом деле не настоящее трехмерное состояние, а что-то промежуточное. Это совершенно новое явление. Это то, что любят теоретики, теперь они будут думать, как подвести существующие модели к новой ситуации", - заявил руководитель исследования, доктор Гийом Жерве из университета Макгилла, слова которого приводятся в сообщении этого университета.

Новое состояние вещества было получено на основе так называемого двумерного электронного кристалла, открытого в 1990-х годах.

"Представьте сэндвич, где вместо ветчины находятся электроны. В такой системе электроны протискиваются между двумя материалами, поэтому кристалл называется двумерным. Электроны могут двигаться только в плоскости, аналогично бильярдным шарам на столе. Они имеют толщину, но не могут двигаться вверх и вниз", - поясняет доктор Жерве.

В новом эксперименте ученые охладили двумерный электронный кристалл до сверхнизкой температуры, примерно в 100 раз ниже температуры межгалактического пространства.

Затем материал поместили в магнитное поле, созданное самым мощным магнитом на Земле, находящимся во Флориде. В результате электроны стали двигаться в ранее "запрещенных" направлениях и двумерная система внутри полупроводника начала трансформироваться в "квазитрехмерную".

По словам ученых, это открытие может привести к новому этапу в развитии электроники, в частности, оно позволит сохранить действие так называемого "закона Мура". Согласно этому закону, число транзисторов на кристалле удваивается каждые два года за счет уменьшения их размеров. Но так как при достижении наноразмеров физические свойства транзисторов изменяются, закон перестанет действовать. По словам авторов исследования, их открытие позволит обойти это ограничение. Об этом сообщает РИА "Новости".

Физики из университета Калифорнии в Лос-Анджелесе (UCLA) подтвердили, что известная во всём мире липкая лента есть не что иное, как источник рентгеновского излучения.

Для того чтобы зарегистрировать рентгеновские лучи, учёным пришлось поместить скотч в вакуумную камеру и очень быстро дёрнуть за конец липкой ленты, оторвав её таким образом от катушки.

Провернув такой, в общем-то, немудрёный эксперимент, физики даже сделали рентгеновский снимок пальца одного из исследователей.

Рентгеновские изображения пальца и конденсатора.(фото Carlos G. Camara, Juan V. Escobar, Jonathan R. Hird и Seth J. Putterman).

Кто бы мог подумать! Хотя однажды (более 50 лет назад, по данным Discovery) советские учёные уже сообщали о наблюдении ими рентгеновского излучения, которое появлялось в момент отрыва клейкой ленты от поверхности стекла.

"Мы поначалу были просто поражены, — рассказывает аспирант Хуан Эскобар (Juan Escobar). — Энергия, которую можно было бы извлечь таким нехитрым способом, огромна".

Он полагает, что с помощью простых доработок процесс можно будет усовершенствовать и использовать для создания простейших рентгеновских установок. Они могли бы пригодиться в местах, где обычное электричество стоит слишком дорого или отсутствует вовсе. Ведь в конце концов липкую ленту в специально разработанных машинах можно отклеивать даже вручную (примерно так же, как раньше заводили автомобили).

Исследователи и университет даже подали заявку на патент подобных устройств.

В своей статье, опубликованной в журнале Nature, физики рассказали, что в их эксперименте специальный механизм отрывал обычный скотч от катушки со скоростью 3 сантиметра в секунду. Были зарегистрированы рентгеновские импульсы длительностью всего лишь в одну миллиардную секунды. Их источником было место контакта липкой ленты и катушки.

Судя по всему, в момент отрыва происходил перескок электронов с валика на липкую часть скотча (расстояние всего лишь от 30 до 300 микрометров). Попадая на липкую сторону, элементарные частицы резко останавливались, что приводило к испусканию ими рентгеновского излучения. Это физическое явление называется триболюминесценция. Должны ли результаты нового открытия обеспокоить офисных работников и прочих людей, использующих скотч ежедневно? Вряд ли (хотя многие, узнавшие об эксперименте, всё же пытаются очень быстро оторвать скотч в темноте и хоть что-то увидеть).

Эскобар обращает внимание на то, что излучение имеет место только в вакууме. "Если вы соберётесь разматывать скотч в вакууме, нужно быть крайне осторожными, однако ежедневная работа с липкой лентой в обычных условиях ничем здоровью не грозит", — шутит Хуан.

Американские исследователи из Гарвардского университета впервые создали устройство, которое может стать безвредной альтернативой рентгеновским установкам, применяемым для медицинских целей и в сфере обеспечения безопасности, говорится в сообщении университета.

Физики создали лазер, испускающий так называемые Т-лучи, излучение терагерцового диапазона, которое находится на границе между радиоволнами и инфракрасными лучами. Т-лучи обладают высокой проникающей способностью — они легко "просвечивают" бумагу, картон, ткани, пластмассу, кожу, но не наносят вреда живым организмам, в отличие от рентгеновских лучей.

Использование лазеров терагерцового диапазона долгое время представляло большие проблемы, так как существующие устройства нуждались в мощных охладительных системах, что сильно ограничивало их коммерческое применение.

Гарвардские ученые создали полупроводниковый терагерцовый лазер, способный работать при комнатной температуре. Для получения Т-лучей исследователи использовали квантовый каскадный лазер среднего инфракрасного диапазона, который излучает свет одновременно на двух частотах. Об этом сообщает "Знание - Сила"

Обладателем премии Лебнера за 2008 год стал робот по имени Элбот, не дотянувший всего 5% до установленной Тьюрингом критической отметки, за которой машина становится неотличимой от человека.

Сотрудники Университета Ридинга (Великобритания) протестировали пять машин, проверяя, сможет ли искусственный интеллект выдать себя за человеческий. Тест был разработан в 1950 году британским математиком Аланом Тьюрингом, который предположил, что если при обмене текстовыми сообщениями машину нельзя отличить от человека, значит она "думающая". До сих пор ни одному роботу не удалось пройти испытание, в результате которого надо перехитрить более 30% людей-"собеседников".

В эксперименте приняли участие пять устройств, способных в течение пяти минут поддерживать беседу на любую тему. Как правило, в ходе испытания судья (человек) взаимодействует с двумя компьютерами. Он задает вопросы и получает ответы в виде текстовых сообщений. Один из компьютеров отвечает на вопросы сам, за другого ответы посылает человек. Судья должен решить, где "скрывается" человек, а где нет. Если он не в состоянии определить, какой из виртуальных собеседников - программа, машина считается прошедшей тест.

"Хотя победитель был только один, разговорные способности всех участников получили оценку 80-90% в сравнении с человеком. Это демонстрирует, насколько близко подошли машины к критической точке, когда общение с нами не представит для них никаких затруднений", - говорит Кевин Уорик, один из организаторов соревнований. Недалек день, считает он, когда машины начнут принимать непосредственное участие в нашей повседневной жизни. Об этом сообщает агентство "Информнаука" со ссылкой на BBC News.

Аналогия между эффектом Зеебека (вверху) и спиновым эффектом Зеебека. Пояснения – в тексте (иллюстрация Nature).

Спинтроника — перспективная альтернатива обычной электронике — получила в своё распоряжение новый важный элемент. Это устройство, создающее так называемое спиновое напряжение.

Спинтроника манипулирует спинами частиц и спин-поляризованным транспортом. Потому в противовес обычной электронике, манипулирующей зарядами и электрическими токами, спинтронные устройства потребляют несравненно меньше энергии и практически не греются. Соответственно, в будущем на базе таких схем возможно построение очень быстрых и миниатюрных компьютеров.

Однако на пути превращения спинтроники в массовый продукт исследователям предстоит решить множество вопросов. Например, создание удобного, простого и надёжного источника спин-поляризованных электронов.

Теперь такой источник, по-видимому, найден. Оказывается, если нагреть один конец намагниченного стержня, выполненного из никель-железного сплава, то электроны с верхним спином (ориентированным в соответствии с магнитным полем) соберутся у тёплого конца, а электроны с нижним спином — у холодного.

Такой стержень фактически является источником спинового напряжения, поясняют учёные, то есть аналогом напряжения электрического, но только производимого не разделением зарядов (как плюс и минус в аккумуляторе), а сегрегацией спинов.

Открытие совершили Эидзи Саитох (Eiji Saitoh) из университета Кейо (Keio University) и его коллеги из ряда японских институтов. Физики назвали это новое явление "спиновым эффектом Зеебека", по аналогии с обычным эффектом Зеебека, при котором разность температур на спаях двух металлов создаёт электрическое напряжение.

Подробности исследования можно найти в статье в журнале Nature.

Нобелевскую премию (Nobel Prize) по физике 2008 года разделят между собой три японца, каждый из которых в своё время сделал крупное открытие в физике элементарных частиц.

Объявление лауреатов прошло в шведской Королевской академии наук (Kungliga Vetenskapsakademien). Торжественная церемония награждения состоится, как всегда, 10 декабря в Стокгольме.

Кажется, скоро станет традицией делить премию как минимум на двоих, а то и на троих исследователей.

Сегодня стало известно, что половину Нобелевки (а кроме медали и диплома это ещё и 10 миллионов шведских крон или 1,4 миллиона долларов) получит Ёитиро Намбу (Yoichiro Nambu). В 1960 году он впервые математически описал механизм спонтанного нарушения симметрии (spontaneous symmetry breaking) на субатомном уровне.

До сих пор никто не смог объяснить происхождения нарушения симметрии, которое имело место с рождением космоса во время Большого взрыва. Если образовались одинаковые количества вещества и антивещества, рассуждают учёные, то затем они должны были аннигилировать, но этого почему-то не произошло. Отчего-то образовалось расхождение в количестве одной "дополнительной" частицы вещества на каждые 10 миллиардов частиц как антивещества, так и вещества. Возможно, только по этой причине наш космос и выжил. Вопрос о том, как такое могло произойти, остаётся открытым. Физики надеются получить ответ хотя бы на часть вопросов при помощи Большого адронного коллайдера (LHC).

Другую половину премии между собой поделят продолжатели дела Намбу — Макото Кобаяси (Makoto Kobayashi) и Тосихидэ Маскава (Toshihide Maskawa). Как гласит пресс-релиз Нобелевского комитета, они получили свою награду за "открытие первопричин нарушения симметрии, предсказывающих существование в природе как минимум трёх семейств кварков" (нынешние лауреаты отличились в 1972 году).

Эти японцы описали нарушение симметрии в рамках Стандартной модели (Standard Model), но предположили, что для этого необходимо увеличить количество семейств (или "ароматов") кварков ещё на три (фактически предсказали их существование).

Только в 2001 году кварки, описанные ранее в научных трудах, зафиксировали два детектора частиц (американский BaBar и японский Belle).

Зеркало напоминает вафлю: оно составлено из кристаллов кремния толщиной 50 микрометров, покрытых слоем свинца толщиной в один или два атома (иллюстрация Barredo et al.).

Испанские учёные объявили о создании уникального свинцово-кремниевого зеркала. Авторы новой технологии уверены, что она может быть использована для разработки рабочей модели наноскопа, способного разглядеть мельчайшие поверхности, подсвечивая их атомами гелия.

Даниэлю Барредо (Daniel Barredo) и его коллегам из Мадридского автономного университета (Universidad Autonoma de Madrid) впервые удалось поместить несколько слоёв свинца толщиной в один атом на "идеально ровную" кремниевую поверхность при температуре 114 градусов по Кельвину (-159 °C).

Отчёт об этой работе опубликован в журнале Advanced Materials.

Речь идёт об атомном микроскопе (он же наноскоп, он же сканирующий гелиевый микроскоп). Мощных микроскопов, вообще говоря, очень много разных применяется, но основным конкурентом давно ожидаемого наукой прибора является электронный.

Но у этого конкурента есть ряд недостатков, особенно при исследовании органических образцов.

Во-первых, объекты должны быть электропроводящими (или хотя бы полупроводниками). Во-вторых, изображение, полученное с помощью отражённых электронов, недостаточно точно воспроизводит "просвеченную" поверхность. И в-третьих, облучение электронами высоких энергий может просто-напросто уничтожить биологический материал.

Для решения этих проблем науке необходим атомный микроскоп, где для облучения использовался бы поток частиц низких энергий. Нейтральный атом гелия идеально подходит на эту роль: он отскакивает от любой поверхности, ограничиваясь взаимодействием лишь с её внешним слоем. Что позволяет получить идеально чёткую картинку.

Атомный силовой микроскоп сканирует исследуемую поверхность посредством специальной иглы (на рисунке). Доктор Хольст считает, что новый прибор сможет конкурировать даже с этим мощным девайсом. Тоже не лишённым недостатков: принцип его работы не позволяет рассматривать неровные поверхности – исследуемый образец должен быть предельно плоским. Да и работает "силовой" очень медленно

Однако до сих пор реализовать такую схему не удавалось, поскольку для фокусировки атомов гелия в определённой точке требовалась поверхность, способная отражать поток частиц, не рассеивая их, – "идеально ровное зеркало".

Работа испанцев базируется на результатах предыдущих исследований, в ходе которых удалось "собрать" отражённые от кремниевой поверхности атомы гелия на пятачке диаметром 210 микрометров. Правда, сфокусировать тогда получилось всего лишь 1% от общего числа нейтральных частиц.

Решить проблему фокусировки отражения можно было бы, использовав более подходящий для этого материал – металл. Однако атомы металла на кремниевой поверхности до сих пор ровным слоем стабилизировать не удавалось – обычно они "сбиваются в кучки", хаотично рассеивающие отражённые атомы во все стороны.

По словам профессора Миранды, справиться с рассеиванием удалось, опустившись до наноразмеров и стабилизировав атомы на ультратонкой свинцовой плёнке.

В результате были сфокусированы 67% отражённых частиц на зеркале диаметром 2 сантиметра. Это при сверхнизких температурах. Однако самое интересное, что даже в "комнатных условиях" устройство способно работать с 15-процентной эффективностью.

"Это просто невероятно: зеркало не просто не разрушилось при комнатной температуре, но и осталось таким же гладким", — радуются испанские учёные.

Бодиль Хольст (Bodil Holst) из университета Бергена (Universitetet i Bergen) полагает, что новая технология наконец-то поможет обеспечить долгожданный прорыв в построении работоспособного наноскопа.

Правда, для этого предстоит решить ещё одну важную проблему – создание зеркала с искривлённой поверхностью, необходимого для эффективных наблюдений. Что непросто.

По мнению Билла Эллисона (Bill Allison) из Кембриджа, который также работает над созданием прибора, конкретные результаты (то есть снимки) появятся уже в течение ближайших двух лет.

Есть и скептики. Например Петер Тённис (Peter Toennies), ранее возглавлявший Институт динамики и самоорганизующихся систем Макса Планка (Max-Planck-Institut fur Dynamik und Selbstorganisation). Он не уверен, что ультрагладкую и при этом искривлённую свинцовую плёнку удастся получить в ближайшем будущем.

Однако авторы новой технологии уверены, что уже в 2009 году их группе удастся сфокусировать поток частиц гелия диаметром 100 нанометров – а этого достаточно для получения первых снимков.

В последние годы ни одна область по числу перемен, горячих дискуссий и громких конфликтов не сравнится с научно-образовательной сферой. Переполоху почти пять лет. Эти годы Министерство образования и науки, которого в прежней структуре правительства вовсе не существовало, возглавляет Андрей Фурсенко. Министр решает сложнейшую задачу модернизации науки и образования, которые походили на застойное болото, не отвечали требованиям времени и жили на голодном финансовом пайке. Однако из беседы министра с обозревателем Сергеем Лесковым следует, что впереди у образования и науки - новые неизбежные перемены.

вопрос: Андрей Александрович, согласно официальной статистике, в этом году за школьные парты сели 13 млн 300 тысяч ребят. Это на 400 тысяч меньше, чем в прошлом году. Для сравнения: в 1995 году школьников было 22 млн. При этом, подтверждая непомерный расцвет негосударственных вузов, количество студентов по-прежнему растет. В этом году их 7 млн 460 тысяч против 7 млн 310 тысяч в прошлом учебном году. Диспропорции имеют объективные демографические корни, но как, на ваш взгляд, они сказываются на экономике?

ответ: Дополню безрадостную статистику. В 2012 году выпускников останется всего 730 тысяч против нынешних 1 млн 105 тысяч. Уже сейчас даже в приличные вузы имеется недобор студентов на бюджетные места. Если так пойдет, вузы начнут принимать всех, кто способен поставить "плюс" против своей фамилии. Демография напрямую связана с кадровым наполнением экономики. Специалистов не просто мало - уровень подготовки никуда не годится. Абсолютно ясно: если мы не повысим производительность труда, мы не выправим экономику. Речь уже не о преодолении вечной зависимости от углеводородов. Если в образовании пойдет так, как идет, мы не сможем сами добывать нефть и газ - будем приглашать чужих спецов и продавать иностранцам концессию на разработку российских недр.

вопрос: Итак, школьников становится все меньше, студентов все больше, а рабочие вовсе испаряются как класс. Естественный вопрос: сколько вузов необходимо России? Разговоры о сокращении их числа ведутся давно, но вузы по-прежнему плодятся, как кролики.

ответ: Сейчас в России вместе с филиалами 3200 вузов. Из них негосударственных - 1200. Если исходить из потребностей общества, их должно остаться не больше тысячи. При этом сокращение не должно происходить жестким, административным путем. Необходимо отталкиваться от оценки качества организации образовательного процесса, в том числе качества преподавания. Именно с этой позиции можно говорить об ужесточении лицензирования вузов. Кроме того, в вузы необходимо принимать только тех, кто может и хочет учиться. Но я знаю случаи, когда человека, который пишет "малако", принимают в вуз и когда учительницу начальной школы назначают доцентом!

Без сомнения, ЕГЭ позволяет поставить барьер на пути "двоечников", не ущемляя ничьи права.

вопрос: Когда речь заходит о проблемах образования, выясняется, что общественность больше всего беспокоит Единый государственный экзамен, который является для значительной части нашего народонаселения самым страшным пугалом...

ответ: Ответственно заявляю, что все разговоры о неадекватности ЕГЭ беспочвенны. ЕГЭ - это только зеркало, которое отразило заметное падение качества школьного образования. И это, естественно, отражается на качестве вузовской подготовки. В итоге современному уровню высшего образования отвечают 10, от силы 15% российских вузов. Все это знают, но предпочитают не замечать.

Система образования, это очевидно, нуждается в решительных изменениях. Образование кровно связано с наукой, которая не может развиваться, не получая кадровой подпитки. Реформирование в образовании и науке должно быть системным и идти одновременно и параллельно.

Нельзя забывать, что государство вкладывает в науку и в образование все больше средств, бюджет растет стремительно. Количество ребят, обучающихся в оснащенных по современным требованиям школах, удалось увеличить в 2 раза, и они теперь составляют не 15%, как в 2005 году, а 30%. В 2010 году их будет уже 70%. Бюджет гражданской науки растет на 20-25% каждый год. Но качество не всегда зависит от количества. Для повышения качества хорошего финансирования мало, необходимо грамотное использование средств.

вопрос: Информационные агентства, прослеживая маршруты министров, отмечают, что в последнее время вы часто встречаетесь с руководителями высшего ранга за пределами дежурных собраний.

ответ: Это так. Я представил план действий, который в рабочем порядке одобрен. Этот план точно укладывается в Концепцию долгосрочного развития страны. Вы желаете, чтобы я удовлетворил ваше любопытство?

вопрос: Хотелось бы. Иначе окажется, что у СМИ те же пороки, что у потерявших любопытство ученых и школяров.

ответ: Любой план действий начинается с анализа ситуации. В нашем случае это оценка результативности научных институтов. В мире разработаны системы оценки эффективности - это не формальное количество профессоров, а индекс цитируемости, фондовооруженность, ресурсы, международные связи и т.д. Но никто в нашей стране не применяет подобную систему. Пусть каждое ведомство предложит свою систему, но оценка необходима! Координироваться работа должна из одного центра, чтобы можно было провести сравнительный анализ эффективности институтов.

И тогда на основании результатов оценки научные институты, а их в государственном секторе около 3 тысяч, будут разбиты на 4 группы. В группу лидеров, которые способны конкурировать с лучшими мировыми центрами, войдет, полагаю, 5-7% научных учреждений. Последнюю, четвертую, группу составят около 10% институтов, которые де-факто потеряли связь с наукой. Думаю, что не менее половины наших институтов, если им оказать поддержку, могут работать на нормальном уровне. Хочу подчеркнуть, что это моя личная оценка ситуации, которая не будет являться базой для принятия грядущих административных решений.

Государственное финансирование должно зависеть от эффективности института. Лидеры обязаны получать больше! Но пока ведомства предпочитают равномерно подкармливать даже те конторы, которые откровенно паразитируют. Ждать результата от эволюции научных учреждений уже нет времени - необходимо использовать жесткие инструменты. И они опробованы - 4 государственных научных центра лишены высокого статуса, причем решение принималось в рамках пилотного проекта с применением упомянутой методики.

Подчеркну, дело не в количестве институтов. Если бы все они работали хорошо! Нужна оценка качества работы. На нынешнее количество псевдонаучных и псевдообразовательных заведений не хватает ни средств, ни людей.

Инструменты, которые позволяют поддерживать лидеров, уже созданы - это государственные фонды, федеральные целевые программы, важнейшие инновационные проекты, конкурсы инновационных вузов и т.д. Эти инструменты действуют несколько лет, доказали эффективность, но область их применения необходимо расширить. Мне этот процесс напоминает работу золотодобытчиков. Чтобы найти в научной среде редкий самородок, приходится просеять горы руды.

Еще одно направление комплексного развития образования и науки - федеральные университеты. Уже созданы федеральные университеты в Красноярске и Ростове-на-Дону, обсуждается идея университета во Владивостоке. Кроме того, будет создана сеть исследовательских университетов, куда войдут МГУ, СПбГУ, МИСиС, МИФИ, ряд других ведущих вузов, но не больше нескольких десятков. Кардинальным решением станет проведение общих конкурсов на долгосрочные гранты для исследовательских вузов и научных учреждений, где будут учитываться известные в мировой практике критерии эффективности. Это поможет формированию единого научно-образовательного комплекса в России, который у нас отсутствует, что, по мировому опыту, является серьезным упущением.

Будут создаваться также национальные исследовательские центры, которые возьмут много полезного от опыта национальных лабораторий в США. Первый такой центр создается на базе Курчатовского института. Всего в России будет несколько - не более 10 таких центров.

вопрос: Последнее собрание Российской академии наук оставило тяжкое ощущение. Прежде всего, из-за выборов. Достойных людей откровенно прокатили, зато выбрали немало сомнительных, далеких от настоящей науки личностей. Какое будущее ждет Академию наук? Исходя из сказанного вами, можно предположить, что центр тяжести развития науки будет перемещен от РАН к другим структурам.

ответ: В конкурсах могут и должны участвовать академические институты. Если показатели эффективности окажутся высокими, любой НИИ получит заслуженный грант. Важно сохранить академию, которая имеет богатые традиции и сделала немало полезного для страны. Но необходимо создать систему, которая будет эффективно работать в новых условиях и из которой вырастет новая научно-образовательная среда.

Надо напомнить, что предложенный министерством пилотный проект РАН, несмотря на мильон сомнений, все же заработал. Удалось в несколько раз поднять зарплату ученым. Удалось ввести систему формальных параметров оценки работы ученых. Удалось стимулировать сильных исследователей и несколько отодвинуть бездеятельных. Еще раз напомню, что бюджет гражданской науки растет на 20-25% каждый год. Если же добавить федеральные целевые программы, бюджет науки увеличивается на 40% в год. Государство и налогоплательщики имеют право спросить у ученых результат.

вопрос: Можно выращивать все что угодно и насаживать невероятно щедрый опыт. Но не кажется ли вам, что главной преградой для победоносного расцвета науки в России остается ее невостребованность обществом и экономикой?

ответ: Да, это так. Правительство принимает меры, чтобы стимулировать бизнес использовать достижения науки, прежде всего отечественной, - это налоги, система софинансирования инновационных проектов. Но есть и другая сторона вопроса. Перед моими глазами множество примеров, когда экономика ждет предложений от науки. Проблема в том, что одни не могут сформулировать то, что им нужно. Другие не могут грамотно изложить потенциальному заказчику свои предложения. И потому часто проще договориться с иностранцами, которые вообще-то говорят на другом языке, но язык внедрения освоили в совершенстве. К тому же существует патологическое недоверие к отечественным разработкам. Тем не менее статистика свидетельствует, что объемы инновационной деятельности в России год от года растут, но совсем не теми темпами, которые необходимы.

Острая беда - отсутствие квалифицированных кадров. Знаю крупные проекты, на которые опытных сварщиков приходилось привозить со всей России. Извечную проблему попутного газа на Севере уже можно решить, но катастрофически не хватает химиков, чтобы наладить производство по его переработке. Многим предприятиям даже на самых лучших условиях не удается найти рабочих, которые умеют работать на станках с числовым программным управлением.

вопрос: После отставки Грефа и Зурабова не знаю другого министра, который подвергался бы столь массированной, как вы, критике. Хотя в последнее время сторонников у вас прибывает. Вы не устали от борений? Нередко приходится слышать, что образование по природе своей - консервативная область.

ответ: Может быть, образование и было консервативным - в Средние века. Но не сейчас, в век научной революции и высоких технологий. То, что я говорил четыре года назад, воспринималось в штыки. Сегодня с этим согласны уже все - и многое удалось сделать. В Союзе ректоров многие вставали на дыбы, когда я говорил, что требования к образованию должен определять не сам вуз, а будущий работодатель. Теперь это стало избитой истиной. Ректоры боролись с аттестационными комиссиями, а сейчас их польза признана. Удалось повысить требования к кандидатам на ректорский пост, снизить средний возраст ректорского корпуса на 9 лет. Но "штыки" и сейчас существуют. Тревожный факт: российские вузы давно не попадают в мировые рейтинги. Для тех, кто ничего не хочет менять, удобно и успокоительно видеть антироссийский заговор. Никаких доказательств этого не существует, а унизительный факт остается фактом.

Конкуренции не выдерживает и российская наука. По индексу цитируемости наша наука на 17-м месте, по количеству публикаций в мировых изданиях - на 14-м. Мы оказались, стыдно сказать, на вторых ролях. Опять говорят про мировой заговор. Но у академиков Фаддеева и Алферова рейтинги цитируемости зашкаливают. Даже у гуманитариев, где этот показатель объективно ниже, есть немало ученых с очень высоким уровнем.

Многие успешные по нашим меркам научные коллективы отлично сознают, что не могут составить конкуренцию мировой науке. Вероятно, отсюда и рождаются категоричные возражения от академических начальников по вступлению России в 7-ю Рамочную программу Евросоюза по исследованиям и разработкам, которая является важным организационным и финансовым инструментом для развития науки и техники. Для научных организаций участие в программе является конкурсным - вот начальники от науки и опасаются, что ничего не выиграют и не получат. Между тем местечковой науки не бывает, интеграция в мировое научное пространство неизбежна, и нельзя ставить палки в колеса прогрессу.

Проблемы образования и науки схожие - они не выдерживают конкуренции и не отвечают современным требованиям. Единый план действия уже выработан.

Технология HomePlug AV позволила соединять компьютеры в доме через электрическую розетку. А за счёт сечения проводов и низкочастотного сигнала (30 МГц) теоретическая пропускная способность такой линии составляет 200 Мбит/с. Недостатков у технологии тоже хватает. Так, устройства будут работать только в пределах одной квартиры и не далее щитка с предохранителями. Но тем, кто уже закончил ремонт и прокладка витой пары для него – это дополнительный стресс, устройства ZyXEL Powerline обеспечат спокойствие в семье и лёгкость в работе.

---

Что такое Home Plug AV?

Всем известно, что «ходить в Сеть» долгое время можно было через обычный модем: подключился к телефонной линии, позвонил – и сиди себе скачивай. Но полоса пропускания обычной аналоговой линии была чрезвычайно узка, и скорость передачи данных не превышала 56 кбит/c, что в пересчёте на привычные цифры – менее семи килобайт в секунду. На далёком Западе уже в то время применяли технологию ADSL – при её использовании телефонная линия остаётся свободной, а скорость передачи данных возрастает до 6 Мбит/с. ADSL стал популярен благодаря простоте настройки и стабильности работы, но самое главное – никаких «лишних» проводов, всё работает по обычной «медной паре» от ближайшей АТС. А китайские инженеры уже давно думали, как ещё можно передать информацию по привычным проводам и иным коммуникациям. Ну, там, через водопроводную трубу или посредством лазерного диода. Ответ оказался на поверхности, и технология HomePlug AV позволила соединять компьютеры в доме через электрическую розетку. За счёт сечения проводов и низкочастотного сигнала (30 МГц) теоретическая пропускная способность такой линии составляет 200 Мбит/с. Недостатков у технологии тоже хватает – так, устройства будут работать только в пределах одной квартиры и не далее щитка с предохранителями. Но тем, кто уже закончил ремонт и прокладка витой пары для него – это дополнительный стресс, устройства ZyXEL Powerline обеспечат спокойствие в семье и лёгкость в работе.

Учёные довольны результатом тестового запуска Большого адронного коллайдера (БАК). Об этом «Науке и жизни» сообщил пресс-секретарь Объединенного института ядерных исследований РАН (ОИЯИ РАН, г. Дубна) Борис Старченко. Напомним, что в отличие от двух предыдущих тестовых пусков, состоявшихся в августе этого года, во время вчерашнего эксперимента пучок протонов совершил полный пробег по вакуумной трубе в 27-километровом туннеле коллайдера – сначала в направлении по часовой стрелке, а затем, спустя пять часов – в обратном. В эксперименте принимали участие и российские специалисты – из ОИЯИ РАН, ИТЭФ РАН, МИФИ и др.

Эксперимент по полному «прогону» протонного пучка специалисты ОИЯИ РАН, как и августовские, называют техническим, в ходе которого проверялась работа сверхпроводящих магнитов, удерживающих протонные пучки и тысяч датчиков. Первый эксперимент по столкновению пучков элементарных частиц намечен на 21 октября, причем предполагается, что сталкивать будут с максимально возможной энергией – 14 ТэВ на один протон. Получится это или нет, сказать трудно, говорят в ОИЯИ РАН. Возможно, в итоге столкнут пучки с более низкой энергией. Однако по информации Би-би-си, столкновения с низкими уровнями выделяемой энергии, позволяющими инженерам отладить аппаратуру, могут последовать уже в ближайшие дни.

Так или иначе, именно 21 октября предполагается официальное открытие БАК, на которое приглашены физики многих стран.

Первые результаты экспериментов учёные ожидают не раньше 2010 года: необходимо набрать статистику, поскольку по одному двум событиям (вследствие столкновений пучков элементарных частиц) сказать что-либо будет трудно, поясняет Борис Старченко.

Строительство Большого адронного коллайдера обошлось примерно в 10 млрд. долларов. Физики надеются, что во время экспериментов удастся воссоздать условия, возникшие во Вселенной в первые мгновения после Большого взрыва.

Ощущения прикосновения генерируются в области объёмом примерно 30 кубических сантиметров, разрешение же "картинки" составляет 2 сантиметра (фото с сайта news.bbc.co.uk).

Для создания тактильных ощущений от объектов виртуального мира вовсе не обязательно использовать вибромоторы или специальные перчатки. Достаточно лишь особым образом сформировать звуковое поле. Этого добились Такаюки Ивамото (Takayuki Iwamoto) и его коллеги из университета Токио (University of Tokyo).

Японские учёные построили "Воздушный ультразвуковой тактильный дисплей" (Airborne Ultrasound Tactile Display), генерирующий осязаемые образы предметов, которые можно потрогать прямо в свободном пространстве над столом.

Достигается это наложением ультразвуковых волн, испускаемых набором из 91 излучателя, расположенного в пределах шестиугольника.

В зависимости от формы виртуального объекта волны настраиваются так, чтобы фокусироваться в определённых точках. Возникающее в этих точках звуковое давление вызывает на ладони ощущение прикосновения к предмету.

Таким образом, человеку не нужно носить на себе каких-либо специальных приборов или прикасаться к какому-нибудь тактильному дисплею.

Опытный прототип прибора оснащён камерой, которая отслеживает положение руки пользователя. В результате при перемещении последней система синхронно сдвигает и фокус ультразвуковых волн, вызывая ощущение, что вы проводите рукой по объекту определённого размера с явно ощущаемыми краями.

Правда, пока система обеспечивает весьма небольшое усилие — 0,8 грамма. Да и направлено оно только по вертикали. Потому полноценных трёхмерных образов Airborne Ultrasound Tactile Display создать не в состоянии. Однако Ивамото со товарищи намерены увеличить число и мощность излучателей, чтобы у человека возникало ощущение более "материального" тела и к тому же более чётких очертаний.

Тут, впрочем, имеются физиологические ограничения: добиться передачи усилия в точности как при прикосновении к прочному и твёрдому предмету — вряд ли удастся. Ведь для этого нужно будет поднять мощность излучателей до небезопасного для здоровья уровня.

Тем не менее японцы полагают, что ультразвуковой тактильный дисплей может быть успешно соединён с трёхмерными системами отображения виртуальных объектов (применяемыми как в играх, так и, к примеру, при моделировании). И даже с ограниченными возможностями Airborne Ultrasound Tactile Display способен вывести взаимодействие пользователя и виртуального мира на новый уровень.

Валерий ЗУБОВ, депутат Государственной думы, д.э.н., профессор

Мягкий вариант реформы

Выступление президента России Дмитрия Медведева в МИФИ подтвердило обеспокоенность руководства страны накапливающимся отставанием российской системы образования. Своевременной выглядит готовность президента дать серьезный импульс организационным изменениям в системе высшего образования с целью повысить качество подготовки специалистов в высшей школе. Возможности наращивания качества напрямую зависят от конкурентности среды. Этот закон работает и в бизнесе, и в образовании, и в обществе. Поэтому стимулирование конкурентных начал, которое лежит в основе предложений о реформировании высшей школы, - верное направление реформы.

Сопротивление реформе в начальной стадии ее реализации вполне естественно: положительные результаты только обозначены, они еще в зародыше, не осязаемы, а проблемы реальны, и требуются усилия на их преодоление. Система образования по своей природе отличается консервативностью, а за годы реформ накопила значительный арсенал борьбы с разного рода нововведениями. Поэтому вряд ли стоит ожидать, что высказанная президентом России идея о реструктуризации высшей школы не вызовет сопротивления. Однако объективная оценка состояния системы образования в мире свидетельствует о том, что институциональная система сталкивается с более серьезными вызовами и предложенный президентом вариант скорее сдержанный, обозначающий вектор развития высшей школы России в глобальном образовательном пространстве, чем радикальный.

Профессора не ходят строем

Принципиальная задача трансформации системы управления - повышение академического статуса, расширение самостоятельности профессорско-преподавательского состава. Профессора не ходят строем - азбучная истина. Для профессоров должны быть обеспечены академические свободы, как на уровне отдельных ученых, так и на уровне творческих коллективов, кафедр, факультетов. С одной стороны, академическая свобода является базовой ценностью в научно-педагогическом сообществе во всем мире. С другой - академическая свобода имеет под собой и вполне устойчивые практические основания. В частности, без академической свободы невозможна реализация одной из основных миссий университетов: формирование инновационной среды, воспитание в студентах независимого критического мышления.

В связи с этим необходимо изменение системы управления в вузе - создание управляющих советов, разделение функций, повышение прозрачности и ответственности в принятии стратегических решений. Административные функции - финансовые, хозяйственные, а также функции стратегического планирования развития должны быть максимально отделены от научно-педагогических - присуждение ученых степеней, разработка и внедрение авторских курсов, обновление образовательных стандартов.

Гарантии автономии (в оговоренных приделах), прозрачность системы управления и реальная подотчетность являются необходимым условием привлечения средств доноров, в том числе для формирования фондов целевого капитала, которые обеспечивают финансовую устойчивость университетов в долгосрочной перспективе.

Своевременно выбрасывать старые башмаки

Необходимо последовательно реализовывать принцип персонификации ответственности на рынке. Получение права двумя ведущими вузами России выдавать именные дипломы должно стать общей практикой. Государству при этом придется оставаться заказчиком на специальности, не имеющие развитого рыночного спроса. Вузы должны уточнять свое позиционирование на рынке, развивать и поддерживать свой бренд.

Если бы меня спросили, в чем заключается главное условие успешного инновационного процесса, я бы сказал: "своевременно выбрасывать старые башмаки". Чаще всего самое трудное на пути инноваций - это не придумать что-то новое, а расчистить для него дорогу. Для усиления исследовательской компоненты в вузах какую стимулирующую роль играет сегодня ВАК? ВАК консервирует ситуацию, сдерживает развитие в безуспешных попытках цементировать прошлое. Какие бы степени и звания ни присуждал сегодня ВАК, практически никто из российских и зарубежных ученых, исследователей, экспертов не знает работ этих докторов наук. Оценка заслуг происходит не в ВАК, а в профессиональном сообществе, в конкуренции.

Построение эффективной, конкурентоспособной системы высшего образования не может быть просто данью моде. Для инновационного, а не догоняющего общества принципиально важна установка на конкурентность идей, на дискуссионность, полемику по всему публичному фронту - в парламенте, в СМИ, между институтами гражданского общества, профессиональными элитами, в политике. Только наличие внутренней конкурентности делает общество в целом и соответственно экономику конкурентоспособными в современном мире. В инновационной экономике необходима общественная поддержка индивидуализма, персональной ответственности за свой продукт. Если для университета таким продуктом служит диплом - то нужна персонификация диплома.

Неконкурентоспособная оплата интеллектуального труда

В американских университетах средняя годовая зарплата профессоров от $54 тысяч до 68 тысяч. Лучшие профессора получают более $90 тысяч в год. Это на порядок выше, чем зарплата профессоров в наших университетах, причем как в среднем, так и для лучших профессоров. По сравнению с этой ситуацией средняя зарплата работников, например, в нефтяной отрасли в России и в зарубежных странах примерно одинаковая. Таких диспропорций в нефтяном бизнесе нет. Это означает серьезную недооценку интеллектуального труда в нашей стране. Но для решения задачи вывода зарплаты профессорско-преподавательского состава вузов на конкурентоспособный уровень только бюджетных источников недостаточно, необходимо привлечение внешних источников финансирования.

Несмотря на возросшие возможности бюджета в решении проблем образования, мы должны иметь в виду два обстоятельства.

Во-первых, удельный вес расходов на образование в федеральном бюджете остается величиной постоянной на протяжении последних 9 лет. Поэтому в структурном отношении приоритетного финансирования высшего образования нет. Образование не проигрывает другим секторам и отраслям, но насыщается бюджетными ресурсами пропорционально общему темпу роста.

Во-вторых, рост удельных расходов на одного обучающегося приходится за счет личных, а не корпоративных ресурсов. Но личные ресурсы (ресурсы семей) не становятся поводом для последующего контроля за качеством учебного процесса. Бизнес крайне заинтересован в повышении качества рабочей силы, но не вкладывается заметными деньгами в учебный процесс в вузах, не имея возможности их контролировать. Переход на автономную организационно-правовую форму и трансформация органа административного управления вузом в аналог совета директоров стейкхолдеров, представляющих собственников вуза (государство, профессорско-преподавательский состав, бизнес, частных жертвователей, независимых директоров), - необходимый этап привлечения корпоративных средств.

"Культурно-медицинская" модель взаимодействия с бизнесом

В программе, которую представил президент, отчетливо заявлена идея инновационности в связке вуз-наука. Логическим следствием этого подхода будет завершение цепочки справа: вуз-наука-бизнес. Представляется, что взаимодействие бизнеса и вузов не следует понимать как дорогу с односторонним движением - не только бизнес должен быть представлен в органах управления вузами, но и профессора и преподаватели должны быть представлены в органах управления бизнесом. Идея о включенности в советы директоров предприятий с государственным участием независимых директоров от образования вполне уместна. В результате взаимного участия в управлении обеспечивается трансляция современных управленческих технологий от бизнеса к университету и от университета в бизнес, обеспечивается трудоустройство выпускников в компаниях и фирмах, где налажено соучастие в управлении, повышается качество подготовки студентов на основе реальной практики.

Вообще следует заметить, что идея "взаимоопыления" учебного и производственного процессов успешно представлена в ряде профессий - культуре, медицине. Задача сегодняшнего дня - сделать общепринятой "культурно-медицинскую" практику.

Залог успеха - в скорости принятия решений

Сегодня скорость принятия и реализации решений становится основным конкурентным преимуществом. Мы более 5 лет потратили на споры о ЕГЭ, для того, чтобы убедиться, что около 20% наших школьников не справляется с программами по математике и естественнонаучным дисциплинам. В настоящее время стали тратить усилия на споры, насколько объективны международные рейтинги и какой нам лучше подходит, но ведь ни в одном рейтинге университетов мы не представлены достойно. Мы снижаем свои позиции, а другие университеты стремительно врываются в первую сотню, в первую двадцатку, в первую десятку. В пример можно привести экономический факультет университета Помпей Фабра (Испания), который с момента образования в 1990 году сегодня уже вошел в десятку экономических факультетов Европы.

Сегодня такие же успехи демонстрируют не только университеты Европы, но и стран Восточной Азии - Китая, Южной Кореи, Японии. Их технология - "безостановочно двигаться вперед, опираясь на камни", а мы даем "задний ход", утопая в спорах и не видя точек опоры под ногами.

От собеса к инвестиционной отрасли

Мы привыкли относиться к образованию, как и ко всем отраслям социальной сферы, как к собесу, пока не смогли разорвать цепкие объятия патернализма. Там, где патернализм эффективен (например, в подготовке школьников младших классов), - мы занимаем первые места в международных рейтингах. А там, где надо уйти от модели образовательного собеса к образованию как инвестиционному проекту, - мы оказываемся аутсайдерами. В последнем рейтинге ни одного российского университета нет среди 200 лучших вузов мира. Освоив модель образовательного собеса, мы достигли высоких результатов, но для университетов нужна модель инвестирования в человеческий капитал.

Так как современное российское общество рассматривает образование и как социальное благо, и как необходимую стадию инвестирования под нужды бизнеса, то государству и образовательному сообществу следует уточнить акценты в данной дилемме в конкретных сегодняшних обстоятельствах. Представляется, задачам бизнеса сегодня должен быть отдан приоритет.

Запуская новую инвестиционную модель образования на конвейер, нам необходимо думать о новом опытном образце. И в свете этого тем вузам, чей статус на первых порах видится заниженным, скорее следует обратить внимание на открывающиеся возможности в совершенно новой среде образования.

В Калифорнийском технологическом институте (California Institute of Technology) создан микроскоп с поперечником меньше монетки в 25 центов и высотой порядка сантиметра, способный поставлять качественные изображения крошечных объектов.

Микроскоп с поперечником меньше монетки в 25 центов

Такое серийное устройство может стоить всего $10, утверждают экспериментаторы (фото Changhuei Yang/California Institute of Technology).

Чанхуэй Ян (Changhuei Yang), главный автор новинки, сумел соединить традиционную технологию (а именно — матрицу ПЗС, сходную с теми, что работают в цифровых фотоаппаратах) и набирающую обороты технологию микропотоковую.

На поверхность формирующей изображение матрицы учёные нанесли слой металла. Затем исследователи проделали в покрытии ряды "дырок" — с шагом пять микрометров и диаметром отверстия менее одного микрометра. Причём каждое отверстие пришлось точно напротив одного пикселя в матрице.

Далее сверху разместили микропотоковую схему, по которой должна проходить исследуемая жидкость (под действием силы тяжести, либо — за счёт приложенного электрического заряда). Освещение — естественное, на просвет.

Проецирование изображения объекта на ПЗС-матрицу тут происходит напрямую, фактически без традиционной оптической системы. В таком микроскопе бактерии или клетки крови, проходя над отверстиями, перекрывают доступ света к элементам ПЗС-матрицы, позволяя себя увидеть.

Учёные построили два экземпляра так называемого оптопотокового микроскопа на чипе, различающихся некоторыми деталями и разрешением — 0,8 и 0,9 микрометра.

Данное устройство пригодится для оперативных "полевых" работ: изучения проб крови на предмет заражённости малярией или для анализа воды в поисках лямблий (микроскопических паразитов), в других сходных ситуациях.

А ещё, считает Ян, в будущем подобные сверхминиатюрные микроскопы могут войти в состав медицинских имплантатов. В теле человека эти аппараты могли бы выбирать из кровотока раковые клетки и делать их снимки (для анализа). К тому же этот отбор могло бы замедлить развитие заболевания.

Эксперименты, проведенные группой физиков Колумбийского университета, показали, что графен является самым твердым материалом из известных науке на сегодняшний день.

Графен - углеродная пленка толщиной в один атом, был получен в 2004 году группой Андре Гейма (Andre Geim) из Манчестерского университета. Графен можно представить себе как двумерный "срез" кристаллической гексагональной решетки графита.

Физики из Колумбийского университета изучали механические свойства графена. В своих экспериментах они использовали частицы графена диаметром от 10 до 20 микрометров. Ученые помещали частицы на кристаллическую пластину, с отверстиями диаметром от одного до полутора микрометров. Ученые "давили" на незакрепленные частицы графена, расположенные над отверстиями, с помощью алмазной иглы атомно-силового микроскопа и оценивали, насколько сильно они деформируются.

Исследователи обнаружили, что прежде чем частицы графена начнут разрушаться, их можно продавить вниз приблизительно на 100 нанометров с силой около 2,9 микроньютона. Согласно подсчетам ученых, это соответствует пределу прочности на разрыв, равному 55 ньютонов на метр. Если бы физикам удалось получить слой графена толщиной с обычную пищевую пленку (около 100 нанометров), то для ее разрыва потребовалось бы приложить силу около 20 тысяч ньютонов. Если принять во внимание, что вес тела - это сила, с которой оно давит на опору, то для разрыва гипотетической графеновой пленки потребовалась бы тело массой около двух тонн.

Кроме необычной прочности графен обладает еще целым рядом уникальных характеристик. В частности, самая высокая среди известных материалов подвижность электронов делают его вероятным кандидатом на "материал номер один" в наноэлектронике.

Исходная двойка и её изображения, сохранённые на 2 и 6 микросекунд.

Моше Шукер (Moshe Shuker) и его коллеги из израильского технологического университета Technion, а также — специалисты из института Вайзмана (Weizmann Institute of Science), провели опыт по хранению изображений в атомарном паре.

В качестве среды хранения информации выступал горячий (52 градуса по Цельсию) рубидиевый пар (дополненный неоном).

Пар находился в 5-сантиметровой ячейке. Исследователи направляли в неё световые лучи, несущие изображение (цифры 2, например, или трёх палочек).

Далее свет поглощался атомами рубидия и исчезал. А позже изображение восстанавливалось — пар излучал свет, воспроизводя довольно точно сохранённое трёхмерное световое поле.

Время хранения информации достигало 30 микросекунд. Причём изображение той же двойки хранилось в "зашифрованном" виде — в сочетании квантовых состояний атомов, составляющих пар в ячейке.

По словам Шукера, отправной точкой для данных опытов послужила работа Джона Хоуэлла (John Howell) из университета Рочестера (University of Rochester): в 2007 году он продемонстрировал так называемую систему хранения данных на одном фотоне, фактически научившись "замораживать" образы букв.

Правда, у Джона картинки сохранялись всего на 100 наносекунд, а Шукер и его коллеги сумели продлить это время в 300 раз. Каким образом?

Когда импульс попадает в рубидиевый пар, свет интенсивно поглощается и возбуждает атомы. Если на такой газ направить второй луч, он побуждает атомы вернуться к исходным состояниям, при этом газ излучает ранее поглощённые фотоны — с теми же фазами, той же интенсивностью и прочими исходными параметрами. Это явление называется электромагнитно-индуцированная прозрачность.

В опытной установке на ячейку сначала направляли два луча — один с изображением, второй — управляющий. В момент отключения второго луча свет задерживался в рубидиевом облаке.

Левый большой прямоугольник показывает изображение, сохранённое в ячейке без смещения фаз на время (сверху вниз) в 2, 10, 20 и 30 микросекунд. Самый левый столбик — фактический эксперимент. Правее видно моделирование на компьютере. Правый же большой прямоугольник демонстрирует то же самое изображение, замороженное на то же время, но уже с применением технологии смещения фаз. Видно, что чёрточки расплываются намного меньше (фото M. Shuker et al.).

После включения луча номер два образ цифр или чёрточек вновь возникал в ячейке и отправлялся дальше — к регистрирующей аппаратуре.

Поскольку время задержки "данных" в серии опытов достигало 30 микросекунд, учёные не могли не заметить влияние движения атомов газа на конечное изображение. Попросту картинки расплывались.

Но физики придумали, как нивелировать этот эффект. В исходном луче соседние элементы картинки кодировались волнами со смещёнными на 180 градусов фазами. Когда некоторые из атомов газа, "впитавших" это изображение, значительно сдвигались со своих первоначальных мест, излучённые ими волны просто гасили друг друга.

Шукер и его коллеги полагают, что придуманный ими метод хранения информации пригодится при создании оптических и квантовых компьютеров, причём в момент, когда данные хранятся в виде набора квантовых состояний атомов, над ними ещё можно и производить различные манипуляции, воздействуя на атомы в облачке пара.

Таким образом, после письма на воде учёные ещё и научились делать "надписи" на атомарном паре, субстанции, которая, казалось бы, мало подходит для хранения образов.

Подробности опыта изложены в статье его авторов в Physical Review Letters.

Женщины и мужчины действительно мыслят по-разному, говорится в исследовании, обнаружившем определенные генетические отличия в строении мозга представителей разных полов.

Ученые нашли сотни генов, которые по-разному включаются и выключаются в мозгу мужчин и женщин. Это заставляет предположить, что многие модели поведения, которые считаются характерными для определенного пола, определяются в равной степени и природой, и воспитанием.

Как утверждают специалисты, мужчины и женщины отличаются друг от друга десятками особенностей характера и навыков. К ним относятся умение сопереживать другим, склонность к агрессии, способность рисковать и ориентироваться в пространстве, а также предпочтение определенных качеств в сексуальном партнере.

Сегодня существование подобных различий широко признано, однако ученые-естественники и представители общественных наук долгое время расходились в вопросе о том, в какой степени эти расхождения определяются биологией. Возможно, люди просто усваивают их, просто научаются из-за различной социальной роли мужчин и женщин? Женщины лучше мужчин умеют улавливать чужие эмоции. В стандартных тестах, проверяющих личностные особенности, они демонстрируют большую сострадательность к окружающим.

Мужчины более склонны к агрессии и риску, а также лучше разбираются в существующих системах и создают новые – начиная от автомобильных двигателей и заканчивая футбольными правилами.

В общем уровне интеллекта представители обоих полов не различаются, однако у женщин обычно сильнее развита зрительная память, а мужчины лучше справляются с визуализацией объектов, "разворачивая" их в пространстве. Возможно, поэтому мужчины чаще предпочитают ориентироваться по картам, а многие женщины – запоминать конкретные ориентиры.

Подобные наблюдения заставили профессора Саймона Барона-Коэна из Кембриджского университета выдвинуть версию о том, что существуют разные типы мозга – ориентированные на восприятие чужих эмоций и ориентированные на системное мышление. Один тип чаще встречается среди мужчин, а другой – среди женщин. "Это крайне оригинальное исследование, – объясняет профессор. – Мы проверили, как по-разному действуют гены у самцов и самок различных видов приматов. Эта работа подтверждает предположение о том, что генетические различия полов проявляются не только во вторичных половых признаках, но и в строении мозга".

"Обнаружение генов, которые оказались законсервированными у различных видов, показывает эволюционное происхождение этих генетических различий между полами, а их обнаружение в мозгу показывает, что они отчасти могут оказывать влияние на работу сознания и отчасти сказываться на нашем поведении".

Мужчины и женщины также различаются в подходе к поиску сексуальных партнеров. Мужчины обычно больше ценят молодость и привлекательную внешность, в то время как женщин зачастую больше привлекает статус.

Новое исследование, проведенное Еленой Джазин из шведского Университета Уппсалы, не доказывает напрямую, что эти черты связаны с различиями в активности генов, однако показывает расхождения в генетической структуре мужского и женского мозга, которые могли стать причиной отличий мужчин от женщин.

Гены у обоих полов в основе своей одинаковы, однако многие из них более активны в мозгу представителей определенного пола. Эти свойственные одному из полов схемы работы генов способны влиять на многие аспекты поведения, указывают исследователи.

"Естественно возникает вопрос: имеют ли эти половые признаки в работе мозга физиологическую значимость для мозга или для поведения", – пишут ученые в журнале Public Library of Science Genetics.

"Полученные нами результаты позволяют предположить, что различия в активности генов в мозгу могут являться важной причиной отличий в поведении как между различными видами, так и внутри одного вида". Эти различия одновременно способны объяснить различия в области душевного здоровья и развития нервных заболеваний у мужчин и женщин: например, женщины чаще страдают депрессиями и болезнью Альцгеймера.

"Знать о половых различиях важно по многим причинам, – объясняет доктор Джазин. – К примеру, эту информацию в будущем можно будет использовать при вычислении дозировки лекарств, а также при лечении заболеваний или повреждений мозга". По словам ученых, необходимо продолжить работу и проверить, связано ли поведение людей или различия в их здоровье с половыми различиями в активности генов. Об этом сообщает Inopressa.ru.

Физики из американского Университета Райс (Хьюстон) с помощью лазера увеличили атом калия до гигантского размера - миллиметрового, что примерно в десять миллионов раз больше его обычного размера. Результаты этого эксперимента опубликованы в журнале Physical Review Letters.

"Используя ридберговские атомы в высоковозбужденном состоянии и пульсирующие электрические поля, мы смогли управлять движением электронов и привести атом в планетарное состояние", - говорит ведущий автор исследования Барри Даннинг (Barry Dunning), слова которого приводятся в сообщении университета.

Планетарная модель атома была разработана около ста лет назад датским физиком Нильсом Бором. Согласно этой модели, электроны обращаются вокруг ядра атома, как планеты вокруг звезды. Электрон может испускать фотон, переходя с высокого энергетического уровня на низкий. Напротив, поглощение фотона переводит электрон на более высокий уровень, приводит в возбужденное состояние.

Ридберговскими называют атомы, в которых один из электронов внешней оболочки находится в высоковозбужденном состоянии. Воздействуя на такой атом лазерным излучением с определенной длиной волны, можно добиться "раздувания" его внешней электронной оболочки.

Согласно квантовой теории, положение электрона на орбите вокруг атома не может быть определено - электрон представляет собой волну, "размазанную" по оболочке. Однако в случае с ридберговскими атомами, электроны переходят в псевдоклассическое состояние, в котором движение электрона можно отслеживать.

"В достаточно большой системе квантовые эффекты на уровне атомов могут переходить в классическую механику модели атома Бора", - поясняет Даннинг.

Группа ученых из Университета Райс, в которую также входили исследователи из Венского технологического университета и Окриджской национальной лаборатории (США), используя лазер довела уровень возбуждения атома калия до чрезвычайно высоких значений. С помощью тщательно подобранных серий коротких электрических импульсов ученые смогли привести атом в состояние, в котором "локализованный" электрон обращался вокруг ядра на значительно большем расстоянии.

Диаметр оболочки достиг одного миллиметра, при том что размер атома калия в обычных условиях составляет 243 пикометра (триллионных долей метра).

По словам Даннинга, измерения показали, что электрон оставался локализованным на определенной орбите и вел себя почти как "классическая" частица. Об этом сообщает РИА "Новости".

Всё что нужно системе — наличие соседей по парковке и базовой станции-ретранслятора — на ней же.

Хуэй Сун (Hui Song) из мерилендского университета в Фростбурге (Frostburg State University), а также Сэньцунь Чжу (Sencun Zhu) и Гохун Цао (Guohong Cao) из университета Пенсильвании (Pennsylvania State University) разработали оригинальную и очень эффективную систему предотвращения угона и краж автомобилей.

Новинка называется SVATS (Sensor-network-based Vehicle Anti-theft System), то есть противоугонная система, основанная на сети датчиков. Сразу несколько сенсоров системы SVATS предполагается разместить в автомобиле (так, чтобы их было сложно обнаружить). Однако под сетью в данном случае подразумевается совсем другое.

Изюминка комплекса в том, что несколько машин на стоянке, оборудованных такой системой, постоянно обмениваются сигналами друг с другом и следят за тем, чтобы ни одного из членов их "коллектива" не украли.

Работает это таким образом. Как только владелец ставит авто на охрану, его система SVATS посылает на общей частоте сигнал "Привет!" (просьба о присоединении), и на него откликаются все рядом стоящие машины, также оборудованные SVATS.

Автомобили обмениваются визитками и записывают друг друга в память. Причём автоновичок выбирает в качестве партнёров по сети только несколько соседних авто, а не все — стоящие на данной парковке (ориентируясь по силе сигнала передатчиков).

Все авто в такой группе регулярно посылают друг другу сигнал "Я на месте". До тех пор пока не придёт хозяин и не снимет машину с охраны. Тогда авто говорит своим товарищам "Пока!", и его удаляют из списка переклички.

Если же в очередной раз сигнал "Я на месте" от авто не поступил (а с хозяином машина не уезжала), то оставшиеся автомобили "понимают", что их собрата увели, и поднимают тревогу: связываются через ретранслятор базовой станции с владельцем похищенного транспортного средства, сотрудниками автостоянки и полицией.

Также система позволяет машине заранее поднимать сигнал опасности, если она начинает несанкционированно двигаться (скажем, её толкают). Определяется это по изменению силы сигналов "Я на месте", получаемых от других авто. Причём машина ориентируется не на один сигнал (который может слабеть из-за садящегося аккумулятора на каком-то из участников сети), а сразу на несколько. Тогда уже похищаемый автомобиль может привести в повышенную готовность соседей.

Всё это позволяет SVATS значительно снизить риск ложных срабатываний и в то же время моментально поднимать тревогу при настоящем угоне.

Система была испытана на группе из нескольких авто, оборудованных этим экспериментальным комплексом.

Исследователи по очереди "похищали" один из автомобилей в коллективе. Оставшиеся машины в 100% случаев обнаруживали пропажу через 4-9 секунд после угона, пишет New Scientist.

Одно из достоинств электромоторов на сверхпроводниках — высокая удельная (на килограмм собственной массы) мощность, а также — экономичность. И перегрев такому мотору никак не грозит (фото с сайта pinktentacle.com).

Компания Sumitomo Electric построила первый на планете автомобиль на сверхпроводниках. Более того — японцы подумывают о запуске таких необычных транспортных средств в серию. Правда, о возможной цене новинки — ничего пока не известно.

Сам по себе автомобиль, взятый за основу — Toyota Crown Comfort — интереса не представляет. Однако специалисты Sumitomo выкинули из седана ДВС и поставили на его место электромотор. Да какой!

Он выполнен на основе так называемых высокотемпературных сверхпроводников. Данное прилагательное, впрочем не означает, что мотор — горячий. Напротив, специальная система с жидким азотом охлаждает его до температуры минус 200 по Цельсию.

Мощность очень компактного электромотора составляет 365 киловатт!

Его обмотки обладают нулевым сопротивлением, так что в сердцевине мотора нет потерь на омический нагрев, хотя в других частях силовых цепей машины они, очевидно, есть. И всё же – необычная для автоиндустрии технология реально позволяет экономить энергию.

Sumitomo утверждает, что сверхпроводящая Crown может проехать на 10% большее расстояние на одной зарядке, нежели продержался бы на трассе аналогичный автомобиль, оснащённый обычным электромотором и теми же самыми аккумуляторами.

В не слишком отдалённом будущем Sumitomo намерена вывести сверхпроводящий автомобиль на рынок. Также её инженеры работают над аналогичными моторами для автобусов и грузовиков.

Iin и Ip — входные лучи, справа — лучи на выходе. На врезке — исходная (a) и полученная (b) буква А (иллюстрация Residori et al.).

0,2 миллиметра в секунду — таков новый рекорд замедления света. Интересный опыт поставили Стефания Резидори (Stefania Residori) и Умберто Бортолоццо (Umberto Bortolozzo) из института нелинейной оптики Ниццы (Institut Non Lineaire de Nice) и Жан-Пьер Уиньар (Jean-Pierre Huignard) из компании Thales Reseach and Technology France.

Для замедления импульса учёные впервые применили устройство на основе жидкого кристалла. Ранее в подобных опытах использовали другие системы (набор атомов, охлаждённых до ультранизких температур, особые волноводы и так далее).

С одной стороны кристалла физики подавали в одну точку два луча — высокой и низкой интенсивности. Взаимодействие фотонов в кристалле приводило к интересному эффекту — кристалл начинал работать наподобие голограммы, расщепляя лучи на несколько отдельных потоков с различными скоростями. Для каждого из них в кристалле существовал свой групповой коэффициент преломления.

И один из полученных лучей демонстрировал рекордно низкую скорость — менее 0,2 миллиметра в секунду.

Таким образом, расходящиеся под разными углами лучи покидали этот кристалл с сильно отличной задержкой.

Так исследователи передали в слабом луче изображение буквы А с поперечником в несколько миллиметров (длительность импульса составляла 180 миллисекунд), подсветив его лучом высокой интенсивности. На выходе же устройства это изображение задержалось со своим появлением на 82 миллисекунды.

Разрешение "отпечатка" при этом осталось высоким (15 микрометров), а сама картинка — практически неискажённой. Это обеспечила высокая однородность кристалла, поясняют авторы опыта.

Они утверждают, что такой заторможенный свет может сильно повысить чувствительность интерферометров, а также он может пригодиться в различных физических опытах, в метрологии и в системах оптической связи.

"Жидкокристаллическая технология очень хорошо развита, и такое устройство можно было бы легко поставить на коммерческую основу, — говорит Резидори. — Кроме того, оно очень компактно (20 х 20 х 1 мм) и устроено сравнительно просто".

Подробности — в статье в Physical Review Letters.

Надо добавить, что в данном опыте речь шла о так называемой групповой скорости, которая может сильно колебаться в зависимости от параметров среды.

Новый портрет нашего звездного дома — галактики Млечный Путь — создан с помощью Космического телескопа им. Спитцера в инфракрасном диапазоне. На этом портрете есть всё: и зародыши будущих звезд, и звезды, только-только родившиеся, и взрослое звездное население нашей Галактики, и умирающие звезды.

Рис. 1. Инфракрасное изображение Млечного Пути, полученное «Спитцером». Верхняя и вторая панель показывают крайнюю левую и левую части фотографии, центральная — изображение центра Галактики, а две нижних — правую и крайнюю правую части фотографии. Фото с сайта www.spitzer.caltech.edu

Космический телескоп им. Лаймана Спитцера (далее — просто «Спитцер») — одна из Великих обсерваторий НАСА. Этот инфракрасный (ИК) инструмент с зеркалом диаметром 85 сантиметров работает на орбите с 2003 года. «Спитцер» способен проводить наблюдения космических объектов в широком диапазоне длин волн — от 3 до 160 микрон (1 микрон — одна миллионная часть метра); для сравнения: человеческий глаз может воспринимать свет с длиной волны меньше 0,8 микрон. А поскольку инфракрасный свет не может пробиться сквозь толщу земной атмосферы, его могут принимать только специальные камеры, помещенные за ее пределами, в открытом космосе, — то есть на космическом телескопе.

ИК-диапазон очень информативен. В нем можно увидеть облака межзвездного газа и пыли, в которых рождаются новые звезды, определить массы этих облаков, плотность и температуру газа в них. Без этой информации невозможно понять где, как и с какой скоростью образуются звезды. Сложные молекулы, в том числе органические, излучают в ИК-диапазоне. Проводя наблюдения в этом диапазоне, астрономы пытаются найти всё более и более сложные молекулы, в частности простейшие аминокислоты. Конечная цель этих поисков — разгадать загадку появления жизни на Земле. Кроме того, межзвездная пыль, поглощающая ультрафиолетовый свет звезд, частично прозрачна для ИК-излучения, исходящего от них. Благодаря этому астрономы могут увидеть очень далекие объекты и изучать не только появление жизни и рождение звезд, но и рождение самой Вселенной.

3 июня на 212-м съезде Американского астрономического общества команда «Спитцера» представила результат многолетней работы — крупнейшее и наиболее детальное ИК-изображение Млечного Пути, которое охватывает очень большую часть неба шириной 120 градусов (по 60 градусов вправо и влево от центра Галактики) и высотой в 2 градуса дуги (см. рис. 1 и 2).

Почему же изображение в высоту составляет только 2 градуса? Дело в том, что Млечный Путь, в котором находятся Солнце, а вместе с ним и планета Земля, многие миллиарды звезд и межзвездный газ, представляет собой плоский диск, диаметр которого, по-видимому, достигает 100 тыс. световых лет, толщина звездной составляющей диска — 12 тыс., а газовой — 1 тыс. световых лет. Солнце вместе с окружающими планетами находится в плоскости галактического диска на расстоянии 26 тыс. световых лет от центра Галактики, то есть примерно на половине ее радиуса. Поэтому мы видим Галактику с ребра как узкую полоску света, проходящую по всему небу. «Спитцер» же способен различать мелкие детали в этой полоске — объекты, удаленные от Земли на расстояния до 60 тыс. световых лет. Поэтому на фотографии мы видим галактический диск пористым и можем даже заглянуть в ту часть Галактики, которая находится за ее центром.

Эта фотография (рис. 1) составлена более чем из 800 тыс. отдельных снимков. Над ней работали две крупные исследовательские группы, специально созданные для проведения обзоров неба. Первая группа — проект «Глимпс» (GLIMPSE, Galactic Legacy Infrared Mid-Plane Survey Extraordinaire) — отвечает за исследования на инфракрасной камере; вторая — проект «Мипсгал» (MIPSGAL) — проводит наблюдения с мультиволновым фотометром. На фотографии красным цветом представлено излучение на длине волны 24 микрона, зеленым — 8 микрон, голубым — 3,6 микрон. Как из трех разных цветов составить одно изображение, показано на рис. 3.

На этой замечательной Фотографии мы можем видеть всю историю звездообразования в нашей Галактике. Те туманные области, которые содержат зародыши будущих звезд и едва родившиеся звезды, окрашены зеленым цветом. В «зеленых» областях возникает излучение сложных органических молекул — так называемых полиароматических углеводородов. Каждая зеленая область — окрестности одной молодой звезды или целого скопления. Сложные молекулы содержатся в том родительском газе, где была рождена звезда (или скопление), они освещаются ею и излучают в ИК-диапазоне. На Земле точно такие же молекулы можно обнаружить в составе автомобильных выхлопов и обуглившихся на костре сосисок. Вообще, везде, где есть углеродосодержащие молекулы, сгоревшие не до конца, мы найдем полиароматические углеводороды.

Также на фотографии мы видим искривленные темные борозды на фоне зеленых туманностей. Борозды на самом деле представляют собой «пузыри». Это пустые области, из которых звездный ветер от молодой звезды выдул родительское вещество — пыль и газ. Сами молодые звезды видны на снимке как желтые и красные точки. Клочковатые комочки красного цвета, которые наполняют большую часть пузырей, — это излучение частичек пыли, состоящих из графита.

Голубые пятнышки, разбросанные по фотографии, — это отдельные, уже взрослые звезды Млечного Пути, а бело-голубой туман в центре Галактики — их рассеянный свет. Поскольку в центре Галактики звезд больше, то и туман в центре более концентрированный. Если приглядеться повнимательнее и увеличить масштаб, то можно увидеть оранжевые округлые пятна — это пылевые оболочки вблизи умирающих или уже умерших звезд.

Изображение, полученное «Спитцером», превосходит по качеству все когда-либо полученные инфракрасные изображения, поскольку чувствительность инструментов «Глимпс» и «Мипсгал» (то есть способность детектировать даже слабое излучение) беспрецедентно высока, угловой размер этого изображения не имеет аналогов в своем классе, а пространственное разрешение этой фотографии (возможность различить на ней далекие объекты) также высочайшее. По словам руководителя группы «Мипсгал» Шона Карея (Sean Carey), сейчас мы можем видеть целое звездное скопление там, где раньше видели просто одиночную светлую точку.

Данные «Спитцера» — это не только потрясающе интересное изображение. Все снимки будут использованы для поиска ответов на фундаментальные научные вопросы: как образуются массивные звезды (звезды малой массы здесь просто не видны), сколько спиральных рукавов имеет Млечный Путь, с какой скоростью в нем идет процесс звездообразования и многие другие. А поскольку в настоящее время ни у НАСА, ни у кого бы то ни было еще нет планов по созданию космического ИК-телескопа, качество которого превзошло бы качество «Спитцера», эти данные — лучшее из того, что мы имеем на сегодняшний день и будем иметь в обозримом будущем. Эпоха «великих инфракрасных открытий», которая наступит вскоре после начала массовой интерпретации полученных «Спитцером» данных, не за горами!

Принцип создания новой ткани: микроволны имплантируют наночастицы в ткань. Набор химикатов соединяется с поверхностью наночастиц, образуя покрытие, отталкивающее воду и устраняющее запахи, грязь, пот и бактерии (иллюстрация с сайта telegraph.co.uk).

Компании IBM, Macronix и Qimonda объявили результаты совместного исследования в области сверхскоростной компьютерной памяти совершенно нового типа.

Учёный Джеф Оуэнс (Jeff Owens), работающий в ВВС США (USAF), создал нанотехнологическую ткань для одежды, способную убивать бактерии, разлагать грязь и пот, и легко пропускать влагу наружу, отталкивая внешнюю воду.

По сообщению Telegraph, Оуэнс и его коллеги уже создали по этой новой технологии футболки и нижнее белье, которые можно носить в течение многих недель, одновременно не умываясь, без проблем с грязью и запахом. Для военных — это настоящий подарок. Тем более, что новая ткань убивает не только естественные бактерии на коже, ответственные за неприятный запах, но и такие опасные бактерии, как сибирская язва (это проверили в опытах).

Недавно эта технология была лицензирована для лондонской компании Alexium, которая развивает гражданские товары на этой основе: от спортивной одежды до постельного белья в госпиталях и одежды для медиков.

Надо сказать, что это не первая работа в области самоочищающейся одежды. Мы уже видели проекты, эксперименты и образцы таких тканей, базирующихся на сочетании химикалий и мембраны, частицах диоксида титана, особого полимера с добавлением серебра.

Однако данный проект отличен от всех этих работ. В суперткани, созданной командой Оуэнса, на обычные волокна, при помощи микроволнового излучения, были посажены специальные наночастицы. А затем к этим частицам, при помощи рассчитанных химических связей, "приклеили" набор реагентов, отвечающих за уничтожение бактерий и прочие функции материала. Крастота нового метода именно в том, что данный очень полезный набор химикатов сам по себе присоединяться к волокнам не желал.

Хотя новая ткань не устраняет необходимости в стирке, делать это придётся реже. А в случае использования на поле боя — такая ткань поможет солдатам находиться в опрятной форме, не снимая её неделями (что уже было проверено на практике). При этом данная технология (в случае серийного производства ткани) добавит к стоимости каждого предмета одежды лишь несколько долларов.

Данная удивительная ткань — результат 5-летнего многомиллионного проекта, проводившегося под эгидой ВВС США. Приятно, что военная технология сразу же нашла мирное применение. Alexium уже ведёт переговоры с рядом крупных производителей одежды для вывода технологии на массовый рынок.

Микроснимок экспериментальной ячейки памяти типа phase-change (фото IBM).

Компании IBM, Macronix и Qimonda объявили результаты совместного исследования в области сверхскоростной компьютерной памяти совершенно нового типа.

Так называемая память с изменением фазы (phase-change memory) может заткнуть за пояс ныне существующие типы энергонезависимой памяти (флэшки) и скоростью работы, и долговечностью.

Самые быстрые на сегодня типы компьютерной памяти (DRAM/SRAM) в тысячу раз превосходят по скорости работы так называемые флэшки, но, в отличие от последних, хранят информацию только до тех пор, пока получают питание. Энергонезависимость же флэшек обеспечила им широкое использование в мобильных устройствах, где скоростью работы можно поступиться.

Теперь, кажется, можно будет угнаться сразу за двумя зайцами, что открывает интересные перспективы как для мобильных, так и для стационарных компьютерных устройств. Память типа phase-change является энергонезависимой, но при этом превосходит флэшки по скорости работы, по меньшей мере, в 500 раз!

В основе каждой ячейки такой памяти — крошечный кусочек специально разработанного полупроводникового сплава сурьмы и германия с легирующими добавками. Этот кусочек назван "мостом". Его размеры (расстояние между "опорами" и сечение моста) составляют порядка 20 нанометров. Кроме моста в данном устройстве есть подложки, покрытия и различные проводники из платины, соединений кремния, титана и так далее.

При записи информации мост можно очень быстро перевести из кристаллической фазы в аморфную или в обратную сторону — за счёт пропускания через него краткого импульса тока с определённой силой, формой и длительностью. Фазы эти сильно различаются по сопротивлению и, таким образом, могут представлять двоичные нули и единички.

Пребывание в той или иной фазе не требует энергии. А сама перемена состояния отнимает вдвое меньшей энергии, чем запись одного бита во флэшке. При этом новая память прекрасно проявляет свои свойства при уменьшении размера элементов до 22 нанометров, в то время как для флэшек, хранящих биты в виде электрических зарядов, уже 45 нанометров станут непреодолимой "стеной", за которой, согласно пресс-релизу IBM, они уже не смогут сохранять свою надёжность (и без того не идеальную), а главное — потеряют энергонезависимость.

Детали этого исследования были обнародованы на международном форуме электроники в Сан-Франциско (International Electronic Devices Meeting 2006).

Схема детектора, использовавшегося для обнаружения u-кварка. В результате опыта с высокой вероятностью происходит разложение u-кварка на W-бозон и b-кварк. W-бозон распадается на мюон (детектируется в точке 1) и нейтрино (точка выхода — 2); b-кварк производит один из потоков прочих частиц (3), тогда как другой такой поток возникает в момент возникновения u-кварка (иллюстрация DZero Collaboration).

В результате эксперимента, проведённого международным коллективом из 50 учёных под руководством Энн Хейнсон (Ann Heinson) из Калифорнийского университета в Риверсайде (University of California, Riverside), была впервые зарегистрирована субатомная частица — так называемый верхний кварк (или u-кварк). Это открытие позволит учёным сделать ряд фундаментальных выводов, в частности, узнать, за счёт чего тела приобретают массу.

Одна из самых тяжёлых элементарных частиц — верхний кварк — имеет такую же массу, как и атом золота, и является одним из основных "кирпичиков", составляющих материю. Считается, что верхние кварки находились в свободном состоянии после Большого Взрыва, но сейчас их можно получить только в результате проведения опытов в ускорителе при очень высоких энергиях.

"Мы искали верхние кварки на протяжении 12 лет, но за это время ни разу их не видели", — рассказывает Хейнсон. Однако теперь физикам удалось добыть целых 62 таких частицы при проведении опытов в рамках исследовательской программы DZero Experiment, посвящённой столкновениям частиц при сверхвысоких значениях энергий.

Для "ловли" u-кварка Хейнсон и её коллеги на первом этапе работы собрали результаты опытов по столкновению протонов и антипротонов, проводившихся на ускорителе Tevatron (штат Иллинойс) в 2002-2005 годах. Затем они провели анализ столкновений, который помог определить тип частиц, возникающих в ходе реакции.

Когда протон и антипротон сталкиваются с околосветовыми скоростями, при определённых условиях может появиться u-кварк. В свободном состоянии эта частица нестабильна — через доли секунды она распадается, порождая другие частицы. Из-за этого регистрация кварка усложняется, и физики могут судить о его рождении только по возникающим "частицам-наследникам".

Именно таким методом и действовал коллектив Хейнсон. Для того чтобы найти следы распада u-кварка (а значит, и появления самого кварка), учёные регистрировали "электронную подпись" его продуктов распада.

Для этого посредством специального кремниевого детектора определялось пространственное расположение заряженных частиц, сталкивавшихся с ним после того, как кварк распадался. С помощью этого устройства учёным удалось реконструировать траектории частиц, а значит, и узнать, что это за частицы и каковы их энергии.

К началу проведения опыта уже существовала теоретическая модель, предсказывавшая ход событий в результате столкновения, и исследователи, по крайней мере, знали, что и как им искать. По окончании реакции должен был возникнуть всего один верхний кварк, поэтому его регистрация была невероятно сложным делом.

В скором времени Хейнсон и её сотрудники планируют проанализировать другие данные ускорителя Tevatron и поработать с ускорителем Large Hadron Collider, который сейчас достраивается на окраине Женевы и должен вступить в строй в конце 2007 года.

Фантастическую плотность записи двоичной информации, да ещё с использованием для хранения данных почти всей толщины оптического диска, можно получить, если заставить работать в качестве питов (физических "отпечатков" единиц и нулей) группы молекул. Главное было придумать способ, как заставить их меняться в ту или иную сторону. И его действительно придумали.

Столь необычную систему записи информации разработал, как ни странно, химик — профессор Кевин Белфилд (Kevin D. Belfield) — и его команда (Belfield Research Group) из университета Центральной Флориды (University of Central Florida).

В основу "Двухфотонного трёхмерного оптического устройства хранения данных" (Two-photon 3D optical data storage) или, проще, "Системы высокоплотной оптической записи" (High-density optical data storage), Белфилд положил принцип двухфотонного возбуждения. Говоря упрощённо, это когда некая светочувствительная молекула откликается флуоресценцией, поглотив сразу два фотона меньшей энергии, так, как если бы она поглотила один фотон большей энергии.

Используя сочетание двух лазеров с разными длинами волны, можно добиться того, что на диск будет спроецировано очень чёткое изображение, с разрешением куда более высоким, чем возможно получить при одном лазере. Внутри этого изображения будут свои тёмные и светлые участки — будущие биты.

При этом настройкой лазеров можно добиться того, что по паре фотонов получат всего несколько молекул в толще прозрачного материала, расположенных точно в той точке, где мы хотим записать очередную двоичную единичку. Обратите внимание: целеуказание можно менять не только в плоскости диска, но и по его глубине, причём разницу между соседними слоями записи можно сделать очень маленькой, а число слоёв — большим (в опытах Белфилда это были 1 микрон и 33 штуки, соответственно).

Но что дальше? Как сохранить информацию?

Для этого авторы придумали бихромофорный состав из молекул некой производной флуорена и представителя класса диарилэтенов, которые реагируют на облучение той или иной частоты изменением своей формы.

Последнее вещество имеет два устойчивых изомера, так называемые открытый и закрытый типы. Вот вам и двоичные "ноль" с "единицей" на молекулярном уровне. При записи флуорен воспринимает фотоны и, словно гонец, передаёт полученную энергию диарилэтену, чтобы тот записал "единичку".

Но главное, что требовалось придумать, — не как записывать информацию лазерами, а как ими же и считывать данные, причём чтобы они не стирались. Оказалось, что это легко сделать при помощи флуоресценции данного состава в ответ на облучение с определённой частотой.

Опыты показали, что надёжность считывания записи с такого диска остаётся безупречной даже после 10 тысяч циклов чтения, хотя всё же контраст по яркости отклика между "единичками" и "нулями" немного снижается. Работа Белфилда сотоварищи опубликована в журнале Advanced Materials.

Восстановленная в компьютере трёхмерная картина распределения двух форм изомеров диарилэтена аж в 33 слоях записи. Шкалы координат размечены в микрометрах (иллюстрация с сайта belfield.cos.ucf.edu).

Пока авторы проекта экспериментируют с небольшими объёмами данных. Они проверяют сам принцип такой фотохимической записи. Однако, по их расчётам, в будущем один оптический диск, размером с DVD, сможет вместить терабайт данных — это объём какой-нибудь крупной научной или исторической библиотеки.

Тут нужно вспомнить, что терабайтную ёмкость для оптических дисков нам уже показывали, например, в виде оригинальной системы голографической цифровой записи, а также в виде диска с несимметричными питами. Теперь появилась альтернативная технология, замахнувшаяся на такой же внушительный показатель.

Сколько времени пройдёт прежде, чем эта технология станет общеупотребительной, неизвестно. Но зато любопытно, что новый метод записи вполне допускает создание не только оптических дисков, но и, скажем, маленьких прозрачных кубиков, биты в которых будут записываться в виде трёхмерной молекулярной решётки практически во всей толще полимера.

Увидеть изображения — это одно, а вот правильно их интерпретировать — совсем другое. На этом снимке от 24 июля Envisat "поймал" крупные лесные пожары в Сибири (изображение ESA).

Наблюдать из космоса за событиями — видеть в развитии пожары, наводнения, извержения вулканов или просто исследовать нашу планету через "глаза" спутника — отныне может любой желающий, если у него есть подключённый к Сети компьютер.

Дело в том, что Европейское космическое агентство (ESA) открыло для публики специальную страничку MIRAVI, на которой можно видеть Землю из космоса в "почти реальном" времени. Причём — бесплатно и без какой-либо регистрации.

Изображения на сайте — это часть необработанных данных, собираемых оптическим инструментом MERIS, которым оснащён один из крупнейших спутников, наблюдающих за нашей планетой — Envisat (мы рассказывали о нём).

Новые спутниковые снимки проходят маршрут "космос—Интернет" в течение двух часов. Из-за невысокого разрешения они не подходят для научного использования, а вот для любопытных будут в самый раз.

Также на страничке есть архив, в котором хранятся изображения, собранные с мая этого года. Всё необходимое можно найти с помощью поиска по времени создания снимка.

"ESA открыло MIRAVI, чтобы публика могла иметь доступ к ежедневным видам Земли. Естественно, учёные уже знакомы с этими данными, но мы подумали, что такие изображения будут интересны каждому. Наблюдение самых свежих снимков нашей планеты позволит людям увидеть всё великолепие и красоту Земли, узнать больше об окружающей среде", — рассказал один из авторов проекта Фолькер Либиг (Volker Liebig).

Кстати, используя данные с Envisat, учёные однажды обнаружили, что молодой океан растёт с огромной скоростью. Вполне вероятно, что теперь и вы сможете открыть для себя что-нибудь интересное. Успехов!

Столь миниатюрная струна представляет интерес не только с точки зрения чистой науки, но и как прикладное устройство — ведь она может служить сверхточными весами. Напомним, именно благодаря изменению резонансной частоты наноустройства при добавлении "лишней" массы учёные уже ухитрились взвесить вирус.

Оптимальная беспорядочность, заложенная в сложной системе, может резко повысить ее чувствительность к слабым внешним воздействиям. Не исключено, что такой резонанс играет важную роль в био- и экосистемах.

Хаотическое воздействие, или попросту шум, обычно считается вредной помехой, препятствующей нормальному функционированию устройств. Физикам, однако, давно известно, что в определенных ситуациях шум может играть и конструктивную роль. Именно это происходит, например, при стохастическом резонансе, когда шум определенной мощности резко улучшает чувствительность системы к слабым внешним воздействиям. Другим примером такой ситуации является возможность подавления внутренних шумов с помощью внешних (см. заметку Шум борется с шумом).

Испанские физики, авторы недавней статьи C. Tessone et al., Physical Review Letters, 97, 194101 (6 November 2006), доступной также как cond-mat/0605082, на основании своих расчетов предсказали еще один эффект, целиком обязанный созидающей роли беспорядочности, — резонанс, порожденный разнообразием.

Обнаруженное явление отчасти похоже на стохастический резонанс, поэтому напомним вкратце его суть. Пусть есть некоторый триггер — детектирующий элемент, который под действием внешних периодических возмущений переключается из одного состояния в другое. У любой детектирующей системы есть порог чувствительности: слишком слабая внешняя сила не вызывает никакого отклика. Явление стохастического резонанса состоит в том, что в присутствии сильного шума чувствительный элемент начнет отслеживать даже подпороговое периодическое воздействие. Слово «резонанс» означает, что это явление избирательное: чувствительность к внешнему воздействию резко повышается только при шуме определенной «громкости».

Испанские физики предложили несколько видоизменить эту схему. Они рассмотрели не один, а множество чувствительных элементов, связанных друг с другом в максимальную сеть (то есть каждый связан с каждым). Внешняя сила действовала на каждый элемент, и если какой-то из них переключался, то он «тянул» за собой другие. Переключение большинства элементов означало, что сеть как целое отреагировала на внешнее воздействие.

Такие сети, конечно, изучались и раньше, но обычно они конструировались из идентичных элементов. Испанцы же заинтересовались тем, как изменится отклик сети, если параметры элементов будут слегка различаться. (Подчеркнем, что средние по всей сети параметры элементов были фиксированы, изменялась лишь величина разброса свойств элементов относительно среднего.) Привнесенное таким образом разнообразие в систему тоже можно представить как некую форму «шума», только на этот раз застывшего, «встроенного» в систему.

Авторы работы вывели уравнение, описывающее, как такая сеть откликается на слабые периодические внешние воздействия, и, проанализировав его, обнаружили примечательное явление. «Правильная сеть», состоящая из почти одинаковых элементов, откликалась на подпороговые внешние воздействия столь же слабо, как и единичный триггер. Сеть с чрезмерно большим разнообразием тоже плохо отслеживала внешнее возмущение, поскольку ее удерживал от этого слишком большой процент «неподатливых» элементов. Однако при оптимально подобранном разнообразии чувствительность сети возрастала, причем существенно — в десятки раз. Вся система целиком могла чувствовать гораздо более слабые возмущения, чем какой-нибудь один типичный триггер.

Авторы назвали обнаруженное явление резонансом, вызываемым разнообразием. Так же, как и в случае стохастического резонанса, ключевую роль здесь играет некая «оптимальная беспорядочность», правда «зашитая» в устройство сети. Можно сказать, что эта оптимальная беспорядочность как бы «мобилизует» детектирующую систему и позволяет ей генерировать сильный отклик даже на малейшие внешние воздействия. Благодаря ей отпадает необходимость накладывать внешний шум на слабый сигнал: оптимальный шум уже присутствует в устройстве сети.

Стохастический резонанс за 20 лет проделал путь от абстрактного открытия в теоретической физике до явления, которое не только, как оказалось, широко распространено в природе, но и уже нашло применение в современной медицине. Авторы статьи надеются, что и их открытие ожидают столь же радужные перспективы. В частности, в конце своей статьи они высказывают предположение, что разнообразие в био- и экосистемах могло быть специально настроено эволюцией для максимального усиления чувствительности к слабым внешним изменениям.

Варьируя параметры прилагаемого напряжения, исследователи меняли поведение этой струны в широких пределах. Её длина составляет 1 микрометр (фото TU Delft).

Вибрирующая струна длиной в 1 микрон и толщиной всего в 2 нанометра создана специалистами технического университета Дельфта (TU Delft) и голландского фонда фундаментальных исследований материи (Stichting voor Fundamenteel Onderzoek der Materie).

Струна выполнена из углеродной нанотрубки, помещённой на подложку из оксида кремния. Часть этой подложки была вытравлена кислотой, так что струна повисла над выемкой.

Под слоем оксида был размещён слой кремния. Приложение к этим слоям высокочастотного переменного напряжения заставляло струну притягиваться и отталкиваться от подложки, вызывая вибрацию. На её параметры влияли сила и частота тока, а также изменяющаяся в процессе колебаний электрическая ёмкость системы. При резонансной частоте в несколько десятков мегагерц колебания струны резко возрастали (до нескольких нанометров).

Столь миниатюрная струна представляет интерес не только с точки зрения чистой науки, но и как прикладное устройство — ведь она может служить сверхточными весами. Напомним, именно благодаря изменению резонансной частоты наноустройства при добавлении "лишней" массы учёные уже ухитрились взвесить вирус.

Когда-то давно каждый дом обогревался собственным очагом, потом наступила эпоха гигантских теплоцентралей. Теперь же идёт обратный процесс — всё больше семей в развитых странах приобретают миниатюрные устройства, способные заметно уменьшить сумму счетов за электроэнергию и заодно обеспечить обогрев дома и доставку горячей воды зимой.

Одновременная генерация электричества и тепла — идея очень старая. Собственно, по такой схеме, позволяющей более полно использовать энергию топлива, работают теплоэлектроцентрали. Но если в дома электричество доставляется с более-менее низкими потерями, то потери тепловой энергии в централизованных системах теплоснабжения довольно велики. Особенно в России, где зимой зачастую подземные тепловые трассы отлично видны на поверхности — на них нет снега.

На кухне генераторы типа MicroCHP можно спутать со стиральной или посудомоечной машиной, благо размеры и внешность — такие же и шума — почти нет. Впрочем иногда эти машины ставят в подвале — с глаз долой (фото с сайта treehugger.com).

На Западе давно развивается альтернативное направление в снабжении зданий электричеством и теплом — сравнительно небольшие комбинированные станции, обеспечивающие тепловой и электрической энергией группы домов, больницы или небольшие предприятия. А за последние несколько лет децентрализация в этой области достигла своего логического завершения — появления необычайно компактных домашних теплоэлектростанций.

Называются они "Микро-комбинированные теплоэнергетические устройства" (Micro Combined Heat and Power — MicroCHP). В их основе лежат очень маленькие и исключительно тихие ДВС (в редких моделях — стирлинги), соединённые с небольшим генератором. Работают они на природном газе, благо газовые сети широко распространены, а многие дома оборудованы газовыми плитами.

Главная изюминка MicroCHP — в букве "C", означающей "комбинированные". Вспомните, что КПД двигателя внутреннего сгорания — порядка 30%, остальная энергия сгоревшего топлива в буквальном смысле улетает в трубу. А в MicroCHP она не теряется зря: нагревает воду в водопроводе или воздух в доме, а во многих моделях — и то и другое сразу. Эти агрегаты производят около пяти фирм из Японии, Новой Зеландии, Европы и, с недавних пор, США.

Выгода очевидна — MicroCHP обеспечивает дом электричеством и теплом при минимальных эксплуатационных затратах (начальная цена установки — другой вопрос, и об этом — ниже).

В часы, когда потребляется минимум электроэнергии, домашняя электростанция может поставлять электричество в распределительную сеть города или района. Благо рассчитаны такие устройства чуть не на круглосуточную работу, а их движки сконструированы так, что имеют высокий моторесурс.

Схема работы MicroCHP. Фиолетовым показаны газовые трубы. Печь (указана её эффективность) потребляет газ лишь при лютом морозе, а обычно нагревает воздух исключительно за счёт бросового тепла, которое передается от стоящего рядом ДВС. Топливная эффективность комбинированного генератора показана суммарная — по выработке электричества и тепла для дома (иллюстрация Climate Energy).

Дальше всё зависит от разумности местных законов и расторопности энергокомпаний. Современные электронные счётчики позволяют не только регистрировать энергию, забранную домом из сети, но и вычитать из неё энергию, поставленную в обратном направлении — из дома в сеть. А счета выписывать только за разницу в этих величинах.

Такая схема уже давно работает во многих странах, она была отработана ещё на домашних хозяйствах, установивших солнечные батареи или ветряки в качестве дополнительных генераторов электричества.

Десятки тысяч домов в Японии и Европе уже оснащены различными моделями портативных комбинированных теплоэлектрогенераторов, а недавно системы MicroCHP начали завоевание Нового Света с установки первых таких машин у нескольких семей.

Описываемый MicroCHP соединил в себе японский ДВС-электрогенератор (также работающий на природном газе) с американским газовым нагревателем.

Основной режим устройства — работа только ДВС. Он поставляет 1,2 киловатта электричества, а его теплообменник обеспечивает обогрев дома.

Суммарный КПД этого комбинированного генератора, в зависимости от нагрузки, составляет 83-90%, то есть такая доля энергии, содержащейся в метане, превращается в электричество и тепло для дома.

А поскольку природный газ — топливо сравнительно недорогое, выгода в сравнении со 100-процентной покупкой электричества в сети очевидна. Ну и газовые компании не в накладе: потребители платят по газовому счётчику.

В самый же пик морозов, когда бросового тепла от ДВС уже не будет хватать для поддержания в доме нормальной температуры, хозяева этого японско-американского агрегата могут включить дополнительно газовый обогреватель, встроенный в систему.

Такая комбинация воздухонагревателя и ДВС-генератора выбрасывает на 30% меньше углекислого газа на каждый джоуль выработанной в сумме электрической и тепловой энергии по сравнению с классической схемой с использованием централизованной теплоэлектростанции.

Увы, сами MicroCHP недёшевы — модель, генерирующая киловатт электричества плюс тепло, достаточное для коттеджа в три спальни, стоит $13 тысяч. Система на несколько киловатт электрической мощности стоит уже $20 тысяч.

С другой стороны, если речь идёт о постройке нового дома, для которого и так пришлось бы покупать системы обогрева помещений и нагрева воды в водопроводе, из этой суммы нужно вычесть более половины — ведь MicroCHP заменяет собой эти отдельные устройства.

Американским исследователям из Калифорнийского университета, проводившим работы под руководством Юрга Диманда, удалось получить самую детальную на сегодняшний день анимацию процесса формирования галактики из темной материи.

Присутствием темной материи объясняют, в частности, то, что образующие скопления галактики не разлетаются в разные стороны, хотя гравитации наблюдаемых объектов недостаточно для удержания галактик вместе. Предполагается также, что без присутствия темной материи галактики имели бы совершенно иную форму, а сверхновые звезды вспыхивали бы ярче. Однако реально темную материю пока никому обнаружить не удалось.

Для начала формирования галактики, по мнению ученых, необходимо определенное количество темной материи. Причем для различных галактик это количество одинаково.

В ходе моделирования процесса формирования галактики американские исследователи использовали самый мощный суперкомпьютер NASA. В расчетах были задействованы несколько сотен процессоров, при этом обработка данных заняла около двух месяцев.

Полученный ролик охватывает период длительностью порядка 13,7 миллиарда лет через 50 миллионов лет после Большого взрыва. При этом симулировалось взаимодействие 234 миллионов объектов. С результатами работы американских ученых можно ознакомиться на этой странице. Об этом сообщает "Компьюлента".

Попадая на место преступления, любой детектив старается узнать о нём как можно больше. Для этого часто делается масса фотоснимков с разных ракурсов. Но они не могут показать полной картины, да и работать с ними неудобно. И вот криминалистам готовят подарочек – вещицу, которая от этой проблемы не оставит и следа.

Об этом впечатляющем эксперименте поведала в последнем выпуске Nature Physics международная группа учёных во главе с Генри Чепменом (Henry Chapman) из Ливерморской национальной лаборатории (LLNL) и Яносом Хайду (Janos Hajdu) из университета Уппсалы (Uppsala University).

В общем, сошлись в этой работе две организации. Одна – под восхитительно простецким названием "Промышленные исследования" (Industrial Research), другая – под удивительно нелепым – "Правое полушарие" (Right Hemisphere). И сделали они интересную штуку – трёхмерный сканер, причём прямо-таки специального назначения – для работы криминалистов. А нужно это устройство, соответственно, для съёмки различных мест преступления.

Чтобы получить чёткое изображение интересующих предметов, достаточно медленно провести сканером над нужным объектом, делая практически такие же движения, как, скажем, при покраске с помощью пульверизатора.

А если требуется общее представление о месте действия, то устройством можно провести быстро – тогда получится грубая картинка без мелких деталей.

Для получения таких изображений сканер использует цифровую видеокамеру, совмещённую с лазером, посредством которого определяется расстояние. Затем эти сигналы – видеоряд и данные о расстоянии – передаются в компьютер на обработку, уровень которой оператор может выбрать сам, задавая бoльшую или меньшую детализацию.

Окончательным результатом должна быть трёхмерная компьютерная скульптура в натуральном цвете, которую можно даже покрутить мышкой и разглядеть с разных сторон. Очевидно, что при всех преимуществах видео перед фото, даже с видеозаписями ничего подобного сделать нельзя.

Для демонстрации люди из Industrial Research решили продемонстрировать действенность сканера на практике. Они взяли манекен в человеческий рост, который должен, судя по всему, изображать собой "не совсем живое" тело. А после сделали своё "видеолазерное" сканирование. Чтобы оцифровать безмолвного участника эксперимента, провели съёмку, на которую потребовалось около двух минут. В итоге вышел снимок, автоматически составленный из 2400 цифровых фотографий! Как всё это происходит – и съёмка и обработка – вы можете глянуть сами (файл WMV, 273 килобайта).

Высокая точность изображения достигнута благодаря усилиям компании Right Hemisphere, и это настоящий прорыв. Да, раньше были и другие трёхмерные сканеры – но они могли создавать либо маленькие изображения, либо сами были неподвижны, и их приходилось устанавливать поочерёдно в разных точках относительно фотографируемого объекта. Или вообще сразу ставить несколько таких сканеров или камер

Последовательное восстановление трёхмерного изображения манекена. Сначала – воссоздание рельефа, затем – грубого изображения, после – детализированного (иллюстрация Industrial Research).

Новое устройство в Industrial Research (там его пока так скромно и называют – "устройство") задумали ещё в 2004 году, но функционирующий прототип собрали совсем недавно.

И хотя наиболее ожидаемая сфера применения (расследование убийств и прочее) выглядит мрачновато, сканер прошёл и творческое "тестирование" в некоторых студиях и художественных музеях Новой Зеландии. А ещё его хотят приспособить для оборонной промышленности, в аэрокосмических и морских исследованиях.

Ближайшая цель разработчиков – наладить массовое коммерческое производство таких сканеров, но пока идея далека от воплощения. К примеру, чтобы отснять нужные изображения надо, чтобы аппарат был присоединён к компьютеру, который пока что оператору приходится таскать в большом рюкзаке за спиной. Но это не беда — Валкенбург обещает, что сканер станет беспроводным, то есть — совершенно ручным.

В будущем компьютеры станут работать не за счёт управления потоками электронов. И даже не на фотонах. Они смогут оперировать фононами — квантами тепловых колебаний атомарной решётки вещества. Во всяком случае, первый шаг в этом направлении уже сделан: физики построили фононный диод.

Вопрос на знание физики школьного уровня. Если при разности температур в 10 градусов через слой некоего твёрдого материала толщиной в один сантиметр за секунду проходит 10 джоулей энергии, сколько пройдёт тепла в обратном направлении, если мы будем нагревать аналогичным образом не левую, а правую сторону этого же материала?

Ответ кажется очевидным: ровно столько же. Ведь теплу всё равно, в какую сторону распространяться.

А теперь представьте, что скорость теплопередачи у некоего объекта меняется в зависимости от направления потока энергии. Что получится? Получится тепловой аналог электрического диода.

Надо отметить, что в последнем варианте электрическое сопротивление различается в зависимости от направления тока в тысячи и тысячи раз. А в реально построенном тепловом диоде соответствующая разница в теплопроводности пока несравненно скромнее. Но дело тут не в цифрах — важен сам факт.

О создании первого в мире твердотельного термического выпрямителя (Solid-State Thermal Rectifier), или термического диода, отрапортовали в журнале Science профессор Алекс Зеттл (Alex Zettl) из университета Калифорнии в Беркли (University of California, Berkeley) и его соавторы.

Четыре года назад Мишель Пейрар (Michel Peyrard) из Высшей школы Лиона (Ecole Normale Superieure de Lyon) первым предложил план построения теплового диода. Вот, кстати, одна из его свежих работ (PDF-документ), посвящённых физике этого удивительного устройства.

Пейрар вспомнил, что разные материалы по-разному меняют свою теплопроводность в зависимости от температуры. И вместе с коллегами решил сделать тепловой выпрямитель, комбинируя тонкие слои определённых материалов. Но, несмотря на колоссальную сферу потенциального применения теплового выпрямителя (диода), Пейрар никогда не пробовал воплотить эти идеи в эксперименте.

Зеттл и коллеги обратили своё внимание на нанотрубки: ведь из-за огромного соотношения между длиной и диаметром их практически можно считать одномерными объектами. Для тепловых потоков, во всяком случае.

Для опыта воспользовались нанотрубками двух видов — из углерода и из нитрида бора, диаметром 10 и 40 нанометров. Но как создать разницу в распределении массы?

Учёные решили покрыть нанотрубки неравномерным слоем специально подобранного аморфного материала (C9H16Pt), который с одного конца был нанесён весьма щедро, а к другому плавно сходил на нет.

Такую нанотрубку закрепляли между электродами на основе кремния и платины — они служили попеременно то нагревательным элементом (на одном конце трубки), то термодатчиком (на другом).

Посылая тепло сначала от одного конца нанотрубки к другому, а потом — в противоположном направлении, исследователи каждый раз измеряли её теплопроводность.

Они убедились, что при передаче тепла от конца с большой массой к более лёгкому краю этого устройства по трубке пробегало на 7% больше фононов, чем при передаче энергии в обратном направлении.

Эта невысокая эффективность ещё недостаточна для практического использования новинки. Однако, как справедливо заметил профессор Джулио Казати (Giulio Casati) из итальянского университета Инсубрии (Universita degli studi dell'Insubria), который вместе с Пейраром первым предложил идею теплового выпрямителя, "это — первый шаг": "Когда учёные построили первый электрический диод, его эффективность также была очень низкой, — напомнил Казати, — таким образом, нужно ещё время".

Но даже 7-процентное отличие в теплопроводности при протекании энергии в разных направлениях впечатляет. Авторы новой работы пишут, что его нельзя объяснить в рамках обычной теории распространения тепла и предлагают "приспособить" для этого гуляющие по нанотрубке солитоны.

Арунава Маджумдар (Arunava Majumdar), ещё один соавтор эксперимента с нанотрубками, говорит, что, поскольку тепловые фононы не имеют заряда, ими нельзя управлять на манер электронов в микросхемах. Однако фононный выпрямитель — вот он, построен живьём. А это означает, что в будущем могут появиться и другие необычные системы, командующие потоками тепла.

Это могут быть не только диковинные вычислительные устройства, но и, скажем, необычные системы охлаждения микросхем или новые энергосберегающие материалы для зданий.

Маджумдар рассказывает, что следующим шагом научной группы будет изучение различных конфигураций нанотрубок и различных вариаций платинового покрытия. Учёные попробуют повысить разницу в теплопроводности "вправо" и "влево", меняя геометрию и химический состав устройства.

Нам же остаётся помечтать, к примеру, о создании фононных транзисторов. Или о воплощении демона Максвелла.

Вверху: снимок дифракционной картины, отражающий структуру микроскопического объекта. Внизу: тот же объект, но отснятый с опозданием, то есть уже взорванный лазером — дифракционная картина совсем иная (фотографии H. N. Chapman).

Новый способ получения детальных изображений вирусов, бактерий и даже крупных органических молекул открыли учёные из США, Германии и Швеции. Они научились фотографировать тела нанометрового масштаба при помощи мощного ультракороткого импульса рентгеновского лазера. И не беда, что через несколько фемтосекунд объект съёмки просто исчезает, разлетевшись во все стороны облачком плазмы.

Об этом впечатляющем эксперименте поведала в последнем выпуске Nature Physics международная группа учёных во главе с Генри Чепменом (Henry Chapman) из Ливерморской национальной лаборатории (LLNL) и Яносом Хайду (Janos Hajdu) из университета Уппсалы (Uppsala University).

Чтобы решить эту проблему, исследователи воспользовались другим методом работы.

В эксперименте был задействован сравнительно новый (построенный в 2004 году) лазер на свободных электронах FLASH германской электронно-синхротронной лаборатории (DESY) в Гамбурге.

Проведённую недавно фотосъёмку можно назвать фотографией с самой короткой выдержкой: импульс рентгеновского лазера (с длиной волны 32 нанометра) длился всего 25 фемтосекунд. Луч проходил через объект съёмки, вкраплённый в мембрану толщиной всего 3 микрометра.

Энергия лазерного пульса нагревала образец приблизительно до 60 тысяч градусов Кельвина, так что он тут же испарялся.

Однако до того, как объект разлетался облачком плазмы, учёные ухитрялись зафиксировать дифракционную картину, по которой можно было точно восстановить "портрет" образца и его структуру.

Полученные в результате такой обработки чёткие изображения микроскопических объектов (их разрешение составило 50 нанометров) показали, что съёмка происходила действительно до того, как рентгеновский лазер успевал нанести повреждение фотографируемому объекту.

Предыдущие теоретические исследования предсказали, что можно получать образец дифракции от непрозрачных объектов. "Но оставались два важных вопроса, — говорит Хайду. — Получится ли изображение, поддающееся толкованию, от единственного и очень короткого импульса; и действительно ли дифракция передаст информацию о структуре объекта, прежде чем он будет разрушен? В нашем эксперименте мы впервые проверили всё это".

Слева: упрощённая схема эксперимента, приведённая в релизе ливерморской лаборатории. Общий принцип на удивление прост — импульс рентгеновского лазера рассеивается на объекте и прежде, чем объект взорвётся, успевает донести его образ до "фотоаппарата". Справа: а судя по схеме, приведённой лабораторией DESY, в опыте была задействована ещё некая наклонная полупрозрачная пластина, направлявшая рассеянный пучок на фотоприёмник (иллюстрации Lawrence Livermore National Laboratory и H. N. Chapman).

И, что самое интересное, возможности нового метода съёмки далеко не исчерпаны.

Развитие же и внедрение в практику исследований такой экзотической фотографии создаст уникальные возможности для изучения структуры и динамики частиц нанометрового масштаба, включая большие биологические молекулы, без потребности в их предварительной кристаллизации, необходимой при обычном рентгеновском структурном анализе.

А это обещает революционизировать исследования структур веществ во многих областях науки (материаловедении, например), включая и биологию, и биохимию. Ведь здесь для новых исследований требуется очень высокое разрешение съёмки — как пространственное, так и временное.

Один из кадров фильма, в котором зарегистрировано движение молекулы водорода (фото Max Planck Institute for Nuclear Physics).

Исследователи Института ядерной физики Макса Планка (Max Planck Institute for Nuclear Physics) впервые смогли получить изображение движущейся молекулы водорода.

Обыкновенная световая оптика не подходит для фотографирования молекул водорода: их размер в 5 тысяч раз меньше длины волны видимого света. Это значит, что волны просто будут "обходить" молекулы, не отражаясь от них.

Чтобы решить эту проблему, исследователи воспользовались другим методом работы.

Они изучили систему из двух молекул дейтерия ("тяжёлого водорода"), которые облучали высокочастотным лазером.

В результате воздействия первого импульса произошёл отрыв электрона от одной из молекул, и она отодвинулась в сторону, начав колебаться вокруг точки с другой координатой. К тому же из-за полученного импульса у молекулы началось вращательное движение.

После второго импульса электрон оторвался от второй молекулы. Так как обе они оказались заряженными, молекулы резко оттолкнулись друг от друга. Измеряя энергию взаимодействия, исследователи определили расстояние между молекулами, а при компьютерной обработке этих данных было получено графическое изображение.

Меняя интервал между импульсами, учёные смогли получить различные изображения расположения молекул. Серия таких снимков составила "молекулярный фильм", который может дать некоторое представление о динамике молекул.

Получившаяся картина колеблющихся ядер оказалась эквивалентной динамике волнового пакета, который первоначально существует как целостное образование, затем "расплывается", а через какое-то время снова "восстанавливается".

К примеру, в эксперименте, длившемся 800 фемтосекунд (фемтосекунда равна 10^-15 секунды), примерно на 100-й фемтосекунде изображение начало расплываться, а через 400 — снова стало чётким. При этом в ходе опыта использовались лазерные импульсы с частотой 0,3 фемтосекунды.

В дальнейших исследованиях такого рода учёные планируют выяснить, при каких условиях будет сохраняться модель волнового пакета, а также провести ряд аналогичных экспериментов с более крупными молекулами.

Физики создали невозможную, казалось бы, структуру — прозрачный твёрдый сплав молекулярного водорода и молекулярного кислорода. Его точная кристаллическая структура пока не известна, но учёные говорят, что столь необычный сплав будет "энергичным" материалом.

Отчёт об этом достижении опубликовали в Science Венди Мао (Wendy L. Mao) из Нейтронного центра Национальной лаборатории в Лос-Аламосе (Los Alamos Neutron Science Center), Рассел Хемли (Russell Hemley) и Хо Кван Мао (Ho-kwang Mao) из геофизической лаборатории института Карнеги в Вашингтоне (Geophysical Laboratory), а также ряд их соавторов из других научных организаций США и Тайваня.

Учёные поместили образец воды между алмазными наковальнями и создали в нём давление в 170 тысяч атмосфер. Вода превратилась в лёд VII.

После этого авторы опыта направили на установку высокоэнергетические рентгеновские лучи. Радиация разрушила химические связи между кислородом и водородом в воде, а затем кислород и водород сформировали молекулы O₂ и H₂.

Получился кристаллический сплав из "несовместимых" (определение Венди Мао) в таком виде молекулярных водорода и кислорода. Свойства этого сплава только начали изучать. В частности, сохраняя давление в установке на уровне 10 тысяч атмосфер, его подвергали различным температурным изменениям, рентгеновскому и лазерному облучению — материал оставался стабильным.

Любопытно, что ранее физики в разных лабораториях сотни раз пытались создать твёрдый сплав молекулярных водорода и кислорода, но все опыты проваливались. Ключом к успеху оказался точный выбор уровня энергии рентгена для диссоциации льда VII. Правильный диапазон был очень узким: чуть больше — и лучи беспрепятственно проходили сквозь образец, чуть ниже — и рентген поглощался алмазом. Кроме того, облучение образца продолжалось несколько часов. Ранее столь долгие попытки не предпринимались.

Качество изображения, полученного новым чипом, очевидно, уступает природному восприятию, но для слепого человека и такая картинка будет прорывом (фото Zaghloul/Boahen/IOP).

Новый чип-имплантат, способный заменить сетчатку глаза, создали Карим Заглул (Kareem Zaghloul) и его коллеги из университета Пенсильвании (University of Pennsylvania).

В отличие от прежних систем такого рода — с вживляемыми в сетчатку пациента микросхемами, — новый проект устраняет необходимость во внешней видеокамере. Фактически он работает как сетчатка, фиксируя свет, прошедший через глазное яблоко, обрабатывая его и выдавая сигналы прямо в глазной нерв.

Авторы микросхемы постарались сделать её как можно более схожей с живой сетчаткой. Так, в ней реализовано предварительное сжатие информации, поступающей от светочувствительных датчиков.

Чип имеет размеры 3,5 х 3,3 миллиметра и содержит 5760 кремниевых фототранзисторов, которые играют роль светочувствительных нейронов в живой сетчатке. Эти транзисторы связаны с другими 3600 транзисторами, которые подражают нервным клеткам сетчатки, осуществляющим предварительную обработку зрительной информации перед отправкой в мозг.

Новый чип хорошо приспосабливается к изменениям в яркости и контрастности наблюдаемой сцены, а также прекрасно воспринимает движущиеся предметы, выделяя их на неподвижном фоне. Однако перед началом клинических испытаний американские новаторы намерены доработать свой проект — уменьшить размеры чипа и снизить его энергопотребление.

Из других интересных работ в области возвращения зрения слепым или слабовидящим людям можно вспомнить: зрительную машину, бионический глаз, телескоп-имплантат и очки, печатающие на лбу.

Эффективность современных солнечных батарей во многом ограничена из-за того, что они не могут преобразовывать в электричество свет с низкой частотой и, соответственно, низкой энергией излучения. Ключом к решению проблемы может стать своеобразный "обман". Надо сделать так, чтобы весь белый свет, льющийся с неба, для батареи выглядел монохромным, причём чтобы энергия не терялась.

Усилия многих лабораторий направлены на то, чтобы позволить солнечным батареям впитывать более широкий диапазон волн. Можно вспомнить интереснейшие работы по созданию полупроводниковых материалов с расщеплёнными полосами поглощения и солнечных батарей на их основе, преобразующих в ток фотоны сразу нескольких частот. Эти, давно начатые, работы ведутся до сих пор. Успехи есть, но массового продукта на основе этой технологии пока нет.

Другой метод повышения эффективности батарей заключается в фильтрации света, чтобы полупроводнику доставались только фотоны нужной частоты, которые он мог бы эффективно перерабатывать в электричество. Таковы, к примеру, голографические солнечные батареи.

Но, оказывается, возможен совсем иной подход к решению этой проблемы — очень изящный.

Представьте, что некая система или некий процесс будут преобразовывать все фотоны падающего солнечного света в фотоны только одной частоты, той оптимальной, на которую рассчитан фотоэлектрический преобразователь. Тогда КПД батареи можно было бы поднять до удивительно высокого уровня.

Стоп, стоп! Но разве сам этот процесс преобразования частот не будет отнимать энергию? И станет ли такое преобразование выгодным? Учёные говорят, что всё можно организовать так, что потерь практически не будет.

Интересные опыты провела недавно объединённая команда физиков из Института исследования полимеров Макса Планка в Майнце (Max Planck Institut für Polymerforschung, Mainz) и лаборатории материаловедения Sony в Штутгарте (Sony Materials Science Laboratory, Stuttgart).

Исследователи направляли на ёмкость с жидким раствором луч зелёного цвета, а на выходе получался синий луч.

Важно отметить, что этот процесс, при котором два фотона низкой энергии преобразовывались в один высокоэнергетический фотон, ранее демонстрировался лишь с лазерными лучами, причём при высокой плотности энергии в пучке. А вот теперь учёные продемонстрировали тот же "фокус" с обычным светом, ведь их конечная цель — преобразование солнечных лучей, падающих на фотоэлектрическую батарею.

Как же работает этот своего рода синтез фотонов? В растворе, созданном экспериментаторами, присутствуют два вида специфических молекул: так называемые "антенны" и "эмиттеры".

Молекула-антенна захватывает фотон с частотой, соответствующей зелёному свету, и переходит на более высокий энергетический уровень. Однако находится на нём не так уж долго, а отдаёт эту энергию молекуле-эмиттеру, как только та окажется поблизости. Отдав квант, антенна возвращается в невозбуждённое состояние, чтобы принять очередной фотон, а вот эмиттер перепрыгивает на высокий энергетический уровень и ждёт.

А ждёт он, когда рядом окажется ещё одна такая же молекула-эмиттер, и тоже в возбуждённом состоянии. Тогда одна из них отдаёт энергию второй, после чего возвращается на исходный энергетический уровень. Второй же эмиттер, стало быть, получает уже энергию двух, так сказать, "зелёных фотонов", которую излучает одной порцией в виде единственного "фотона синего цвета".

Таким образом, энергия никуда не исчезает и не откуда не добавляется. Сколько ватт упало на квадратный сантиметр за секунду, столько и будет излучено с другой стороны установки. Но на другой частоте. Процесс этот чем-то напоминает те, что происходят в рабочем теле лазера, только речь идёт не о лазерном излучении, а об обычном.

Чтобы всё работало как часы и не было потерь энергии, учёным пришлось поломать голову, подбирая подходящие вещества для антенн и эмиттеров. На эти роли подошли октаэтилпорфирин платины и дифинилантрацен.

И это — только для зелёно-синего преобразования частоты. Однако авторы работы говорят, что в раствор можно ввести целый комплекс разных антенн и эмиттеров, подобрав их так, чтобы они реагировали на разные частоты падающего света, а излучали — причём все, — только одну частоту. Тот же синий свет, к примеру.

Представьте, что на такую установку падает белый цвет, а выходит синий, но не отфильтрованный цветным стеклом (понятно, тогда яркость была бы во много раз ниже), а преобразованный, с тем же количеством энергии, что содержалось в исходном свете. Если за таким преобразователем поставить солнечную батарею, то получится система с очень высоким КПД.

Правда, до чудо-батарей ещё далеко. Бак с жидким раствором не устраивает создателей по конструктивным причинам, но они утверждают, что такого же эффекта преобразования частот солнечного света можно добиться и в твёрдом растворе — добавляя подходящие антенны и эмиттеры в толщу прозрачного полимера.

Это следующий этап в развитии новой технологии, с которым исследователи как раз экспериментируют в настоящее время. Также они подбирают другие вещества, чтобы научиться преобразовывать в одну частоту широкий спектр падающих лучей.

Когда солнечные батареи, оснащённые таким удивительным фильтром, появятся в магазинах — предсказать сложно. Но ясно, что в будущем солнечные электростанции смогут играть более весомую роль в энергетике планеты, чем в настоящее время.

Сотрудники Ливерморской национальной лаборатории (Lawrence Livermore National Laboratory — LLNL) и их российские коллеги из Объединённого института ядерных исследований (ОИЯИ) объявили об открытии 118-го элемента в публикации в журнале Physical Review C.

Чтобы создать интересующие их атомы, учёные обстреливали ускоренными ионами кальция вращающуюся мишень из калифорния. Этот эксперимент проводился в Дубне на циклотроне У400 в феврале и июне 2005 года.

В ходе опытов исследователи смогли зафиксировать альфа-распад 118-го элемента, приводивший к возникновению элемента 116 (что и являлось подтверждением синтеза элемента 118), а после — элементов 114 и 112.

По словам руководителя ливерморской группы Кентона Муди, (Kenton J. Moody) характер распада полученных изотопов показывает, что в своих экспериментах учёные очень близко подошли к так называемому острову стабильности элементов.

О физических и химических свойствах элемента 118 судить трудно, так как вещество получено в очень малых количествах — всего три атома. Однако физики предполагают, что оно должно вести себя как благородный газ.

Этот элемент, согласно сложившейся у физиков традиции, называют унуноктиум (ununoctium), что с латыни переводится примерно как "один-один-восьмой". Официального названия у элемента пока что нет.

В будущем коллективы из ОИЯИ и LLNL планируют продолжить сотрудничество с целью изучения изотопов в районе острова стабильности. В частности, в 2007 году учёные планируют заняться синтезом элемента 120, бомбардируя плутониевую мишень изотопами железа.

Ранее мы рассказывали о синтезе элемента 112 в Японии, а также о ряде аналогичных открытий, сделанных физиками ОИЯИ и LLNL.

Молекулы воды могут объединяться в небольшие группы — кластеры. Их жизнь быстротечна, и потому они с трудом поддаются изучению. Только недавно выяснилось, что водные кластеры обладают большими электрическими дипольными моментами.

Тонкий эксперимент однозначно доказал, что кластеры воды обладают большими электрическими дипольными моментами. Попутно выяснилось, что отдельные кластеры не замерзают даже при минус 150 градусах Цельсия. Структура воды становится еще более интересной, чем считалось ранее.

Несмотря на простую химическую формулу, вода — вещество с очень нетривиальными свойствами. Причина этого в том, что молекулы воды связаны друг с другом водородными связями. В жидком состоянии вода представляет собой не просто мешанину молекул, а сложную и динамически меняющуюся сеть из водных кластеров. Каждый отдельный кластер живет очень небольшое время, однако именно поведение кластеров влияет на структуру воды.

Свойства и динамика водных кластеров (H₂0)_n — предмет активных исследований. В отличие от металлических кластеров с их фиксированной пространственной структурой, водные кластеры размером от нескольких до нескольких десятков молекул даже при температурах ниже комнатной остаются жидкими: у таких кластеров есть много равноправных форм, между которыми они непрерывно перескакивают.

Такая особенность водных кластеров отражается и на их электрических свойствах. Как известно уже более полувека, молекула воды — полярна. Положительные и отрицательные заряды в ней слегка смещены друг относительно друга, и в результате она обладает довольно большим дипольным моментом и создает вокруг себя электрическое поле. Если взять очень много молекул (например, стакан воды), то дипольные моменты отдельных молекул скомпенсируются, и суммарное электрическое поле исчезнет, в чём нас убеждает и повседневный опыт. При каком именно числе молекул происходит этот переход? Обладают ли сами кластеры дипольными моментами?

До сих пор четких ответов на эти вопросы не было. Экспериментальные данные, полученные за последние 20 лет, противоречили друг другу. Главное препятствие заключалось в том, что во всех этих экспериментах изучались кластеры в толще воды, в их непосредственной «среде обитания». «Вытащить» же отдельный кластер и изучить его электрические свойства до сих пор не удавалось.

Эксперименты, проведенные исследовательской группой из Университета Южной Калифорнии, положили конец разногласиям. Их результаты, опубликованные в недавней статье R. Moro et al., Physical Review Letters, 97, 123401 (18 September 2006), доказали, что кластеры, содержащие от 3 до 18 молекул воды, тоже обладают большим дипольным моментом.

Впечатляет эксперимент, позволивший прийти к такому выводу. Герметичный сосуд с водой помещался в вакуумную камеру и из него через очень узкое отверстие вода испарялась наружу, в вакуум. Отверстие имело форму миниатюрного реактивного сопла, и, выходя через него, струйка пара разгонялась до сверхзвуковой скорости. Такая схема испарения, избегающая нагрева, позволяет получить пар, состоящий не только из отдельных молекул воды, но и из разнообразных водных кластеров. Струйка пара проходила через камеру метровой длины с неоднородным электрическим полем, слегка отклонялась в электрическом поле, а затем попадала в масс-спектрограф, который расщеплял ее на несколько отдельных пучков в соответствии с количеством молекул в кластере. По отклонению струйки в электрическом поле и измерялся дипольный момент кластеров.

Непосредственное измерение дипольного момента кластеров разного размера уже само по себе имеет большое значение для понимания структуры воды. Действительно, получается, что когда кластеры воды «складываются» в сплошную среду, они чувствуют друг друга не только через непосредственный контакт, но и через электрическое взаимодействие диполей. Однако эксперимент калифорнийских физиков позволил определить не только это.

Во-первых, данные свидетельствуют о том, что крупные кластеры (содержащие больше восьми молекул) электрически более упорядоченны, чем маленькие. Этот любопытный переход никем не был предсказан, и как его интерпретировать — пока не известно. Во-вторых, экспериментаторам удалось провести опыты в двух разных температурных режимах: когда температура внутри кластеров была около 200 К (–70C) и около 120 К (–150C). Некоторые теоретические расчеты предсказывали, что при таких температурах водные кластеры должны уже замерзнуть, что сильно изменило бы зависимость дипольного момента от количества молекул. В эксперименте, однако, подобное изменение свойств не обнаружилось, из-за чего приходится делать вывод, что и при таких температурах кластеры остаются жидкими.

Это исследование лишний раз доказало, что система, состоящая из очень простых элементов, — например, вода — может обладать очень нетривиальными свойствами. Для детального понимания структуры и динамики воды требуются новые эксперименты и новые теоретические исследования. Остается лишь сожалеть, что именно нетривиальные свойства воды стали пищей для псевдонаучных спекуляций, доходящих порой до абсурда (см. полемические статьи 1 и 2).

Игорь Иванов

Нобелевская премия по физике 2006 года была присуждена за достижения в исследовании космического микроволнового фонового излучения. Об истории этих исследований и их научном значении Алексею Левину рассказал один из двух новоиспеченных Нобелевских лауреатов — Джон Мазер из Центра космических полетов имени Годдарда.

 

Алексей Левин. Доктор Мазер, прежде всего позвольте Вас поздравить с Нобелевской премией.

Джон Мазер. Большое спасибо.

А.Л. В России и раньше, и в последние дни много писали о Ваших открытиях, тамошняя публика вообще сильно интересуется астрономией и космологией. Поэтому не буду просить Вас вновь повторять общеизвестные вещи, думаю, что Вы от этого изрядно устали. Лучше поделитесь воспоминаниями о том, как и почему Вы стали заниматься космическим микроволновым излучением.

Д.М. Лично для меня все началось в 1974 году. Я тогда защитил докторскую диссертацию, которую готовил в Калифорнийском университете в Беркли. Она как раз и была посвящена изучению спектров этого излучения, только с помощью приборов, установленных на аэростатах. В это время NASA объявило, что рассматривает возможность проведения новых космических экспериментов. Я сказал своему новому руководителю, что мои измерения стоило бы продолжить, разместив аппаратуру на космической платформе. Он предложил подобрать для этой цели группу единомышленников и подать в NASA заявку на реализацию этого проекта. Вот с этого всё и началось. Кстати, тогда мне было всего 28 лет. Два года спустя NASA сформировало научную команду, включив в нее меня, троих моих коллег и еще двоих физиков из конкурирующих коллективов. Мы тщательно обсудили между собой задачи будущей космической миссии и приступили к серьезной работе по ее подготовке. Сделать пришлось очень много, расчеты, конструкторские проработки и испытания приборов потребовали более чем десяти лет напряженного труда. Я руководил созданием спектрофотометра FIRAS, а Джордж Смут был лидером команды, которая занималась другим прибором — радиометром DMR. После запуска COBE в ноябре 1989 года мы, естественно, перешли к обработке и анализу сигналов, приходящих со спутника.

А.Л. А почему подготовка запуска заняла столько лет?

Д.М. Во-первых, приборов, в которых мы нуждались, просто нигде в мире не существовало, многие вещи пришлось изобретать, а это дело не быстрое. Кроме того, NASA готовило и другие запуски, причем весьма дорогостоящие, так что нам пришлось дожидаться своей очереди. А тут еще случилась катастрофа с космическим челноком «Челленджер», надо было ремонтировать Орбитальный телескоп имени Хаббла, это тоже было причиной задержек, ведь ресурсы NASA не безграничны. К тому же, пришлось по ходу дела полностью перепланировать нашу миссию. Сначала предполагалось, что COBE будет выведен на орбиту одним из шаттлов, но после взрыва «Челленджера» надежды на это исчезли. Так что мы оказались перед необходимостью изменить конструкцию спутника, чтобы его можно было отправить в космос на ракете «Дельта». Всё это требовало немалого времени.

А.Л. Сколько у Вас было помощников?

Д.М. В общей сложности проектом COBE занимались примерно полторы тысячи человек. Та часть работы, за которую отвечал лично я, потребовала двухсот участников.

А.Л. Показания Вашего прибора FIRAS убедительно доказали, что спектр реликтового излучения соответствует спектру излучения абсолютно черного тела, что и следует из модели горячего рождения Вселенной. А были ли вообще основания в этом сомневаться?

Д.М. Это даже было модно. Незадолго до запуска COBE несколько научных групп опубликовали результаты измерений, из которых вроде бы следовало, что реликтовый спектр отличается от чернотельного. Теоретики даже придумали для этого объяснения. Сам-то я считал, что эти интерпретации ошибочны, но без проверки было не обойтись. Когда мы опубликовали свои результаты, наши коллеги по профессии сразу же признали их за истину. И это не было случайностью. Все видели, что мы чрезвычайно тщательно осуществили калибровку приборов и столь же тщательно провели все измерения и расчеты.

А.Л. Как повлияли Ваши результаты на космологию и астрофизику?

Д.М. К началу 90-х годов модель Большого взрыва уже была практически общепринятой. У теории стабильной Вселенной, которая в прошлом была ее конкурентом, уже не осталось приверженцев. Но, конечно, результаты спутника COBE сильно укрепили фундамент теории Биг Бэнга. К тому же, они дали очень богатую конкретную информацию, которая позволила гораздо точнее моделировать эволюцию Вселенной. Сейчас исследования COBE уже шестой год продолжает космическая обсерватория имени Вилкинсона, запущенная летом 2001 года. Ее приборы гораздо точнее наших, они дают больше информации, но все наши данные они подтвердили.

А.Л. А над чем Вы сейчас работаете?

Д.М. Я руковожу научной частью проекта создания Космического телескопа имени Уэбба, который станет преемником «Хаббла». Его запуск планируется на 2013 год, так что работы еще непочатый край.

А.Л. Каковы, по Вашему мнению, важнейшие нерешенные проблемы современной космологии?

Д.М. Прежде всего, выяснение природы темной материи и темной энергии. На второе место я бы поставил измерения поляризации реликтового излучения, которые могут обнаружить следы волн тяготения, пронизывавших только что возникшую Вселенную сразу после Большого взрыва.

А.Л. Доктор Мазер, а в заключение позвольте задать довольно деликатный вопрос. Как только в России стали известны имена новых обладателей Нобелевской премии за физические исследования, там стали говорить, что Шведская академия наук не оценила по достоинству результаты российских ученых. Конкретно, имелся в виду эксперимент «Реликт», осуществленный в середине 80-х годов сотрудниками Института космических исследований. На одном из спутников серии «Прогноз» был установлен высокочувствительный радиометр, который в течение полугода измерял энергию фонового микроволнового излучения, правда только на одной частоте. Обработка результатов этих измерений затянулась на несколько лет, но в конце концов она привела к выявлению анизотропии этого излучения. Об этом было доложено на семинаре в ГАИШ в январе 1992 года, то есть за три месяца до того, как Ваш коллега и солауреат Джордж Смут обнародовал аналогичные результа! ты на заседании Американского Физического общества. Не могли бы Вы как-то это прокомментировать?

Д.М. Я, конечно, хорошо знаю эту работу. Эксперимент «Реликт» был проведен очень давно, задолго до запуска COBE. Это была одна из первых попыток обнаружить анизотропию фонового излучения и, насколько я знаю, она оказалась успешной. Так что я могу сейчас поздравить участников «Реликта». Хочу только добавить, что они были не одни, в те годы многие ученые трудились изо всех сил над аналогичными проектами. Мы с Джорджем Смутом очень рады, что приборы COBE оказались настолько чувствительны, что позволили реконструировать карты фонового микроволнового излучения, которые с полной убедительностью продемонстрировали, что оно анизотропно. И, конечно, мы полностью признаем заслуги своих предшественников. Они получили много ценных результатов, но наши всё же оказались лучше.

Лауреатами Нобелевской премии по физике стали Джон Мэзер (John C. Mather) и Джордж Смут (George F. Smoot) за открытие неоднородности реликтового излучения и соответствия между его спектром и спектром абсолютно черного тела. Они получат премию в равных долях. Соответствующее объявление сделано в Стокгольме, на пресс-конференции в Шведской Академии наук.

Реликтовое излучение - это космическое электромагнитное фоновое излучение, приблизительно равномерное по всем направлениям. По своим спектральным характеристикам оно соответствует абсолютно черному телу с температурой около -270 градусов Цельсия.

Лауреатам 2006 года удалось получить соответствующие результаты благодаря данным, полученным на спутнике COBE, запущенном NASA в 1989 году. Сотрудник NASA Джон Мэзер и профессор Университета Калифорнии в Беркли Смут возглавляли работу коллектива из более чем тысячи человек, готовившего полет COBE.

Обнаруженная Смутом неоднородность реликтового излучения является "слепком" состояния Вселенной через мгновения после Большого взрыва. Реликтовое излучение испускалось, когда температура Вселенной составляла приблизительно 3 тысячи градусов Цельсия. В это время, как показывают исследования лауреатов, материя во Вселенной уже не была однородной, а начала сгущаться в образования, которые потом дали начало галактикам.

Доказанное в исследованиях Мэзера соответствие между спектральными характеристиками реликтового излучения и абсолютно черного тела является доказательством возникновения нашей Вселенной именно в ходе Большого взрыва. Об этом сообщает Lenta.ru.

Между двумя твердыми поверхностями может образовываться сеть из водородных связей, которая живет по своим особым законам. Измеряя зависимость силы трения от скорости, можно изучать плавление и рекристаллизацию этой сети.

Водородная связь занимает особое место среди всех типов химических связей. Она обеспечивается атомом водорода, расположенным между двумя электроотрицательными ионами (например, атомами кислорода), которые оттягивают на себя электронное облако. Если бы на месте водорода был любой другой атом, то потеря одного электрона не сильно изменила бы его размер. В случае водорода потеря электрона оборачивается катастрофой: вместо атома остается один лишь протон — частица размером в одну стотысячную размера атома. Атом водорода словно исчезает, и поэтому два электроотрицательных атома могут сильно приблизиться друг к другу. Это делает водородные связи, с одной стороны, довольно крепкими, а с другой стороны, очень подвижными и «маневренными»: они легко образуются, легко видоизменяются и восстанавливаются.

Может показаться, что сети из водородных связей должны неизбежно изучаться тонкими методами атомной физики. Тем неожиданнее оказался вывод исследователей из Калифорнийского университета в Беркли. В своей статье J. Chen et al., Physical Review Letters, 96, 236102 (15 June 2006) они утверждают, что многие свойства водородных связей можно изучать чуть ли не в школьной лаборатории, наблюдая за самой обычной силой трения!

На этот вывод авторы работы натолкнулись почти случайно. Их заинтересовал очень простой вопрос: как зависит сила трения между двумя телами от скорости скольжения. В школьном курсе физики говорится, что трение скольжения тела не зависит ни от скорости движения, ни он площади соприкосновения, а только от прижимающей силы и коэффициента трения. На самом деле, этот закон выполняется лишь приближенно. Например, давно известно, что при движении с высокими скоростями коэффициент трения изменяется из-за нагрева поверхности соприкосновения, что приводит к зависимости силы трения от скорости. Однако при скольжении с очень малыми скоростями такие эффекты не должны быть важны.

Американцы как раз и изучали, зависит ли сила трения от скорости при очень медленном движении (при скоростях от 0,1 до 200 миллиметров в час) и малых нагрузках (эквивалентных весу в доли микрограмма). Нагревом в таких условиях можно пренебречь, и если какая-то зависимость обнаружится, то ее происхождение будет совсем иным.

Зависимость силы трения от скорости действительно наблюдалась, причем в некоторых случаях она уменьшалась, а в некоторых — увеличивалась с увеличением скорости. Пытаясь понять, из-за чего так получается, авторы взглянули на список использованных веществ и поняли простую закономерность. Если в химической формуле веществ есть свободно торчащие островки, способные к образованию водородных связей, например, –OH или –NH₂, то сила трения уменьшается с ростом скорости. Если же торчащие наружу островки химически насыщены и не могут образовывать водородные связи, то сила трения растет с увеличением скорости.

Для проверки этого предположения авторы взяли поверхность со свободными группами –NH₂ и смазали ее капелькой соляной кислоты, которая привела к образованию химически насыщенных групп –NH₃Cl. Водородные связи при скольжении тела по такой поверхности уже не могли образовываться, и зависимость силы трения от скорости послушно изменилась на противоположную.

Почему же водородные связи так влияют на силу трения? Между двумя неподвижными поверхностями образуется густая сеть из таких связей, мелкие детали которой зависят от конкретного расположения двух шероховатых поверхностей. Можно сказать, что в состоянии покоя на границе соприкосновения двух поверхностей возникает «двумерный кристалл» из водородных связей, которые дополнительно удерживают тело от проскальзывания. Если всё же произойдет сдвиг — связи разорвутся, но из-за своей высокой подвижности вскоре воссоединятся вновь. Это можно представить себе как резкое «плавление» кристалла из водородных связей, а затем его рекристаллизацию.

Если два тела скользят очень медленно, меньше скорости, с которой распространяется «волна рекристаллизации», то реорганизация водородных связей поспевает за смещением тела. При повышении скорости движения всё меньшее количество связей будет успевать восстанавливаться при скольжении. Сеть из водородных связей будет похожа уже не на кристалл, а скорее на двумерную жидкость, которая тем «жиже», чем больше скорость скольжения. Всё это приводит к тому, что дополнительная сила трения, возникающая из-за водородных связей, будет уменьшаться.

Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о том, что типичная скорость «волны рекристаллизации» водородных связей — порядка нескольких миллиметров в час. Авторы считают, что еще более аккуратное измерение силы трения позволит не только уточнить это число, но и понять в деталях термодинамические свойства этого нового «сорта вещества» — сложной сетки водородных связей.

Снимок эксперимента: ускоряющий лазерный луч проходит через плазму. Размер камеры — всего 3,3 сантиметра (physorg.com).

Учёные из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли (Lawrence Berkeley National Laboratory) в сотрудничестве с коллегами из Оксфордского университета (University of Oxford) смогли ускорить электроны до энергии в 1 гигаэлектронвольт на расстоянии всего 3,3 сантиметра.

Для сравнения: ускоритель в Стэнфорде (Stanford Linear Accelerator Center) разгоняет электроны до 50 гигаэлектронвольт, но на дистанции в 3,2 километра.

Чтобы добиться такого результата, учёные использовали метод так называемого лазерного кильватерного ускорения. Его принцип заключается в том, что через плазму пропускают мощные лазерные импульсы, оставляющие "след", который физики сравнивают с кильватером.

Этот след представляет собой электроны, которые начинают колебаться (ионы намного тяжелее и остаются почти неподвижными), в результате чего возникает электромагнитное поле. При определённых условиях проведения эксперимента оно может оказаться достаточно сильным для того, чтобы разгонять электроны до околосветовых скоростей.

Учёным из группы Вима Лиманса (Wim Leemans) удалось создать такие условия. Для этого исследователи ионизировали с помощью лазера водород в маленькой камере. Затем — опять-таки, с помощью лазера — в получившейся плазме создали плазменный шнур, игравший роль своеобразного оптоволоконного канала, по которому должны перемещаться электроны.

После небольшой задержки по этому каналу направили третий лазерный импульс, который и сформировал кильватерное ускорение, разогнавшее электроны до энергии в один гигаэлектронвольт.

Этот эксперимент принципиально не отличается от аналогичных опытов, проводившихся в разных лабораториях два года назад. Но тогда удалось получить на порядок меньшие энергии.

В обозримом будущем, по мнению Лиманса, можно будет разгонять электроны до 10 гигаэлектронвольт, правда, для этого понадобится ускоритель длиной в метр. Это, конечно, гораздо больше, чем несколько сантиметров, но и существенно меньше длины любого современного ускорителя.

Результаты эксперимента будут опубликованы в октябрьском выпуске Nature Physics.

Система PSR J0737-3039 в представлении художника (иллюстрация с сайта sciencedaily.com).

Общую теорию относительности, споры вокруг которой не утихают по сей день, удалось подтвердить с высокой точностью. Интересно, что в качестве основного "инструмента исследования" был использован двойной пульсар PSR J0737-3039 — единственный, известный современной науке. Работа проведена международным коллективом учёных под руководством профессора Майкла Кремера (Michael Kramer) из университета Манчестера (University of Manchester) и основывается на данных, собранных за три года наблюдений.

Для сбора сведений о периодичности пульсации PSR J0737-3039 использовалась информация, полученная от радиотелескопов Lovell Telescope, Parkes radio telescope и Robert C. Byrd Green Bank Telescope. Оказалось, что результаты наблюдений во многом совпадают с теорией Эйнштейна.

"Это самая точная проверка общей теории относительности, касающаяся влияния гравитационных полей. Только чёрные дыры могут оказывать больший гравитационный эффект, но их гораздо сложнее наблюдать", — сказал Кремер.

В данном случае учёные исследовали так называемый эффект Шапиро — задержку сигнала при распространении в пространстве-времени, искривлённом гравитационным полем пульсаров.

Пульсары идеально подходят для проведения такого рода исследований: их гравитационное поле очень сильное (примерно в 100 тысяч раз больше, чем у Солнца), и они излучают радиоволны с очень строгой периодичностью, поэтому любые отклонения легко зафиксировать и измерить.

Кроме того, диаметр пульсаров системы PSR J0737-3039 — всего около двадцати километров, из-за чего их можно считать не сферами, а материальными точками, что существенно упрощает расчёты.

Как показали вычисления, сделанные группой Кремера, общая теория относительности верна, а все возможные отклонения от неё составляют не более 0,05%. То есть можно сказать, что теория соответствует действительности как минимум на 99,95%.

Результаты исследования опубликованы в журнале Science.

При давлении порядка 13–18 гигапаскалей кислород становится твёрдым веществом красного цвета. При этом его кристаллическая решётка принимает такой вид (иллюстрация Lars F. Lundegaard, Gunnar Weck, Malcolm I. McMahon, Serge Desgreniers, Paul Loubeyre).

Учёные из двух независимых групп — под руководством Малкольма Макмэхона (Malcolm McMahon) из университета Эдинбурга (University of Edinburgh) и во главе с Хироси Фуджихисой (Hiroshi Fujihisa) из Национального института промышленной науки и технологии (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology) — исследовали свойства твёрдого красного кислорода, образующегося при воздействии на этот газ очень высокого давления. Результаты оказались интересными и красивыми, хотя и совершенно бесполезными.

В газообразном состоянии кислород представляет собой молекулы, которые перемещаются в пространстве, сталкиваясь друг с другом. Однако при повышении давления молекулы теснее прижимаются друг к другу, и кислород превращается в бледно-голубую жидкость. А при достижении давления в 5,4 гигапаскаля (примерно в 52 тысячи раз выше атмосферного) — в твёрдое тело такого же цвета.

В 1979 году химики выяснили, что при дальнейшем повышении давления до 10 гигапаскалей твёрдый кислород становится красным. В ходе новых исследований учёные проводили анализ кристаллической решётки кислорода в этом состоянии с помощью рентгеновского излучения. Разница состояла, в первую очередь, в методе.

Если в первом эксперименте кристалл твёрдого кислорода положили на подложку из гелия (при таком давлении гелий стал мягким, "как масло"), то во втором выращенный кристалл размельчили в порошок.

Обе работы дали ошеломляющие результаты.

Обычно при повышении давления химические связи в твёрдом теле разрушаются, а вещество начинает вести себя так же, как и более тяжёлые элементы той же группы. Ожидалось, что атомы образуют группы по 8 штук, составив кольцо, — как это происходит, например, с атомами серы.

Вместо этого атомы организовались по восемь, но образовали не кольцо, а ромбоэдр — фигуру наподобие сплющенного куба; то есть получилась молекула, состоящая из восьми атомов — O₈.

Такое неожиданное открытие должно заставить учёных пересмотреть прежние теоретические представления о кислороде в "сгущённом" состоянии.

Интересно, что твёрдый красный кислород не имеет совсем никакой практической ценности. К тому же он создаётся в микроскопических количествах и испаряется, едва давление снижается.

Не может он существовать и в природе: если бы и были возможны высокие давления, заставляющие кислород затвердеть, он всё равно бы быстро соединялся с другими веществами.

"Нет таких астрофизических или геофизических условий, при которых можно найти кислород в твёрдой фазе. Это возможно только в лаборатории", — сказал Поль Лубейр (Paul Loubeyre) из французского Комитета по атомной энергии (Commissariat à l'Energie Atomique), принимавший участие в одном из этих исследований.

Если бы кислород мог сохранять структуру кристаллической решётки после снижения давления, он был бы очень полезен, например, при производстве ракетного топлива, полагает Макмэхон.

Добавим, что в данном случае особенный интерес для науки представляет не столько сам красный кислород, сколько методы, которые дали возможность выяснить структуру этого вещества в твёрдой фазе при столь высоком давлении.

Ещё читайте о смешанном экзотическом и о нанотрубочном состояниях воды, а также о состоянии вещества, называемом фермионным конденсатом.

На одном кремниевом чипе исследователи создали 20 тысяч шестиугольных роторов, таких, как этот, приводимых в движение бактериями (Yuichi Hiratsuka, University of Tokyo/PNAS).

Юичи Хиратсука (Yuichi Hiratsuka) и его коллеги из японского Национального института технологий (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology) впервые сумели буквально впрячь бактерии в крошечные "хомуты", заставив их вращать вал моторчика, словно лошадей, вращающих вал древнего водяного насоса.

Хиратсука (ныне перешедший в университет Токио — University of Tokyo), воспользовался одними из самых быстрых бактерий — Mycoplasma mobile, которые способны двигаться со скоростью до 1,8 сантиметра в час. Для создания длиной в один микрометр — очень неплохо.

Исследователи построили микроскопическую круговую "беговую" дорожку из белков, в центре — поставили кварцевый ротор (диаметром 20 микронов), а сами бактерии покрыли витамином B7, который помогал им лучше удерживаться на дорожке.

Неизвестно, кто выступил погонщиком, но бактерии дружно впряглись в ротор и начали его вращать на скорости от 1,5 до 2,6 оборотов в минуту.

Вращающий момент нового двигателя был в 10 тысяч раз меньше, чем у самых маленьких электрических микромоторов, существующих сегодня. Но, говорят авторы работы, момент можно нарастить, увеличив число микробов, запряжённых в один ротор с нескольких штук до сотни.

Зато, в отличие от известных микроэлектромеханических систем, новый мотор может работать во влажной среде и не требует электропитания — бактериям нужно лишь скармливать глюкозу.

Такие моторы могут приводить в движение микромеханизмы, к примеру, микроскопические жидкостные насосы лабораторий на чипе, или даже вращать микрогенераторы для выработки тока.

В будущем, для устранения малейших сомнений в биологической безопасности устройства, японский учёный намерен создать подобный мотор не из живых, а из мёртвых бактерий, названных им "призраками", которые сохранят свой движущий механизм и также смогут работать в моторе при поставке необходимых веществ.

Читайте также о бактериях, которые строят коллективную живую электросеть и путешествовуют по микросхемам. Узнайте также двигателе, созданном из пары капель металла, а также о солнечном одномолекулярном моторе.

Плутон, считавшиеся самой отдаленной планетой солнечной системы, отныне ей не является. Такое решение принял съезд Международного союза астрономов, состоявшийся сегодня в столице Чехии. Таким образом число небесных тел, именуемых планетами, в нашей солнечной системе сократилось до восьми, сообщает CNN.

Сегодня ведущие астрономы мира проголосовали за определение термина "планета", разработанное специальной комиссией. Согласно нему в Солнечной системе насчитывается восемь планет, а также группа "плутонообразных" планет-карликов, в число которых войдет Плутон, его крупный спутник Харон и некоторые другие, довольно массивные космические объекты.

В отдельную категорию вписаны "менее крупные тела в Солнечной системе". Если это определение не будет принято, ученые приступят к разработке нового варианта. Об этом сообщает NEWSru.com.

Напомним, что первоначально планировалось принять широкое определение, в соответствии с которым число планет увеличилось бы до двенадцати и даже больше. В число планет, в частности попали бы крупнейший объект пояса астероидов Церера и находящийся еще дальше Плутона объект 2003 UB₃₁₃. При этом Плутон и ему подобные объекты выделялись в отдельный класс планет - плутоны. Однако затем было предложено альтернативное определение, согласно которому планета не только должна вращаться вокруг звезды, не быть звездой или спутником и иметь гидростатически равновесную форму, но и быть однозначно самым крупным объектом в районе своей орбиты.

В итоге, после серии обсуждений на голосование было решено выдвинуть определение, близкое ко второму варианту. Согласно ему, классическими планетами Солнечной системы будут считаться тела, вращающиеся вокруг Солнца, имеющие гидростатически равновесную форму и "расчистившее" область в районе своей орбиты от других, более мелких, объектов.

Карликовыми планетами будут считаться объекты, вращающиеся вокруг Солнца, имеющие гидростатически равновесную форму, но не "расчистившие" близлежащее пространство и не являющиеся спутниками. Сюда будут относиться крупные астероиды вроде Цереры, Плутон, Харон и другие крупные транснептуновые тела. Для обозначения последних предлагается использовать термин "плутоновые объекты", так как первоначально предложенный термин "плутоны" не понравился геологам - в английском языке термином pluton называют интрузию изверженных горных пород.

Таким образом, с завтрашнего дня в Солнечной системе, скорее всего, останется восемь планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Об этом сообщает "Компьюлента".

В погоне за скоростью компьютеров учёные часто направляют усилия на совершенствование базового кирпичика точной техники – транзистора. Как правило, их разработки – это улучшение прежних устройств. Но с появлением транзистора нового типа в сфере высоких технологий скоро может произойти настоящая революция.

Специалисты из университета Рочестера (University of Rochester) объявили о создании баллистического транзистора — устройства, которое должно стать прибором нового поколения.

По словам участника разработки Квентина Дайдука (Quentin Diduck), благодаря нововведению для компьютерной техники станут доступны скорости, измеряемые терагерцами.

Как говорит учёный, предыдущие разработки предлагали различные модификации дизайна уже существовавших моделей, но на этот раз было предложено нечто принципиально новое.

В основе прибора – полупроводниковый материал, в котором электроны находятся в состоянии двумерного электронного газа. Внутри этого полупроводника электроны в таком состоянии движутся без столкновений с атомами примесей, которые могли бы ухудшить работу транзистора.

Модель баллистического транзистора. В зависимости от приложенного поля электрон (обозначен на схеме жёлтым шариком) будет двигаться к одному или к другому выводу, и на выходе будет получаться сигнал "1" или "0" (иллюстрация с сайта rochester.edu).

Принцип действия баллистического транзистора (точнее он называется баллистический транзистор с отклоняющим полем — ballistic deflection transistor, BDT) основан на отклонении электрическим полем отдельных электронов, которые перемещаются, по словам разработчиков, "будто бы в атомном бильярде".

Кроме того, как говорят создатели, преимущество BDT по сравнению с обычным транзистором в том, что нет надобности управлять электронами "грубой силой" – достаточно подтолкнуть их "на входе" в нужную сторону, а дальше они будут "бесплатно" перемещаться "за счёт инерции" в требуемом направлении.

Здесь первоначально движение электрона происходит по прямой линии и отклоняется в одну или в другую сторону приложенным полем. Затем он движется в одном из двух направлений: в одном случае "на выходе" будет сигнал, условно принятый за "0", в другом – за "1". Как это происходит, вы можете посмотреть в видеоролике (файл WMV; 3,14 мегабайта).

Предложенный вариант устройства должен выделять существенно меньше тепла и работать намного быстрее. Ведь в нём происходит непрерывный поток электронов, которые не останавливаются, как это происходит в обычных давно существующих транзисторах, ведь в них именно на это тратится очень много энергии. Так что вдобавок ко всему можно сказать, что движение электронов в BDT будет если и не совсем бесплатным, то уж точно очень дешёвым.

Более того, повышение температуры не только создаёт проблемы, связанные с безопасностью техники, но и изменяет вольт-амперные характеристики полупроводниковых материалов. При создании приборов на основе полупроводников их разработчикам постоянно приходилось учитывать этот факт, но теперь, похоже, это будет уже не такой значительной трудностью.

BDT — достаточно современное устройство, и для его создания требуются передовые нанотехнологии, которые были недоступны ещё несколько лет назад. Но пока что разработка очень далека от промышленного внедрения, хотя она, безусловно, представляется чрезвычайно полезной и перспективной. Именно по этой причине исследовательская группа, занимающаяся BDT, получила грант от американского Национального научного фонда США (National Science Foundation) на сумму в $1,1 миллиона.

Игорь Тепер (Igor Teper), Ю-Джу Линь (Yu-Ju Lin) и Владан Вулетич (Vladan Vuletic) из Массачусетского технологического института (Massachussetts Institute of Technology) разработали прибор, способный считать отдельные атомы.
Технология основана на регистрации фотонов, рассеиваемых охлажденными практически до температуры абсолютного нуля (минус 273 градуса по Цельсию), атомами в магнитной ловушке. В демонстрационных экспериментах использовались атомы рубидия. Рассеиваемые фотоны могут измеряться двумя методами – флуоресцентным и абсорбционным. В настоящее время достигнута 75%-ная эффективность регистрации единичного атома в течение 250 микросекунд.
Новый прибор является важным продвижением в экспериментальной физике, открывающим недоступные ранее возможности. Он будет использоваться в фундаментальных исследованиях, требующих точной информации о числе атомов, участвующих в том или ином процессе. Об этом сообщает Радио Свобода.

Экспериментальные атомные часы, основанные на одном атоме ртути — в пять раз точнее любой аппаратуры для измерения времени, существовавшей до сих пор. Об этом достижении исследователи из Национального института стандартов и технологий (NIST) сообщили в статье в журнале Physical Review Letters.

Последние 50 лет стандарты времени, базировавшиеся на частоте перехода между энергетическими уровнями цезия-133, считались самыми точными в мире. Но учёные NIST предложили ещё более качественный подход к измерению времени. Их экспериментальные часы регистрируют переходы между энергетическими уровнями иона ртути, содержащегося в электромагнитной ловушке.

Этот ион генерирует колебания на оптических частотах, которые намного выше микроволновых, использовавшихся ранее в цезиевой аппаратуре, что позволит делать измерения намного точнее.

Цезиевые часы, созданные в NIST, могут "потерять" не больше одной секунды за 70 миллионов лет непрерывной работы. Преимущество последнего варианта ртутных часов состоит в том, что отстать или "убежать" на секунду они могут только через 400 миллионов лет.

Такое высокоточное измерение времени может пригодиться, например, для синхронизации в системах глобального позиционирования, в телекоммуникационных сетях, беспроводных и межпланетных сообщениях. Что касается более "земных" приложений, то ртутные атомные часы могут найти применение в сфере безопасности или медицине.

Но эти измерения можно использовать ещё в одной области, которая очень интересует физиков: их давно занимает вопрос о том, изменяются ли фундаментальные константы со временем (похоже, что да), и ответить на этот вопрос можно только с помощью высокоточных измерений.

Читайте также о портативных атомных часах. Остаётся надеяться, что всё это действительно пригодится, ведь есть мнение, что время – это только иллюзия...

Самый быстрый в мире суперкомпьютер MDGRAPE-3 производительностью 1 квадриллион операций в секунду создан в Японии сотрудниками исследовательского института "Рикэн" совместно со специалистами американской корпорации "Интел" и японской "Эс-Джи-Ай Джапан".
Суперкомпьютер предназначен для биологических исследований, в том числе изучения белка, анализа причин болезней на молекулярном и атомном уровне и разработки эффективных лекарственных препаратов. Он установлен в одном из исследовательских центров института в городе Иокогама, занимая площадь порядка 60-80 квадратных метров. Пиковая производительность MDGRAPE-3 почти в три раза выше, чем у считавшегося до сих пор самым быстрым суперкомпьютера "БлюДжин/Л" американской корпорации Ай-Би-Эм, который может производить "всего" 360 триллионов операций в секунду. Об этом сообщает ИТАР-ТАСС.

Ричард Вивер (Richard Weaver) и Олег Лобкис (Oleg Lobkis) из университета Иллинойса (University of Illinois at Urbana-Champaign), а также Алексей Ямилов (Alexey Yamilov) из университета Миссури (University of Missouri — Rolla) создали ультразвуковой аналог лазера — источника когерентного и монохромного излучения.

Новый прибор получил название уазер или уэйзер (uaser). Как и его оптический аналог, он генерирует ультразвуковые волны одной частоты и фазы. "Мы продемонстрировали, что природе лазера можно подражать в классической (не квантовой) механике. В звуке вместо света", — сказал Ричард Вивер.

Чтобы сделать уазер, авторы работы установили множество пьезоэлектрических автогенераторов на блоке из алюминия, который послужил упругим ("акустическим") телом, аналогом рабочего тела лазера. Когда внешний источник звука приложили к телу, эти генераторы синхронизировали свою работу с его тоном.

"Тщательно проектируя преобразователи, мы можем добиться правильных фаз и произвести (в блоке) стимулируемую эмиссию. В результате выходная мощность растёт как квадрат от числа генераторов", — пояснил Вивер, добавив, что, хотя данный прибор ещё не создаёт узкий луч ультразвука, "нет никакой причины, почему бы мы не смогли также спроектировать уазер, способный производить узкий, очень направленный луч".

А такой источник звука может пригодиться в физических экспериментах с различными материалами, полагают авторы установки.

Американские исследователи из национальной лаборатории в Лос-Аламосе (Los Alamos National Laboratory) провели важный эксперимент в области квантовой физики. Они зарегистрировали исчезновение третьего измерения в приложенном к веществу магнитном поле: поле стало плоским. Этот квантовый эффект, предсказанный ранее теоретически, экспериментально подтвержден впервые. Феномен наблюдали в кристаллах барий-медного силиката в очень сильном магнитном поле – около 23 тесла при сверхнизкой температуре - 1-3 градуса выше абсолютного нуля. Об этом сообщает Радио Свобода.

Плагиат чужих мыслей может дорого обойтись студенту: российские компьютерщики разработали специальную систему для обнаружения плагиата. Заказчиком выступил ректор одного из российских вузов.
Свое изобретение компьютерщики назвали "Антиплагиат". Работает программа проще некуда: открываешь сайт программы, загружаешь документ, например, дипломную работу. Компьютер ищет в сети похожие тексты, и через 5 секунд выдает вердикт: текст на 40% украден из интернета. Здесь же ссылки на настоящего автора.
Создатели системы ставят своей целью повышение качества российского образования, преимущественно в тех его составляющих, где от учащегося требуется применение творческих усилий при написании рефератов, дипломных работ или сочинений. Программа призвана "побудить обучающихся к самостоятельному написанию текстов, а не создания их, например, путем компиляции найденных в интернете страниц, касающихся заданной тематики". Однако чем обернется "программа разоблачений" в действительности, пока сказать трудно.
Система работает совсем недавно, но уже имеет собственных поклонников, среди них и преподаватели Московского института экономики, менеджмента и права. Они, как отмечает телеканал НТВ, оказались самыми любознательными: уже вторую сессию здесь не обходятся без современного детектора лжи. Справедливости ради стоит заметить, что преподаватели не забыли протестировать и собственные научные работы. Оказалось - все чисто. Потом проверили репутацию любимых выпускников прошлых лет, и пожалели об этом - процент заимствования был от 50 до 80.
"Поиск совпадений осуществляется методом сравнения последовательностей символов без учета языковых особенностей и речевых взаимосвязей", - рассказал CNews Глеб Никитов, руководитель разработки AntiPlagiat.ru, - за счет этого достигается высокая, в несколько секунд, скорость поиска совпадений. К тому же, система позволяет бороться с плагиатом на любом языке - в этом состоит ее преимущество перед западными аналогами, например, TurnItIn.com".
На данный момент сервис работает в тестовом режиме, при этом создатели системы отмечают стабильную работу механизма поиска совпадений. Система работает с форматами HTML, RTF, PDF, .txt, .doc. Анализ текста объемом 5 тысяч знаков осуществляется за несколько секунд. На сегодняшний день AntiPlagiat.ru проводит анализ текста более чем по 4 миллионам источников. В будущем разработчики планируют значительно пополнить базу. Об этом сообщает NEWSru.com со ссылкой на CNews.

Разрез международного термоядерного реактора ITER, который должен быть построен к 2014-2015 году (иллюстрация с сайта iter.org).

Нестабильное состояние плазмы на её внешних границах (так называемые потоки edge localised modes — ELM), в токамаках — реакторах ядерного синтеза — это одна из главных проблем, препятствующих таким устройствам превратиться в рентабельные источники энергии. Теперь исследователи под руководством Тодда Эванса (Todd Evans) из американской компании General Atomics решили эту проблему.

Огромные камеры в форме пончика, в которых при помощи системы магнитных полей удерживается горячая плазма, в будущем могут стать основой энергетических реакторов ядерного синтеза. Пока же на работу таких экспериментальных машин уходит больше энергии, чем её получается в результате синтеза ядер.

Огромным шагом на пути к электростанциям ядерного синтеза должен стать крупнейший в мире токамак — ITER, возводимый сейчас во Франции совместными усилиями Евросоюза, Индии, Китая, Южной Кореи, России, США и Японии.

Этот термоядерный реактор, пусть ещё не промышленный, а экспериментальный, должен впервые продемонстрировать работоспособность и оправданность технологии. Если удастся решить ряд технических проблем. ELM — одна из них.

Такие потоки, несмотря на ограждающее магнитное поле, вызывают ускоренную эрозию стенок реактора, из-за чего их придётся довольно часто менять. А это — колоссальные расходы, ставящие под сомнение дешевизну энергии синтеза. К тому же, материал со стенок загрязняет плазму, снижая эффективность реактора.

Новая работа, выполненная в General Atomics, показывает путь решения проблемы: оказывается, дополнительное маленькое резонансное магнитное поле, вырабатываемое специальными катушками, расположенными в реакторе, создаёт "хаотическое" вмешательство на краю плазмы, которое мешает формироваться потокам, способным разрушать стенки.

Узнайте также о других необычных идеях и проектах в области как термоядерной энергетики, так и обычной — ядерной.

Пояснения в тексте (фото Honda).

Международный институт передовых телекоммуникационных исследований (ATR), расположенный близ Киото, совместно с компанией Honda, разработал и продемонстрировал в действии новый тип связи между человеком и машиной. Робот-манипулятор подчинялся мыслям испытуемого, без всякой видимой связи с ним.

Новый интерфейс мозг-машина (Brain Machine Interface — BMI) основан на ежесекундном анализе картины активности участков мозга, получаемой через магниторезонансное сканирование, а также на хитроумной программе, которая по этим данным вычисляет нервные сигналы в мозге, распознавая по ним выполняемые человеком движения (кисти и пальцев).

Пусть задержка между жестом человека и повторением движения манипулятором составляла примерно 7 секунд, всё равно достижение впечатляет. Тем более, что точность распознавания достигла 85%.

Проект BMI основан на исследованиях доктора Юкиясу Камитани (Yukiyasu Kamitani) из вычислительной лаборатории неврологии ATR (ATR CNS) (подробнее — в пресс-релиз Honda, там же — фотографии в высоком разрешении).

О предыдущих работах в этой области мы рассказывали неоднократно: раз, два, три, четрые и пять.

Но авторы этого эксперимента особо подчёркивают два момента, отличающие их достижение от сходных ранних работ: здесь нет электродов, внедрённых в мозг, и даже просто контактов (которыми снимают энцефалограмму, к примеру), да и вообще — какого-либо соприкосновения с человеком.

И что ещё интереснее, правильное распознавание жестов машиной происходит в реальном времени, с первой попытки и на нетренированном "подопытном". Ранее людям приходилось стараться, чтобы получить от машины, считывающей мозговую деятельность (например — считывая мозговые волны), однозначно чёткую и видимую реакцию на свои мысли — нужное движение шарика на экране компьютера или ещё что-то подобное.

В этом смысле показателен необычный "мозговой футбол".

Авторы же новой работы отмечают, что их программу можно модифицировать для распознавания "движений мысли" по анализу иных мозговых сигналов, что в будущем позволит миниатюризировать технологию, отказавшись от огромного магнитного томографа.

На фото в заголовке: слева — человек в магниторезонансном сканере показывает пальцами знаки ("камень-ножницы-бумага"); справа: робот копирует его движения; на врезке — управление роботом происходит благодаря анализу рисунка активных зон мозга.

Роберт Бойд (Robert Boyd), профессор оптики из университета Рочестера (University of Rochester), сумел придать пучку света "отрицательную" скорость, при которой пик импульса двигался не от источника, а к нему.

Нужно вспомнить, что особым образом изменяя среду, через которую проходит свет, применяя пары рубидия, различные кристаллы, скрещивающиеся лучи лазеров и тому подобное, физики давно научились управлять скоростью светового импульса — замедляя его в десятки тысяч раз, а то и вовсе "замораживая".

Важно понимать, что во всех этих случаях речь идёт о групповой скорости, которая характеризует быстроту распространения горба импульса света. Из-за дисперсии (рассеивания) в определённой среде горб этот может двигаться на несколько порядков медленнее, чем каждый фотон в отдельности, а также, в каких-то условиях, и наоборот — быстрее скорости света в вакууме.

О нарушении законов природы тут речи нет, так как самые первые фотоны в импульсе добегают до противоположного конца своей "испытательной дорожки" не быстрее тех самых 300 тысяч километров в секунду, и информация "быстрее света" не передаётся. В случае же остановки света речь идёт о поглощении импульса специально подготовленной средой с последующим повторным излучением его, с сохранением всех параметров исходного пучка. Так сказать "до последнего фотона".

После этого краткого экскурса становится понятным и то, что удалось проделать Бойду. Он сумел изготовить среду, в которой скорость горба импульса была отрицательной — то есть, направленной к источнику излучения.

Для этого "чуда" Бойд применил оптоволокно, легированное эрбием. Импульс, выходящий из лазера, он делил на две части. Один луч направлялся в то самое экспериментальное волокно, а второй посылался к концу установки без помех. Второй луч служил в роли репера, для сравнения.

С первым же лучом происходила удивительная вещь. Ещё до того, как пик его импульса входил в эрбиевое волокно, на дальнем конце этого волокна уже появлялся пик излучения, опережая даже реперный луч, бегущий свободно. Если говорить о групповой скорости, получалось, что первый луч превышал скорость света, и даже "опережал время" — так как выходил из конца волокна до того, как попадал в его начало.

Выяснилось, что само волокно, фактически, генерирует горб на дальнем своём срезе, когда первые порции фотонов из ведущего фронта лазерного импульса, предшествующего пику, достигают его.

Но самое любопытное заключалось в другом открытии — одновременно с посылкой горба импульса вперёд, дальний конец волокна создавал второй горб-близнец, который распространялся в обратном направлении, добегая до начала опытного волокна как раз к моменту, когда исходный оригинальный импульс только лишь входил в него.

Лучше всего принцип "обратного света" виден на этой анимации (MPEG, 1,62 мегабайта).

Группа физиков из нидерландского университета Vrije Universiteit, Физико-технического института имени А.Ф.Иоффе и парижского астрофизического института (Institut d'Astrophysique de Paris) нашла свидетельство, что со времени младенчества Вселенной одна из природных констант изменилась.

Речь идёт о "мю" (μ) — отношении масс протона и электрона. Если результаты новго эксперимента верно интерпретированы, то за последние 12 миллиардов лет μ уменьшилась на 2 тысячных процента (текущее значение этой константы 1836,153).

Проявилось это изменение в разном поглощении света водородом: в космосе (изучался свет, выпущенный двумя далёкими квазарами и прошедший через холодные межзвёздные водородные облака) и в лаборатории (лазерные лучи прошедшие через лабораторную установку).

Поскольку длины поглощаемых водородом волн зависят от значения μ — крошечное отличие в измеренных длинах (но больше, чем ошибка измерений) говорит об отличии этой константы в прошлом, что добавляет ещё один кирпичик в пользу набирающих популярность представлений, будто природные константы — и не константы вовсе и за миллиарды лет могут постепенно меняться. Сами процессы поглощения света в случае с квазарами и лабораторным опытом как раз разделяли миллиарды лет.

Результат исследования был опубликован в Physical Review Letters.

Ранее, кстати, учёные обнаружили свидетельство непостоянства другой постоянной — альфы — постоянной тонкой структуры.

И то, и другое наблюдение говорит в пользу теории струн, предполагающей такие космологические изменения на протяжении развития Вселенной. Непостоянство констант может быть отражением наличия в природе дополнительных пространственных измерений.

Потому данное открытие вполне может служить ещё одним поводом для пересмотра текущих представлений об устройстве Вселенной.