7 сентября 2009
Физика
Открытие магнитных монополей
 Так, по мнению авторов одной из работ, выглядит "спиновое спагетти" из струн Дирака (Dirac string). Варьируя внешнее магнитное поле, можно проредить мешанину линий и лучше разглядеть монополи на их концах (фото D.J.P. Morris, A. Tennant/HZB) |
Существование неуловимого магнитного монополя было предсказано [почти] 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.
Каждому школьнику известно, 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 [английский] 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. <...>
4 группы физиков в начале сентября сообщили об этом открытии.
Описание экспериментов и прочие подробности смотрите на сайте Мембрана
---------------------------------------------------------------------------------------------
4 сентября 2009
Физика
Физики впервые нашли магнитные монополи в спиновом льду
 Ориентация спинов в спиновом льде. Иллюстрация авторов исследования |
Физики смогли получить аналог знаменитых монополей Дирака в экзотическом спиновом льду. Сразу две статьи исследователей на эту тему появились в журнале Science.
Краткое изложение работ приводит Nature News.
Монополем Дирака называется гипотетическая частица, обладающая ненулевым магнитным зарядом. Данные частицы появились впервые в работах Дирака, посвященных квантованию электромагнитного взаимодействия. С тех пор физики безуспешно пытались опытным путем их обнаружить.
Монополи, о которых идет речь в новой работе, имеют иную природу, чем изучавшиеся Дираком. Так, в рамках новых исследований ученые моделировали эти частицы в так называемом спиновом льду - материале, в котором спины атомов располагаются аналогично атомам водорода в молекулах льда.
В частности, его можно представлять себе состоящим из тетраэдров, с атомами в вершинах. При этом два спина атомов ячейки "смотрят" вовнутрь, а два - наружу. Данный материал физики помещали в магнитное поле. В результате в спиновом льду возникали регионы, которые можно считать монополями - то есть источниками радиальных магнитных полей.
Для регистрации возникновения подобных регионов ученые использовали нейтронную интерферометрию. Новое открытие стало первым практическим подтверждением существования моделей монополей в различных экзотических материалах.
Совсем недавно, физикам удалось теоретически показать, что монополи Дирака могут существовать в так называемом конденсате Бозе-Эйнштейна. Конденсатом Бозе-Эйнштейна называется агрегатное состояние вещества, состоящего из охлажденных почти до абсолютного нуля бозонов.
источник Lenta.ru
---------------------------------------------------------------------------------------------
29 августа 2009
Физика. Химия
Физики впервые разглядели отдельные атомы
 Минимальное приближение к образцу обычной иглы (слева) и иглы, на кончике которой находится молекула угарного газа. Изображение авторов исследования |
Европейские физики разработали новую технологию атомной силовой микроскопии, которая позволяет добиваться беспрецедентной детализации объектов. Статья с описанием метода появилась в журнале Science. Кратко исследование описано на портале Physics World.
Атомная силовая микроскопия начала применяться около 20 лет назад. При использовании этого метода изображение объектов создается при помощи иглы микроскопа, скользящей над препаратом. Игла "чувствует" силы атомных связей, действующих между атомами вещества, и соответственным образом отклоняется от прямой траектории.
Из-за технических ограничений игла микроскопа не может приблизиться к препарату ближе, чем на один нанометр. Основной причиной, мешающей игле опуститься ниже, являются силы Ван-дер-Ваальса — относительно слабые силы межмолекулярного взаимодействия. Из-за сил Ван-дер-Ваальса для того, чтобы смоделировать изучаемый объект по отклонению иглы, необходимо очень точно знать ее строение. Для стандартных игл эта характеристика всегда не до конца определена.
На кончике иглы атомного силового микроскопа, разработанного авторами новой работы, находится одна молекула угарного газа. Его химическая формула — CO. Молекула CO отличается высокой стабильностью, и силы Ван-дер-Ваальса оказывают на нее относительно несущественное влияние.
Чтобы продемонстрировать возможности новой технологии, исследователи изучили с ее помощью строение молекулы пентацена. Этот углеводород, состоящий из пяти колец, имеет химическую формулу C22H14. Физики смогли различить все пять колец, но также отдельные атомы углерода и водорода. Разрешение, которого удалось добиться авторам, является лучшим за всю историю атомной силовой микроскопии. Полученное фото молекулы доступно здесь.
Один из авторов работы признался, что решение поместить на кончик иглы молекулу CO было случайным. Молекула попала на иглу, когда ученые проводили исследование с использованием стандартной техники атомной силовой микроскопии.
Перспективы использования нового метода весьма широкие. Атомная силовая микроскопия с чрезвычайно высоким разрешением позволит составить каталог "внешнего вида" различных химических соединений. Кроме того, с его помощью можно изучать еще не описанные молекулы. Также метод окажется востребованным в электронике, где сейчас стремительно развиваются технологии устройств наноразмеров.
источник Lenta.ru
---------------------------------------------------------------------------------------------
26 августа 2009
Физика
|
|
Физики создали акустический диод —
устройство, способное пропускать акустические волны только в одном направлении. Диод был реализован пока только в теории — практических испытаний исследователи не проводили.
Статья физиков появится в журнале Physical Review Letters, а ее краткое изложение приводит издание Physical Review Focus. <...>
Схема работы устройства следующая. Волны, испускаемые источником, сначала попадают в "акустически нелинейную" среду, в результате чего возникают вторичные колебания с удвоенной частотой. Все кроме последних блокируются фильтрующим слоем.
С другой стороны волны, идущие к источнику (то есть в обратном направлении) также задерживаются фильтром. Подбирая параметры материалов особым образом, физики добились того, что количество энергии, переносимое в направлении от источника, примерно в 100 тысяч раз превосходит количество энергии, возвращающееся к источнику.
<...> По словам исследователей, подобные устройства будут крайне востребованы. Например, в медицине используются ультразвуковые аппараты. При этом сам источник ультразвука в подобном устройстве оказывается не защищен от возвращающихся волн, которые способны вносить возмущения в его работу. Наличие устройства с односторонней пропускающей способностью позволит решить эту проблему.
Подробнее... Lenta.ru
---------------------------------------------------------------------------------------------
9 августа 2009
Физика
Предложена новая теория, объясняющая, почему вода при нагревании от 0 до 4°C сжимается
 Молекулам воды «удобнее» всего объединяться в кластеры с углом между водородными связями, равным 109,47 градуса. Такой угол называют тетраэдральным, поскольку это угол, соединяющий центр правильного тетраэдра и две его вершины. Рисунок с сайта lsbu.ac.uk |
Японский физик Масакадзу Мацумото выдвинул теорию, которая объясняет, почему вода при нагревании от 0 до 4°C сжимается, вместо того чтобы расширяться.
Согласно его модели, вода содержит микрообразования — «витриты», представляющие собой выпуклые пустотелые многогранники, в вершинах которых находятся молекулы воды, а ребрами служат водородные связи.
При повышении температуры конкурируют между собой два явления: удлинение водородных связей между молекулами воды и деформация витритов, приводящая к уменьшению их полостей.
В диапазоне температур от 0 до 3,98°C последнее явление доминирует над эффектом удлинения водородных связей, что в итоге и дает наблюдаемое сжатие воды. <...>
[Мацумото опирается пока на результаты компьютерного моделирования], экспериментального подтверждения [его] модели <...> пока что нет — впрочем, как и других теорий, объясняющих сжатие воды.
Осталось дождаться экспериментального подтверждения существования витритов и такого их поведения. Но это, увы, очень непростая задача.
Подробнее... Элементы
---------------------------------------------------------------------------------------------
19 июля 2009
Физика. Астрономия. Компьютерные технологии
Суперкомпьютер продемонстрировал поведение солнечных пятен
 |
Ученым впервые удалось смоделировать поведение солнечных пятен при помощи суперкомпьютера. Об этом сообщает Space.com, а статья исследователей появилась в журнале Science.
В рамках работы ученые создали модель региона Солнца с размерами 50 тысяч на 100 тысяч километров глубиной 6 тысяч километров. Для сравнения, диаметр Солнца составляет более 1,3 миллиона километров.
Регион был покрыт точечной сеткой, содержащей более 1,8 миллиардов узлов.
Расстояние между узлами составляло от 15 до 30 километров. Для моделирования термодинамических и электромагнитных процессов, а также процессов переноса материи ученые использовали суперкомпьютер, способный выполнять 76 триллионов операций в секунду. Время работы машины составило несколько недель.
В рамках работы ученые смоделировали два солнечных пятна. В результате им удалось установить, что многие свойства пятен определяются особой конфигурацией магнитного поля в центре этих объектов. Исследователи надеются, что их результаты позволят ученым лучше понять процесс формирования пятен, которые считаются основными признаками солнечной активности. В настоящее время Солнце постепенно выходит из аномально длительного периода минимума активности.
Солнечные пятна представляют собой регионы, где мощные магнитные поля вырываются на поверхность светила. В этих местах температура поверхности заметно ниже (4000 вместо 5500 градусов по Цельсию), поэтому они темнее, чем их окружение.
источник Lenta.ru
---------------------------------------------------------------------------------------------
24 июня 2009
Биофизика
Птицы видят магнитное поле благодаря токсичной молекуле
  Статья Соловьёва и Шультена в Biophysical Journal удостоилась обложки. На
рисунке показаны молекулы криптохрома и супероксида, взаимодействующие
в глазах животных (иллюстрация Biophysical Journal) |
Молекула, которую обычно связывают с повреждением клеток, старением и рядом заболеваний, играет ключевую роль в ориентации перелётных птиц по магнитному полю Земли.
Такой вывод сделали Клаус Шультен (Klaus Schulten) из университета Иллинойса (University of Illinois at Urbana-Champaign) и Илья Соловьёв из Франкфуртского института передовых исследований (FIAS).
Ещё в начале века Шультен и его коллеги обнаружили, что некоторые химические реакции могут регулироваться даже слабым магнитным полем. Главное, чтобы эти реакции проходили достаточно быстро, успевая "почувствовать" влияние квантово-механических сил, сдвигающих в ту или иную сторону спин электронов, в свою очередь, перепрыгивающих тогда с молекулы на молекулу.
Основываясь на этом открытии, в 2000 году Клаус [Шультен] предположил, что белок криптохром (фоторецептор для синего света, который можно найти в глазах животных) играет главную роль в восприятии птицами геомагнитного поля. Мол, криптохром в глазах птиц откликается на перемену направления силовых линий, посылая визуальный сигнал в кору мозга.
Позднее способность птиц буквально видеть поле, была подтверждена опытным путём. Но детали работы криптохрома в роли компаса оставались совершенно неясными. Ведь для того чтобы компас работал, белок должен быстро-быстро переключаться между сигнальным и неактивным состоянием, а для этого ему нужна молекула-партнёр, способная включать "реверс" у индуцируемой магнитным полем Земли реакции.
Этот недостающий ключ и нашёл [Илья] Соловьёв.
Таинственным компонентом "глазного компаса" оказался cупероксид (O2-1). В небольших количествах этот короткоживущий радикал постоянно образуется в клетках, однако если его генерируется чуть больше — начинается оксидативный стресс, приводящий к клеточным повреждениям со всеми вытекающими [последствиями].
<...>
Шультен и Соловьёв объяснили, каким образом пара криптохром-супероксид жонглирует своими электронами в ответ на воздействие геомагнитного поля. Они высчитали, что данная комбинация чувствительна к сверхтонкому взаимодействию довольно слабенького внешнего поля и спиновой динамики в биомолекулах. Также исследователи показали, что для работы живого компаса достаточно относительно малых концентраций свободного радикала кислорода в клетке.
Но почему тогда люди не видят магнитное поле? Ведь в наших глазах тоже есть и криптохром, и та же самая реактивная форма кислорода? Всё дело в точном содержании O2-1 — поясняет Шультен. По его словам, "наши тела пытаются играть в более безопасную игру" (в сравнении с птицами) и супероксида в наших глазах — несколько меньше, то есть уже недостаточно для запуска описанных реакций и визуализации магнитного поля планеты.
"Эволюция человека выбрала долголетие, пожертвовав ориентационной способностью", — пояснил учёный.
Подробнее на Мембране
---------------------------------------------------------------------------------------------
23 июня 2009
Физика
Глубочайшая лаборатория раскроет тайны Вселенной
 Установка LUX, её размещение и собственно детектор (на врезке) (иллюстрации Sanford Underground Laboratory at Homestake) |
22 июня под Чёрными холмами (Black Hills) в Южной Дакоте [США] официально начала работу Сэнфордская подземная лаборатория.
Её установки разместятся на глубине 1478 метров под землёй. Но в будущем исследователи спустятся значительно глубже, чтобы понять устройство мироздания.
Золотоносная шахта Homestake в городке Лид (Lead) была закрыта в 2001 году после 125 лет работы. Тонны поднятой руды и раскрошенных скал оставили после себя многокилометровую сеть штолен и горизонтов. Насосы, откачивающие воду, были остановлены, а затопленную шахту опечатали.
В 2007-м целое содружество ряда американских университетов и ведущих национальных лабораторий под эгидой (и с подачи) Национального научного фонда (NSF) решили вернуть шахту к жизни в облике научного комплекса.
Так родился проект Deep Underground Science and Engineering Lab (DUSEL) — фактически целая сеть различного рода лабораторий, в которых будут работать специалисты из нескольких университетов. Официально открытая вчера Sanford Underground Laboratory at Homestake — лишь его часть, добравшаяся до реализации первой.
Кстати, исследования здесь проводились и раньше. Так, в 1960-х американский физик Рэй Дэвис (Raymond Davis) при помощи огромного детектора, смонтированного в пещере на уровне 4850 футов [1478 м], впервые поймал солнечные нейтрино (Homestake Experiment).
Опыт, продолжавшийся вообще-то десятилетия (до середины 90-х), привёл учёных к открытию осцилляций нейтрино на их пути между Солнцем и Землёй. За эту работу Дэвис, вместе с двумя другими учёными, получил Нобелевку по физике в 2002 году.
<...>
Первым тут должен быть возведён детектор Large Underground Xenon — LUX.
С его помощью физики надеются поймать частицы тёмной материи, играющей колоссальную роль в эволюции Вселенной (скажем, без неё вряд ли образовались бы галактики).
Глубины шахты Homestake подходят для него идеально, поскольку толща скал хорошо экранирует космические лучи, способные напрочь заглушить сверхчувствительные датчики.
Последние должны уловить результат крайне редкого и слабого (и притом пока ещё гипотетического) столкновения пролетающих частиц Wimp (это и есть кандидат на частицу тёмной материи) с 300 килограммами жидкого ксенона.
Материал, который втрое плотнее воды, находящийся к тому же при температуре почти −110°C, должен, по замыслу авторов опыта, повысить вероятность взаимодействия обычного вещества с Wimp.
Новый детектор будет в 100 раз более чувствителен, чем установки, на которых пробовали поймать Wimp раньше, — поясняют учёные. LUX разместят в той самой "пещере Дэвиса", где когда-то стояла историческая установка, уловившая нейтрино от Солнца. Начнёт работу LUX примерно через год.
<...>
Подробнее на Мембране
---------------------------------------------------------------------------------------------
19 июня 2009
Физика
Израильтяне впервые создали звуковую чёрную дыру
|
Чёрная дыра, созданная в Израильском технологическом институте (Israel Institute of Technology), не сможет уничтожить планету, но позволит изучить сложные физические явления и, возможно, доказать существование излучения Хокинга (Hawking radiation).
Чтобы получить звуковую чёрную дыру, учёные под руководством Джеффа Штайнхауэра (Jeff Steinhauer) сначала создали конденсат Бозе-Эйнштейна (Bose–Einstein condensate).
Для этого они охладили до очень низкой температуры (50 нанокельвинов) облако атомов рубидия-87 (общим количеством несколько тысяч) и "поймали" его с помощью магнитного поля.
При помощи лазера был создан электрический потенциал, который заставил атомы перемещаться быстрее скорости звука. Такой эффект создал сверхзвуковой поток, длящийся всего 8 миллисекунд, однако способный создавать акустическую дыру для захватывания звука.
Разделив облако на две части, физики получили пространство "инверсии плотности", в котором плотность настолько низкая, что атомы могут перетекать из одной части облака в другую практически беспрепятственно со скоростью около трёх миллиметров в секунду, что в данном случае в четыре раза выше скорости звука [для данной среды и температуры]. Процесс занимает не более чем 8 миллисекунд, в течение которых и существует звуковая чёрная дыра.
Поясним, как она работает. Атомы рубидия "перебегают" из одной части в другую со сверхзвуковыми скоростями, в результате попадающие в эту же часть пространства (своеобразный горизонт событий) звуковые волны не могут его покинуть, так как тут же увлекаются сверхзвуковым потоком, так же как рыбы, которые не способны противостоять сильному течению реки.
"Получается своеобразная звуковая чёрная дыра: звук попадает в неё, а выйти уже не может", — говорит Штайнхауэр.
Это, конечно, ненастоящая чёрная дыра, так как свет по-прежнему может пройти сквозь пространство инверсии плотности не задерживаясь.
Отметим, что впервые звуковые чёрные дыры были предсказаны ещё в 1980-х канадским физиком Уильямом Унру (William Unruh). Однако израильтяне впервые создали их в лабораторных условиях.
С помощью своего открытия группа Штайнхауэра надеется доказать существование излучения Хокинга, которое было предсказано ещё в 1974 году. Теоретически это излучение может исходить от горизонта событий чёрной дыры.
Аналогом излучения Хокинга в случае звуковой чёрной дыры могло бы стать некоторое количество "сбежавших" фононов, их вполне можно зафиксировать. Конечно, это не докажет существования излучения, но всё же укрепит учёных в их правоте.
"Наше исследование направлено на понимание основных законов физики, вряд ли оно как-то пригодится в обычной жизни, но всё же оно приблизит нас к пониманию строения и работы Вселенной", — подводит итог Джефф.
Препринт статьи авторов выложен на сервере arXiv.org.
Узнайте также о том, как чёрные дыры были смоделированы с помощью потока воды и парящей капли, а ещё о "чёрном Сатурне", который может появиться в Большом адронном коллайдере.
Кроме того, физики предположили, что несколько дыр могут существовать в Солнечной системе, и даже выдвинули гипотезу, что из них может состоять вся материя.
Источник: Мембрана
<...>
[При помощи лазера был создан электрический потенциал, который заставил атомы перемещаться быстрее скорости звука. Такой эффект создал сверхзвуковой поток, длящийся всего 8 миллисекунд, однако способный создавать акустическую дыру для захватывания звука].
"В результате этого опыта впервые в истории может быть на практике доказано существование радиации Хокинга", — говорят в Университете Колорадо.
Согласно законам квантовой механики, пара частиц может спонтанно появляться в пустом пространстве. Эта пара состоит из частицы и ее античастицы, она существует крошечный период времени, после чего частица и античастица уничтожают друг друга. Однако в 70-х года физик Хокинг предположил, что если такая пара была создана на краю черной дыры, что одна из частиц может быть затянута в дыру до того, как она уничтожается, оставляя другую частицу на горизонте событий. Для внешнего наблюдателя это будет выглядеть как радиация. В акустических дырах радиация Хокинга будет проявляться в форме появления остаточных элементарных частиц — фононов.
По словам ученых, практическое доказательство радиции Хокинга — это большой прорыв в физике. С одной стороны, сам Хокинг за это получит Нобелевскую премию, а с другой — это значит, что большая часть современной физики стоит на верных основах.
"Радиация Хокинга — это фундаментальное обоснование большинства эффектов в квантовой механике, а также объяснение многих космических феноменов", — говорит Шон Кэррол, один из участников опыта. По его словам, обнаружить радиацию Хокинга в астрономических наблюдениях почти невозможно, так как излучение черных дыр зачастую перекрывается более мощным выбросом радиации.
<...>
Источник: Новости высоких технологий (17.06.2009)
---------------------------------------------------------------------------------------------
19 мая 2009
Физика
Закрученный луч позволил определять атомы поштучно
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 Concepción) повествует статья в Nature Physics.
(Кстати, именно в JQI в январе нынешнего года физики впервые телепортировали атом на метр.)
[Объединённый институт квантовой физики (JQI) сочетает передовые исследования с удивительной открытостью. Ежегодный день открытых дверей с демонстрацией всяческих опытов прошёл в университете Мэриленда, а в его составе и в JQI, в конце апреля. Общее число гостей, посетивших университет в этот раз достигло 77 500. Можно только позавидовать как организации мероприятия, так и интересу американской публики к науке]
<...>
Подробности на Мембране
---------------------------------------------------------------------------------------------
22 апреля 2009
Физика
Заработал первый в мире жёсткий рентгеновский лазер
 |
Самый яркий рентгеновский лазер успешно прошёл первые испытания в национальной лаборатории Стэнфорда (SLAC National Accelerator Laboratory). "Линейный источник когерентного света" (Linac Coherent Light Source или LCLS) — первый лазер, работающий с жёстким рентгеновским излучением. В скором времени он позволит исследовать структуру вещества, имея в своём распоряжении всего лишь одну молекулу.
Рентгеновские лучи лучше всего могут рассказать об атомарном строении материалов. Ранее для проведения подобных экспериментов использовались синхротроны. <...>
На данный момент LCLS является источником самого коротковолнового импульса рентгеновского излучения: длина волны составила всего 0,15 нанометра.
Чтобы добиться таких впечатляющих результатов, инженерам пришлось откалибровать установку таким образом, чтобы луч света не отклонялся более чем на пять микрометров на протяжении целых пяти метров! <...>
В каких областях науки найдёт применение громадина, строительство которой обошлось в $420 миллионов? Прежде всего это материаловедение, структурная биология и физика конденсированного состояния. <...>
Подробности... Мембрана
---------------------------------------------------------------------------------------------
10 апреля 2009
Нанотехнологии. Физика. Химия. Биология. Медицина
Создан самый точный и простой разделитель молекул
 Схематическое изображение созданной американцами "лестницы". Зелёным обозначены разделённые молекулы ДНК, пояснения ниже в тексте (иллюстрация NIST-Cornell).
|
Устройства, которые были бы способны разделять небольшие количества веществ и даже отдельные молекулы по размеру, создаются в течение последних нескольких лет. И данная отрасль всё ещё находится на стадии раннего развития.
Обычно для этих целей используют многослойную фотолитографию. Процесс похож на создание интегральных схем: на кремниевой или стеклянной пластине в несколько этапов вытравливается разветвлённая сеть прямоугольных каналов (чаще всего одной и той же глубины, что значительно ограничивает их функциональность).
В данном случае группа исследователей из NIST использовала одноступенчатый процесс.
На поверхность фоторезистора накладывается трафарет, который пропускает только определённое количество света. Затем "лишнее" вещество вымывают травлением, и образуется многоуровневая поверхность.
..."Наноразделители" необходимы науке по одной простой причине: отдельные молекулы невозможно "взять" даже самыми маленькими в мире щипцами. А между тем современной химии, биологии и медицине подобные возможности крайне необходимы для анализа ДНК, белковых структур и токсичных соединений, для разработки методов точной доставки лекарств и генной терапии.
Подробности... Мембрана
---------------------------------------------------------------------------------------------
10 апреля 2009
Физика. Лазерные технологии
Кривой луч зажигает плазму и большие надежды
 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).
...
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.
Подробности + фото... Мембрана
---------------------------------------------------------------------------------------------
17 марта 2009
Физика. Нанотехнология
Физики создали прототип батареи на спинах
Невероятная электродвижущая сила (ЭДС) спинового происхождения в специально подготовленной наноструктуре может открыть дорогу к созданию аккумуляторов, хранящих энергию "в квантовой форме".
Так полагают учёные, поставившие новый эксперимент — Стюарт Барнс (Stewart E. Barnes) из университета Майами (University of Miami) и его коллеги из университетов Токио (University of Tokyo) и Тохоку (Tohoku University).
Удивил физиков сандвич диаметром с человеческий волос, содержащий несколько чередующихся наноразмерных слоёв магнитных и немагнитных материалов — он превратился в эффективную "батарейку".
Внутри сандвича физики сформировали так называемый магнитный туннельный переход — одну из самых многообещающих структур, которая неоднократно вызывала интерес учёных, работающих в области спинтроники, и которая даже успела "закрепиться" в конструкции ряда электронных устройств.
Подробности и схема "квантовой" батарейки на Мембране
---------------------------------------------------------------------------------------------
16 марта 2009
Технологии (физика)
Создана компактная система беспроводного электричества
Американская компания PowerBeam разработала и построила опытный образец новой системы беспроводной передачи электроэнергии, с которой на прошлой неделе и пожаловала в Сан-Хосе на конференцию по передовым технологиям ETech 2009.
В полном соответствии с названием речь идёт о "силовых лучах", при помощи которых разработчики надеются передавать электричество из одного конца комнаты в другой, скажем, от розетки — к телевизору, колонкам стереосистемы, цифровой фоторамке, торшеру и так далее.
По замыслу PowerBeam, эта технология удалит из комнаты лишние провода, повысив эстетическую привлекательность жилища. Вообще же данный способ передачи хорошо действует и на несколько больших расстояниях — порядка 10-100 метров, сообщают умельцы из США.
Подробнее... Мембрана
---------------------------------------------------------------------------------------------
13 марта 2009
Нанотехнологии. Химия и физика
Новый литиевый аккумулятор заряжается в 100 раз быстрее обычного
Мобильные телефоны, заправляющиеся с нуля и до "краёв" всего за 10-20 секунд, и электромобили, проделывающие то же за 5 минут, могут стать реальностью, если получит развитие открытие Гербранда Седера (Gerbrand Ceder) и его коллег из Массачусетского технологического института (MIT).
Подробнее... Мембрана
---------------------------------------------------------------------------------------------
18 февраля 2009
Биофизика. Вирусология. Медицина
Три года работы ушло у учёных из университета Райса (Rice University) [Хьюстон, шт. Техас, США] на создание и обработку сотен рентгеновских снимков высокой чёткости, чтобы получить самую подробную иллюстрацию капсида вируса.
Авторы работы [вирусологи — ведущая исследовательница Ичжи Джейн Тао (Yizhi Jane Tao) и её коллега Цзюньхуа Пань (Junhua Pan)] представили первое в мире изображение, точно указывающее на место каждого из более чем 5 миллионов атомов, составляющих оболочку вируса.
Оболочка (или как её ещё называют учёные — капсид) выполняет сразу несколько функций, одна из которых защищать геном вируса (в данном случае двойную спираль РНК). Однако капсид нужен вирусу не только для того, чтобы защищать содержимое от внешнего воздействия, но и для прикрепления и проникновения внутрь клетки.
Читать дальше Мембрана
---------------------------------------------------------------------------------------------
13 февраля 2009
Физика
Открыты материалы рекордной твёрдости
Учёные установили, что два в общем-то известных, хотя и крайне редких материала при определённых условиях могут модифицироваться так, что будут заметно превосходить по твёрдости алмаз. Интересные численные эксперименты провела группа физиков из университетов Цзяо Туна (Shanghai Jiao Tong University) и Невады (University of Nevada, Las Vegas).
...Первый из этих материалов — вюртцитный нитрид бора — w-BN. Вюртцит (Wurtzite) — это специфическая кристаллическая структура, названная по одному минералу.
...Тот же механизм, утверждают авторы работы, действует и в случае
высокой нагрузки, прилагаемой к лонсдейлиту (Lonsdaleite).
Это так называемый гексагональный алмаз, очень редкая аллотропная
форма углерода. В микроскопических количествах его можно найти в
местах столкновения метеоритов с земной поверхностью, либо —
получить в лаборатории.
... новый механизм трансформации, а главное — его объяснение, пригодится для разработки новых сверхтвёрдых материалов, уверены авторы исследования ...
Подробнее на Мембране
---------------------------------------------------------------------------------------------
13 февраля 2009
Физика
Новый сплав перевернёт представление о холодильниках
Необычный состав, созданный специалистами из американского Национального института стандартов и технологий (NIST) и Центра нейтронных исследований (Center for Neutron Research), однажды может привести к появлению холодильных устройств, намного более экономичных, чем сегодняшние, при этом бесшумных и экологически безупречных.
Учёные давно пробуют принести в быт магнетокалорический эффект, задействованный до сих пор лишь в специфических промышленных процессах и лабораторных опытах. Заключается он в том, что некоторые материалы при приложении внешнего магнитного поля существенно нагреваются. Если затем дать им остыть за счёт сброса тепла в окружающую среду, а после этого — выключить поле, данные материалы резко снижают температуру. Она становится намного ниже начальной точки.
Подробнее на Мембране
---------------------------------------------------------------------------------------------
11 февраля 2009
3 февраля вышел "Троицкий вариант. Наука" № 2 (21N). В этой публикации можно прочесть о борьбе ученых с лженаукой, о встрече В.С. Высоцкого с товарищами учёными, интервью с учёными, об отношении к ЕГЭ и множество других интересных деталей из жизни науки и тех, кто её делает сегодня.
С этой страницы вы можете скачать полный номер в pdf формате.
---------------------------------------------------------------------------------------------
23 января 2009
Физика
Физики впервые телепортировали атом на метр!
|
Специалисты из Объединённого института квантовой физики университета Мэриленда (Joint Quantum Institute) провели квантовую телепортацию иона иттербия на расстояние 1 метр.
Ранее аналогичный "трюк" с атомами удавалось проделать с расстоянием передачи лишь в несколько микрометров, а частицы находились в одной ловушке. Теперь же квантовая телепортация атомов между двумя разными ловушками знаменует важный шаг в этой области физики.
Речь идёт, разумеется, о переправке квантового состояния иона, а не его самого непосредственно. Однако поскольку исходное квантовое состояние оригинального иона в ходе передачи разрушается, а квантовое состояние у иона-получателя становится в точности таким, каким оно было у первого атома, можно в некотором роде говорить о телепортации частицы. Ведь атом на месте отправителя (до начала опыта) и атом на месте получателя (по его окончании) в таком случае идентичны.
...
Хотя ранее учёные не раз демонстрировали квантовую телепортацию фотонов с расстоянием передачи во много километров, для целых ионов выполнить такой опыт — намного тяжелее. Дело в том, что фотоны от ионов иттербия попадали в свои оптические кабели крайне редко — один раз на 100 миллионов штук. На практике это потребовало трёх недель круглосуточно работающей установки, за которой следили аспиранты, вылавливая нужные данные. Тем не менее результат оказался впечатляющим.
...
Совсем упрощённо говоря, первый атом становился каким-то другим, а второй — "превращался" в первый.
В перспективе, говорят физики, на этом принципе можно будет строить квантовые сети, используемые для передачи "невскрываемых" квантовых шифров или связи квантовых компьютеров между собой.
Детали же нового опыта [схемы, фото, описание (англ)] можно найти в статье в журнале Science, а также в этом PDF-документе [4,26 Mb].
Подробности на Мембране
---------------------------------------------------------------------------------------------
11 января 2009
Биология + Физика и Технологии
Рисовальщик звуков позволил увидеть реплики дельфинов
Пусть дельфины и не разумны в той степени, в какой разумен человек, — это всё же смышлёные создания, понять которых в полной мере нам ещё предстоит. Учёным известно, что дельфины называют друг друга по именам, что они обладают довольно сложной системой коммуникации и даже обучают своих детёнышей использованию орудий труда.
...
Несколько лет назад исследователь дельфинов Джек Кассевиц и его жена Донна основали во Флориде некоммерческую организацию Global Heart. Эта организация запустила крупный проект по изучению интеллектуальных способностей и языка дельфинов — SpeakDolphin.
Джек записывает сигналы, издаваемые дельфинами в самых разнообразных ситуациях. Он ищет закономерности. Быть может, важным шагом на этом пути окажется оригинальная технология превращения звука в картинки.
Недавно Кассевиц договорился с британским инженером-акустиком Джоном Стюартом Рейдом (John Stuart Reid) об использовании для расшифровки сигналов дельфинов необычного прибора CymaScope.
|
Выпускает его основанная Рейдом компания Sonic Age America. По заверению изобретателя, данный прибор является единственным в мире серийным аппаратом, способным визуализировать звуковое поле.
Нужно пояснить, что, с точки зрения Джона, распространяющийся звук следует рассматривать не просто как волны, а как расширяющийся "голографический" пузырь. С голографией тут аналогия такая: каждая молекула воздуха, до которой дошли колебания, сама является источником волн и "содержит" всю информацию о звуке.
То есть, поместив в эту точку микрофон, можно восстановить полную пространственную картину распространения звуковых колебаний. Для звуков с частотой 20 Гц – 20 кГц этот голографический пузырь имеет приблизительно сферическую форму, а вот на более высоких частотах превращается в конус или луч звукового "прожектора", при помощи которого дельфины обнаруживают объекты в воде.
Но тот же самый звуковой луч может служить у дельфинов и средством связи. Всё зависит от характеристик издаваемых щелчков и свистов. Уже ясно, что некоторые из них являются чем-то вроде имён, другая часть — нужна для банальной локации, но отдельная категория — это слова языка.
Причём язык этот дельфины воспринимают не совсем так, как мы. Они скорее видят его слова как картинки, так же как рассматривают предметы в мутной воде благодаря своей эхолокации, полагает американский биолог.
Читать и смотреть дальше на Мембране
---------------------------------------------------------------------------------------------