Бактерии могут"общаться"с помощью радиосигналов, используя цепочки ДНК в качестве антенны.

Идея того, что некоторые виды бактерий могут производить радиопередачи, была высказана французским биологом и вирусологом Люком Монанье (Luc Montagnier) в 2009 году. В его экспериментах вокруг емкости с водой, содержащей колонию бактерий, была намотана катушка индуктивности. На выходе усилителя, к которому была подключена катушка, регистрировался устойчивый радиосигнал в диапазоне 1 килогерца. Результаты исследований Монанье подверглись резкой критике из-за отсутствия приемлемого объяснениямеханизма формирования радиосигнала внутри живых организмов. Согласно результатам исследований физика Аллана Уидомома (Allan Widom) из Северо-восточного университета, результаты их исследований подтвержают то, что бактерии действительно могут осуществлять радиопередачи, используя электроны и цепочки их собственной ДНК в качестве антенн.

Согласно результатом исследований источником радиосигнала являются свободные электроны, циркулирующие по петлям замкнутых цепочек ДНК. Энергия, требующаяся длягенерации радиоволны, выделяется при переходе свободного электрона на более низкий энергетический уровень. Именно этим объясняется то, что бактерии излучают радиочастоты фиксированной длины в 0.5, 1 и 1.5 килогерца. Так же длина волны радиоизлучения зависит и от вида бактерий, к этому выводу пришли ученые, проанализировав излучение бактерий видов E.coli и M.pirum. Это объясняется тем, что длины замкнутых цепочек ДНК у разных близких видов бактерий незначительно различаются.

В настоящее время ученые пытаются выяснить, действительно ли бактерии могут передавать друг другу сигналы и информацию, используя свой радиопередатчик естественного происхождения, или радиоизлучение является побочным результатом жизнедеятельности бактерий? Если окажется так, что бактерии действительно обмениваются информацией, то это открытие может привести к разработке совершенно новых методов борьбы с вирусными и бактериальными инфекционными заболеваниями, к новым технологиямпроизводства биотоплива с помощью бактерий и другим открытиям в области биологии.

Источник

Физики создали модель Большого Взрыва в лабораторных условиях.

Группа ученых-физиков из университета Мэриленда в ходе исследований создали в лаборатории университета первую"настольную"модель Большого Взрыва. Но, по этому поводу можно не волноваться, устройство, размером в 20 микрометров, всего лишь моделирует поведение света и времени в момент, сразу следующий за Большим Взрывом, момент зарождения нашей Вселенной. Использование такой установки и рассчитанной с ее помощью математической модели, по словам физика Игоря Смолянинова, позволит узнать принцип расширения пространственно-временного континуума и объяснить, почему время течет только в одном направлении.

Экспериментальная установка, созданная Смоляниновым и его коллегой Ю-Джу Хунгом, моделирует условия Большого Взрыва, используя свойства экзотических метаматериалов, имеющих сложное строение, состоящих из частей разных простых материалов. Эти метаматериалы, которые в будущем будут использоваться для изготовления плащей-невидимок, могут взаимодействовать со светом, отклонять и преломлять его самыми необычными способами. Работая с этими метаматериалами в течении многих лет физики обнаружили то, что взаимодействие света с метаматериалом может подражать некоторым космологическим событиям, вращению планеты вокруг звезды, захват фотонов света черной дырой и многим другим.

Большинство физических законов не зависит от течения времени, поэтому они будут неизменными вне зависимости от того, течет ли время вперед или назад. Но это совершенно неверно для второго закона термодинамики, который определяет, что энтропия, т.е. беспорядок, должен увеличиваться со временем. Из-за этого время не может потечьназад, люди не могут молодеть и фильм"День сурка"-всего лишь беллетристика.

Чтобы создать"Большой Взрыв в бутылке"исследователи использовали полосы акрилового полимера и золота, расположенные таким образом, что бы лазерный свет, падающий на золото, возбуждал волны свободных электронов, так называемые плазмоны. Законы, определяющие движение плазмонов по поверхности метаматеиалов являются теми же законами, описывающими движение массивных тел по плоской версии пространства Минковского, которая содержит два измерения - пространство и время.

Когда метаматериал освещали светом зеленого лазера, на его поверхности наблюдались треугольники плазмонов, исходящих из единственной точки,"игрушечного Большого Взрыва",которые двигались по расширяющимся линиям, которые в реальном мире отождествляются с линиями жизни элементарных частиц, вырисованным на плоскости пространство-время. Поскольку поверхность метаматериала далека от совершенства, отраженные световые лучи искажаются и взаимодействуют друг с другом. В созданной модели это служит в качестве примитивного представления энтропии.

Используя эту модель, исследователи изучили вопрос, возможно ли передвижение по времени. Начиная эксперименты, Смолянинов предполагал, что им будет легко найти ответ на этот вопрос, предполагая, что круговое движение фотонов света идентично с математической точки зрения перемещению частиц во времени. На самом деле все оказалось намного сложнее. Свет определенной длины волны, согласно математической модели Смолянинова может перемещаться в пространстве-времени, но фотоны света, которыеведут себя подобно частицам, неспособны двигаться по устойчивой круговой орбите."Похоже, что путешествия во времени в этой модели невозможны"-сказал Смолянинов.

Смолянинов сам признает, что его модель весьма ограничена."Это никогда не даст реальный и окончательный ответ о реальном Большом взрыве и реальной природе времени"-сказал он. -"Но если Вы изучаете эту область, Вы можете наткнуться на что-то, и после этого Вы будете в состоянии задать более сложные и интеллектуальные вопросы".

Источник

Исполнилось 100 лет с момента открытия явления сверхпроводимости.

9апреля 1911 года, нидерландский физик и химик Хейке Камерлинг-Оннес из Лейденского университета, используя сложную стеклянную криогенную установку, охладил ртуть дотемпературы в несколько градусов выше абсолютного нуля. После проведения этого опыта он набросал на клочке бумаги всего три слова, которые ознаменовали открытии совершенно нового физического явления. Эти слова в дословном переводе звучат так:"Ртуть, фактический ноль".Эти слова не вполне соответствовали случаю, но то, что увидел физик, было первым доказательством существования явления сверхпроводимости, способности веществ принизкой температуре не оказывать сопротивления движению электрического тока.

Сегодня, как и сто лет назад, сверхпроводимость привлекает ученых всего мира своим потенциалом для высокоэффективной передачи энергии. Но до сих пор использованиесверхпроводимости в широких масштабах так же невозможно из-за технических трудностей, даже несмотря на высокий уровень развития современных технологий. Теоретическое обоснование сверхпроводимости появилось приблизительно четыре десятилетия назад, когда ученые Джон Бардин, Леон Купер и Роберт Шриффер определили, что электроны в сверхпроводниках формируются в пары и ведут себя подобно сверхтекучей жидкости. Эта теория в своем дальнейшем развитии дала множество объяснений на некоторые фундаментальные физические вопросы, начиная от строения материи и заканчивая физикой нейтронных звезд.

Из-за трудности реализации практического использования явления сверхпроводимости, ее применение ограничивается, в основном, созданием сверхсильных магнитных полей в установках магнитно-резонансной томографии и больших научных установках, таких как широко известный Большой Адронный Коллайдер. Но использование сверхпроводящих энергетических сетей сейчас только начинается, несмотря на все трудности с этим связанные. Существует проект Tres Amigas Superstation, в рамках которого планируется соединить сверхпроводящими кабелями три основных энергетических системы США. Южная Корея планирует проложить сверхпроводящий подземный кабель для расширения возможностей своей энергетической сети.

Источник

Использование плазмонов позволяет создавать красивые полноцветные голографические изображения.

Используя энергию крошечных волновых процессов, японские ученые разработали новый метод проецирования голографических изображений, которые не теряют форму и цвет при смене угла обзора."Обычная голограмма немного меняет свой цвет, если вы двигаете головой"-рассказал физик Сэтоши Коэта (Satoshi Kawata) из университета Осаки. -"Наша голограмма имеет естественные цвета, совершенно не меняющиеся при смене угла обзора".Плазмоны представляют собой области, квазичастицы, на поверхности металлов или полупроводников, которые формируются из облака свободных электронов.

Плазмоны колеблются с частотами, близкими к частотам света, и излучают свет определенного цвета, который видим в пределах нескольких нанометров над поверхностью металла. Но используя остроконечные отражатели, можно сфокусировать свет от плазмонов в точке, находящейся весьма далеко над поверхностью металла, где он будет виден невооруженным глазом. В работе, опубликованной в журнале Science от 8 апреля, Коэта утверждает, что им удалось, используя плазмонную поверхность, создать полноцветноевысококачественное голографическое изображение.

Исследователи использовали лазеры синего, красного и зеленого свечения для того, что бы запечатлеть образ объекта на тонком листе светочувствительного материала,называемого фоторезистом. Затем пленка фоторезиста была наложена на стеклянную подложку, а сверху нее был наложен рифленый слой серебра со слоем диоксида кремния. Толщина собранного пакета составила всего 230 нанометров.

Галогенная лампа, освещающая край пластины, возбуждает различные плазмоны в зависимости от угла падающего света. Каждый плазмон излучает свет определенной длины волны или, попросту, цвета. И этот свет, испускаемый плазмонами, формирует выше пластины слегка колеблющуюся голограмму, весьма точно воспроизводящую оригинал.

Коэта признает, что разработанное голографическое устройство не совсем готово к использованию в практических целях, создаваемое изображение является статичным иимеет небольшой, порядка двух сантиметров, размер. Но он надеется, что найдутся другие заинтересованные и предприимчивые люди, которые, используя эту технологию, создадут широкоформатные трехмерные голографические дисплеи.

Источник

В первый раз запущен ускоритель частиц нового типа.

Опытный образец ускорителя частиц EMMA, построенного по совершенно новой схеме, чем другие ускорители частиц, был успешно запущен и разогнал поток частиц до энергии18 МэВ. Ускоритель разработан и построен в лаборатории Science and Technology Facilities Council's (STFC) Daresbury Laboratory в Великобритании, а целью создания ускорителя является практическое подтверждение работоспособности новых принципов и идей. Конечно, мощность такого ускорителя невелика по сравнению с монстрами типа Теватрон и БАК, но и у такого ускорителя есть целый ряд потенциальных применений, начиная от диагностики раковых заболеваний и заканчивая безопасными ядерными реакторами, которые производят более безопасные отходы.

Разработчики конструкции ускорителя утверждают, что использованные ими принципы и инженерные решения окажут большое влияние на фундаментальную науку и изменят принципы, в соответствии с которыми строятся ускорители во всем мире. Компактный ускоритель EMMA, рассчитанный на максимальную энергию в 20 МэВ, устроен гораздо проще истоит дешевле обычных ускорителей сравнимой мощности. А успешный запуск ускорителя говорит о том, что его схема вполне жизнеспособна, что открывает дорогу более мощным, более компактным ускорителям в будущем.

Основой ускорителя EMMA является кольцо магнитов, суммарное магнитное поле от которых используется для фокусировки и управления пучком электронов внутри ускорителя. Но разгон частиц осуществляется не по кольцевой траектории, как в обычных ускорителях, а по спиральной, что достигается специальной формой магнитного поля. Магнитная фокусировка луча позволяет ускорять луч, движущийся по спиральной траектории, существенно быстрее, поэтому кольцевая магнитная система ускорителя EMMA получается весьма компактной, а управление лучом разогнанных частиц получается намного более гибким и устойчивым, чем в обычных ускорителях.

Следующим шагом будет вывод ускорителя EMMA на расчетную мощность в 20 МэВ."Эта веха отмечает начало подробной экспериментальной программы, которая предоставит всю информацию, необходимую для проектирования и строительства ускорителей такого же типа в будущем"-говорит Сьюзен Смит (Susan Smith), ученая из STFC.

Источник

Странное поведение высокотемпературных сверхпроводников указывает на существование нового состояния материи.

Изучая странное поведение высокотемпературных сверхпроводников, ученые, возможно, нашли новое состояние материи, отличное от твердого, жидкого, газообразного и плазменного состояний, которые известны в настоящее время. Это состояние возникает в момент перехода вещества через температурный интервал перехода в сверхпроводящее состояние, который составляет всего несколько тысячных долей градуса. По мнению ученых, электроны вещества, находящегося в этом состоянии выстраиваются в четкую упорядоченную структуру, которая не наблюдалась никогда ранее.

Сверхпроводники - это материалы, которые обладают нулевым электрическим сопротивлением и электрический ток, проходя через них, не тратит впустую энергию, нагреваяпроводник, как это происходит в обычных материалах. Обычно переход в сверхпроводящее состояние происходит у большинства материалов при чрезвычайно низких температурах, поэтому использование сверхпроводников до сих пор не нашло широкого применения. Ученые многих стран пытаются разрешить эту проблему, создав так называемые высокотемпературные сверхпроводники, материалы, обладающие сверхпроводимостью при комнатной температуре. Во время таких исследований обнаружилось, что в высокотемпературных сверхпроводниках более ярко выражено явление температурного интервала перехода, который имеет более широкое значение, чем в низкотемпературных сверхпроводниках. Переходя через этот промежуток электроны вещества переходят на новый энергетический уровень, готовясь объединиться в куперовские пары и перейти всостояние сверхпроводимости.

Находясь в промежутке температурного интервала перехода электроны вещества находятся в совершенно новом, отличном и от обычного, и от сверхпроводящего состояния.В течение 20 лет с момента открытия этого явления никто еще не был в состоянии выяснить, что именно происходит с электронами в этом состоянии и теперь исследователииз Национальной лаборатории ускорителя SLAC (SLAC National Accelerator Laboratory) и Стэнфордского университета собираются выяснить это. В случае удачи можно будет с точностью сказать, что же именно приводит к образованию промежутка температурного интервала перехода и создать новые высокоэффективные высокотемпературные сверхпроводники.

Исследовательская установка, которая используется для данных экспериментов, согласно данным SLAC, объединяет в себе три различных методики и технологии измерений, используемых для изучения поведения электронов в веществе, термодинамического поведения в объеме вещества, изменение динамических свойств электронов в течение длительного времени. Исследования показали, что находясь в фазе промежутка, электроны еще не разделились на куперовские пары, вместо этого они упорядочились, создавединую структуру, имеющую строгий и определенный порядок. К тому же, это электронное формирование остается еще некоторое время при переходе материала в сверхпроводящее состояние, просто до настоящего момента этого еще никто не замечал ранее.

Ученые сами еще не до конца уверены, что означает формирование этой электронной структуры и собираются выяснить об этом все в ближайшее время. Но, резюмируя, можно сказать, что открытие нового состояния вещества не только дает ответы на множество вопросов, но и открывает еще больше новых вопросов, связанных со свойствами электронов и теорией сверхпроводимости.

Источник

Идет создание самой большой в мире ловушки для антивещества.

Процесс создания антиматерии является одним из сложнейших и загадочных процессов, реализованных учеными-физиками, но и удержание антиматерии от аннигиляции является не менее сложной задачей. В настоящее время группа ученых из Калифорнийского университета в Сан-Диего, возглавляемая Клиффордом Сурко (Clifford Surko), занимается созданием ловушки для антивещества, способной удержать рекордно большое количество античастиц в течение длительного времени, достаточного для проведения научных работ и исследований.

Антивещество представляет собой"зеркальное отражение"обычного вещества. Для каждой элементарной частицы, к примеру электрона, имеется свой анти-аналог, позитрон в случае электрона, с такой же массой и свойствами, но с противоположным зарядом. Основная проблема в изучении антиматерии состоит в том, что стоит только античастицам войти в контакт с частицами обычной материи, эти частицы взаимно уничтожаются, аннигилируют, выделяя энергию и гамма-излучение. Таким образом, любой контейнер, в которое будет помещено антивещество, тут же подвергнется полному разрушению.

Новая ловушка для антивещества, низкоэнергетических позитронов, создаваемая физиками, будет использовать сложную комбинацию электрических и магнитных полей, удерживающих античастицы от контакта с обычными частицами. В новой ловушке одновременно сможет удерживаться более триллиона частиц антивещества."Наша ловушка будет напоминать большой отель с небольшими комнатами, в качестве которых будут выступать магнитные ловушки. В каждом таком"номере отеля смогут проживать"десятки миллиардов античастиц"-рассказывает Сурко.

Ученые так же разрабатывают методы и технологии с помощью которых можно будет охладить антивещество до сверхнизких температур, что замедлит движение античастиц исделает возможным проведение измерений, экспериментов и исследований. Так же, используя магнитные поля, ученые попытаются сжать большие облака античастиц, превратив их в плотные куски антивещества, которые затем можно будет использовать для практического применения."Это будет напоминать выдавливание зубной пасты из тюбика, только в нащем случае из"горловины тюбика"будет выходить невероятно плотный луч из античастиц"-пояснил Сурко. -"А мы будем использовать этот анти-луч для изучения того, как античастицы реагируют и взаимодействуют с обычными частицами. Это, в свою очередь, позволит нам приоткрыть некоторые тайны строения материи".

Еще одной работой, над которой трудятся эти ученые, является создание портативной ловушки для антивещества, которая может использоваться не только в лабораторномоборудовании, но и стать частью другого оборудования, медицинского и промышленного."Если мы получим портативную и надежную ловушку, то это ускорит практическое применение антивещества в мире".Несмотря на то, что антивещество является еще пока чрезвычайно экзотическим явлением, оно уже используется в медицинских томографических сканнерах PET (Positron Emission Tomography).

Источник

10миллиардов пар частиц были связаны единственным радиочастотным импульсом.

Связанные или запутанные частицы обладают уникальной способностью передавать квантовое состояние от одной частицы к другой, невзирая наразделяющее их расстояние.Именно эта способность используется при так называемойквантовой телепортации,передающей на расстояние не материальные объекты, а информацию. В большинстве экспериментов ученые используют в качестве связанных частиц фотоны, которые легко связать, но их призрачная связь недолговременна, она существует в пределах несколько тысячных долей секунды. Лучше это дело обстоит с полупроводниковыми материалами, связанные атомы которых могут удерживать связь до нескольких секунд времени. И, именно используя кремний, легированный фосфором,ученым удалось получить одновременно около 10 миллиардов пар связанных частиц,используя лишь короткий импульс радиочастотного излучения. При этом, процесс связывания затронул 98 процентов всех частиц, способных связаться в пары. Несмотря на то, что еще не до конца разработаны методики записи и считывания информации из связанных пар, процесс получения огромного количества связанных частиц становится большим шагом на пути реализации квантовых вычислений.

В качестве опытного материала ученые использовали куб из кремния, в кристаллическую решетку которого пыла внесена примесь атомов фосфора. Собственно ядро атома фосфора являлось одной половиной связанной пары. В качестве второй половины выступал общий электрон, связывающий фосфор с атомом кремния. Сначала ученые воздействовали на атомы вещества импульсами микроволнового излучения, что позволило возбудить эти частицы и упорядочить их квантовую ориентацию. После этого, применив короткий импульс более низкочастотного радиоизлучения, удалось связать или запутать эти пары частиц. Проведя анализ состояния частиц, ученые обнаружили, что связались 98процентов от общего числа частиц, которые могли связаться, а общее количество связанных пар превысило 10 миллиардов.

Конечно, массовое создание большого массива связанных частиц, являющихся квантовыми битами (qubits) и способных сохранить 2.5 гигабайта информации, является большим шагом к появлению квантовых компьютеров. Но не менее важными технологиями в этой области являются методы чтения, записи и обработки информации в квантовых битах, а именно эти технологии ученым предстоит еще разработать.

Источник

Темный экситон - темная лошадка в гонке квантовых вычислений.

Гонка в области реализации квантовых вычислений постепенно набирает обороты. И теперь в нее вступил еще один участник, темныйэкситон,претендующий на роль кубита (qubit) - элементарной ячейки будущих квантовых процессоров. В публикации на страницах журнала Nature, авторы утверждают, что эту квазичастицу достаточно несложно получить, она достаточно стабильна и, используя внешний источник света, не составляет труда записывать и считывать из нее информацию.

Экситон - это квазичастица, которая состоит из электрона и"дырки",пустого места в электронной оболочке ядра атома. Когда вращение дырки и электрона происходит в противоположном направлении, эта квазичастица называется"ярким экситоном",когда электрон и дырка вращаются в одном и том же направлении, то такой экситон"темным экситоном".Поскольку вращение электрона и дырки в ярком экситоне происходит в противоположном направлении, он является весьма неустойчивой частицей, любого внешнего воздействия становится достаточным для того, что бы свободный электрон занял место дырки, испустив при этом один фотон света. Темный экситон, наоборот, является достаточноустойчивой и долгоживущей квазичастицей, из-за того, что достаточно непросто столкнуть электрон с орбиты внутрь дырки.

Для того, что бы создать темный экситон ученые"собрали"три парных экситона, биэкситона (biexcitons), под влиянием внешних факторов в непосредственной близости друг от друга. В результате электронного обмена между этими квазичастицами, одна из них преобразовалась в яркий экситон и прекратила свое существование как квазичастица. Два оставшихся биэкситона успешно превратились в два темных экситона. Но сами по себе темные экситоны не могут испускать или поглощать фотоны света, поэтому для записи и считывания информации ученые применили другой метод. Эти квазичастицы были активированы с помощью электрического заряда. Передав этим частицам с помощью специальных носителей электрический заряд, ученые обнаружили, что отрицательно или положительно заряженные экситоны стали снова оптически активными, т.е. способными поглощать и испускать фотоны света. А это означает, чтов эти частицы можно записывать, считывать из них информацию и использовать их в качестве полноценных квантовых битов.

К сожалению, эти эксперименты являются только первыми шагами в направлении квантовых вычислений, использующих свойства темных экситонов. Пока экситон способен хранить информацию только на протяжении 5 наносекунд с момента записи, да и работает это все при температуре 4.2 градуса выше абсолютного нуля. Но, как говорится, это только начало.

Источник