В этом контексте в «Коммерсанте» вышел материал о том, как ученые осваивают ИИ для решения прикладных задач.
Так, Мария Смирнова совместно с группой исследователей под руководством профессора Ивана Кулакова из Сколтеха хочет применить ML-метод для поиска геотермальных источников на Камчатке и Курилах. Сейчас это делают вручную, измеряя сейсмические волны с разных точек поверхности вулканически активных регионов. Так как сейсмоволны распространяются с разной скоростью в обычных породах коры и в местах, где к поверхности подходят геотермальные воды, можно найти зоны, где даже неглубокое бурение позволит построить геотермальную тепловую станцию.
У ГеоЭС много преимуществ в сравнении с другими: нет нужды в непростом и дорогом завозе топлива с «большой земли», выработка стабильна 24 часа в сутки круглый год, чего нет у СЭС и ВЭС. Но есть и сложность: анализ сейсмограмм вручную занимает много времени и требует участия квалифицированных геофизиков. Автоматизация поиска таких зон с помощью ИИ в перспективе должна находить участки для бурения намного быстрее и точнее.
Другой пример того, как исследователи планируют применить ML-методы для поиска закономерностей в больших данных – проект Дарьи Неверовой из Математического института им. С. М. Никольского РУДН по эпидемиологии. Эта наука использует математические модели давно, но COVID-19 показал, что такое моделирование чрезмерно упрощает реальные процессы распространения инфекций.
Там, где матмоделирование показывало быстрое распространение эпидемии или других инфекций, реальная скорость заболевания была другой: например, она резко снижалась, когда люди начинали пользоваться масками. Нейросети же предположительно смогут вычленять закономерности из набора данных, даже если они не описаны математически исследователями. Таким образом, есть шанс вывести прогнозирование инфекций на новый уровень, сделать его гибким, детализированным и адаптированным к реальной жизни.
ИИ в область естественных наук внедряют по всему миру. В прошлом году данные телескопа «Хаббл», пропущенные через нейросети и обученные на поиск аномалий, позволили быстро выявить около 800 необычных астрономических объектов. Среди них были и «маленькие красные точки», о неоднозначной природе которых неоднократно писало наше издание. По данным опросов, в прошлом году уже 87% ученых по всему миру применяли большие языковые модели в своей работе.
ИИ в науке эффективнее всего работает в руках экспертов, которые совмещают знания в своей предметной области с компетенциями в машинном обучении. Для получения последних исследователям нужно специальное образование. Над проектами, про которые написали в Коммерсанте, работают студенты специального трека Школы анализа данных Яндекса – там ученые осваивают ИИ на прикладных задачах в своих областях. На программу сейчас открыт набор.
Российские ученые рассказали, как ИИ сможет ускорить исследования в геофизике и медицине
Ученые сравнивали учителей разных возрастов по следующим показателям: качество межличностных отношений, самостоятельность; контроль ситуации (способность человека управлять жизненным пространством, ситуацией, адаптироваться к условиям и решать задачи); саморазвитие; наличие целей в жизни; принятие себя; эмоциональное благополучие. Психологи предположили, что с увеличением опыта учителя начинают воспринимать иначе свой возраст: они ощущают себя старше. Статья опубликована в научном издании «Экстремальная психология и безопасность личности».
В исследовании принимали участие 32 педагога в возрасте от 24 до 65 лет (в среднем 44 ± 1 год), 87 процентов – женщины. По итогам предварительного теста участников разделили на две группы: первая (12 человек) ощущает себя младше паспортного возраста, вторая (20 человек) — наоборот. В качестве теоретической базы авторы провели анализ предыдущих работ по этой проблематике. Затем они опросили, когда люди планируют выходить на пенсию, насколько они счастливы и активны, и выяснили, насколько они себя чувствуют молодыми или взрослыми по сравнению с настоящим возрастом. Чтобы обработать данные, исследователи посчитали средние значения, проверили связи между показателями и убедились, что различия не случайны.
Ученые рассмотрели профессиональный стаж, продолжительность карьеры и психологическое благополучие учителей общеобразовательных школ. Выяснилось, что влияют на это следующие факторы: качество общения с другими людьми, уровень самостоятельности, способность контролировать ситуацию, развитие профессионально значимых качеств, наличие целей в жизни, высокая самооценка и позитивные эмоции.
Результаты продемонстрировали, что средний возраст учителей, субъективно воспринимающих себя моложе своего биологического возраста, находится в диапазоне 62-63 лет. Этот период, несмотря на близость к пенсии, можно условно назвать «вторым дыханием» или «второй молодостью». Они демонстрируют более высокий уровень психологического благополучия, в частности, в аспекте ощущения контроля ситуации. В то же время, для тех, кто ощущает себя старше, этот показатель составляет около 57-58 лет. Наиболее выраженное расхождение между паспортным и воспринимаемым возрастом зафиксировано у педагогов в возрасте 45-54 лет, что, вероятно, связано с профессиональным выгоранием.
Преподаватели 55–65 лет общаются с коллегами и друзьями более тепло; лучше справляются с разными жизненными ситуациями; умеют расставлять приоритеты и балансировать личное и общественно важное; стремятся к уверенности в себе и росту профессиональных и личных качеств; обладают высокой компетентностью; имеют позитивную самооценку и веру в себя; ставят цели и достигают их; проявляют умеренный нонконформизм (сознательное следование своим убеждениям вопреки общепринятым нормам); опираются на реализм во всех сферах жизни.
Таким образом, подтвердилось предположение: чем дольше учитель находится в профессии, тем более зрелым он себя ощущает. Разница в восприятии зависит от активной жизненной позиции, умении справляться с нештатными ситуациями, независимости и целеустремленности.
Для улучшения психологического здоровья преподавателей требуется систематическая методическая поддержка работающих с ними психологов. Особо важно внедрять практики, повышающие профессиональное долголетие, снижающие восприимчивость к субъективному ощущению возраста и укрепляющие психическое здоровье специалистов образования. Психотерапевтические методы помогут смягчить эффекты профессионального выгорания и негативных сдвигов в самооценке.
Исследование провел декан факультета «Экстремальная психология» МГППУ, доцент Дмитрий Деулин.
Психологи узнали, когда у учителей наступает «вторая молодость»
Паллиативная помощь — подход, позволяющий улучшить качество жизни тяжелобольных пациентов. Специалисты, занимающиеся этой помощью, пытаются облегчить боль таким людям и находятся рядом с ними до самого конца.
Медсестры и доктора, работающие в хосписах, давно обращают внимание на сновидения своих подопечных. В частности, многие умирающие рассказывают о встречах с покойными мужьями, женами, детьми, родителями и даже домашними питомцами. Некоторые из них описывают символические образы: двери, пороги, лестницы, туннели, свет.
Долгое время научное сообщество относилось к этим сообщениям скептически. Обычно такое поведение объясняли действием лекарств, делирием или нарушениями работы мозга. Но в последние годы все больше ученых фиксируют повторяющиеся сюжеты в снах тяжелобольных. Врачи заметили: чем ближе смерть, тем реалистичнее становятся сны. Причем чаще всего эти сновидения не кошмары, они почти не пугают пациентов, а, наоборот, успокаивают.
[shesht-info-block number=1]
Группа итальянских ученых во главе с Элизой Рабитти (Elisa Rabitti) из Сети паллиативной помощи в Реджо-Эмилии провела опрос среди 239 специалистов паллиативной помощи и волонтеров хосписов, чтобы понять, какие именно сны видели их умирающие пациенты. Свои выводы исследователи представили в журнале Death Studies.
Собранные данные указали на закономерность. Зачастую перед смертью пациенты видели практически одинаковые сюжеты, в частности встречи с умершими родственниками или домашними животными. Причем эти образы возникали не только во сне, но и наяву, в виде кратких видений. По мнению исследователей, подобные «встречи» приносят ощущения внутреннего покоя.
В ряде случаев пациенты описывали символические образы. Среди них — двери, лестницы и яркий свет. Один из тяжелобольных рассказал о сне, где он босиком поднимался к открытой двери, наполненной белым сиянием. Подобные картины, по мнению Рабитти, помогают осмыслить переход от жизни к смерти и работают как внутренний механизм адаптации к неизбежному.
[shesht-info-block number=2]
Согласно опросу, большинство пациентов после таких сновидений чувствовали спокойствие и умиротворение. Только примерно 10 процентов видели тревожные сны. В одном случае человек описал монстра с лицом своей матери, который тянул его вниз. Однако подобные сновидения встречались редко.
По словам Рабитти, за несколько недель до смерти сны и видения у тяжелобольных людей начинают выполнять важную психологическую функцию — помогают принять приближение ухода и ослабляют страх перед неизвестностью. Эти сновидения снижают чувство тревоги и помогают осмыслить неизбежное.
Немного раньше к схожим выводам пришел американский доктор Кристофер Керр (Christopher Kerr) из хосписа в Буффало в штате Ньйю-Йорк. Он заметил, что по мере приближения смерти сны о близких возникают все чаще. Причем пациенты практически всегда видят в них людей, которые дарили поддержку, любовь и чувство безопасности.
Керр также обратил внимание на другую деталь. Многие пациенты рассказывали о снах, связанных с подготовкой к уходу. Кто-то собирал вещи, кто-то садился в автобус или готовил к дороге. По мнению Керра, эти образы отражают внутреннюю готовность человека к завершению жизненного пути.
Порой такие сновидения возвращают к давно забытым переживаниям. Керр описал случай 70-летней пациентки, матери четырех детей. Во время видения она двигала руками, словно держала младенца. Перед ней возник образ ее первого ребенка, который умер при рождении. Женщина не могла говорить об этой утрате долгие годы, но в конце жизни, по словам Керра, он принес ей утешение.
[shesht-info-block number=3]
Ученые связывают частоту сновидений с физиологическими изменениями. Как отметил Керр, когда организм слабеет, человек в течение дня может по несколько раз засыпать и просыпаться. Граница между сном и реальностью постепенно стирается. Люди не всегда начинают понимать, спят они или нет, поэтому переживания кажутся настоящими.
Кроме того, чем ближе смерть, тем сильнее проявляются такие состояния. Мозг будто готовит человека к уходу, показывая самые важные картины.
Что еще интересно, добавил Керр, последние недели жизни не всегда проходят в страхе. Да, для человека естественно бояться смерти, но наблюдения врачей показывают, что многие пациенты постепенно успокаиваются, начинают принимать смерть и даже находят в этом некий смысл.
Отметим, что к выводам итальянских ученых следует относиться с осторожностью. Наблюдения за пациентами не проводили напрямую, а собирали информацию со слов медиков. Врачи и медсестры описывали то, что запомнили из разговоров с тяжелобольными людьми, а не фиксировали сны и видения в момент их появления. Проще говоря, специалисты могли что-то забыть, что-то упростить или неверно понять. Сам пациент рассказал бы о своих снах точнее и подробнее.
Кроме того, все данные собраны только в одном регионе Италии — в Реджо-Эмилии. Неизвестно, увидят ли те же закономерности в других странах или у представителей других культур. Поэтому необходимы дополнительные международные исследования.
Сны стали эмоциональнее и ярче при приближении к смерти
Кашалоты (Physeter macrocephalus) общаются под водой с помощью коротких серий щелчков — код (от коды — финального фрагмента музыкального произведения). Десятилетиями биологи классифицировали эти сигналы только по ритму и темпу: например, кода «1+1+3» означает два редких щелчка и три быстрых. Однако недавние исследования показали, что сами щелчки имеют разную акустическую окраску (форманты), аналогичную человеческим гласным звукам. Сигналы с одним пиком частоты условно назвали «а-кодами», с двумя — «и-кодами». Перед учеными стоял вопрос, являются ли эти звуки физиологической случайностью или киты осмысленно комбинируют их по грамматическим правилам.
Авторы исследования, опубликованного в журнале Proceedings of the Royal Society B, использовали масштабную базу данных проекта CETI (Cetacean Translation Initiative, инициатива по переводу языка китообразных). Записи карибских кашалотов собирали с 2014 по 2018 год с помощью специальных микрофонов на присосках (DTAGs), закрепленных на спинах животных. Это позволило изолировать звуки конкретной особи от фонового шума океана и щелчков других членов стаи. Лингвисты вручную и с помощью ИИ-алгоритмов отфильтровали 1144 коды, записанные от 15 разных китов.
Анализ показал, что акустическая система кашалотов поразительно похожа на человеческую фонетику. Ученые выделили пять ключевых совпадений. Во-первых, киты осмысленно контролируют долготу звуков. Звук «и» в их кодах имеет четкое бимодальное распределение — короткое «и» и долгое «иии». В человеческих языках (например, в английском и финском) долгота гласного звука меняет смысл слова. Во-вторых, базовая длина «а-кодов» систематически больше «и-кодов», что является универсальным правилом фонетики: человеку для произнесения звука «а» нужно шире открыть челюсть, что требует больше времени.
В-третьих, лингвисты зафиксировали у кашалотов закон коартикуляции (слияния звуков). В человеческой речи при произнесении слова «ели» язык ставится выше уже на букве «е», готовясь к артикуляции «и». Аналогичным образом первый щелчок в коде кашалота часто меняет свою тональность, подстраиваясь под звук предыдущей коды. В-четвертых, кашалоты способны независимо комбинировать ритмический рисунок и акустическую окраску. Авторы сравнивают это с тональными языками (например, с китайским), где смена интонации при одних и тех же звуках полностью меняет значение слова. При этом у китов наблюдается и другая человеческая закономерность: определенные «гласные» статистически чаще используются в связке с конкретными ритмами.
Наконец, ученые обнаружили индивидуальные особенности речи. У каждого кашалота есть свой базовый темп: например, самка по имени Пинчи «говорит» в среднем на 15% медленнее, чем особь по имени Этвуд.
Исследование доказывает, что сложная фонология — интеграция и модуляция звуков — не является эксклюзивным изобретением человека. Эволюционные пути людей и зубатых китов разошлись десятки миллионов лет назад, однако у кашалотов независимо сформировалась система связи, которая математически и структурно копирует законы человеческой лингвистики.
В щелчках кашалотов обнаружили закономерности человеческой речи
Ученые давно спорят о природе парадокса Ферми: если разумная жизнь существует, почему мы ее не наблюдаем? Один из ключевых вопросов — как долго цивилизации остаются технологически активными? Поскольку обычно астрономы ищут техносигнатуры, предполагалось, что, достигнув определенного уровня, общество либо стабильно существует, либо быстро исчезает. Правда, накопленные знания об истории Земли и теоретические модели указывают на более сложную картину.
Опираясь на ранее разработанную схему из десяти сценариев развития землеподобной технологической цивилизации, которая включает разные типы управления, доступ к ресурсам и степени устойчивости, исследователи построили стохастическую модель, описывающую динамику таких обществ. В ней цивилизация развивается между коллапсами, но общая траектория линейна и состоит из чередующихся фаз роста, кризисов и восстановления.
Постепенное развитие технологий и одновременное истощение ресурсов также учтены в модели. Когда ресурсы заканчиваются или происходит катастрофа, цивилизация переживает коллапс — резкое падение уровня технологий и остановку развития. Затем следует период восстановления: часть знаний и инфраструктуры сохраняется, ресурсы частично восполняются и общество может снова прийти к процветанию.
[shesht-info-block number=1]
Подход позволяет ввести более реалистичную характеристику — время технологической активности. Оказывается, даже долгоживущие цивилизации могут «сиять» временно — лишь часть своего существования. В зависимости от сценария доля активного периода различается: одни общества почти не прерывают развитие, в то время как другие проводят большую часть истории в упадке или восстановлении.
Именно этот фактор, по мнению ученых, напрямую влияет на возможность их обнаружения. Если цивилизация большую часть времени не излучает заметных техносигнатур, например, из-за коллапса или стагнации, вероятность ее обнаружения резко падает. В результате даже галактика, полная разумной жизни, может выглядеть почти пустой для стороннего наблюдателя.
Авторы научной работы, опубликованной на сервере препринтов Корнеллского университета, делают интересный вывод о будущем Земли. Если цивилизация определяется управляемыми факторами — скоростью потребления ресурсов, способностью к восстановлению и уровнем внешних рисков, — даже небольшие изменения в этих параметрах могут перевести систему из устойчивого режима в цикл регулярных кризисов, или наоборот, обеспечить долгосрочную стабильность.
[shesht-info-block number=2]
Ученые отметили, что модель охватывает короткий по космическим меркам период времени — всего тысячу лет. При этом потенциальный возраст развитых цивилизаций может быть много больше. То есть полученные выводы скорее описывают «локальную динамику» цивилизаций, чем их судьбу на масштабах миллионов или миллиардов лет. Таким образом, модель не доказывает парадокс Ферми, но предлагает одно из его возможных объяснений.
Исследование, тем не менее, предлагает своеобразный сдвиг в мышлении: возможно, ключ к пониманию Вселенной не в том, сколько цивилизаций существует, а в том, как часто они «сияют». В этом смысле вопрос о будущем человечества становится частью куда более обширной космической задачи.
Молчание Вселенной связали с частой гибелью цивилизаций
Сверхпроводимость обычно возникает в материалах, охлажденных до экстремально низких температур или находящихся под высоким давлением. Согласно базовой теории сверхпроводимости, теории БКШ, ниже критической температуры электроны в материале объединяются в куперовские пары, что помогает току в материале течь без сопротивления.
Теория БКШ не объясняет поведение всех типов сверхпроводников и экзотические случаи, в которых сверхпроводимость все равно возможна. В новом исследовании, опубликованном в журнале Physical Review Letters, физики смогли найти и объяснить взаимодействие между куперовскими парами, которое раньше ускользало от исследователей. Оказалась, эти структуры коррелированы, то есть поведение каждой пары зависит от окружающих.
Теория БКШ постулирует, что куперовские пары распределены по сверхпроводнику независимо и вероятность найти пару электронов вблизи выбранной точки не связана с расположением других пар.
[shesht-info-block number=1]
Ученые работали с газом Ферми. Они заставили специально подготовленные и сильно охлажденные атомы лития вести себя как частицы-фермионы. Электроны относятся к этому же типу частиц и подчиняются тем же законам взаимодействия и организации пар. Поэтому физики часто используют ферми-газ как модель, хорошо описывающую происходящее в сверхпроводнике.
Физики заперли атомы в гексагональной оптической решетке и постоянно снимали их положение в пространстве с помощью микроскопии квантового газа с атомным разрешением, в условиях, где атомы могут перемещаться. Оказалось, после того, как атомы объединились в пары, они стали двигаться синхронно. Более того, их положение зависело от положения других пар.
Спаренные атомы сохраняли дистанцию от других спаренных атомов. Ученые сравнили это с тем, как танцующие пары держатся на расстоянии от других в бальном зале. Такой эффект не был предсказан теорией БКШ.
[shesht-info-block number=2]
Для подтверждения результатов провели численное моделирование, которое точно воспроизвело ту же систему. Результаты совпали с экспериментальными данными. Ученые смогли рассчитать дистанцию между электронными парами.
Этот результат меняет наше фундаментальное понимание сверхпроводников и других квантовых материалов, состоящих из фермионов. Новые данные могут приблизить ученых к созданию высокотемпературных сверхпроводников.
Физики нашли взаимодействие, пропущенное в основной теории сверхпроводимости
Старший научный сотрудник центра декарбонизации АПК и региональной экономики КБГУ Амиран Занилов представил работу «Влияние минеральных и органо-минеральных систем удобрения в Геосети многолетних опытов на формирование углеродного баланса в агроэкосистеме». По расчетам ученого, высокое содержание углерода в почве отражает наличие положительного углеродного баланса в агроэкосистеме и ее благополучие в целом, что ведет к росту урожайности и качества продукции. Использование исключительно минеральной системы удобрения ограничивает углеродсеквестрирующую способность почвы — 28,7 тонн CO₂-эквивалента на гектар против 98,5 тонн CO₂-эквивалента при органо-минеральной системе. Результаты исследования опубликованы в «Бюллетене Почвенного института им. В.В. Докучаева», который входит в перечень ВАК.
Почему это важно?
На сельское хозяйство приходится четверть всех выбросов на планете. Проблема повышения концентрации парниковых газов тесно связана со снижением запасов гумуса в почвах и трансформацией азотных соединений, в том числе из удобрений. Несмотря на незначительные концентрации закиси азота в атмосфере, ее потенциал глобального потепления почти в 300 раз выше, чем углекислого газа.
При этом полностью отказаться от синтетических удобрений нельзя: они дают 40% прироста урожая во всем мире. Органическое же земледелие в России занимает только 1,2% всех полей. Перед ученым стояла задача: понять, какая технология окажется экологически, климатически и экономически более благополучной. Занилов видит выход в модернизации современного агропроизводства за счет внедрения углероднакопительных технологий.
Как изучали влияние удобрений на климат?
«Исследования проводились на озимой пшенице в селе Опытное Терского района Кабардино-Балкарии. Участок заложен еще в 1947–1948 годах и входит в Геосеть многолетних опытов», — отмечает автор.
На этой территории проводилось сравнение действия минеральных и органо-минеральных систем удобрения. По результатам мониторинга проводился расчет углеродного баланса в агроэкосистеме. Оказалось, что если сочетать органические удобрения с минеральными, то на фоне повышения урожайности прослеживается сохранение органического вещества в почве, а в некоторых случаях и его накопление.
«Рассмотрение статей углеродного баланса в системе «удобрение – почва – растение» свидетельствует о преимущественной роли почвы как резервуара углерода: 84,7% секвестрированного диоксида углерода при минеральной системе и 95% — при органо-минеральной. Выбросы закиси азота при второй системе выше на 10–15%, но выгода от накопления углерода многократно перекрывает этот минус», — приходит к выводу Амиран Занилов.
Зачем это нужно?
Полученные данные могут использоваться при реализации почвенно-климатических проектов на основе биологически модифицированных систем питания культурных растений. Такие разработки могут помочь агропромышленным предприятиям снизить экологические выбросы и повысить конкурентоспособность своей продукции. Существенно возрастет и эколого-климатический рейтинг региона, что позволит облегчить доступ к «зеленому» льготному финансированию отрасли.
По сравнению с 1990 годом эмиссия парниковых газов в России сокращена в два раза, но все еще выбрасывается около двух миллиардов тонн CO₂-эквивалента без учета поглощения экосистемами. Страна взяла курс на углеродную нейтральность до 2060 года: в реестр включены 85 климатических проектов и более 36 миллионов углеродных единиц. Власти оценивают объем инвестиций в климатическую повестку до 2030 года примерно в 19 триллионов рублей.
В России выяснили, как удобрения могут помочь в борьбе с изменением климата
Несмотря на то что уже существуют субволновые нанолазеры, размеры которых меньше длины волны света по всем трем измерениям, в таких диапазонах, как ультрафиолет, красный и зеленый, однако до сих пор не был разработан аналогичный лазер в видимом синем спектре (400–500 нм). Между тем лазеры этого диапазона востребованы для современных технологий. Основная проблема заключалась в том, что такой лазер должен быть наноразмерным. Это значит, что его объем не должен превышать куба длины волны, например при длине волны 415 нм это около 0,07 мкм3. Из-за фундаментальных ограничений дифракционного предела ранее не получалось локализовать моды в наноскопических объемах без потерь эффективности.
«В предыдущих работах не удавалось синтезировать высококачественные одиночные нанокристаллы размером менее 200 нм из перовскита с формулой CsPbCl3, а также расположить их на металлической подложке. В этой работе мы в ИТМО успешно справились с задачей. Кроме того, плодотворная кооперация с физиками-теоретиками из МФТИ позволила оптимизировать форму и размер для нанокристалла, чтобы достичь от него лазерной генерации», — рассказал Сергей Макаров, д. ф.-м. н., профессор, заведующий лабораторией гибридной нанофотоники и оптоэлектроники, директор Инжинирингового центра фотоники и оптоэлектроники Университета ИТМО.
Физики из ИТМО синтезировали нанокубоиды из перовскита CsPbCl₃ размерами 145 × 195 × 190 нм, объем которых составил 0,005 мкм³, что примерно в 13 раз меньше куба длины волны излучения. Затем они нанесли их на специальную подложку: серебряную пленку с тонким диэлектрическим слоем (Al₂O₃), усиливающую оптические резонансы внутри кубика. Дальше они охлаждали образцы до 80 K и возбуждали их короткими лазерными импульсами, наблюдая, как спонтанное свечение переходит в лазерную генерацию.
Излучение в таком лазере происходит за счет механизма поляритонного лазирования. Он характерен для фотоактивных материалов, в которых носители электрического заряда существуют в виде связанных квазичастиц — экситонов, способных к когерентному излучению. Чтобы понять принцип работы этого механизма Денис Баранов из МФТИ построил теоретическую модель. Он рассчитал оптические моды кубика с учетом сильной связи экситонов и фотонов, приводящей к формированию гибридных частиц — поляритонов. А также показал, что лазирование происходит за счет конденсации этих поляритонов на нижнем энергетическом уровне, обеспечивая когерентное излучение.
«Такой кубик светит в довольно хитром полиртонном режиме. Это значит, что фотоны испускаются не каждым отдельным элементарным кусочком перовскита самим по себе, а коллективными состояниями среды, „размазанными” по нанокубику, — поляритонами. Нам нужно было придумать аппарат для описания такого излучения, и мы его разработали вместе с Николаем Солодовченко из ИТМО», — объяснил Денис Баранов, заведующий лабораторией передовой нанофотоники и квантовых материалов Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ.
«Примечательно, что поляритонное лазирование требует гораздо меньше энергозатрат по сравнению с традиционным механизмом лазерной генерации. Поэтому нам удалось создать рекордно компактный нанолазер, который не требует сверхвысоких интенсивностей подводимой накачки для достижения его рабочего режима», — добавил Сергей Макаров.
Это самый маленький нанолазер в синем диапазоне (400–500 нм) из всех когда-либо продемонстрированных. Новый лазер в десятки раз компактнее ранее созданных аналогов и впервые преодолевает дифракционный предел во всех трех измерениях. Кроме того, он обладает низким порогом накачки — около 10 мкДж/см² при охлаждении до 80 K, что делает его перспективным для интеграции в фотонные чипы.
Пока максимальную эффективность лазер демонстрирует только при 80 K из-за диссоциации экситонов при комнатной температуре. Однако авторы полагают, что этот недостаток возможно преодолеть, если перейти к резонаторам из перовскитов с пониженной размерностью.
Разработанный нанолазер представляет огромный интерес для создания таких устройств, как сверхкомпактные источники оптического сигнала, которые могут быть востребованы для оптических вычислений на чипе. Также их можно использовать в качестве фотонных ускорителей для электронных процессоров в системах искусственного интеллекта. В дальнейшем коллектив ученых планирует продолжить разработку теоретического инструмента для описания формирования поляритонных линий в излучении нанокубика, а также заняться интеграцией разработанных источников света в фотонные интегральные схемы. Это позволит реализовать оптические вычисления на компактном чипе для широкого круга задач — от логистики до классификации данных и ускорения работы ИИ.
Статья опубликована в журнале npj Nanophotonics. В работе принимали участие ученые из Университета ИТМО, МФТИ, Сколтеха, Физико-технического института им. А. Ф. Иоффе РАН и Циндаоского центра инноваций и развития Харбинского инженерного университета (Китай).
Российские физики создали самый маленький лазер в синем диапазоне
Компактные звезды — белые карлики и нейтронные звезды — давно считаются одними из самых экстремальных объектов во Вселенной с огромной плотностью, сильнейшей гравитацией и в ряде случаев с колоссальными магнитными полями. Наблюдения показывают, что вблизи центра Млечного Пути таких объектов больше, чем предсказывают теории: особенно много магнитных белых карликов, а вот обычные пульсары почти не встречаются — астрономы называют это «проблемой пропавших пульсаров».
Одно из возможных объяснений связано с темной материей: считается, что ее частицы (до сих пор неизвестные науке) могут накапливаться внутри звезд, постепенно образуя в их центре крошечную черную дыру (ЧД). Такая «эндопаразитическая» ЧД должна расти, поглощая вещество светила, и в итоге полностью ее уничтожить.
Новая научная работа, однако, предполагает неожиданный поворот в этой истории: ученые описали механизм под названием магнитно-остановленная трансмутация. Суть в том, что сильное магнитное поле внутри звезды может создавать давление, способное уравновесить притяжение растущей ЧД.
[shesht-info-block number=1]
Поясним: в обычной ситуации вещество падает внутрь черной дыры под действием гравитации, но если магнитное давление становится сопоставимым с гравитационным, аккреция — то есть «питание» ЧД — резко замедляется или прекращается вовсе.
Чтобы проверить, так ли это на самом деле, исследователи вывели условие: все зависит от соотношения между магнитным полем, плотностью вещества и массой «зародыша» черной дыры. Если параметр, объединяющий эти величины, остается ниже критического значения, рост ЧД останавливается на ранней стадии — она увеличивается незначительно и не разрушает звезду.
Кроме того, в магнитных белых карликах и магнетарах — нейтронных звездах с экстремально сильными магнитными полями — могут выполняться условия для такого «торможения». Дело в том, что в их недрах магнитное поле настолько велико, что удерживает вещество от падения в черную дыру.
[shesht-info-block number=2]
Эта идея призвана объяснить сразу несколько астрономических загадок. Например, почему в центре Млечного Пути наблюдается избыток магнитных белых карликов: они могут выживать дольше обычных, поскольку их внутренние ЧД «задушены» магнитным полем. Также можно понять, почему там практически нет обычных пульсаров: их поля слабее, из-за чего они быстро разрушаются. Даже существование редкого магнетара рядом со Стрельцом А* может оказаться следствием этого механизма.
Хотя модель пока теоретическая и требует детальных расчетов, она предлагает новый способ связать воедино сразу несколько явлений: эволюцию звезд, свойства экстремальных магнитных полей и поведение темной материи.
Если будущие наблюдения подтвердят предсказания из исследования, опубликованного в The European Physical Journal C, это станет важным шагом к пониманию того, как устроены самые плотные объекты во Вселенной и что на самом деле происходит в их скрытых недрах.
Астрофизики объяснили, почему некоторые звезды не умирают в центре Млечного Пути
Геологи картируют морское дно с помощью пневматических излучателей. Корабли буксируют пушки, которые каждые 10–20 секунд стреляют звуковыми волнами в толщу воды. Частота этих импульсов совпадает с частотой общения усатых китов, в частности финвалов (около 20 герц). Долгое время оставалось неясным, действительно ли животные реагируют на шум. Сторонники промышленного освоения шельфа утверждали, что киты продолжают петь, но их голоса просто теряются для микрофонов на фоне грохота взрывов.
Авторы исследования, опубликованного в журнале Scientific Reports, проверили гипотезу о маскировке. Они использовали акустические данные 2013 года, собранные у берегов Испании в районе Галисии. В тот период на площади около 1600 квадратных километров работало исследовательское судно, а на дне находилась сеть из десятков сейсмометров и гидрофонов. Запись велась непрерывно 63 дня. План экспедиции случайно сыграл на руку экологам: корабль сейсморазведки несколько раз ломался и уходил в порт на ремонт. Эти паузы создали контрольные периоды тишины.
Ученые перевели аудиофайлы в визуальные спектрограммы и проанализировали их сверточной нейросетью EfficientNetB0, которая изначально создавалась для распознавания изображений. Программа с точностью 85,6 процента научилась отличать специфические паттерны китовых песен от шума взрывов.
Алгоритм обработал записи и выявил резкое падение активности животных. В периоды работы сейсморазведки количество зафиксированных китовых песен снижалось в среднем на 70,4 процента. Даже после применения поправки на маскировку падение составило 52 процента. Финвалы реагировали на шум практически мгновенно: их вокальная активность обрывалась в первые один-два дня после начала стрельбы и так же быстро восстанавливалась, когда судно прекращало работу. За два месяца наблюдений у китов не выработалось никакого привыкания к грохоту.
Акустические данные не позволяют точно сказать, затаились ли финвалы в состоянии стресса или уплыли за десятки километров от источника звука. Однако оба сценария нарушают нормальные циклы коммуникации, размножения и питания исчезающего вида. Результаты указывают на необходимость замены жестких пневматических пушек на более тихие вибрационные системы и введения строгих зон тишины на маршрутах миграции китов.
Внимание астрономов 3I/ATLAS привлек сразу после обнаружения в июле 2025 года. Такие тела встречаются очень редко и считаются «капсулами времени», прибывшими к нам из других звездных систем. Интересно, что до сближения с Солнцем химический состав третьего межзвездного объекта сильно отличался от привычных комет: соотношение углекислого газа (CO₂) к воде было аномально высоким — примерно в несколько раз выше, чем у типичных объектов Солнечной системы.
В одном исследовании это значение статистически сильно выбивалось из нормы, что указывало на необычную историю формирования межзвездного гостя или последующей переработки вещества. Вот почему в новой работе ученые решили проследить, как именно меняется состав кометы после прохождения перигелия — момента, когда нагрев Солнцем максимален.
Для этого астрономы использовали спектроскопию высокого разрешения с помощью телескопа «Субару». Вместо прямого наблюдения молекул воды и CO₂ исследователи проанализировали так называемые запрещенные линии атомарного кислорода — слабые спектральные сигналы на длинах волн около 557,7 нанометров (зеленая линия) и 630-636,4 нанометра (красные линии).
[shesht-info-block number=1]
Они возникают, когда солнечное ультрафиолетовое излучение разрушает молекулы в коме объекта, а по их соотношению можно восстановить, какие именно молекулы присутствовали изначально.
Выяснилось, что после перигелия вклад CO₂ заметно снизился, то есть соотношение стало ближе к значениям, характерным для водяных комет. При этом полное исчезновение углекислого газа не наблюдалось — его доля оставалась повышенной, но не доминирующей. Это важный момент: речь идет не о случайной флуктуации, а о систематическом изменении состава по мере нагрева.
Дополнительные наблюдения также показали, что другие характеристики кометы например, цвет и пылевая активность, менялись одновременно. Судя по всему, поверхность 3I/ATLAS эволюционировала, выбрасывая вещество при приближении к светилу. Более того, усиление «покраснения» и изменения спектра пыли согласуются с идеей о том, что наружные слои объекта сдуваются, обнажая более «свежий» материал.
[shesht-info-block number=2]
Наиболее правдоподобное объяснение — слоистая структура ядра. Авторы исследования, принятого к публикации в The Astrophysical Journal Letters, предположили, что за миллионы лет в межзвездном пространстве верхние слои кометы обогащались углекислым газом и другими летучими веществами. При нагреве эти слои испаряются первыми, создавая иллюзию углекислой кометы на раннем этапе развития. Когда они исчезают, проявляется более глубокий слой, где доминирует вода — более типичный компонент кометного льда.
Такое «переключение» состава особенно важно. Оно показывает, что химия межзвездных объектов — не просто отражение условий их рождения, а результат длительной эволюции в галактической среде. Наблюдая, как именно меняется состав 3I/ATLAS в реальном времени, астрономы фактически получают доступ к внутренней структуре объекта без посадки аппаратов и многолетних миссий.
Сближение с Солнцем изменило химический состав 3I/ATLAS вопреки ожиданиям
Каталитические датчики широко применяются в нефтегазовой и горнодобывающей отраслях для предотвращения пожаров и взрывов при выбросах горючих газов в атмосферу. Принцип их работы основан на беспламенном окислении горючих газов на поверхности наночастиц катализатора с интенсивным выделением тепла. Нагрев активной зоны сенсора от протекания каталитической реакции приводит к увеличению электрического сопротивления нагревателя, которое преобразуется в разность потенциалов. Полученная разность потенциалов пропорциональна концентрации горючих газов. Основной недостаток таких датчиков — высокое энергопотребление в рабочем режиме. Поэтому их миниатюризация и переход к технологии их производства на основе энергоэффективных тонкопленочных микронагревателей являются актуальными и важными задачами.
Водородная энергетика считается одним из перспективных и экологичных направлений современной энергетики. Она активно развивается, однако высокая воспламеняемость и взрывоопасность водорода требуют постоянного мониторинга его концентрации в атмосфере. Катализаторы на основе наночастиц палладия (Pd) и платины (Pt) демонстрируют высокую активность в каталитическом сжигании водорода. Они позволят сделать водородную энергетику значительно более безопасной. Химическая природа отклика сенсора в различных условиях эксплуатации до сих пор подробно не изучена. Поэтому российские ученые обратились к методам исследований, позволяющим изучать поведение катализатора в реальных условиях использования сенсоров (operando и in-situ). Такие подходы позволяют одновременно определять химический состав катализатора с измерением сенсорного отклика. Статья опубликована в International Journal of Hydrogen Energy. Работа поддержана Российским научным фондом (проект №25-13-00417).
Ученые исследовали химические превращения наночастиц палладия и платины, используемых в качестве катализатора для термокаталитических сенсоров водорода на основе планарных микронагревателей. Для этого они синтезировали катализатор 3Pd–Pt/AOА — биметаллический катализатор с мольным соотношением Pd:Pt = 3:1, нанесенный на порошок анодного оксида алюминия (AOA) как носитель. Были тщательно изучены структурные и химические характеристики катализатора, такие как его удельная площадь поверхности после отжига, размер наночастиц и степень окисления входящих в них элементов. Это оказались двухфазные наночастицы со средним размером около 19 нм: оксидная фаза на основе оксида палладия (PdO), легированного платиной, и металлическая Pt-Pd фаза обогащенная платиной. Такой состав обеспечил высокую активность сенсора и стабильность его показаний.
Далее исследователи изготовили тонкопленочные датчики на основе разработанного катализатора. Чтобы изучить их сенсорный отклик, они создали специальную operando‑ячейку — компактную камеру для измерений в реальных условиях. Она позволяла совместить измерение отклика датчика в синтетическом воздухе с добавлением водорода и регистрацию спектров поглощения рентгеновского излучения активной зоной сенсора при различных напряжениях питания. Благодаря этому ученые зафиксировали на работающем тонкопленочном сенсоре связь между степенью окисления палладия и измеряемым электрическим откликом.
«Наши результаты показали, что при работе датчика на воздухе палладий на катализаторе окисляется, и это блокирует каталитическое сгорание водорода при низких температурах. При достижении температуры активной зоны сенсора около 38°C в атмосфере синтетического воздуха с водородом оксид восстанавливается до металлического палладия, что сопровождается резким ростом отклика датчика», — рассказал Иван Калинин, младший научный сотрудник лаборатории топологических квантовых явлений в сверхпроводящих системах Центра перспективных методов мезофизики и нанотехнологий МФТИ. Поэтому вместо ожидаемой плавной зависимости отклика от температуры ученые наблюдали ступенчатый переход: как будто датчик «выключается» оксидом палладия и «включается» металлическим палладием. Понимание роли PdO позволяет оптимизировать режим работы сенсоров как для детектирования низких концентраций водорода (до 12 миллионных долей), так и для значительного снижения энергопотребления прибора.
«Ключевым преимуществом разработанного нами планарного сенсора по сравнению с коммерчески доступными “объемными” аналогами, изготовленными с использованием проволочных нагревательных элементов, является возможность использования импульсного режима питания. Этот режим заключается в том, что сенсор раз в 15 секунд включается на короткое время, менее одной секунды, и надежно измеряет концентрацию водорода. При таком режиме питания энергопотребление сенсора может быть уменьшено до 3,2 мВт, что более чем на порядок меньше, чем у аналогов на основе проволочных нагревателей. Такое низкое значение позволяет рассчитывать на то, что эти сенсоры в ближайшем будущем смогут стать частью автономных, компактных и широко доступных устройств для обеспечения безопасности в местах использования и транспортировки водорода», — рассказал Кирилл Напольский, старший научный сотрудник лаборатории топологических квантовых явлений в сверхпроводящих системах Центра перспективных методов мезофизики и нанотехнологий МФТИ.
Исследование раскрывает фундаментальный механизм работы каталитических газовых сенсоров на атомарном уровне. Это открывает путь к созданию энергоэффективных, миниатюрных сенсоров водорода, способных работать при пониженной температуре без задержек отклика. Такие датчики позволят снизить энергопотребление сенсоров, что позволит удешевить мониторинг горючих газов на АЗС и промышленных объектах нефтегазовой отрасли. Кроме того, импульсный режим может быть применен в разработках «умных» сенсоров.
«В ближайшем будущем мы планируем разработать подходы к повышению долговременной стабильности работы этих сенсоров. При длительной работе сенсоров их чувствительность постепенно снижается в силу ряда причин, это приводит к необходимости регулярной перекалибровки приборов и, следовательно, снижает экономическую эффективность их использования», — добавил Кирилл Напольский.
В работе участвовали ученые из Центра перспективных методов мезофизики и нанотехнологий МФТИ, МГУ, Института общей и неорганической химии имени Н. С. Курнакова РАН, Национального исследовательского центра «Курчатовский институт».
Новый энергоэффективный газовый сенсор обеспечит безопасность при использовании водорода
В природе муравьи разных видов конкурируют за ресурсы, воруют друг у друга пищу или дерутся за территорию. Взаимовыгодная очистка тела между разными видами хорошо известна у морских рыб, креветок и птиц, но среди насекомых подобное поведение энтомологи не встречали. Ранее биологи фиксировали лишь паразитические контакты: например, сверчки живут в муравейниках и облизывают хозяев, чтобы красть их запах и безнаказанно поедать яйца. Добровольной кооперации ради гигиены между двумя видами муравьев наука не знала.
Энтомолог Марк Моффетт из Национального музея естественной истории (США) наблюдал за насекомыми на исследовательской станции в пустыне Аризоны. Он заметил необычную активность возле гнезд крупных муравьев-жнецов (Pogonomyrmex barbatus) и более мелких земляных муравьев из рода Dorymyrmex. В течение нескольких дней исследователь непрерывно фиксировал взаимодействия насекомых на фотокамеру. Результаты своих наблюдений ученый описал в статье, опубликованной в журнале Ecology and Evolution.
Моффетт задокументировал более 90 сеансов чистки и замерил их продолжительность. Чтобы исключить вероятность того, что мелкие муравьи просто объедают мертвые тела, биолог провел контрольный тест: подложил им мертвого, предварительно замороженного жнеца. Мелкие муравьи осмотрели мертвую особь, но не стали чистить ее.
Наблюдения показали, что инициаторами контакта выступают сами жнецы. Крупный муравей целенаправленно подходит к гнезду мелких соседей, останавливается и принимает приглашающую позу: высоко поднимается на вытянутых лапах, задирает брюшко и широко распахивает жвалы. После этого от одного до пяти мелких муравьев забираются на него. Они вылизывают его панцирь и беспрепятственно чистят открытую пасть, рискуя быть перекушенными пополам.
Сеанс длится от 15 секунд до пяти минут. Жнецы проявляют выдержку и никогда не кусают чистильщиков. Процесс заканчивается, когда крупному муравью надоедает процедура. Он не проявляет агрессию, просто резко стряхивает с себя мелких соседей — иногда с такой силой, что сам опрокидывается на спину, — после чего уходит.
Точная взаимная выгода этого симбиоза пока не известна. Мелкие муравьи, вероятно, слизывают с панциря гигантов питательные липиды. Жнецы же могут получать антибактериальную обработку: некоторые виды Dorymyrmex выделяют сильные противогрибковые вещества, которых у жнецов не обнаружено.
Также возможно, что в процессе чистки мелкие муравьи передают агрессивным соседям свои умиротворяющие феромоны, обеспечивая себе безопасное проживание на соседней территории. Открытие доказывает, что социальные насекомые способны выработать систему визуальных сигналов для мирного взаимодействия с потенциальным врагом.
Муравьи впервые выступили в роли чистильщиков жвал другого вида