Система TRAPPIST-1 почти десятилетие остается одной из главных лабораторий астробиологии. Дело в том, что из семи планет, вращающихся вокруг холодной красной звезды, как минимум три находятся в зоне обитаемости. Поскольку красные карлики — самый распространенный тип звезд в Галактике, понимание того, могут ли их планеты сохранять атмосферу, крайне важно. Изучая их, ученые могут ответить на вопрос о том, как часто во Вселенной встречаются миры, пригодные для жизни. Вот только у этих светил есть серьезный недостаток — их мощное ультрафиолетовое и рентгеновское излучение способно буквально сдувать атмосферы ближайших планет.  Теперь, чтобы расставить все точки над i, астрономы проанализировали данные наблюдений, полученных с помощью космической обсерватории «Джеймс Уэбб». Инструмент непрерывно следил за двумя ближайшими к звезде мирами — TRAPPIST-1 b и c — в течение примерно 60 часов. Затем исследователи измерили инфракрасное излучение планет на разных участках их орбиты, что позволило восстановить распределение температур на поверхности.  [shesht-info-block number=1] Таким образом, авторы научной работы, опубликованной в журнале Nature Astronomy, фактически «нарисовали» карту климата этих далеких миров. Идея проста: если у планеты есть плотная атмосфера, она распределяет тепло, сглаживая разницу между дневной и ночной сторонами. Если же атмосферы нет, одна сторона перегревается, а другая остается ледяной.  Именно такую картину и увидели астрономы: у TRAPPIST-1 b температура на дневной стороне достигает 217 градусов Цельсия, при этом ночная сторона почти не излучает тепло (она ледяная). Кроме того, максимум излучения точно совпадает с положением полудня, без сдвига, что также указывает на отсутствие переноса тепла ветрами. Эти данные согласуются с моделью темной, лишенной атмосферы каменистой поверхности.  У TRAPPIST-1 c дневная сторона прохладнее — 96 градусов Цельсия, однако контраст между днем и ночью остается большим. То есть планета либо практически безвоздушна, но отражает больше света, либо у нее есть крайне разреженная атмосфера, возможно богатая кислородом. Правда, в обоих случаях плотные атмосферы практически исключаются.  [shesht-info-block number=2] Хотя оба мира близки по массе и составу, они, судя по всему, прошли разные эволюционные пути: даже небольшие различия в расстоянии до звезды или начальных условиях приводят к радикально разным судьбам атмосфер. Результаты подкрепляют гипотезу о том, что излучение красных карликов эффективно разрушает атмосферы ближайших планет, превращая их в каменные миры с экстремальными перепадами температур — более 500 градусов между днем и ночью.   Поэтому главный вопрос — обитаемость в системе TRAPPIST-1 — переносится дальше от светила. Если внутренние планеты системы оказались оголенными, смогут ли более удаленные, расположенные в зоне обитаемости миры, сохранять атмосферу и воду? Поскольку ученые уже наблюдают TRAPPIST-1 e, ответ, вероятно, не за горами.

Эксперимент проходил в микрополевых условиях в Калужской области. Семена яровой пшеницы сорта Ирень, зараженные корневой гнилью, подвергались перед посадкой облучению разными дозами на низкоэнергетическом электронном ускорителе. Контрольной группой служили необработанные семена. Исследование опубликовано в журнале «Радиация и риск» (Бюллетень Национального радиационно-эпидемиологического регистра). Результат показал, что облученные семена всходили лучше, а выросшие из них растения давали повышенный урожай. Обработка повысила урожайность зерна более чем на 50% по сравнению с контролем благодаря увеличению продуктивной кустистости. Качество зерна также улучшилось: в нем возросло содержание белка и жира. Ученые объясняют этот эффект тем, что облучение выступает для семян как стрессор, запуская эволюционно закрепленные механизмы адаптации, которые повышают «запас прочности» растений на последующих этапах вегетации. Электронное облучение семян улучшило урожай и повысило его качество / © НИЦ «Курчатовский институт» Еще один важный результат эксперимента — облучение значительно (в несколько раз) снизило пораженность пшеницы корневой гнилью. Ученые обрабатывали семена разными дозами излучения, чтобы найти баланс между эффективным подавлением фитопатогенов и сохранением посевных качеств семян. Самой эффективной оказалась доза излучения 5 кГр (при энергии электронов 120 кэВ). В эксперименте использовали низкоэнергетический электронный ускоритель «Дуэт», разработанный в Институте сильноточной электроники СО РАН (Томск). Он создает высокую дозу облучения на поверхности семян для их дезинфекции при малой глубине проникновения, чтобы сохранить всхожесть. Основной недостаток такой методики — сложно обеспечить равномерность облучения. Поэтому ученые планируют совершенствовать подходы к эффективной обработке больших объемов зерна. Обработка семян низкоэнергетическими электронами абсолютно безопасна для человека. «Такое облучение не делает зерно радиоактивным и не влияет на его генетический аппарат, — объясняет Владимир Харламов, старший научный сотрудник лаборатории радиационных технологий КК РАЭ. — Технология настроена таким образом, чтобы электроны проникали лишь в поверхностные слои семени, где обитают микроорганизмы, не затрагивая зародыш и эндосперм». Влияние разных видов излучения на семена зерновых культур изучается давно. Применение технологии на практике пока под вопросом (химическая обработка семян все еще экономически выгоднее). Однако ситуацию может изменить ужесточение правил использования пестицидов. «Низкоэнергетическое электронное облучение сельскохозяйственных культур — перспективное направление, требующее дальнейших исследований. Необходимо подобрать оптимальные режимы радиационной обработки для различных культур с разной структурой семян, сохранив или стимулировав их всхожесть и рост. Кроме того, требуется экономическое обоснование использования технологии», — комментирует Владимир Харламов.

Космические джеты образуются не только возле черных дыр, подходящие условия для их формирования возникают рядом с молодыми звездами, в так называемых объектах Хербига—Аро. Эти объекты образуются, когда газ, выброшенный молодыми звездами, вступает во взаимодействие с близлежащими облаками газа и пыли на скоростях в несколько сотен километров в секунду. Установки плазменного фокуса существуют уже более 70 лет, и за это время они превратились в один из главных инструментов изучения сильноточных плазменных разрядов. Принцип их работы прост: мощный импульс электрического тока разгоняет газовую оболочку, которая стремительно схлопывается к оси установки, формируя раскаленный плазменный жгут — так называемый пинч. Объекты Хербига—Аро HH 1 и HH 2 расположены на расстоянии около светового года друг от друга симметрично относительно молодой звезды, испускающей вещество вдоль своей полярной оси / © Hubble Space Telescope's WFPC2. Credit J. Hester (ASU), WFPC2 Team, NASA В момент максимального сжатия плотность и температура плазмы достигают колоссальных значений, порождая нейтронное и рентгеновское излучение, а также пучки заряженных частиц. На протяжении десятилетий именно эта стадия находилась в фокусе внимания экспериментаторов. Но самое интригующее происходит позже: когда пинч разрушается, из него вырывается узкий плазменный поток, летящий со сверхзвуковой скоростью. Начальная скорость такого потока превышает 100 километров в секунду и слабо зависит от рода рабочего газа, а сам поток способен сохранять удивительную компактность на расстояниях, многократно превышающих его поперечный размер. Z-пинч установка в работе: свечение плазмы при сжатии разряда / © SciTechDaily Именно эти потоки превратили плазменный фокус из чисто «энергетической» установки в уникальный стенд для лабораторного моделирования астрофизических джетов, выбрасываемых из объектов Хербига—Аро. Мощные лазеры, Z-пинчи и другие установки применяются для лабораторного воссоздания похожих на них объектов. Установки плазменного фокуса оказываются способны воспроизводить ключевые безразмерные параметры джетов — число Маха порядка 10 и более, число Рейнольдса порядка десятков и сотен тысяч, контраст плотностей потока и окружающей среды от 1 до 10, температуру плазмы в несколько электронвольт. Все это делает их миниатюрной, но физически адекватной копией космического «мотора». Объект Хербига—Аро: джет молодой звезды, снятый телескопом «Джеймс Уэбб» / © ESA / Webb Однако при всей успешности экспериментов ключевой вопрос оставался открытым: что именно запускает плазменный поток? Откуда берутся та первоначальная энергия и импульс, которые выбрасывают сгусток плазмы вдоль оси установки? На протяжении десятилетий физики предлагали различные гипотезы. Одни считали, что плазма выстреливает за счет кумулятивного эффекта при схождении токонесущей оболочки к оси — подобно тому, как кумулятивный заряд формирует пробивающую броню металлическую струю. Другие полагали, что ответ кроется в развитии «сосисочной» неустойчивости на теле пинча: перетяжки стягивают плазменный жгут, и вещество под давлением вырывается из горловины наружу. Обе гипотезы выглядели правдоподобно, однако убедительных экспериментальных доказательств ни одной из них получить так и не удавалось. Необходимость разобраться в механизме генерации потока становилась все более важной, особенно в контексте лабораторного моделирования джетов молодых звезд. Группа российских физиков решила заглянуть в самое сердце процесса — в ту узкую область на вершине токонесущей плазменной оболочки, где, по предварительным наблюдениям на различных установках, зарождался поток. Эксперименты проводились на установке плазменного фокуса при энергии разряда 28 килоджоулей. Рабочими газами служили водород и аргон — два принципиально разных по атомной массе элемента, позволяющих проверить универсальность обнаруженного явления. Результаты исследования опубликованы в журнале JETP Letters. Схема экспериментальной установки / © JETP Letters Для того чтобы заснять события, длящиеся считанные наносекунды, исследователи применили два диагностических инструмента. Первый — многокадровая система на основе электронно-оптических преобразователей, способная делать до пяти снимков плазмы с экспозицией всего 10 наносекунд и регулируемой задержкой между кадрами. Каждый кадр фиксировал распределение свечения плазмы с очень высокой детализацией. Второй инструмент — лазерное зондирование на базе неодимового YAG-лазера Lotis LS-2131M, работавшего на основной гармонике длиной волны 1064 нанометра и второй гармонике длиной волны 532 нанометра с длительностью импульса семь наносекунд на полувысоте. Лазерный пучок просвечивал плазму насквозь, а получаемые теневые снимки — тенеграммы — выявляли области с резкими градиентами плотности: границы токонесущей оболочки, тело пинча и любые плотные образования внутри разряда. Угловая апертура регистрирующей оптической системы составляла четыре тысячных радиана, что обеспечивало чувствительность даже к сравнительно слабым возмущениям плотности. Обе диагностики синхронизировались относительно пика производной разрядного тока — момента, отвечающего максимальному сжатию пинча. И вот что показали результаты. На снимках, полученных до пика производной тока и в пинчевой стадии, не обнаружилось ровным счетом ничего над токонесущей оболочкой, что можно было бы принять за зарождающийся поток. Ни на фотографиях в видимом свете, ни на теневых кадрах лазерного зондирования. Оболочка поднималась над уровнем анода под действием сил магнитного давления, сжималась к оси, формировала пинч — и никакого выброса. Более того, даже на начальной стадии развала пинча тенеграммы не фиксировали никаких объектов над оболочкой. Это сразу ставило под серьезное сомнение гипотезу о кумулятивном эффекте при сжатии: если бы поток рождался в момент столкновения стенок оболочки на оси, его следы должны были быть видны еще до пика тока или, по крайней мере, одновременно с ним. Зато примерно через 20 наносекунд после пика производной тока картина менялась кардинально. На снимках электронно-оптических преобразователей, полученных в одном и том же разряде с различной задержкой, отчетливо проступали два ярких объекта. Один из них — компактное образование на самой вершине токонесущей оболочки, жестко привязанное к ее динамике и поднимающееся вместе с ней. Аналогичные объекты в верхней части оболочки наблюдались ранее и на других установках: ПФ-3 в Курчатовском институте, «Тюльпан» в ФИАН и PF-1000 в Варшаве, но до сих пор их природа оставалась неясной. Второй объект — стремительно удаляющийся от оболочки плазменный сгусток, скорость которого более чем вдвое превышала скорость первого объекта. Именно этот улетающий сгусток формировал хорошо заметную ударную волну — верный признак того, что движение являлось сверхзвуковым с самого момента зарождения. Теневые снимки, выполненные при разряде в аргоне, позволили увидеть самый начальный этап рождения сгустка. Он формировался непосредственно внутри токонесущей оболочки, между ее верхней и нижней границами. Зародыш будущего потока можно было различить уже на ранних тенеграммах — как едва заметное уплотнение, которое затем стремительно разрасталось. Набирая скорость, сгусток прорывал верхнюю границу оболочки, не повреждая нижнюю, и устремлялся вверх — строго в одном направлении, от анода. Это наблюдение оказалось принципиально важным: если бы выброс происходил из перетяжки на теле пинча, плазма разлеталась бы симметрично в обе стороны, вверх и вниз. Направленность выброса однозначно указывала на иной, несимметричный механизм. Эксперименты в водороде подтвердили ту же картину: сначала в верхней части оболочки возникала область уплотнения с достаточно резкими границами, а затем из нее вырывался оформленный поток, прорывая верхний край оболочки. Анализ обширной базы экспериментальных данных, полученных при одинаковых условиях разряда, продемонстрировал хорошую воспроизводимость описанных процессов от выстрела к выстрелу — редкое качество для столь быстрых и турбулентных явлений. Генерация и динамика плазменного потока. Образование ударной волны наблюдается по мере движения плазменного пучка в фоновом газовом (плазменном) окружении / © JETP Letters Василий Бескин, профессор кафедры проблем физики и астрофизики МФТИ, отметил: «Когда пинч разрушается, тороидальное магнитное поле стремительно падает, и рождается мощное вихревое электрическое поле. Оно заставляет плазму дрейфовать к оси и вверх — именно туда, где мы наблюдаем зарождение выброса. Самое замечательное в том, что направление этого дрейфа совпадает с потоком электромагнитной энергии — вектором Пойнтинга. Вся энергия, запасенная в магнитном поле вокруг пинча, при его распаде устремляется в одну точку. Это тот же самый механизм, который, по нашим теоретическим моделям, управляет джетами молодых звезд,— только здесь мы впервые видим его в лаборатории». Также ученым предстояло объяснить, почему именно вершина оболочки становится источником выброса и что придает плазме начальное ускорение. Авторы предложили теоретическую модель, которая впервые связала запуск плазменного потока с электродинамическими процессами в области распада пинча. Ключевую роль играют силы Ампера — сила взаимодействия электрического тока с магнитным полем. Ток, текущий вдоль пинча, при достижении верхней части оболочки приобретает радиальную составляющую — растекается в стороны. Взаимодействие этого радиального тока с тороидальным магнитным полем рождает вертикальную компоненту силы, направленную вверх. Еще на стадии сжатия эта сила создает уплотнение в верхней части оболочки — своего рода «зародыш» будущего выброса. Важно подчеркнуть, что конкретный вид математической модели распределения электрических токов не играет решающей роли: силы Ампера будут направлены к вершине оболочки при любых токах, текущих вверх вдоль пинча и затем растекающихся радиально. Кроме того, холловские тороидальные токи, возникающие в верхней части оболочки, приводят к заметному усилению полоидального магнитного поля на масштабах поперечного размера плазменного шнура, то есть как раз на масштабах зарегистрированного центрального сгущения. Настоящий же «спусковой крючок» срабатывает в момент распада пинча. Когда из-за развития магнитогидродинамических и кинетических неустойчивостей в пинче включается аномальное сопротивление, ток начинает стремительно падать. Проводимость плазмы на этой стадии составляет лишь порядка 1012–1013 обратных секунд — на два-три порядка ниже классической спитцеровской проводимости, характерной для полностью ионизированной плазмы. Резкое падение тороидального магнитного поля за характерное время порядка 10–100 наносекунд порождает мощное вихревое электрическое поле. Это поле, в свою очередь, вызывает электрический дрейф плазмы — одновременно к оси системы и вверх от анода. Характерное смещение плазмы за время распада сопоставимо с толщиной самой оболочки — около одного сантиметра, что прекрасно согласуется с экспериментальными наблюдениями. Направление дрейфа при этом совпадает с направлением вектора Пойнтинга — потока электромагнитной энергии: в области пинча этот поток всегда направлен к оси и вверх, поскольку тороидальное магнитное поле занимает объем, многократно превышающий объем самого пинча. Фактически вся электромагнитная энергия, запасенная в окружающем пространстве, при распаде устремляется в одно место — в верхнюю часть оболочки. По сути, ученые обнаружили лабораторный аналог центрального двигателя, который управляет джетами молодых звезд. Токи в верхней части оболочки, усиленные холловским эффектом, создают магнитную конфигурацию, удивительно схожую с той, что предсказывается моделями астрофизических джетов. А вихревое электрическое поле, рождающееся при распаде, играет роль спускового механизма, переводящего накопленную магнитную энергию в направленное движение плазмы. Это не просто аналогия, это одна и та же физика, работающая на разных масштабах. Обнаруженный механизм принципиально отличается от обеих ранее предлагавшихся гипотез. Ни кумулятивное сжатие оболочки, ни перетяжки на теле пинча не являются первопричиной выброса. Поток рождается в результате чисто электродинамических процессов — взаимодействия токов и магнитных полей, усиленного холловскими эффектами и нестационарными явлениями при распаде. Установка плазменного фокуса, таким образом, предстает не просто удобным генератором плазменных струй, а полноценным лабораторным аналогом природного процесса, ответственного за формирование космических джетов. Понимание механизма запуска плазменного потока может позволить также управлять его параметрами: скоростью, плотностью, углом расхождения. Такие управляемые плазменные потоки находят применение в технологиях обработки материалов, в разработке перспективных двигательных систем для космической техники и в исследованиях, связанных с инерциальным термоядерным синтезом. Знание того, где именно и в какой момент рождается поток, позволяет оптимизировать конструкцию электродной системы и режим разряда. Авторы подчеркивают, что прорыв плазменного сгустка через верхнюю границу оболочки должен сопровождаться перезамыканием магнитных силовых линий — процессом, известным как магнитное пересоединение. В результате формируется компактный плазменный объект с захваченным магнитным потоком, способный сохранять целостность при распространении на расстояния, многократно превышающие его поперечный размер. Запланированные эксперименты с использованием многокомпонентных магнитных зондов и спектральной диагностики позволят измерить структуру захваченного поля непосредственно в летящем сгустке и сопоставить ее с теоретическими предсказаниями. Не менее перспективным видится систематическое сопоставление лабораторных данных с результатами наблюдений реальных астрофизических джетов. Теперь, когда механизм запуска потока в лабораторных условиях установлен и получил теоретическое обоснование, появляется возможность целенаправленно варьировать параметры разряда и проверять предсказания астрофизических моделей в контролируемой обстановке. Плазменная температура порядка нескольких электронвольт, скорости свыше 100 километров в секунду и контраст плотностей потока и окружающей среды, достижимые на установках типа плазменного фокуса, попадают в диапазон параметров, характерных для объектов Хербига—Аро.

Обычные способы измерения температуры плохо подходят для их применения в микроэлектронике. Контактные датчики слишком большие по сравнению с элементами микросхем и «боятся» электромагнитных помех — из-за этого сложно точно установить тепловой режим. Альтернативный вариант — дистанционная люминесцентная термометрия, которая редко используется, поскольку у нее низкая чувствительность в широком диапазоне, и сигнал зависит от случайных внешних факторов. Люминесцентные сенсоры улавливают тепло, испускаемое элементом микросхемы, и меняют свои оптические характеристики. Отслеживая эти изменения, специалисты могут гораздо точнее определить температуру. Такой подход позволяет быстро измерять степень нагрева даже очень маленьких объектов, не повреждая их структуру. Однако оптимальный состав таких люминесцентных датчиков еще не подобран. Специалисты Ресурсного центра «Оптические и лазерные методы исследования вещества» Научного парка СПбГУ предложили использовать в качестве материалов для контроля оксиды (соединения с кислородом) редкоземельных элементов, модифицированные заряженными частицами (ионами) эрбия и иттербия. Выбор этих элементов обусловлен не только их люминесцентными свойствами, но и возможностью точного синтеза: они способны заметно менять свечение даже при незначительном нагреве. В результате полученные образцы проявляли интенсивную люминесценцию как при понижении, так и при повышении температуры. Результаты исследования, поддержанного грантом РНФ, опубликованы в научном журнале Applied Materials Today. Авторы работы сравнили два способа термометрии с использованием синтезированных наночастиц. Вторичная термометрия — классический метод, при котором специалисты предварительно определяют зависимость между свечением индикатора и температурой, и по этому показателю рассчитывают эталонные значения, на которые опираются при дальнейших измерениях. Первичная термометрия — более сложный метод, при котором при котором температура рассчитывается напрямую из измеряемых физических величин через фундаментальные уравнения, без калибровки по эталонным точкам. Разработанный материал оказался пригодным для обоих методов при измерениях в диапазоне 25–110°C. «Предложенные нами сенсоры оказались достаточно эффективными тепловыми датчиками, работающими в диапазоне, важном для задач микроэлектроники. Они позволят дистанционно измерять нагрев электронных компонентов с высокой чувствительностью. В дальнейшем мы планируем повысить надежность и точность контроля теплового состояния с помощью одновременного анализа нескольких температурно-зависимых люминесцентных параметров», — сказал руководитель проекта, специалист по спектрофлуорометрии Научного парка СПбГУ Илья Колесников. Члены научного коллектива: научные сотрудники СПбГУ Илья Колесников и Михаил Курочкин / © Илья Колесников, Пресс-служба СПбГУ Ученые также провели эксперимент на реальном микроэлектронном устройстве — графическом процессоре видеокарты. Они нанесли на поверхность чипа тонкий слой разработанного материала. Изменяя нагрузку на процессор видеокарты, исследователи дистанционно следили за его нагревом. Результаты подтвердили надежность метода: данные, полученные с помощью люминесцентной термометрии, совпали с показаниями тепловизора с погрешностью всего в 1–2°C. При этом в режиме первичной термометрии с инфракрасным возбуждением, имитирующим нагрев, ошибка оказалась еще ниже — около 0,9°C.

Науке известно, что разные представители ракообразных реагируют на болевые раздражители. Но вопрос восприятия боли десятиногими раками изучен мало, что особенно важно в контексте кулинарных традиций их варки заживо. Расспросить речного рака или омара нельзя, но можно изучить его поведение и реакцию на вещества, которые снимают боль. Авторы исследования, опубликованного в журнале Scientific Reports, отобрали 105 норвежских омаров (Nephrops norvegicus). Животных разделили на контрольную группу, группу имитации (омаров просто пересаживали сачком для замера стресса от манипуляций) и «шоковую» группу, которую били током в воде в течение десяти секунд. Части омаров за час до электрошока давали обезболивающее: либо растворяли лидокаин прямо в аквариуме, либо делали инъекцию аспирина в мембрану у основания ноги. Ученые фиксировали поведение животных на видео, а затем брали у них гемолимфу (кровь) на анализ уровня лактата и глюкозы. Также биологи извлекали нервные узлы (ганглии) для проверки экспрессии стрессовых генов. Удар током без анестезии вызывал у омаров заметную реакцию избегания — в среднем омар совершал около десяти ударов хвостом, пытаясь уплыть от источника боли. У омаров, которых током не били, такой реакции не возникало. Оба препарата успешно сработали. Омары, получившие аспирин или лидокаин, переносили разряд спокойно, а количество ударов хвостом снизилось практически до нуля. Ученые заметили, что аспирин снимал боль от тока, но сама инъекция препарата вызывала сильное местное раздражение. После укола животные активно и долго расчесывали место введения иглы, а уровень лактата (маркера стресса) в их гемолимфе резко подскочил. Лидокаин, растворенный в воде, посторонних эффектов не вызывал. Дополнительно выяснилось, что омары испытывают стресс, когда их достают из аквариума. После пересадки сачком они активно бегали по резервуару, а в их грудных ганглиях менялась экспрессия гена стрессового гормона (CHH). Исследование показало, что норвежские омары удовлетворяют одному из ключевых критериев наличия боли: их реакция на шок не является простым рефлексом и купируется анальгетиками. По мнению ученых, эти данные доказывают необходимость внедрения методов гуманного оглушения и общих стандартов защиты животных не только при проведении инвазивных лабораторных процедур, но и в промышленной аквакультуре и рыболовстве.

Люди постоянно сталкиваются с неправильным написанием слов: в соцсетях, чатах, комментариях. Орфографическая ошибка кажется мелочью: ну написал человек слово не так, как принято. Но она влияет и на читателя. Несколько лет назад исследователи показали, что в английском языке даже правильно написанные слова распознаются медленнее, если в их написании часто ошибаются. Позже эффект подтвердился в китайском, финском, греческом и иврите. При этом оказалось, что устроен он немного по-разному: в языках с непрозрачной орфографией (английский и китайский) от него больше страдают частотные слова, а с прозрачной (греческий и финский) — редкие слова. Психолингвисты Центра языка и мозга НИУ ВШЭ в Санкт-Петербурге совместно с коллегами из СПбГУ и Университета Новой Горицы (Словения) решили проверить, повторяется ли эта закономерность в русском языке. Также исследователи сравнили обычное распознавание слов и сознательную проверку орфографии, чтобы понять, одинаково ли слово обрабатывается в этих случаях. Исследование опубликовано в журнале The Mental Lexicon. Сначала по базе текстов из интернета (постов, комментариев и сообщений без редакторской правки) исследователи отобрали 62 слова, которые часто пишут с ошибками, среди них «терраса», «винегрет», «агентство», «прецедент» и многие другие. Затем они провели четыре онлайн-эксперимента с независимыми группами участников (всего 269 носителей русского языка). В двух из них участникам показывали реальные слова и псевдослова, например «дилемма» и «спротазла», и просили как можно быстрее определить, существует ли такая форма в русском языке.  В двух других группах просили следить за правописанием и определять, написано слово правильно или с ошибкой. Например, участники видели «кристал» и «кристалл» или «мышенок» и «мышонок». По итогам эксперимента исследователи оценивали, насколько быстро и правильно отвечали участники. Такой формат позволил сравнить обработку слов без фокуса на орфографии и при ее сознательной проверке.  Исследование показало, что слова, которые часто пишут с ошибками, действительно обрабатываются медленнее. Авторы связывают это с орфографической неопределенностью: если в памяти человека конкурируют правильное и ошибочные написания слова, мозгу требуется больше времени, чтобы распознать нужный вариант. Когда человек запоминает слово, в памяти фиксируются его написание, звучание и значение. И если человек регулярно видит ошибочные варианты, они тоже закрепляются. В итоге правильный вариант конкурирует с неправильными, и на его распознавание уходит больше времени. Но важно было не только то, как часто слово встречается в неправильном виде, но и насколько хорошо участники отличают правильное написание от неправильного. Этот показатель объяснял скорость реакции лучше всего. При этом то, как часто слово встречается в языке, и количество возможных ошибочных вариантов влияли слабее.  «Если слово путают и в нем не уверены, то его труднее читать, даже если оно написано правильно. Причем эффект оказался сильнее для редких слов, то есть русский в этом отношении повел себя не как английский и китайский, а как финский и греческий. Это было неочевидно, так как русская орфография считается менее прозрачной: нужно следить за безударными гласными, глухими и звонкими согласными и многими другими сложностями, а в финском и греческом слова буквально как слышатся, так и пишутся», — объясняет один из авторов исследования, ведущий научный сотрудник Центра языка и мозга НИУ ВШЭ — Санкт-Петербург Наталия Слюсарь. В заданиях, в которых участники специально искали ошибки, одни неправильные написания они замечали лучше, другие хуже. Это частично зависело от типа ошибки, или орфограммы. Больше трудностей вызывали слова с лишней или пропущенной двойной согласной, например «аллюминий» вместо «алюминий». Легче участники распознавали ошибки в словах, написание которых можно проверить, изменив форму слова, например «синтез» («синтеза»). Однако эффект проявлялся, только когда человек сознательно следил за орфографией. Результаты исследования важны не только для понимания того, как устроена обработка слов, но и для прикладных задач, например орфографических тестов. «Мы специально подобрали слова так, чтобы они различались по сложности, не были слишком простыми для большинства участников и помогали увидеть, кто увереннее распознает правильное написание. Такой набор может использоваться как материал для орфографических тестов», — объясняет один из авторов исследования, старший научный сотрудник Института когнитивных исследований СПбГУ Дарья Чернова.  «Орфографическая память формируется из того, что мы читаем каждый день. Если вокруг много текстов с ошибками, они тоже становятся частью нашего языкового опыта наравне с правильными написаниями. Поэтому стоит чаще читать хорошие книги и статьи», — комментирует Наталия Слюсарь. Исследование выполнено при поддержке Программы фундаментальных исследований НИУ ВШЭ в рамках проекта «Центры превосходства».

Наверное, многим владельцам кошек знакома эта ситуация: вы покупаете корм, который, как кажется, нравится вашему питомцу, а он через несколько дней начинает воротить нос. Кошка или совсем отказывается от любимого корма, или, поев немного, оставляет большую его часть в миске. Она может подходить к миске, нюхать корм и все равно не есть, при этом будучи голодной, о чем информирует хозяина требовательным мяуканьем. Исследователи из Университета Ивате (Япония), по-видимому, нашли причину такого странного поведения кошек. Ученые, статья которых опубликована в журнале Physiology & Behavior, пришли к выводу, что у кошек чувство голода и насыщения не единственные факторы, побуждающие их есть или отказываться от еды. Основную роль в появлении аппетита играет запах пищи. Когда кошка к нему привыкает, мотивация к приему пищи падает, при этом появление нового запаха эту мотивацию восстанавливает. В своих предположениях исследователи исходили из нескольких доказанных фактов. Во-первых, обонятельные сигналы особенно важны для кошек, которые в значительной степени полагаются на обоняние при выборе и оценке пищи.Во-вторых, в отличие от собак, которые, как правило, едят большими порциями, когда еда доступна, что отражает их эволюционное происхождение как стайных охотников, кошки обычно распределяют свой суточный рацион на множество небольших приемов пищи. Такой режим питания у кошек, вероятно, произошел от режима питания их дикого предка, африканской дикой кошки — одиночного хищника, охотящегося на мелкую добычу, такую как грызуны и птицы, несколько раз в течение дня. Наконец, эффект обонятельного привыкания зарегистрирован у людей: многократное употребление одной и той же пищи с одним и тем же запахом снижает наше восприятие ее вкуса, а следовательно, и желание продолжать ее есть. Чтобы эмпирически проверить, происходит ли нечто подобное у кошек, ученые провели серию экспериментов с участием 12 домашних питомцев. Сначала, чтобы установить базовый уровень потребления пищи и предпочтения участниц, кошкам давали шесть разных видов сухого корма. Один из них оказался самым предпочтительным с большим отрывом. В первой серии экспериментов голодавшим в течение 16 часов кошкам выдавали еду, но не сразу, а маленькими порциями в шесть 10-минутных приемов с 10-минутными интервалами на протяжении двух часов. В двух раундах кошки ели один и тот же корм на протяжении всех подходов. В третьем раунде последняя порция отличалась — кошкам давали не тот корм, который они ели перед этим. Исследователи обнаружили, что в условиях одинакового питания кошки постепенно с каждым подходом съедали все меньше и меньше пищи, даже если это был их любимый корм. Однако, когда появлялось разнообразие, ситуация менялась: кошки начинали есть с явным аппетитом и съедать больше, причем даже если это был не нравившийся им корм. В дальнейших экспериментах ученые использовали специальные двухсекционные кормушки с перфорацией. В верхнее отделение клали корм, который кошки имели возможность есть, а в нижнее, недоступное для них, — корм с другим запахом. В этом случае кошки начинали с большей охотой съедать верхний корм и ели его в большем количестве, чем в отсутствие нового запаха. То есть кошек стимулировал именно другой запах, поскольку вкус корма оставался прежним. И наоборот, непрерывное воздействие между циклами кормления запаха одного и того же корма, который лежал в недоступной для кошек миске с перфорацией, приводило к снижению аппетита и уменьшению количества съеденного. Таким образом, кошки в своем пищевом поведении движимы новизной запаха, что может иметь практическое значение для их владельцев, отметили исследователи. Они порекомендовали почаще вносить разнообразие в рацион питомцев, чередовать разные виды кормов или менять запах пищи с помощью приправ или посыпок.

Алюминиевая бронза (Cu-9.5Al-1Fe) обладает более высокой теплопроводностью, чем сталь и титан, и при этом превосходит чистую медь по технологичности в аддитивном производстве. Однако печать медных сплавов сопряжена с двумя фундаментальными проблемами: высокой отражательной способностью материала и быстрым отводом тепла. Это приводит к образованию дефектов — пор несплавления, когда частицы порошка не успевают полностью расплавиться, и так называемой пористости типа замочной скважины, возникающей из-за образования глубокой паровой воронки в расплаве, которая нестабильна и оставляет после застывания металла пустоты. В ходе эксперимента ученые варьировали плотность энергии (от 125 до 938 Дж/мм³), изменяя мощность лазера (90-150 Вт) и скорость сканирования (100-600 мм/с). Было установлено, что при низкой плотности энергии преобладают поры несплавления, а при высокой — поры типа типа замочной скважины, характерные для нестабильного режима глубокого проплавления. При этом общий уровень пористости оставался на уровне около 5% во всех режимах. Результаты опубликованы в журнале Materials Characterization. Несмотря на наличие остаточной пористости, образцы продемонстрировали механические характеристики, превышающие показатели литой алюминиевой бронзы. Предел прочности составил до 748 МПа, а относительное удлинение — до 16,2%, что приближается к параметрам никель-алюминиевой бронзы (Ni-Al-Bronze), традиционно используемой в тяжелонагруженных узлах. «Нам удалось показать, что даже при использовании оборудования с ограниченной мощностью лазера можно добиться механических свойств, близких к промышленным никель-алюминиевым бронзам. Ключевым фактором оказалось не просто повышение энерговклада, а понимание механизмов перехода между дефектами различного типа. Это позволяет прогнозировать свойства материала еще на этапе подбора параметров печати», — поделился доцент Центра технологий материалов Сколтеха и соавтор работы Станислав Евлашин. Особое внимание в работе авторы уделили изменению фазового состава. В процессе сверхбыстрой кристаллизации, характерной для лазерного плавления, были обнаружены фазы, нетипичные для равновесной структуры алюминиевой бронзы: прослойки типа Al₂Cu и наночастицы Cu₃Fe. Также было показано, что увеличение плотности энергии приводит к уменьшению фазы, вносящей основной вклад в твердость и прочность материала, но которая оказывает негативное влияние на электро- и теплопроводность. Эти структуры и фазы формируются благодаря скоростям охлаждения до 10⁷ К/с и влияют на баланс прочности и пластичности, а также тепловые характеристики. «С помощью комплекса подходов — от исследования микроструктуры различными методами микроскопии до измерения физических и механических характеристик — мы установили прямую корреляцию между плотностью дислокаций, теплопроводностью и электропроводностью. Оказалось, что с ростом энерговклада плотность дислокаций снижается и происходит перераспределение алюминия в структуре, что ведет к повышению теплопроводности, но тем не менее без видимого ухудшения механических характеристик. При этом пористость оказывает незначительный эффект», — рассказала Анастасия Филиппова, первый автор работы, аспирант программы «Математика и механика» в Сколтехе. Измерения теплопроводности проводились в широком диапазоне температур — от 5 до 575 К — с использованием двух независимых методов — PPMS и лазерный флэш-анализ. Авторы показали, что теплопроводность образцов, полученных с высокой плотностью энергии, достигает 47 Вт/(м·К) при комнатной температуре, что близко к значениям для литого материала, но при значительно более высокой прочности.

Кометы — малые тела, ядра которых состоят из смеси льдов, пыли и органического вещества, сохранившихся со времен формирования Солнечной системы. Когда комета приближается к светилу, солнечные лучи нагревают поверхность, и лед сублимируется — превращается в газ, минуя жидкую фазу. Этот газ струями вырывается наружу и действует как реактивный двигатель: он создает силы и моменты, которые могут изменять вращение кометы и ее орбитальное движение. Обычно изменения скорости вращения кометы вокруг своей оси (периода вращения) и направления этого вращения происходят очень медленно. Даже у небольших комет диаметром один-два километра вращение меняется постепенно, и заметные изменения проявляются только спустя многие годы или даже десятилетия. Но иногда случаются исключения. Например, комета 41P/Туттля — Джакобини — Кресака, или просто 41P, которая показала необычно быстрые изменения вращения. Диаметр кометы составляет порядка километра, а полный оборот вокруг Солнца она совершает за 5,4 года. Наблюдать комету удается не всегда — только в те периоды, когда она проходит через внутреннюю часть Солнечной системы и оказывается сравнительно близко к Земле. В последний раз благоприятные условия для наблюдения сложились в 2017 году, когда 41P приблизилась к Земле на сравнительно небольшое расстояние. В марте 2017 года 41P вращалась с заметной скоростью: один полный оборот вокруг своей оси она делала примерно за 20 часов. Астрономы из разных обсерваторий мира наблюдали за ней, ожидая типичных для комет постепенных изменений вращения. Но уже через два месяца произошло нечто странное. Комета резко замедлилась: один оборот занимал от 46 до 60 часов. [shesht-info-block number=1] Американский астроном Дэвид Джуитт (David Jewitt) из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе решил перепроверить старые данные. Он взял снимки, которые сделал космический телескоп «Хаббл» в декабре 2017-го, и проанализировал их заново. Анализ показал, что комета ускорила вращение: теперь один оборот занимал примерно 14 часов. При этом направление вращения изменилось на противоположное. Самое простое объяснение, предложенное американским ученым, заключается в том, что комета постепенно замедлялась и в какой-то момент времени ее вращение, вероятно, почти полностью остановилось. После этого произошло изменение направления вращения на противоположное. Причиной могли стать струи газа, которые испускались с поверхности в направлении, противоположном исходному вращению. Они действовали как тормоз, а потом — как ускоритель. Джуитт объяснил, когда угловая скорость приближается к нулю, тот же газовый поток может начать раскручивать ядро в противоположную сторону. Астроном Дмитрий Вавилов из Вашингтонского университета (США) назвал это событие первым в истории случаем, когда у небесного тела зафиксировали быстрое изменение направления вращения. Обычно подобные процессы растягиваются на десятилетия, а тут все произошло за несколько месяцев. [shesht-info-block number=2] Интерес к комете только растет. Следующее ее появление ожидают в феврале 2028 года. Исследователи планируют внимательно следить за ее состоянием. Есть предположение, что из-за быстрых изменений вращения ядро кометы может разрушиться. Если вращение станет слишком быстрым, ядро просто распадется на части.  Однако даже если комета начнет разрушаться, ученые получат редкий шанс заглянуть внутрь объекта, который сохранил вещество ранней Солнечной системы. Анализ такого «космического архива» поможет понять, из чего состояло древнее вещество и как менялся его химический состав на ранних этапах эволюции Солнечной системы. Научная работа опубликована в The Astronomical Journal.

Вопрос восприятия боли десятиногими раками изучен мало, что особенно важно в контексте кулинарных традиций их варки заживо. Расспросить рака или омара нельзя, но можно изучить его поведение и реакцию на вещества, которые снимают боль. Авторы исследования, опубликованного в журнале Scientific Reports, отобрали 105 норвежских омаров (Nephrops norvegicus). Животных разделили на контрольную группу, группу имитации (омаров просто пересаживали сачком для замера стресса от манипуляций) и «шоковую» группу, которую били током в воде в течение десяти секунд. Части омаров за час до электрошока давали обезболивающее: либо растворяли лидокаин прямо в аквариуме, либо делали инъекцию аспирина в мембрану у основания ноги. Ученые фиксировали поведение животных на видео, а затем брали у них гемолимфу (кровь) на анализ уровня лактата и глюкозы. Также биологи извлекали нервные узлы (ганглии) для проверки экспрессии стрессовых генов. Удар током без анестезии вызывал у омаров заметную реакцию избегания — в среднем омар совершал около десяти ударов хвостом, пытаясь уплыть от источника боли. У омаров, которых током не били, такой реакции не возникало. Оба препарата успешно сработали. Омары, получившие аспирин или лидокаин, переносили разряд спокойно, а количество ударов хвостом снизилось практически до нуля. Ученые заметили, что аспирин снимал боль от тока, но сама инъекция препарата вызывала сильное местное раздражение. После укола животные активно и долго расчесывали место введения иглы, а уровень лактата (маркера стресса) в их гемолимфе резко подскочил. Лидокаин, растворенный в воде, посторонних эффектов не вызывал. Дополнительно выяснилось, что омары испытывают стресс, когда их достают из аквариума. После пересадки сачком они активно бегали по резервуару, а в их грудных ганглиях менялась экспрессия гена стрессового гормона (CHH). Исследование показало, что норвежские омары удовлетворяют одному из ключевых критериев наличия боли: их реакция на шок не является простым рефлексом и купируется анальгетиками. По мнению ученых, эти данные доказывают необходимость внедрения методов гуманного оглушения и общих стандартов защиты животных не только при проведении инвазивных лабораторных процедур, но и в промышленной аквакультуре и рыболовстве.

Ученые десятилетиями пытались обнаружить так называемое звездное население третьего типа (Population III) — гипотетическое первое поколение светил, сформировавшихся всего через несколько сотен лет после Большого взрыва из почти чистого водорода и гелия. Хотя такие светила часто называют звездами первого поколения, это обозначение легко может ввести в заблуждение. Дело в том, что иногда они рисуют слишком простую картину: будто сначала были только первые звезды, потом из их остатков появились вторые, затем — третьи, и так по цепочке. В реальности все гораздо сложнее. Границы между «поколениями» размыты: звезды многократно рождались и взрывались, постепенно обогащая газ тяжелыми элементами. Поэтому вещество, из которого сформировалось, например, Солнце, почти наверняка проходило через звездные циклы не два раза, а неизвестное число раз. При этом самые массивные первые светила отличались особенно сильно: они были очень горячими и короткоживущими, а более легкие объекты, вероятно, вообще не могли полноценно зажечься. [shesht-info-block number=1] Именно такие экстремальные условия астрономы попытались найти с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб». Для этого авторы научной работы, опубликованной на сервере препринтов Корнеллского университета, изучили область рядом с одной из самых далеких известных Gn-z11, сформировавшейся всего через несколько сотен лет после рождения Вселенной. Там нашелся необычный источник излучения, спектр которого стал ключом к разгадке. Его главная особенность — сильная линия ионизированного гелия при полном отсутствии линий таких тяжелых элементов, как углерод или кислород. В обычных галактиках подобные линии присутствуют почти всегда, из-за чего отсутствие — признак крайне необычный. Более того, само излучение гелия оказалось очень интенсивным: оно распалось на две компоненты, что может указывать на сложную структуру объекта или наличие нескольких компактных областей звездообразования. [shesht-info-block number=2] Проверив альтернативные объяснения — к примеру, влияние черной дыры или редких типов звезд, исследователи заключили, что ни одна из таких моделей не смогла одновременно объяснить и мощное гелиевое излучение, и полное отсутствие металличности (всех элементов тяжелее гелия). По итогу наиболее правдоподобным сценарием стало наличие именно тех самых светил первого поколения, то есть практически не содержащих тяжелых элементов светил, обладающих экстремальными температурами. Если выводы авторов препринта верны, астрономы впервые наблюдали не просто далекий объект, а процесс, напрямую связанный с «космическим рассветом» — эпохой, когда во Вселенной зажглись первые источники света. Таким образом, новая статья помогает понять, как именно началось обогащение вещества элементами и каким образом из почти однородного газа возникло все разнообразие космических структур, включая те, из которых впоследствии сформировалась Солнечная система.

Резонансная флуоресценция — квантово-оптическое явление, при котором атом (как настоящий, так и искусственный) поглощает свет и переизлучает его на другой частоте. Спектр такого излучения характеризует микроскопическую структуру уровней энергии исследуемых атомов, а также содержит информацию о взаимодействии излученных фотонов. Эта информация критически важна для точной спектроскопии, контроля окружения квантовых систем и разработки квантовых сенсоров. То, как сильно и на каких частотах излучает атом, обычно восстанавливается с помощью автокорреляционных функций. Они показывают, насколько сигнал похож сам на себя в разные моменты времени. Этот способ удобен и хорошо работает для простых двухуровневых систем. Однако при работе с трехуровневыми системами с уровнями 0, 1, 2, где переходы происходят последовательно (0↔1, 1↔2), появляются дополнительные корреляции между излучениями с разных уровней. Например, излучение с перехода 0↔1 коррелирует с излучением перехода 1↔2, что называют взаимными или кросс-корреляциями. До сих пор они были недостаточно изучены, и именно на них обратили внимание авторы исследования. Для расчетов физики из лаборатории искусственных квантовых систем МФТИ использовали трехуровневые системы — сверхпроводниковые искусственные атомы. Это микросхемы из сверхпроводящих материалов, которые при сверхнизких температурах ведут себя как искусственные атомы с энергетическими уровнями. Они широко применяются в сверхпроводниковых квантовых процессорах, сенсорах и микроволновой квантовой оптике. Статья опубликована в журнале «Письма в ЖЭТФ». Авторы использовали модель такого искусственного атома и рассмотрели случай, когда он облучается сразу двумя монохроматическими излучениями с разными частотами — бихроматической накачкой. Такое воздействие вызывает отклик системы, который можно экспериментально проверить в спектрах резонансной флуоресценции. Этот спектр для трехуровневой системы и рассчитали авторы. Схема трехуровневой системы при бихроматическом возбуждении. (б) Структура квазистационарных энергетических уровней. Цветные линии отмечают переходы с одинаковыми параметрами / © журнал «Письма в ЖЭТФ» В работе ученые уделили особое внимание получению кросс-корреляционных функций излучения. Они характеризуют влияние излученных атомом волн друг на друга. Простыми словами, эти функции показывают способность двух разных «источников» фотонов, излученных из одного атома, создавать четкую интерференционную картину на пробном экране. Авторы рассчитали их вклад в спектр флуоресценции. «Наша группа ранее показала, что спектр флуоресценции трехуровневой системы с последовательной релаксацией уровней под действием внешнего резонансного бигармонического возмущения представляет собой пентетную структуру — пять эквидистантных линий. Удивительно, что в кросс-корреляционном спектре мы получили не только пентетную структуру, но и триплетную (три центральные линии), схожую с известным спектром Моллоу—Апанасевича — классическим триплетом в резонансной флуоресценции двухуровневой системы», — рассказал Сергей Гунин, научный сотрудник лаборатории искусственных квантовых систем МФТИ. Расчеты показали, что фотоны, испускаемые с разных уровней одного искусственного атома, когерентны друг с другом. Даже при разных частотах переходов появляется интерференция и биения. Авторы добавляют, что сверхпроводящие атомы создают огромное преимущество в измерении корреляции сигналов атома, что открывает возможность для дальнейших экспериментов по наблюдению фотонной статистики. «В этой работе мы акцентировали внимание на изучении явления флуоресценции с использованием сверхпроводниковых искусственных атомов — кубитов. Эта твердотельная платформа позволяет детектировать не только корреляции в излучении, но и напрямую разделять во времени излученное атомом электромагнитное поле, а также статистику фотонов. Поэтому все расчеты, что были произведены в статье, возможно напрямую переложить на наблюдения в реальном эксперименте», — объяснил Олег Астафьев, заведующий лабораторией искусственных квантовых систем МФТИ. Понимание роли корреляций в многоуровневых системах, особенно на платформах сверхпроводниковых искусственных атомов, позволит разрабатывать более чувствительные квантовые детекторы и сенсоры. «В настоящий момент в научной литературе экспериментальное изучение взаимных корреляций представлено не в полной мере, поэтому в будущем мы рассчитываем провести экспериментальные исследования. Это позволит верифицировать результаты данной работы, а также исследовать излучение более сложных систем атомов», — поделился Сергей Гунин.

Долгое время антропологи приписывали собирателям эпохи плейстоцена поиск материалов без их целенаправленной добычи. Ученые думали, что древние люди просто подбирали подходящие булыжники во время охоты или сбора пищи. Специализированная добыча работала иначе. При такой стратегии группы организовывали отдельные походы к источнику только ради самого ресурса. Раньше исследователи находили масштабные следы подобного поведения только в более поздние эпохи — начиная с рубежа 40 000 лет назад. Редкими исключениями служили стоянка Тарамса в Египте и древние шахты красящей охры.  Юг Африки сохранил множество окаменелостей древнего человека. Специалисты находили там кости возрастом 260 000 лет. Однако раньше антропологи не встречали стратифицированные слои со следами целенаправленного извлечения инструментального сырья в этой части материка. [shesht-info-block number=2] Международный коллектив археологов изучил местность Джоджоси на востоке Южной Африки. Результаты научной работы опубликовали в журнале Nature Communications.  Ученые исследовали обширные луговые территории в 140 километрах от побережья Индийского океана. Вода промыла глубокие овраги в этой местности и обнажила слои осадочных пород. Толщина геологических отложений достигала пяти метров. Специалисты обнаружили 12 участков с невыветренными отщепами роговика. Эту породу часто применяли при создании инвентаря в каменном веке из-за удобства в обработке. Рядом с местом раскопок располагались крупные первичные выходы сырья. Река также приносила гальку из кварца и долерита. Доисторические мастера игнорировали доступные ресурсы около воды и выбирали исключительно роговик. На раскопках просеяли всю землю через миллиметровое сито и обнаружили от 200 000 до 2 000 000 каменных фрагментов в каждом кубическом метре породы. Почти все это был производственный мусор размером менее пяти миллиметров. Но такая плотность не говорит о безостановочном масштабном производстве. Когда древний мастер раскалывал кусок твердого роговика, вокруг разлетались тысячи невидимых глазу осколков. При этом куски крупнее двух сантиметров попадались реже. Археологи измеряли координаты каждой такой крупной находки тахеометром. Из крупных осколков собрали трехмерные головоломки, соединили 353 камня вместе. Восстановление изначальной формы булыжников показало точную последовательность ударов древних каменотесов. Мастера откалывали массивные куски роговика и делали крупные каменные пластины. Эти предметы служили грубыми заготовками без финальной ретуши. Ученые почти не нашли готового инвентаря на месте раскопок: доисторические люди выбивали нужные формы и сразу уносили изделия с собой. Собранный заново каменный артефакт, найденный на стоянке Джоджоси 1, с трех ракурсов. Состоит из четырех соединенных фрагментов, видны последние три удара, нанесенные человеком. / © University of Tübingen / Gunther H. D. Möller Исследователи также не обнаружили следов постоянного поселения. На стоянке не было остатков костров. Единственной животной находкой стала кость крупного представителя семейства полорогих. Однако агрессивные водные потоки могли исказить картину. Открытый ландшафт подвергался сильной эрозии. Вода свободно вымывала легкую золу или органику, но не тяжелые слои каменного мусора.  Люминесцентный анализ помог определить возраст места добычи. Люди активно использовали местность от 220 000 до 110 000 лет назад, периодично возвращаясь на богатые месторождения. Авторы научной работы предположили культурную передачу знаний об этом месте из поколения в поколение. Но многократное использование одной локации на протяжении десятков тысяч лет могло иметь и более простое объяснение. Огромные валуны породы лежали на поверхности, бродячие группы собирателей легко замечали этот очевидный ресурс и заново открывали каменоломню. [shesht-info-block number=1] Открытие в Южной Африке показало, что уже в среднем плейстоцене древние собиратели умели заранее планировать потребность в инструментах и выбирать подходящие ресурсы. Доисторические группы преодолевали большие расстояния ради конкретного качественного материала, и изготовление заготовок на месте уменьшало вес груза для обратной дороги.

Долгое время антропологи приписывали собирателям эпохи плейстоцена случайный поиск материалов. Ученые думали, что древние люди просто подбирали подходящие булыжники во время охоты или сбора пищи. Специализированная добыча работала иначе. При такой стратегии группы организовывали отдельные походы к источнику только ради самого ресурса. Раньше исследователи находили масштабные следы подобного поведения только в более поздние эпохи — начиная с рубежа 40 000 лет назад. Редкими исключениями служили стоянка Тарамса в Египте и древние шахты красящей охры.  Юг Африки сохранил множество окаменелостей древнего человека. Специалисты находили там кости возрастом 260 000 лет. Однако раньше антропологи не встречали стратифицированные слои со следами целенаправленного извлечения инструментального сырья в этой части материка. [shesht-info-block number=2] Международный коллектив археологов изучил местность Джоджоси на востоке Южной Африки. Результаты научной работы опубликовали в журнале Nature Communications.  Ученые исследовали обширные луговые территории в 140 километрах от побережья Индийского океана. Вода промыла глубокие овраги в этой местности и обнажила слои осадочных пород. Толщина геологических отложений достигала пяти метров. Специалисты обнаружили 12 участков с невыветренными отщепами роговика. Эту породу часто применяли при создании инвентаря в каменном веке из-за удобства в обработке. Рядом с местом раскопок располагались крупные первичные выходы сырья. Река также приносила гальку из кварца и долерита. Доисторические мастера игнорировали доступные ресурсы около воды и выбирали исключительно роговик. На раскопках просеяли всю землю через миллиметровое сито и обнаружили от 200 000 до 2 000 000 каменных фрагментов в каждом кубическом метре породы. Почти все это был производственный мусор размером менее пяти миллиметров. Но такая плотность не говорит о безостановочном масштабном производстве. Когда древний мастер раскалывал кусок твердого роговика, вокруг разлетались тысячи невидимых глазу осколков. При этом куски крупнее двух сантиметров попадались реже. Археологи измеряли координаты каждой такой крупной находки тахеометром. Из крупных осколков собрали трехмерные головоломки, соединили 353 камня вместе. Восстановление изначальной формы булыжников показало точную последовательность ударов древних каменотесов. Мастера откалывали массивные куски роговика и делали крупные каменные пластины. Эти предметы служили грубыми заготовками без финальной ретуши. Ученые почти не нашли готового инвентаря на месте раскопок: доисторические люди выбивали нужные формы и сразу уносили изделия с собой. Собранный заново каменный артефакт, найденный на стоянке Джоджоси 1, с трех ракурсов. Состоит из четырех соединенных фрагментов, видны последние три удара, нанесенные человеком. / © University of Tübingen / Gunther H. D. Möller Исследователи также не обнаружили следов постоянного поселения. На стоянке не было остатков костров. Единственной животной находкой стала кость крупного представителя семейства полорогих. Однако агрессивные водные потоки могли исказить картину. Открытый ландшафт подвергался сильной эрозии. Вода свободно вымывала легкую золу или органику, но не тяжелые слои каменного мусора.  Люминесцентный анализ помог определить возраст места добычи. Люди активно использовали местность от 220 000 до 110 000 лет назад, периодично возвращаясь на богатые месторождения. Авторы научной работы предположили культурную передачу знаний об этом месте из поколения в поколение. Но многократное использование одной локации на протяжении десятков тысяч лет могло иметь и более простое объяснение. Огромные валуны породы лежали на поверхности, бродячие группы собирателей легко замечали этот очевидный ресурс и заново открывали каменоломню. [shesht-info-block number=1] Открытие в Южной Африке показало, что уже в среднем плейстоцене древние собиратели умели заранее планировать потребность в инструментах и выбирать подходящие ресурсы. Доисторические группы преодолевали большие расстояния ради конкретного качественного материала, и изготовление заготовок на месте уменьшало вес груза для обратной дороги.

Пелусиум — город-крепость, находившийся на самом востоке дельты Нила, примерно в четырех километрах от побережья Средиземного моря. Его греческое название происходит от pelos — «тина» или «ил», что отражает местоположение города среди трясин и болот нильской дельты. Древнеегипетское название города — Сену. Исторически Пелусиум, или Сену, занимал ключевое стратегическое положение на восточной границе и был одним из важнейших военных центров Древнего Египта, на протяжении веков служа первой линией обороны от вторжений с востока. Эта мощная пограничная крепость пережила многочисленные военные кампании и осады, сыграв решающую роль в защите Египта от внешних угроз. В то же время Пелусиум был важным транспортным и торговым узлом, соединяющим Египет и остальное Средиземноморье. Последние шесть лет на археологическом памятнике Телль-эль-Фарама, как сейчас называется место, где когда-то располагался Пелусиум, ведут активные раскопки. Как сообщило Министерство туризма и древностей Египта, на которое ссылается Arkeonews, недавно в Телль-эль-Фараме египетские ученые сделали крупное археологическое открытие: они обнаружили руины огромного храма круглой формы, посвященного воде и ранее неизвестному водному божеству Пелусию. Находка может свидетельствовать о том, что Пелусиум был центром уникального религиозного культа, связанного с Нилом. Это рисует более сложную, чем представлялось до сих пор, картину жизни на отдаленной границе Древнего Египта, где люди поклонялись не только главным богам египетского пантеона, но и местным божествам, помогавшим в повседневной жизни. В центре храма находится круглый бассейн диаметром приблизительно 35 метров — это одно делает его одним из самых необычных культовых сооружений, когда-либо найденных в Египте. В центре бассейна расположена квадратная платформа, на которой, вероятно, стояла статуя божества. Бассейн когда-то был соединен с одним из рукавов Нила, что позволяло регулярно наполнять его богатой илом водой. Для этого использовали сложную систему каналов и цистерн, предназначенных для регулирования потока и стока воды. Столь тщательное инженерное и гидравлическое проектирование позволило ученым предположить: вода была не просто декоративным элементом, она играла центральную роль в ритуальных практиках. Присутствие следов нильского ила на дне бассейна подтвердило гипотезу о том, что проводимые там ритуалы были тесно связаны с сезонными циклами Нила. Само имя божества, совпадающее с названием города и означающее не только «ил», но и «грязь» или «глина», напрямую связывает его с плодородными отложениями, которые остаются после разлива Нила. Эта «грязь» имела ключевое значение для сельского хозяйства и в целом выживания в Древнем Египте. Таким образом, храм Пелусия мог символизировать плодородие, обновление и циклическое возрождение жизни, связанное с ежегодным циклом разливов Нила, предположили археологи. Церемонии, проводимые в храме, могли включать символическое наполнение и осушение бассейна. По оценкам археологов, храм Пелусия использовался на протяжении почти 800 лет, с II века до нашей эры по VI век нашей эры. Таким образом, храм сохранял свое значение даже при переходе от Птолемейского царства к римскому правлению и более поздним периодам, что отражает удивительную преемственность религиозной практики: власть и культура менялись, а местные жители продолжали поклоняться божеству, символизирующему разливы Нила.

Майорановский фермион — частица, являющаяся собственной античастицей. Ее предсказали теоретически, но до сих пор не обнаружили. Однако физики оперируют квазичастицами со свойствами такого фермиона и рассматривают их так, будто фермионы Майораны существуют в твердом теле как коллективное возбуждение. Такую квазичастицу называют майорановской модой. Компания Microsoft надеется построить на них процесс квантовых вычислений своего недавно представленного чипа Majorana 1. С этими фермионами связана модель цепи Китаева. При особых условиях одномерная сверхпроводящая цепочка частиц или квазичастиц порождает по одному изолированному фермиону Майораны на каждом своем конце, полная энергия системы при этом не изменяется. Короткие цепи Китаева уже существуют — их создали из полупроводниковых нанопроволок с квантовыми точками. Ученые рассматривают длинную цепочку Китаева как концептуальную основу для создания топологических кубитов, защищенных от локальных возмущений. [shesht-info-block number=1] Физики изучили потенциал коротких цепочек Китаева и пришли к выводу, что их чувствительность — не проблема, а полезное свойство. Исследование об этом опубликовали в издании Journal of Physics: Condensed Matter. Цепочки Китаева минимального размера с нетопологическими майорановскими состояниям называют «майорановским фермионом для бедных» из-за такого количества ограничений и их топологической незащищенности. Это не фермион Майорана в полном смысле, но близкое к нему состояние квантовой системы. «Бедные Майораны» очень чувствительны к локальным возмущениям. По мнению исследователей, эту уязвимость стоит рассматривать как особое свойство системы, на основе которого можно создать квантовый сенсор. «Мы рассматриваем минимальные цепочки всего из двух квантовых точек, соединенных сверхпроводящим сегментом. В этой минимальной цепочке две майорановские моды находятся только на концах лишь в одной конкретной конфигурации системы. В других конфигурациях они могут перекрываться, распределяться между двумя квантовыми точками или даже исчезать при небольших изменениях электростатического потенциала на двух квантовых точках», — рассказали исследователи. [shesht-info-block number=2] Такое устройство будет работать на эффекте перелива. При локальном возмущении волновая функция майорановской моды перетекает из одной квантовой точки в другую. Традиционно перелив рассматривали как нежелательный эффект, но ученые смогли показать, что его можно контролировать с через магнитную связь со спином другой частицы. Спектральная структура, порождаемая этим переливом, напрямую зависит от квантовой природы спина исследуемой частицы, то есть так можно определить ее тип. Ученые считают, что могут построить на этом эффекте сенсор, а в перспективе и квантовый логический вентиль на эффектах переплетения и слияния, считывать квантовые состояния системы без их разрушения.

По всему миру ульи атакует клещ Varroa destructor. Урон от него велик — например, в США из-за клеща пчеловодство ежегодно теряет до половины колоний. Varroa размножается в запечатанных сотах, высасывает личинок и переносит смертельные инфекции, например вирус деформации крыла, из-за которого пчелы не могут летать. Пчеловоды вынуждены постоянно обрабатывать ульи токсичными химикатами, чтобы потравить клещей. Но на юге Калифорнии обитает дикая гибридная популяция пчел — смесь западно- и восточноевропейских, ближневосточных и африканских линий. Этот дикий гибрид десятилетиями выживает в природе без вмешательства человека. Авторы исследования, опубликованного в журнале Scientific Reports, проверили, выработали ли дикие гибриды генетическую защиту от паразита. В течение четырех лет биологи параллельно содержали 236 колоний: часть ульев возглавляли матки коммерческих пород, другую часть — матки диких калифорнийских гибридов. Все пчелы жили в одинаковых условиях. Биологи регулярно оценивали уровень зараженности методом «сахарной пудры»: пчел обсыпали пудрой, из-за чего клещи теряли хватку и осыпались в поддон для подсчета. Чтобы отделить социальное поведение взрослых пчел (например, взаимную чистку) от физиологической уязвимости расплода, авторы провели лабораторные тесты. В инкубаторе они вырастили личинок обеих пород. Затем ученые помещали семидневных (наиболее уязвимых для клеща) личинок в чашку Петри и выпускали в центр живых клещей варроа. На протяжении двух часов камеры фиксировали, к личинкам какой породы поползут паразиты. Полевые наблюдения подтвердили высокую устойчивость гибридов. В коммерческих ульях биологи находили в среднем 4,83 клеща на 100 пчел, тогда как в калифорнийских — всего 1,26. Гибридные колонии превышали критический порог заражения (три клеща на 100 пчел, когда улей нужно срочно обрабатывать химикатами) в пять раз реже коммерческих. Лабораторный тест на выбор объяснил причину такой выживаемости на уровне личинок. Клещи почти в ста процентах случаев ползли к личинкам коммерческих пород и игнорировали калифорнийских гибридов. Уровень физического контакта паразитов с гибридным расплодом оказался минимальным. Поскольку клещи слепы и ищут жертву по запаху (кутикулярным углеводородам и летучим веществам), авторы предполагают, что личинки калифорнийских пчел изменили свой запах и стали незаметными для обоняния паразита. По мнению ученых, постоянно спасая ульи химикатами, люди мешают коммерческим пчелам закрепить гены устойчивости. Дикие гибриды, напротив, прошли через жесткий естественный отбор: уязвимые семьи погибли, а выжившие адаптировались к паразиту. В отличие от полностью африканизированных пчел, которые также устойчивы к клещам, но крайне агрессивны, калифорнийская гибридная смесь сохранила миролюбивый характер европейских предков. Генетический профиль этих пчел поможет биологам вывести новые породы, способные выживать без лекарств и останавливать глобальное сокращение пасек.

Происхождение эукариот (организмов со сложной клеткой, включая человека) — одна из главных проблем эволюционной биологии. Считается, что около двух миллиардов лет назад древняя архея вступила в симбиоз с бактерией, которая затем превратилась в митохондрию. Современные Асгард-археи — ближайшие ныне живущие родственники этого предка. Исследователи уже находили у них гены эукариотического цитоскелета и длинные отростки, предполагая их связь с бактериями-партнерами. Однако вырастить этих микробов в чистом виде очень сложно. Поэтому до сих пор биологи не видели прямого контакта между Асгард-археями и бактериями. Авторы исследования, опубликованного в журнале Current Biology, взяли образцы из гиперсоленых микробных матов залива Шарк в Западной Австралии. Эта экосистема служит современным аналогом микробных сообществ Земли, существовавших уже более двух миллиардов лет назад. В течение пяти лет авторы культивировали микроорганизмы в бескислородной среде, постепенно доведя долю целевой археи в культуре до 89 процентов. Новый род и вид получил название Nerearchaeum marumarumayae (видовое имя заимствовано из языка местного австралийского племени малгана и означает «древний дом»). Его постоянным спутником в культуре была сульфатредуцирующая бактерия Stromatodesulfovibrio nilemahensis. Чтобы изучить их анатомию, биологи заморозили микробов и проанализировали их с помощью криоэлектронной томографии. Этот метод позволил создать трехмерные модели клеток с нанометровой точностью. Параллельно исследователи расшифровали полные геномы обоих организмов и применили алгоритмы искусственного интеллекта (AlphaFold 3) для предсказания структуры их белков. Контакт между клетками архей и бактерий оказался двусторонним. Он выглядит так: от круглого тела археи Nerearchaeum отходят тонкие белковые нити (фибриллы), на которых гроздьями висят цепочки мембранных пузырьков (везикул). В геноме археи биологи нашли белки комплекса ESCRT, отвечающие за деформацию мембран, — гомологи тех же самых белков, что работают в клетках человека. Таким образом, архея активно пузырит свою оболочку и многократно увеличивает площадь поверхности. Бактерия-партнер действует иначе. Анализ 3D-модели показал, что бактерия формирует прямые межклеточные нанотрубки толщиной 8,1 нанометра. У основания каждой такой трубки в бактериальной мембране закреплен специальный белковый комплекс. Бактериальные нанотрубки пересекают межклеточное пространство и стыкуются с мембраной археи или цепляются за ее везикулярные цепочки, создавая жесткие коммуникационные мосты. Анализ геномов объяснил причину этого сложного слияния — синтрофию (взаимовыгодный обмен). Архея расщепляет сахара, аминокислоты и липиды, выделяя водород, ацетат и сульфит. Бактерия забирает эти продукты по межклеточным каналам для получения энергии, а взамен поставляет архее витамины и недостающие аминокислоты, которые та не способна синтезировать самостоятельно. Внутри самой археи микроскопы выявили широкие цитоплазматические трубки и особые белковые нанокапсулы, внутри которых микроб прячет токсичное железо для защиты своей ДНК от окислительного стресса. На поверхности археи биологи также нашли гигантские белки-адгезины, работающие как физические липучки для фиксации в плотной биопленке. Встречное выстраивание мембранных пузырьков и соединительных нанотрубок наглядно демонстрирует архитектуру межвидового симбиоза на заре эволюции. Эукариотическая клетка возникла не в результате быстрого поглощения одной бактерии другой. Асгард-археи развили сложную мембранную инфраструктуру, которая позволила бактериям-симбионтам проложить к ним трубопроводы для обмена веществами в тесноте древних микробных матов.

В 1986 году ученые описали универсальную теорию происходящего на границе двух сред с помощью уравнения, которое назвали их фамилиями — уравнение Кардара — Паризи — Чжана (КПЖ). Разработанная ими модель с тех пор используется в физике, математике, биологии и компьютерных науках для прогноза роста бактериальных колоний, распространения пламени и формирования кристаллов. Универсальность КПЖ позволяет использовать это уравнение для любого роста, даже для разработки алгоритмов машинного обучения. Эта универсальность сопровождается сложным математическим аппаратом. Но именно так ученые могут предсказывать поведение неравновесных систем — реальных, в которых процессы происходят нелинейно и часто хаотично. В 2022 году модель на основе КПЖ экспериментально подтвердили для одномерных систем на основе квазичастиц поляритонов. Международная группа ученых смогла экспериментально подтвердить поведение по модели КПЖ для двумерных систем в пространстве и времени. Работа опубликована в журнале Science. [shesht-info-block number=1] Раньше этого нельзя было добиться из-за недостаточного уровня технического развития — нельзя было управлять неравновесной квантовой системой с нужной точностью, либо не получалось считывать результаты в том же временном разрешении, в котором разворачивались физические процессы. Для этого исследователи создали сложную многослойную структуру на основе арсенида галлия (GaAs). Образец охладили до температуры минус 269,15 градуса Цельсия и непрерывно накачивали его энергией с помощью лазера. Зеркальные слои внутри структуры удерживали фотоны внутри центрального «квантового пленочного» слоя. Там частицы смогли соединиться с экситонами в полупроводнике и образовать поляритоны. За поведением последних и наблюдали физики. «Мы смогли точно отслеживать, где в материале находятся поляритоны. Когда мы накачиваем систему светом, поляритоны рождаются — они растут. Используя передовые экспериментальные методы, нам удалось количественно оценить как пространственную, так и временную эволюцию этой растущей квантовой системы, и мы обнаружили, что она следует модели КПЖ», — объяснил один из авторов исследования Сиддхартха Дам (Siddhartha Dam). [shesht-info-block number=2] Степень контроля, позволившая физикам с уверенностью говорить об этом результате, очень важна. Экспериментальный образец растили с помощью молекулярно-лучевой эпитаксии. Этот метод требует сверхвысокого вакуума и исключительной чистоты материалов, но позволяет контролировать толщину слоев практически с точностью до атома. Область, в которую направляли лазер, контролировали с точностью до микрометра.

Меркурий — один из самых сложных объектов для посадочных миссий. Из-за близости к Солнцу температура его поверхности на ночной стороне достигает примерно минус 173 °C, а на освещенной — 430 °C. При этом тонкая экзосфера почти не удерживает тепло. Столь экстремальные условия считаются препятствием для длительной работы аппаратов на поверхности. Тем не менее такие орбитальные миссии как «Мессенджер», выявили сложную геологию планеты: на ней есть следы вулканизма, тектонические разломы, необычные пустоты и даже залежи льда в полярных регионах.   Теперь ученые придумали способ обхода высоких температур. Суть в том, чтобы отправить на Меркурий планетоход, разместив его в так называемой зоне терминатора — узкой области между днем и ночью, где условия куда мягче. Исследователи рассчитали, что если аппарат будет двигаться с определенной скоростью, то сможет «следовать» за Солнцем, оставаясь в комфортной температурной полосе.  На экваторе планеты эта граница смещается со скоростью около шести километров в час, а ближе к средним широтам — примерно 4,25 километра в час. Это сопоставимо с возможностями уже существующих планетоходов: например, лунный ровер программы «Аполлон» мог развивать скорость до 15 километров в час.  [shesht-info-block number=1] При этом на Меркурии аппарату не обязательно двигаться строго с той же скоростью, что и сам терминатор. Достаточно оставаться внутри температурного коридора, чья ширина зависит от свойств поверхности, энергетических возможностей и конструкции планетохода. Технические задачи, в свою очередь, будут включать в себя эффективную работу солнечных панелей (при низком угле освещения), накопление энергии и полностью автономную навигацию. Она должна удерживать аппарат в нужной зоне и помогать обходить препятствия.    Научная ценность такой миссии, если она состоится, будет огромной: планетоход сможет изучать химический состав реголита с помощью лазерной спектроскопии и рентгеновских приборов, а также анализировать минералы и исследовать кратеры, вулканические образования и загадочные светлые впадины, связанные с летучими веществами.  [shesht-info-block number=2] Концепция, описанная в статье, представленной на 56-й Лунно-планетной научной конференции (LPSC), включает предварительный маршрут: посадку вблизи экватора с последующим перемещением к более высоким широтам. Поскольку скорость движения терминатора там ниже, это облегчает длительное исследование поверхности.  Моделирование также показало, что при грамотном планировании планетоход сможет «выжить» на поверхности, выполнив обширную научную программу без перегрева и потери энергии. Если выводы ученых верны и миссию удастся реализовать, человечество впервые получит возможность буквально «пройтись» по Меркурию, балансируя на границе света и тьмы.