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
Ученые десятилетиями пытались обнаружить так называемое звездное население третьего типа (Population III) — гипотетическое первое поколение светил, сформировавшихся всего через несколько сотен миллионов 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.
В ранней Вселенной обнаружили следы самых первых звезд
Дикие одиночные пчелы, гнездящиеся в земле, — одни из самых важных опылителей на планете. Их популяции стремительно сокращаются из-за уничтожения среды обитания и применения пестицидов. Ученые знали о существовании нор земляной пчелы Andrena regularis на газонах Ист-Лоунского кладбища (Итака, Нью-Йорк), но истинный масштаб колонии оставался неизвестным.
Авторы исследования, опубликованного в журнале Apidologie, изучили кладбищенскую популяцию. Они расставили по территории кладбища десять ловушек вылета — небольших сетчатых палаток, накрывающих участки земли. Ловушки установили ранней весной, до пробуждения насекомых. На протяжении 48 дней биологи ежедневно собирали и подсчитывали всех пчел, мух и жуков, вылезавших из-под земли под куполами. Данные экстраполировали на всю площадь гнездования с помощью математического моделирования.
Расчеты показали, что общая численность пчел-хозяев (Andrena regularis) оценивается в 5,56 миллиона особей. По эффективности опыления этот подземный мегаполис эквивалентен 140–270 крупным коммерческим ульям, при этом вся колония умещается на площади менее гектара.
Ученые подсчитали и пчел-кукушек (Nomada imbricata), паразитирующих на полезных пчелах, — их примерно 78 тысяч особей. Анализ выявил особую поведенческую стратегию паразитов. Пчелы-хозяева массово вылетали на поверхность в первые же теплые дни при температуре выше 20 °C. Пчелы-кукушки, напротив, покидали норы постепенно и с задержкой: им нужно было дождаться, пока хозяева выкопают гнезда и соберут пыльцу, чтобы подкинуть свои яйца на готовые ресурсы. В ловушках также неожиданно обнаружили жуков-нарывников (Lytta aenea). Обычно они паразитируют на других семействах пчел, и это первое свидетельство того, что данный жук может нападать на гнезда андренид.
Хотя численно из-под земли вылезло больше самцов (60%), самки этого вида значительно крупнее и тяжелее. Расчет показал, что колония тратит гораздо больше ресурсов на выращивание дочерей. В биологии пчел это верный признак того, что популяция здорова, процветает и не испытывает дефицита кормовой базы.
Открытие объяснило давнюю загадку местных агрономов. В яблоневых садах Корнеллского университета, расположенных всего в 600 метрах от некрополя, дикая пчела Andrena regularis стабильно превосходила по численности домашних медоносных пчел. Оказалось, что сады опыляли пчелы-одиночки с соседнего погоста.
Ист-Лоунское кладбище основано в 1878 году. Землю там не перекапывают плугами и не заливают агрохимикатами, а газоны регулярно стригут, создавая идеальную, открытую солнцу песчаную почву. Первые упоминания о кладбищенских пчелах датируются 1935 годом — колония беспрерывно живет там уже почти 90 лет. Авторы исследования подчеркивают, что городские кладбища работают как надежные экологические резерваты, где отсутствие интенсивной хозяйственной деятельности человека позволяет сохранять критически важные виды насекомых.
Пять миллионов земляных пчел нашли убежище от пестицидов на кладбище
Что такое мобильная связь и как она работает
Мобильная связь — это система беспроводной передачи голоса, текстовых сообщений, видео и других данных между абонентами, которые могут перемещаться в пространстве. В отличие от проводного телефона или радиосвязи, здесь не требуется постоянного проводного подключения к сети: сигнал передается по радиоканалам через систему стационарных базовых станций, объединенных в сотовую структуру.
— Многие считают, что вышки сотовой связи передают данные наших смартфонов другим людям, однако это совсем не так. Сами станции являются лишь ретрансляторами — мобильное устройство посылает электромагнитный сигнал к самой близкой из них. Та, в свою очередь, переправляет эти данные либо на соседние вышки, либо через спутник в космосе, чтобы в конечном счете они попал к тому абоненту, для которого предназначен. Скорость, с которой идет обмен информацией, напрямую связана с частотой сигнала: чем частота выше, тем больше данных удается передать за единицу времени, но тем короче дистанция уверенного приема, — делится доцент кафедры «Информационные технологии и автоматизированные системы» ПНИПУ, кандидат технических наук Даниил Курушин.
Как продолжает эксперт, технологии мобильной коммуникации постоянно совершенствуются. Каждое следующее поколение, которое обозначается буквой G (от английского generation) и цифрой (от 0 до 5), приносит более высокую скорость и расширенные возможности. Переход на новое поколение достигается за счет подъема несущей частоты — по сути, переход на «высокоскоростную полосу» радиовещания. Чем выше диапазон, тем больше данных в секунду можно передать. Однако у этого есть обратная сторона: высокочастотные сигналы заметно слабее проникают сквозь стены зданий, особенно металлические и бетонные. Компенсировать этот недостаток можно только увеличением количества передающих станций и сокращением расстояний между ними.
— Особый интерес сегодня вызывают два последних поколения — четвертое и пятое, поскольку именно они определяют качество мобильного интернета и перспективы цифровых сервисов. Чтобы понять, чем 5G превосходит 4G, а в чем уступает, достаточно сравнить их по ключевым параметрам, — поясняет ученый ПНИПУ.
Скорость передачи данных
Как отмечает Даниил Курушин, чтобы оценить, насколько 5G быстрее 4G в повседневном использовании, стоит сравнить не обещанные гигабиты в секунду, а реальные показатели, которые пользователь получает на улице, внутри помещений и в транспорте.
По словам эксперта, у пятого поколения есть важная особенность: чем выше частота, тем быстрее передаются данные, но тем хуже сигнал проходит через препятствия. Самый скоростной вариант, который называют mmWave, легко блокируют обычные стены и даже некоторые виды стекол, тогда как низкочастотный 5G ведет себя примерно как 4G — он медленнее, зато уверенно проникает внутрь зданий. В движении 4G остается стабильным до 350 км/ч, а 5G — до 500 км/ч, но на практике в автомобиле или поезде разница в скоростях почти не ощущается, потому что телефон слишком часто переключается между вышками. Кроме того, возможны сбои при переходе с одного диапазона на другой: устройство постоянно ищет лучший сигнал и прыгает, например, с высокочастотного mmWave на более низкие частоты. В условиях нестабильного приема такие переключения происходят непрерывно, что создает так называемые накладные расходы — задержки и дополнительную нагрузку, из-за чего батарея садится быстрее обычного.
— Четвертое и пятое поколения мобильной связи обещают впечатляющие теоретические максимумы — 1 Гбит/с и 20 Гбит/с соответственно. На улице реальная скорость 4G обычно составляет 10-100 Мбит/с, что вполне достаточно для просмотра 4K-видео и выполнения большинства повседневных задач. 5G предлагает от 50-150 Мбит/с до 1-3 Гбит/с. На открытой улице, где как раз работают подобные волны, 5G быстрее 4G в 10-20 раз. Однако в обычных городских условиях это преимущество сокращается до 2-3 раз. При слабом сигнале скорости обоих поколений становятся одинаковыми, — продолжает ученый ПНИПУ.
Почему для игр и видеозвонков важнее время отклика, а не скорость
Как продолжает ученый ПНИПУ Даниил Курушин, высокая скорость — не единственное, что отличает новое поколение связи. Не менее важным параметром является пинг (ping), то есть время отклика. Именно он определяет, насколько быстро устройство реагирует на команды.
— Пинг представляет собой время, за которое сигнал идет от вашего устройства до сервера и обратно. У 4G хороший пинг составляет 20-50 мс — для большинства повседневных задач этого достаточно. Однако для динамичных онлайн-игр, видеозвонков, удаленного управления техникой, телемедицины и промышленной автоматизации такие значения критичны. 5G с показателем 1-5 мс дает здесь явное преимущество. Чем ниже пинг, тем быстрее отклик системы и тем комфортнее работа в реальном времени. Пятое поколение лучше в этом отношении, но исследования 2025 года показывают, что в реальных сетях преимущество не всегда заметно из-за недостаточной плотности вышек или ограничений самих телефонов, — объясняет эксперт.
Диапазон частот и покрытие
Еще одно принципиальное отличие между поколениями кроется в используемых частотах радиосигнала — количестве колебаний волны в секунду. Чем показатель выше, тем быстрее скорость, но тем легче сигнал затухает в пространстве и хуже огибает препятствия — стены, деревья, здания. Сети четвертого поколения работают в диапазоне 0,7-2,5 ГГц. Такие частоты хорошо обходят преграды, обеспечивая дальнюю связь, но не могут удерживать высокую скорость — так работает физика процесса.
— У 5G три диапазона, и каждый решает свою задачу. Первый — низкий, до 1 ГГц, который дает такую же дальнюю связь, как у 4G, но скорость здесь незначительно выше. Он подходит для слабо заселенных, удаленных или горных районов, где трудно строить много вышек. Средний (1-6 ГГц) — золотая середина между скоростью и дальностью: в России для пятого поколения операторам разрешили работать на частоте около 4,9 ГГц. И высокий (миллиметровые волны, 24-300 ГГц) предлагает огромную скорость, но требует прямой видимости и годится для мест с высокой плотностью пользователей — городские районы, стадионы, — объясняет эксперт.
По словам Даниила Курушина, высокие частоты — это и плюс, и минус. С одной стороны, они обеспечивают высокую скорость передачи данных и возможность обслуживания большого количества устройств. С другой — они имеют ограниченную дальность и плохо проходят сквозь препятствия.
— Чем выше частота, тем меньше радиус действия одной станции, а значит, для сплошного сигнала требуется больше вышек. В цифрах это выглядит так: базовая станция 4G покрывает 2-5 километров, а станция 5G в высокочастотном диапазоне — всего 200-500 метров. Такое распределение вышек обусловлено физическими свойствами высокочастотных волн, которые быстро затухают и требуют более плотной сетки базовых станций для поддержания стабильного сигнала, — подчеркивает ученый Пермского Политеха.
Новое поколение сети — новые технологии
Как продолжает Даниил Курушин, решить проблему малой дальности позволили мини-вышки — Small Cells — компактные базовые станции, размещаемые на столбах, стенах домов или внутри торговых центров. Если базовая станция 4G покрывает расстояние до 5 километров, то станция 5G в высокочастотном диапазоне — всего 200-500 метров. Поэтому в прошлом поколении большие вышки сами обеспечивали связь на километры, и мини-вышки требовались лишь в местах скопления людей (стадионы, вокзалы). В 5G из-за высоких частот сигнал не пробивается через застройку, поэтому сеть строится из множества маленьких ячеек — мини-вышки не заменяют большие станции полностью, а дополняют их, создавая плотное покрытие в городах. Каждая такая ячейка работает «на свою комнату», подобно точкам доступа Wi-Fi.
— Стоит сказать, что не только мини-вышки, но и две новые технологии обеспечивают сети пятого поколения стабильную работу. Первая — Massive MIMO (много антенн). Если в 4G на базовой станции устанавливали 2-4 антенны, то в 5G их число достигает десятков, а иногда 64-128. Это как переход от одной кассы к пятидесяти — станция может одновременно «разговаривать» с множеством телефонов без очередей, что повышает производительность сети. Вторая — Beamforming (умная фокусировка). В отличие от вышек четвертого поколения, которые излучают сигнал во все стороны, 5G работает как прожектор или луч: система отслеживает местоположение телефона и направляет сигнал точно на него. Это экономит энергию, увеличивает скорость и снижает помехи для соседних устройств, — рассказывает ученый.
Как отмечает эксперт, сеть 4G способна поддерживать до 100 000 устройств на квадратный километр, в то время как 5G — до миллиона. Концепция «умных городов» предполагает интеграцию различных технологий для повышения качества жизни горожан: датчики парковки, счетчики воды, умные фонари, камеры, колонки на каждом шагу. Именно благодаря мини-вышкам, массовому MIMO и направленной фокусировке сигнала все три технологии вместе позволяют 5G работать на высоких частотах, обеспечивая гигабитные скорости и обслуживание до миллиона устройств на квадратный километр без потери стабильности.
Применение 5G
С новым поколением сетей, их скоростью и сверхнизкой задержкой, связывают дистанционное управление автомобилями, удаленные хирургические операции, полностью автоматизированные заводы и облачные игры. Однако, как поясняет эксперт, реальность сложнее.
— Полностью автономным автомобилям интернет не нужен, но современные автопилоты используют удаленное управление и внешние вычислители — здесь требуется пинг около 1 мс, например, чтобы успеть затормозить. Дистанционная хирургия технически возможна, но спорна — массовая подготовка хирургов надежнее, особенно при катастрофах, когда любая связь может отсутствовать. Заводы-роботы, так называемая Индустрия 4.0, получат беспроводную связь без задержек, что позволят гибко перестраивать производство — 5G дает эту возможность там, где оптоволокно проложить невозможно или дорого, — отмечает ученый ПНИПУ.
Как продолжает Даниил Курушин, практически значимый пример — «электронная сцепка» грузовиков: первый задает скорость и направление, остальные едут с минимальной дистанцией, синхронно ускоряясь и тормозя. Это экономит топливо и разгружает трассы. Специальный стандарт 5G NR-V2X (New Radio Vehicle-to-Everything) обеспечивает прямую связь «машина-машина» с небольшой задержкой — то, что 4G дать не могла.
Заметит ли обычный человек разницу
С одной стороны, по словам ученого, специализированные программы для измерения производительности сети показывают заметные улучшения, с другой — в реальной жизни все не так однозначно. Обычные пользователи могут не ощутить существенной разницы в своих повседневных делах — при просмотре соцсетей, видеохостингов, мессенджеров и при оплате улыбкой.
— Тем не менее, есть ситуации, когда преимущества 5G становятся очевидными. Например, объем тяжелых файлов — обновлений программного обеспечения, игр или операционных систем — достигает десятков гигабайт. На их скачивание обычно уходят часы, однако новое поколение сети справляется с этим за минуты. Также разница будет заметна при игре в шутеры с телефона или использовании VR-очков, где требуется высокая скорость и стабильность соединения. Кроме того, 5G может оказаться более надежным выбором для тех, кто находится в центре огромной толпы — на концерте или стадионе, где сеть 4G часто перегружена и работает нестабильно, — рассказывает ученый ПНИПУ.
Где в России уже применяется 5G
В настоящее время развитие сетей пятого поколения является одним из приоритетных направлений для многих стран мира. Россия также ведет работы по внедрению 5G на территории всей страны.
— В некоторых городах уже проводятся пилотные проекты. Среди них можно выделить Москву — улицы Никольская, Кузнецкий мост, Парк Горького, ВДНХ, «Москва-Сити», «Сколково» и «Зарядье». В Санкт-Петербурге — Дворцовая площадь, «Газпром Арена», «Экспофорум» и Кронштадт. В Казани — КамАЗ и Иннополис. А также в таких городах, как Екатеринбург, Томск и Новосибирск, — делится ученый.
Естественно, как заключает ученый Пермского Политеха Даниил Курушин, на данный момент ведутся активные разработки в области телекоммуникаций, и можно сказать, что физический предел пока не достигнут - по крайней мере, в ближайшие два десятилетия нас ждут новые прорывы. Однако для рядового пользователя главное уже сегодня: 5G дает ощутимый выигрыш в скорости при скачивании больших файлов, в играх и в местах скопления людей, открывая новые возможности для комфортного использования мобильного интернета.
Материалы со свойствами сверхпроводника проводят электрический ток без потерь энергии, но пока в очень специфических условиях. Ученые постоянно работают над тем, чтобы сделать сверхпроводимость доступной вне лабораторий.
Магнитное поле часто подавляет сверхпроводимость, если только в материале не используются элементы с большой атомной массой. В них спины взаимодействуют с движением электронов по механизму спин-орбитального взаимодействия.
Сверхпроводимость в этих материалах может формироваться по типу Изинга: спины электронов оказываются «заморожены» перпендикулярно плоскости кристалла. Это защищает электронные пары от магнитных полей. Ученые наблюдали изинговскую сверхпроводимость только в материалах с тяжелыми химическими элементами.
[shesht-info-block number=1]
Физики нашли способ сохранить сверхпроводимость в магнитном поле для легкого галлия. Для этого пришлось поместить металл между графеном и карбидом кремния. Взаимодействие материалов на границе их раздела позволяет всей структуре сохранить сверхпроводящие свойства. Статья об этом вышла в журнале Nature Materials.
Ученые создали слоистую структуру на подложке из карбида кремния (6H-SiC(0001)). На нее нанесли графен и заставили галлий проникнуть между подложкой и графеном. Последний защищает галлий от окисления и загрязнения.
Получившаяся структура сохраняет сверхпроводимость в магнитных полях, параллельных поверхности материала. Величина магнитного поля, при котором сверхпроводимость сохранялась, составила 21 тесла при температуре эксперимента в 400 милликельвин, что более чем в три раза превысило теоретический предел Паули.
[shesht-info-block number=2]
Ученые связывают этот эффект с особой квантовой структурой, сформированной на границе раздела материалов. Поскольку слой галлия очень тонкий, он находится в квантовом ограничении — меняется конфигурация энергетических уровней металла. А взаимодействия с подложкой приводят к сильной гибридизации электронных орбиталей и изменению зонной структуры образца.
«Только объединив опыт в синтезе материалов, квантовом транспорте и теоретическом моделировании, мы смогли раскрыть явление, которое трудно было бы реализовать в рамках одной исследовательской группы», — подытожил руководитель исследовательской группы профессор Цуй-Цзу Чан (Cui-Zu Chang).
Физики защитили сверхпроводимость в галлии от магнитного поля