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.