Суспільство 2018-03-15 14:33 Олег Фея

Екзопланета, блискавки в Бозе-конденсаті та квантовий комп’ютер

Огляд новин фізики, біології та ІТ

Фізика

 

Проксима b — надії нема. Одним із найзворушливіших відкриттів 2016 року стала планета Проксима b, що обертається довкола червоного карлика Проксими Центавра, найближчої до Сонячної системи зірки. Планета розташована в «зоні життя», тобто на такій відстані від зірки, що на ній може існувати рідка вода. За розмірами планета схожа на Землю: оцінка маси показує 1,3 маси Землі, радіус же на 10% більший від земного. Рік на Проксимі b триває лише 11,2 дня на Землі.

 

Незважаючи на те що планета повернута до зірки однією стороною, як Місяць до Землі, і радіаційний фон там має бути в рази більший, ніж не Землі, над можливістю існування там життя чимало спекулювали. Проте після статті дослідників з Інституту Карнеґі ці спекуляції мають зійти нанівець.

 

Читайте також: Премія Вольфа для українця, квантова пам’ять та вакцина від раку

 

Астрономи рапортували про спалах на Проксимі Центавра, що відбувся 24 березня 2017-го. Яскравість зірки зросла в 1 тис. разів за 10 с. Спалах був у 10 разів інтенсивніший за сонячні та  мав знищити на планеті будь-яку біосферу, якби вона там існувала. До того ж такі спалахи могли відбуватися в минулому, що мало перетворити поверхню планети на стерильну пустелю. А шкода! Чергова надія на існування життя на іншій планеті випарувалася, мов океани Проксими b (якщо вони там колись існували) від радіаційних спалахів.

 

Дослідження опубліковане в журналі The Asctophysical Journal Letters.

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/ae/Artist%27s_impression_of_the_planet_orbiting_Proxima_Centauri.jpg/1280px-Artist%27s_impression_of_the_planet_orbiting_Proxima_Centauri.jpg

Таким був би ландшафт Проксими b, що обертається довкола червоного карлика. Якби було кому цим ландшафтом милуватися, звичайно. Зображення: Wikipedia

 

Мігруюча екзопланета. Зате інші дослідники під керівництвом Ханни Вейкфорд із Балтимора знайшли чимало води на планеті WASP-39b за 700 світлових років від Землі. Планета належить до «гарячих Сатурнів»: за масою вона схожа на Сатурн, проте розміщена значно ближче до своєї зірки, і температура її атмосфери має сягати 750 °C. Планета також повернута однією стороною до зірки, схожої на наше Сонце, проте через перенесення атмосферних мас інша сторона також розігрівається до чималих температур.

 

От тільки на масі подібність і закінчується. Невідомо, чи є у WASP-39b кільця, і склад атмосфери там надто відрізняється від сатурнової. На планеті втричі більше водяного пару, ніж на Сатурні, що змусило науковців запропонувати досить неочікувану модель її еволюції.

 

Читайте також: Харківські нейтрони, екзогалактичні планети та клоновані мавпи

 

Згідно з гіпотезою, планета сформувалася далеко від зірки й бомбардувалася кригою у формі метеоритів або ж комет. Однак таке можливо тільки якщо вона сформувалася значно далі від зірки, ніж є зараз, а потім мігрувала до нинішнього положення. WASP-39b показує, що формування планетних систем значно складніший і різноманітніший процес, ніж вважалося досі. Адже нічого такого до таємничої міграції WASP-39b ще не спостерігали.

 

Дослідження опубліковане в журналі The Astronomical Journal.

 

Шарові блискавки в Бозе-конденсаті. Зазвичай, коли говорять про агрегатні стани речовини, згадують твердий, рідкий і газоподібний. «Просунутіші» люди згадують про плазму. А от про конденсат Бозе-Айнштайна — куди рідше. Те, що матерія може існувати в такому стані, показали ще в 1925-му Альберт Айнштайн та Шатьєндранат Бозе. Коли атоми охолоджують до надзвичайно низьких температур, у мільйони разів нижчих за градус Кельвіна, вони переходять у найнижчий можливий квантовий стан, тобто їхня енергія мінімальна. Бозони, на відміну від ферміонів, мають цілий спін — внутрішній магнітний момент. Велика кількість бозонів може перебувати в стані, коли їх неможливо відрізнити одне від одного, і можна сказати, ніби вони поводяться як один великий атом. У Бозе-конденсаті спостерігаються незвичні явища, наприклад надплинність — відсутність в’язкості в рідкому гелії. У 2001 році за створення в лабораторних умовах Бозе-конденсату з атомів рубідію-87 за температури 20 nK присудили Нобелівську премію з фізики.

 

Дослідники із Амхерстського коледжу та Університету Аалто зуміли створити в Бозе-конденсаті скірміони. Це квазічастинки, тобто об’єкти, що показують певні властивості й можуть розглядатися як частинки, проте ними не є. У скірміонах магнітні моменти спрямовані в протилежний бік, ніж в інших частинах досліджуваної речовини. Уперше модель скірміону запропонував Тоні Скайрм у 1962-му, звідтоді були повідомлення про їхнє детектування в різних матеріалах, зазвичай двовимірних. І ось фізики вперше створили тривимірний скірміон в Бозе-конденсаті.

 

Спіни атомів рубідію-87 в Бозе-конденсаті розташувалися вздовж одного напрямку, заданого прикладеним фізиками магнітним полем. Потім поле змінилося таким чином, що в центрі конденсату воно стало нульовим, і спіни почали обертатися, закручуючись навколо центру, утворюючи ніби магнітні вихори. Дослідники стверджують, що властивості цих вихорів, скірміонів, схожі на ті, що мають показувати шарові блискавки.

Cкірміони в конденсаті Бозе-Айнштайна. Білим кольором відмічені ділянки з підвищеною концентрацією атомів рубідію. Саме такий вигляд має шарова блискавка у квантовому газі

 

Дослідження опубліковане в журналі Science Advances

 

Полярони в Бозе-конденсаті. І знову про дослідження Бозе-конденсату. Цього разу в конденсаті з атомів стронцію-84 спостерігали інші квазічастинки — полярони, запропоновані ще в 1933 році Левом Ландау. Коли електрон рухається діелектриком або металом, він деформує кристалічну ґратку речовини, взаємодіючи з її атомами. Зона деформацій рухається разом з електроном, що й розглядають як квазічастинку полярон. Вона має ефективну масу, що більша за масу поодинокого електрона. Ефективну означає, що квазічастинку можна описувати математичними рівняннями, у які входить її маса, тоді як насправді ніякої маси в цих деформацій немає. Полярони введені у фізику для кращого опису та розуміння процесів, що відбуваються в діелектриках, металах, напівпровідниках, надпровідниках.

 

Читайте також: Наукові новини: війна з плагіатом, спіни та ДНК-оригамі

 

«Ядром» полярону став рідберґівський атом стронцію. У моделі Рідберґа атоми мають електрони, що розміщені дуже далеко від ядер, на віддалених енергетичних рівнях. Тоді ядро з іншими електронами можна математично розглядати як позитивно заряджений йон, навколо якого рухається той самий віддалений електрон — така собі модель атома водню. На атоми стронцію діяли дуже короткими, тривалістю 1 нс, лазерними імпульсами, що відштовхнули їхні електрони на віддалені енергетичні рівні. Рідберґівські атоми, відіграючи роль електронів із попереднього абзацу, створювали навколо себе хмару з притягнутих атомів стронцію, що показувала властивості полярону.

 

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/ed/Polaron_scheme1.svg/408px-Polaron_scheme1.svg.png

 

Модель полярону. Електрон, що рухається кристалом, притягується позитивно зарядженими йонами та відштовхується негативно зарядженими. Тому атоми вздовж його руху відхиляються від своїх звичайних положень і електрон ніби оточений хмаркою з деформацій кристалічної ґратки. Зображення: Wikipedia

 

Дослідження опубліковане в журналі Physical Review Letters.

 

Біологія

 

Як віруси спричиняють рак. Деякі віруси, як-от вірус папіломи людини, можуть спричинити рак. Додаючи свою генетичну інформацію до ДНК клітин, вони змушують останніх до проліферації, тобто поділу з утворенням нових клітин. Неконтрольована проліферація є однією з ознак раку.

 

Проте віруси можуть спричиняти рак й іншим чином, використовуючи нашу імунну систему, про що повідомили науковці з Центру дослідження раку Університету Колорадо. Віруси починають контролювати експресію генів клітини: вони пришвидшують роботу одних генів і пригнічують інших. Роблять це віруси за допомогою механізму, відомого як метилювання ДНК. Вони додають метилові групи до промоторів ДНК. Якщо промотор метильований, ген, що наступний за ним у послідовності нуклеотидів, не буде зчитуватися та виконувати свої функції. Таким чином, віруси «відключають» ті гени, що могли б запобігти діленню інфікованих клітин.

 

Читайте також: Нагодувати 9 мільярдів

 

Завдяки імунній терапії лікарі намагаються долучити імунну систему до боротьби з раковими клітинами. Наприклад, у терапії CAR-T використовують лейкоцити з антитілами проти специфічних білків, утворюваних пухлинами. Проте імунна терапія стикається з низкою проблем, як-то неможливість належної імунної відповіді в деяких пацієнтів. Дослідники сподіваються, що відкритий ними механізм утворення раку дасть змогу зробити терапію ефективнішою або ж надійно виявляти людей, для яких вона не спрацює належним чином.

 

 

У нормальному стані (А) імунний захист клітини активується під час ураження вірусом, і ця клітина не може ділитися. При метилюванні вірусами промоторів (В) гени, що відповідають за імунну відповідь, відключаються, починається неконтрольоване ділення інфікованих клітин, що призводить до раку. Зображення: журнал Viruses

 

Дослідження опубліковане в журналі Viruses.

 

 

Технології

 

Квантовий комп’ютер від Google. Торік одразу кілька дослідницьких груп презентували моделі квантових комп’ютерів. У IBM комп’ютер був на 49 кубітах, у групи Михайла Лукіна з Гарварду — на 51-му, і на 53-х у групи Крістофера Монро з Університету Меріленду.

 

5 березня в блозі Google вийшло повідомлення про створення 72-кубітного комп’ютера, який нібито здатен продемонструвати «квантову перевагу», тобто виконувати ті задачі, які звичайні комп’ютери в принципі не в змозі. Межа «квантової переваги» пролягає на 50 кубітах, проте створені торік комп’ютери через численні похибки виконують лише обмежені задачі. Квантові біти (кубіти) дають змогу зберігати й оперувати значно більшим обсягом інформації, ніж класичні біти, через те що можуть перебувати в стані суперпозиції, тобто значення кубіта не тільки 0 та 1, а може бути числом із проміжку (0,1). Проте що більше кубітів у системі, то ймовірніші помилки: вони взаємодіють із сусідніми кубітами, через що втрачається чи викривляється інформація.

 

У Google реалізували надійну схему, засновану на джозефсонівських переходах, що має порівняно низький відсоток похибок. Для одного кубіта похибка лише 0,1%, для двох — менша за 0,6%. Команда дослідників вважає, що саме з їхньої роботи почнеться «квантова перевага», а запропоновану ними архітектуру квантового комп’ютера можна масштабувати. Слід, однак, зазначити, що жодних реальних розрахунків на цьому комп’ютері поки що не проводили.

Новини RedTram

Loading...