наука, 10 измерений, измерения, видео

Нобелевскую премию по физике получили трое ученых за исследования запутанных состояний

Триллион кадров в секунду

Несколько лет назад на ректоре упоминалась высокоскоростная камера, которую построили в MIT (Массачусетский Технологический Институт) в 2011 году. Но почему-то я так и не увидел поста с шикарными видео. Исправляю упущение.

Дело в том, что камера с такой скоростью съёмки позволяет наглядно снять фронт распространения светового импульса! То, что раньше казалось невозможным, давно уже реально - увидеть, как свет распространяется IRL.

Более подробно с объяснениями и видом установки.

PS. Не так давно, в 2020 году заработала похожая установка в Калифорнийском Технологическом Институте. Новая камера обещает дать до 70 триллионов кадров в секунду. Ждём новых открытий!

LK-99 не сверхпроводник

Загадка южнокорейского «комнатного сверхпроводника» LK-99 разгадана в рекордные сроки. Мировое научное сообщество не могло пройти мимо такой «сенсации», а накопленный в поисках высокотемпературной сверхпроводимости опыт позволил быстро повторить эксперимент южнокорейских учёных и оценить его с точки зрения теории.

Чистые кристаллы LK-99, выращенные группой из института исследований твердого тела им. Макса Планка в Штутгарте, Германия

Увы, судя по всему, революция в сверхпроводимости откладывается. Два основных индикатора сверхпроводимости — это левитация в магнитном поле (эффект Мейсснера) и резкое падение удельного сопротивления току — были объяснены с позиций обычной физики и не имеют никакого отношения к сверхпроводимости. Южнокорейских учёных подвели загрязнённые примесями образцы и ограниченные знания в ряде областей химии.

В конце июля группа южнокорейских учёных выложила на сайт препринтов научных статей две работы на английском языке, в которых рассказала о сенсационном открытии материала LK-99, который обладал сверхпроводимостью при комнатной температуре и обычном давлении. Подобное открытие очень сильно изменило бы наш мир. По крайней мере в энергетике, где потери от транспортировки электричества очень и очень велики и постоянно растут. Одна из статей была дополнена теоретическими выкладками, которые выглядели достаточно убедительно, чтобы к открытию отнеслись со всем вниманием.

Первые попытки синтезировать LK-99 независимыми группами дали противоречивый результат. Кто-то увидел «левитацию», у кого-то получилось измерить нулевое сопротивление току при комнатных температурах, а у кого-то и вовсе ничего не получилось. Не обошлось и без фейков, что только добавило путаницы. Серьёзной проблемой для независимого синтеза LK-99 стало то, что авторы исследования не предоставили детального описания синтеза абсолютно чистого материала и, судя по всему, сами стали жертвой собственной оплошности.

Следует сказать, что современные теоретические инструменты позволяют моделировать электронную и атомарную структуры материалов и очень точно описывать их химические и физические свойства. Но при наличии неизвестных по объёму и составу примесей такие расчёты обычно ошибочны, что, похоже, произошло в случае с LK-99. По горячим следам этот материал был проверен с помощью теории функционала плотности и отчасти подтверждал открытие южнокорейской команды. Как сегодня становится понятно, теоретиков подвели исходно ошибочные данные экспериментаторов.

Точку в «сверхпроводимости» LK-99 поставили учёные из Института исследования твердого тела Макса Планка в Штутгарте (Германия). Они вырастили кристаллы LK-99, а не синтезировали его методом отжига, как это сделали корейцы. Выращивание позволило избежать появления примесей в материале и, прежде всего, сульфида меди (Cu₂S), который, как становится ясно, и стал причиной «сенсационного» открытия.

Сверхчистый материал LK-99 (Pb_8.8Cu_1.2P₆O₂₅) оказался не сверхпроводником, а очень даже хорошим изолятором. При этом материал проявлял некоторые свойства ферромагнетизма и диамагнетизма, но совершенно недостаточные даже для частичной левитации.

«Поэтому мы исключаем наличие сверхпроводимости, — заключили авторы. — Когда у нас есть монокристаллы, мы можем чётко изучать внутренние свойства системы». Опираясь на визуализацию электронной структуры чистого материала, немецкие исследователи показали, что она не допускает проявления сверхпроводимости, а её признаки в южнокорейском эксперименте, скорее всего, проявлялись за счёт наличия в образцах примесей сульфида меди.

Отдельно о свойствах сульфида меди высказался другой учёный — химик Прашант Джайн (Prashant Jain) из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне. Он указал, что температура 104,8 °C, при которой корейцы фиксировали десятикратное падение удельного сопротивления материала примерно с 0,02 Ом/см до 0,002 Ом/см — это температура фазового перехода сульфата меди. Естественно, что при фазовом переходе сопротивление материала меняется, о чём южнокорейские учёные должны были бы знать.

Тем самым загрязнение образцов LK-99 примесями в техпроцессе «на коленке» и незнание некоторых аспектов их химического поведения привели к тому, что южнокорейские учёные приняли желаемое за действительное — увидели в двух случайных признаках сверхпроводимость, которой там не было.

Статья спизжена отсюда

Интервальные тренировки повернули вспять болезнь Паркинсона

Новый эксперимент с участием пациентов с болезнью Паркинсона показал, что высокоинтенсивные интервальные тренировки способны не только замедлить нейродегенерацию, которой сопровождается эта патология, но и придать ей обратный ход.

Гребля на гребном тренажере

Ключевым фактором развития болезни Паркинсона считают неправильную укладку белка альфа-синуклеина, присутствующего в клетках человека. Накапливаясь, этот неправильно сформированный белок нарушает работу нейронов и вызывает их гибель. Сильнее всего страдают дофамин-производящие клетки, расположенные в области у основания мозга, которую называют черной субстанцией (Substantia nigra). По мере их отмирания появляются двигательные симптомы, такие как тремор и замедление движений.

Из-за постепенного развития болезни к моменту постановки диагноза у пациентов обычно погибает более половины нейронов, вырабатывающих дофамин. Самый распространенный способ лечения — прием препаратов, заменяющих дофамин, — облегчает симптомы, но не предохраняет от дальнейшей нейродегенерации. Кроме того, длительное применение таких лекарств может вести к нежелательным побочным эффектам в виде неконтролируемых чрезмерных движений.

Хотя врачи пока не нашли способ излечить болезнь Паркинсона, важную роль в терапии играют упражнения. В двух предыдущих клинических испытаниях исследователи установили, что высокоинтенсивная физическая нагрузка три раза в неделю на протяжении шести месяцев коррелировала с уменьшением проявлений двигательных симптомов у людей с паркинсонизмом.

Специалисты Йельской школы медицины (США) шагнули дальше. В новом исследовании, которое опубликовал журнал npj Parkinson’s Disease, они проследили, как интервальные тренировки подействовали на состояние мозга пациентов с помощью позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) и нейромеланин-чувствительного МРТ-сканирования.

Изначально для эксперимента набрали 13 добровольцев, но после пробного периода трое из них по разным причинам выбыли. В итоге остались десять участников: шесть мужчин и четыре женщины в возрасте от 59 до 69 лет. Болезнь Паркинсона у них диагностировали менее четырех лет назад, и пациенты еще не потеряли все вырабатывающие дофамин нейроны.

Уровень дофаминтранспортного белка до и после шести месяцев тренировок.

Красные и синии линии - результат измерения участников
Сплошная черная линяя - среднее значение
Пунктирная черная линяя - ожидаемое снижение по сравнению со средним показателем до тренировки при отсутствии вмешательства

Перед началом полугодовой программы тренировок, которые тоже проводили трижды в неделю, участникам дали две недели убедиться, что они справляются. При этом типе нагрузки упражнения высокой интенсивности чередуются с менее интенсивными или периодами отдыха.

Такие тренировки психологически тяжелы, поскольку требуют высокой мотивации и стойкости. Поэтому они далеко не всем подходят. В то же время, видимо, в связи с возрастом участников тренировочный план для них был относительно щадящим: их пульс при тренировках не превышал 154.

Также добровольцам провели МРТ- и ПЭТ-обследование, чтобы измерить количество нейромеланина — темного пигмента в дофамин-производящих нейронах в черной субстанции мозга, и дофаминтранспортного белка (DAT), помогающего нейронам поддерживать необходимый уровень этого гормона.

Спустя шесть месяцев занятий обследование повторили. Результаты сканирования поразили медиков. Выяснилось, что количество нейромеланина и сигналов DAT в черной субстанции значительно увеличилось. По словам авторов, это говорит о том, что высокоинтенсивные упражнения не просто затормозили нейродегенерацию, но и помогли оздоровить дофаминергическую систему.

С учетом малой выборки ученые отметили, что для подтверждения выводов нужны дополнительные исследования. Они призвали коллег продолжить изучение потенциала физических упражнений в лечении болезни Паркинсона.

Статья спизжена отсюда