Новая технология квантового зондирования выявляет субатомные сигналы

С 1950-х годов учёные используют радиоволны для изучения неизвестных материалов и других разнообразных задач: от сканирования человеческого тела с помощью МРТ до обнаружения взрывчатых веществ в аэропортах.

Однако эти методы основаны на сигналах, усредняющих данные с триллионов атомов, что делает невозможным обнаружение крошечных вариаций между отдельными молекулами. Теперь инженеры Школы инженерии и прикладных наук Пенсильванского университета (Penn Engineering) с помощью квантовых сенсоров реализовали революционную вариацию спектроскопии ядерного квадрупольного резонанса (ЯКР) — метода, традиционно используемого для обнаружения наркотиков и взрывчатых веществ или анализа фармацевтических препаратов.

Новый метод, описанный в журнале Nano Letters, настолько точен, что позволяет обнаруживать сигналы ЯКР от отдельных атомов, что раньше считалось недостижимым. Такая беспрецедентная чувствительность открывает путь к прорыву в таких областях, как разработка лекарств, где понимание молекулярных взаимодействий на атомном уровне имеет решающее значение.

«Эта техника позволяет нам изолировать отдельные ядра и выявить крошечные различия в молекулах, которые считались идентичными», — говорит Ли Бассетт, доцент кафедры электротехники и системной инженерии (ESE), директор лаборатории квантовой инженерии (QEL) Пенсильвании и старший автор статьи.

«Сосредоточив внимание на одном ядре, мы можем раскрыть детали молекулярной структуры и динамики, которые ранее были скрыты. Эта возможность позволяет нам изучать строительные блоки мира природы в совершенно новом масштабе».

Космический телескоп Джеймса Уэбба обнаружил рекордное скопление звёзд в далёкой галактике

Космическая причуда природы позволила космическому телескопу Джеймса Уэбба получить изображения 44 отдельных звёзд в галактике на полпути через всю наблюдаемую Вселенную — этот регион настолько далёк, что астрономы когда-то считали определение отдельных звёзд в нём невозможным — это всё равно, что с помощью бинокля разглядеть пылинки в кратерах на Луне.

«Я и не мечтал, что "Уэбб" увидит их в таком большом количестве, — сказал в своём заявлении Рогир Виндхорст, астроном из Университета штата Аризона, который входил в группу исследователей. — И вот теперь мы наблюдаем, как эти звёзды появляются и исчезают на снимках, сделанных с разницей всего в год, как светлячки в ночи. "Уэбб" продолжает удивлять нас всех».

По словам исследователей, это открытие не только является технологическим достижением, но и даёт возможность исследовать поведение неуловимой тёмной материи.

Недавно обнаруженные 44 звезды — самое большое скопление звёзд, когда-либо наблюдавшееся в столь далёкой части Вселенной, — принадлежат скрытой галактике, свет которой искривился, образовав поразительно длинный «усик» слева от центра изображения, которому астрономы дали прозвище «Дракон». Свет из родной галактики Дракона начал путешествовать по космосу примерно 6,5 миллиарда лет назад, когда возраст Вселенной составлял половину её нынешнего возраста. Проанализировав цвет каждой из новонайденных звёзд в Драконе, исследователи пришли к выводу, что они являются красными сверхгигантами на последних стадиях своей жизни, подобно нашей знакомой — возможно, скоро взорвущейся — Бетельгейзе, расположенной на правом плече созвездия Ориона.

Физики раскрыли смелый план по отправке зонда в межзвёздное пространство

В статье председателя совета директоров Tau Zero Джеффри Грисона и Геррита Брухауга, физика из Лос-Аламосской национальной лаборатории, специализирующегося на лазерной физике, рассматривается физика одной из таких технологий — релятивистского электронного пучка, — которую можно будет использовать для доставки космического корабля к другой звезде.

При разработке такого типа миссии необходимо учитывать множество факторов. Один из самых больших из них (причём в буквальном смысле) — это вес космического аппарата.

Breakthrough Starshot фокусируется на крошечной конструкции с гигантскими солнечными «крыльями», которые позволят им долететь на луче света до Альфы Центавра. Однако такой маленький зонд не сможет собрать практически никакой фактической информации после прибытия туда — это скорее инженерный подвиг, чем реальная научная миссия.

В статье же рассматриваются зонды весом до 1000 кг — примерно как зонды «Вояджер», построенные в 1970-х годах. Очевидно, что при более совершённых технологиях на них можно было бы установить гораздо больше датчиков и элементов управления, чем было в тех системах.

Но для того, чтобы разогнать такой большой зонд с помощью луча, необходимо решить ещё один вопрос — какой тип луча выбрать?

Breakthrough Starshot планирует использовать лазерный луч в видимом спектре, который будет воздействовать непосредственно на световые паруса, прикреплённые к зонду. Однако, учитывая текущее состояние оптических технологий, этот луч сможет эффективно воздействовать на зонд только на расстоянии около 0,1 а.е. по линии его путешествия, в то время как полный путь до Альфы Центавра составит 277 000 а.е.

Даже этого мизерного количества времени может хватить, чтобы разогнать зонд до приличной межзвёздной скорости, но только если он будет крошечным и лазерный луч не поджарит его. В крайнем случае, лазер нужно будет включать лишь на короткий промежуток времени, чтобы разогнать зонд до крейсерской скорости.

Однако авторы статьи придерживаются другого подхода. Вместо того чтобы подавать энергию на короткий промежуток времени, почему бы не делать это в течение более длительного периода? Это позволило бы создать большую силу и позволить более мощному зонду двигаться со скоростью, составляющей приличный процент от скорости света.

Но и с такой конструкцией есть множество проблем. Во-первых, это отправка луча на расстояния, более чем в 10 раз превышающих расстояние от Солнца до Земли. Как сделать такой луч достаточно когерентным, чтобы обеспечить какую-либо значимую мощность?

Большая часть статьи подробно рассказывает об этом, фокусируясь на релятивистских электронных пучках. Концепция миссии, известной как «Sunbeam», предполагает использование именно такого луча.

Использование электронов, движущихся с такими высокими скоростями, имеет несколько преимуществ. Во-первых, электроны относительно легко разогнать до скорости света — по крайней мере, по сравнению с другими частицами. Однако, поскольку все они имеют одинаковый отрицательный заряд, они, скорее всего, будут отталкиваться друг от друга, уменьшая эффективное воздействие луча.

На релятивистских скоростях эта проблема не так актуальна благодаря явлению, обнаруженному в ускорителях частиц и называемому релятивистским пинчем. По сути, из-за замедления времени при движении на релятивистских скоростях электронам не хватает относительного времени, чтобы начать отталкиваться друг от друга в какой-либо значимой степени.

Сайт для свободного доступа к научным работам Sci-Hub выкладывает множество отменённых работ

Большая часть научной литературы публикуется в коммерческих журналах, прибыль которых зависит от подписки и платного доступа. Однако эта тенденция меняется, поскольку различные правительства и финансирующие организации требуют, чтобы научные работы, которые они финансируют, публиковались в журналах с открытым доступом. Переход происходит постепенно, и большая часть исторических работ по-прежнему остаётся закрытой за пэйволами.

Они могут представлять проблему для исследователей, которые не учатся в хорошо финансируемых университетах, в том числе для многих представителей Глобального Юга, которые могут не иметь доступа к исследованиям, необходимым им для продолжения собственных исследований. Одним из решений проблемы стал Sci-Hub — сайт, на котором люди могут загружать PDF-файлы опубликованных работ, чтобы ими могли поделиться все, кто имеет доступ к сайту. Несмотря на проигрыши в судебных процессах с издательской индустрией и попытки заблокировать доступ, Sci-Hub продолжает выкладывать научные работы, которые в противном случае находились бы в платном доступе.

К сожалению, похоже, что Sci-Hub, получив копию статьи, не всегда имеет возможность следить за её актуальностью. По результатам сканирования содержимого сайта, проведённого исследователями из Индии, около 85 % недействительных работ, которые они проверили, не содержали никаких указаний на то, что статья была отозвана.

Научные результаты оказываются неверными по самым разным причинам — от откровенного мошенничества до добросовестных ошибок. Если проблемы не лишают ценности общие выводы статьи, можно внести в неё исправления. Если же проблемы носят системный характер и подрывают результаты, статью обычно отзывают — по сути, её следует рассматривать так, как будто она вообще никогда не была опубликована.

Некоторые исследователи из Индии подозревают, что может быть ещё одна причина, по которой отменённые работы всё ещё цитируются. Sci-Hub работает как комбинация кэша и агрегатора опубликованных материалов. Когда он получает запрос на статью, которой ещё нет в его базе данных, он использует утечку учётных данных, чтобы перейти на сайт журнала, опубликовавшего статью, и получить копию. Если же копия уже есть, он просто предоставит её. Таким образом, остаётся возможность того, что он получил копию статьи до её отзыва и продолжает распространять её после отзыва.

Стоит отметить, что эта проблема была озвучена ещё в отсутствие Sci-Hub, и была разработана система под названием Crossmark, позволяющая легко найти самую свежую версию статьи, включая все исправления и уведомления об опровержении. Конечно, не все издательства используют Crossmark, и простота её использования не гарантирует, что исследователи найдут время, чтобы просмотреть огромную библиотеку справочных материалов и проверить каждый из них перед публикацией.

Но, учитывая, что Sci-Hub — это автоматизированная система, она не страдает от недостатка свободного времени или мотивации живого исследователя. Теоретически ничто не мешает обновить её и включить в неё проверку того, содержит ли её кэш самую последнюю версию статьи, всякий раз, когда это запрашивается.

Безопасного уровня потребления алкоголя не существует, предупреждает генеральный хирург США

В рекомендации, выпущенной Генеральным хирургом США, говорится, что безопасного уровня потребления алкоголя не существует.

Согласно докладу, основанному на обзоре доступной научной литературы, алкоголь связан с риском развития целого ряда онкологических заболеваний, особенно рака груди у женщин, а также рака пищеварительной системы.

По данным обзора, только алкоголь является причиной почти 100 000 случаев рака и 20 000 смертей от рака в США в год.

«Совокупность научных данных демонстрирует причинно-следственную связь между употреблением алкоголя и повышенным риском развития как минимум семи различных видов рака, включая рак молочной железы (у женщин), толстой кишки, пищевода, печени, полости рта (ротовой полости), горла (глотки) и голосового аппарата (гортани)», — говорится в рекомендациях.

«Чем больше алкоголя употребляется, тем выше риск развития рака. Для некоторых видов рака, таких как рак груди, рак полости рта и рак горла, есть данные, что этот риск может начать увеличиваться при употреблении одного или менее напитков в день».

Медицинские рекомендации по употреблению алкоголя могут быть несколько неоднозначными: данные, свидетельствующие о том, что умеренное употребление алкоголя может быть полезным для некоторых аспектов здоровья, контрастируют с исследованиями, которые указывают на вред для других.

Связь между алкоголем и раком известна и доказана, но обычно она связана с употреблением большого количества алкоголя. В диетических рекомендациях США установлены «здоровые» ограничения — от одного до двух напитков в день для мужчин и один или меньше для женщин.

Но даже это, говорится в новой рекомендации, слишком много. По оценкам, 17 процентов из 20 000 смертей от рака, связанных с употреблением алкоголя, в год попадают в рекомендуемые пределы потребления.

«В 2019 году, по оценкам, 96 730 случаев заболевания раком были связаны с употреблением алкоголя, в том числе 42 400 у мужчин и 54 330 у женщин, — говорится в рекомендации. — В 2020 году во всём мире с употреблением алкоголя было связано 741 300 случаев рака; 185 100 из них были связаны с употреблением примерно двух напитков в день или меньше».