Изображение. Поведение лазерных лучей на границах раздела сред с разной оптической плотностью. Падающий слева красный луч сначала преломляется на границе раздела со стеклом/жидкостью, а затем испытывает полное отражение на границе раздела двух жидкостей. Интересно обратить внимание, что помимо преломлённых лучей имеются также и слабые отражённые, создающие каскад ослабевающих отражений и преломлений.

На самом деле на изображении показан вполне ценный научный опыт. В пробирку налиты несмешивающиеся вода с растворённым в ней флуоресцентным веществом и органический додекан. Падающий сверху зелёный лазерный луч (луч накачки) возбуждает флуоресценцию в водном растворе, что хорошо видно по интенсивному зелёному свечению. Красный зондирующий луч, отражаясь от границы раздела жидкостей, захватывает информацию о поведении возбуждённых молекул, которая впоследствии анализируется с помощью приёмника излучения.

#scimage

Новости науки. Начинают поступать первые научные данные от нового и самого чувствительного на сегодняшний день детектора тёмной материи LUX-ZEPLIN.

Тёмная материя это гипотетическая субстанция, которая взаимодействует с обычным веществом только (или преимущественно) гравитационно. Мы хорошо видим её действие на космологических масштабах - она оказывает влияние на структуру и динамику галактик и проявляется в крупномасштабной структуре вселенной. По оценкам, на её долю должно приходиться примерно 80% всей массы вещества вселенной (исключая тёмную энергию). Однако, иначе как через гравитацию обнаружить её пока не удаётся. Если отбросить экзотические варианты, большинство гипотез предполагают, что тёмная материя состоит из того или иного рода частиц, не участвующих (или участвующих очень слабо) в электромагнитном, сильном или слабом взаимодействиях.

Гипотез множество - тёмной материей могут оказаться первичные черные дыры, вимпы, аксионы, какие-нибудь суперсимметричные частицы и множество других непонятных слов. На сегодняшний день самой распространённой гипотезой являются вимпы (от англ. WIMP - weakly interacting massive particle, слабовзаимодействующая тяжелая частица), гипотетические массивные частицы, участвующие только в гравитационном и очень слабо в слабом взаимодействии.

Именно для попытки обнаружения вимпов через слабое взаимодействие построен детектор LUX-ZEPLIN, расположенный в Сэнфордской лаборатории в Южной Дакоте. Детектор представляет собой огромный бак, наполненный 10-ю тоннами жидкого ксенона, помещённый глубоко под землю, чтобы экранировать всё ненужное. Предполагается, что гипотетический вимп в очень редких случаях может провзаимодействовать с ядром ксенона, породив сигнал, который впоследствии будет усилен фотоумножителями. Сейчас, после почти десяти лет организации и строительства, детектор наконец запущен, и проведены первые шестидесятидневные испытания, которые показали, что детектор функционирует как полагается. Нет, конечно, никаких вимпов пока не обнаружено, для этого понадобятся гораздо более длительные периоды методичных экспериментов. Будем ждать. Это вам не свет от галактик фотографировать!

Первая статья с результатами выложена в arXiv - тыц.

#news

Научная статья. В этой рубрике мы писали о нескольких довольно коротких публикациях. В частности, о статье, не содержащей ни единого слова (только картинки), о статье, абстракт которой состоит из одного слова и других. Но, пожалуй, никто не превзошел психолога Денниса Аппера, который в 1974 году опубликовал статью "Неудачная попытка самостоятельно преодолеть творческий кризис". Статья опубликована в Journal of Applied Behavior Analysis и кроме названия не содержит вообще ничего, даже ни единой ссылочки на источники. Конечно, это статья шуточная, но её существование делает её самой короткой из когда-либо опубликованных.

Отдельно доставляет комментарий одного из рецензентов (вопреки обычаю он даже был помещен под "текстом" публикации): "Я очень внимательно исследовал рукопись с помощью лимонного сока и рентгеновских лучей и не нашёл ни единого недостатка как в оформлении статьи, так и в стиле автора. Я предлагаю опубликовать статью без изменений. Очевидно, это наиболее краткая работа из всех, что я когда-либо видел — и тем не менее она содержит достаточно информации для того, чтобы другие исследователи могли повторить неудачу доктора Аппера. По сравнению с другими рукописями, которые мне присылают, полными всяких мудрёных подробностей, чтение этой было сплошным удовольствием. Безусловно, мы можем найти место для неё в журнале — возможно, на краешке пустой страницы."

Статья не единственная в своём роде. В научном сообществе она стала некоторого рода мемом, породившим множество подражателей (многие из них платные!), по которым выпустили даже мета-анализы.

#paper

Явление. Кристаллы могут образовываться не только из атомов или молекул, но и из живых организмов. Ученые из Кембриджа обнаружили, что эмбрионы морской звезды могут объединяться в "живые кристаллы". В процесса своего развития каждый эмбрион вращается, что создаёт завихрения жидкости, которые порождают силы притяжения между несколькими эмбрионами и позволяют кристаллу сформироваться. Получившийся кристалл может насчитывать тысячи особей и сохранять стабильность в течение десятков часов. Более того, в такой структуре возможны и возмущения - разнообразные волнообразные процессы, распространяющиеся по "кристаллической решетке". Ученые надеются, что изучение таких живых кристаллов может помочь в разработке новых умных материалов. Больше подробностей в видео по ссылке - тыц, и в статье, опубликованной в Nature, - тыц.

#effect

APOD. Все планеты Солнечной системы на одном снимке (кроме гипотетической девятой, хотя, может и она где-то там) - Меркурий, Венера, Уран, Луна, Марс, Юпитер, Нептун, Сатурн слева направо. На самом деле изображение снято не одним кадром, но составлено из четырёх снимков, одновременно сделанных с четырёх разных камер во время заката недалеко от Рима. Все небесные тела, кроме Урана и Нептуна можно было бы увидеть и невооруженным взглядом, Уран и Нептун только с помощью бинокля.

#apod

Изображение. Поверхность золота, измеренная с помощью сканирующего туннельного микроскопа.

Сканирующий туннельный микроскоп представляет собой очень острую (в идеале всего c одним атомом на конце) иголочку, перемещающуюся над образцом на небольшом (меньше одного нанометра) расстоянии. Между иглой и поверхностью приложена небольшая разность потенциалов, а измеряется возникающий под её действием туннельный ток электронов. То есть, мы видим не совсем топографию поверхности, но распределение плотности состояний - места, куда току легче течь светлые, куда сложнее - тёмные. Но оно очень часто достаточно хорошо согласуется с топографией.

Каждый шарик на изображении это отдельный атом золота, а наклонные полосы возникают в результате реконструкции поверхности - атомам не нравится быть на поверхности, и они стремятся минимизировать свою энергию, перестраиваясь определённым образом, этакий аналог поверхностного натяжения в мире кристаллов.

#scimage

Анимация. Небольшая упрощённая анимация того, как электроны образуют куперовские пары, ответственные за явление сверхпроводимости.

Сверхпроводимость возникает, когда два электрона объединяются в квазичастицу с целым спином - куперовскую пару. Газ таких квазичастиц может образовать состояние конденсата Бозе-Эйнштейна, способного двигаться по кристаллической решетке без сопротивления. Но беда в том, что электроны электростатически отталкиваются и не хотят объединяться. Тут на помощь приходит кристаллическая решетка, ионы которой имеют положительный заряд. При движении через кристалл электрон как бы чуть-чуть притягивает к себе ионы решетки, создавая эффективную потенциальную яму, в которую соседний электрон может угодить и образовать с первым куперовскую пару. Таков механизм образования сверхпроводимости в теории БКШ.

Ну а я лишь напомню, что до сегодняшнего дня полной теории сверхпроводимости не существует, и данную анимацию стоит воспринимать лишь как крайне упрощенную визуализацию процесса.

#animation

История науки. Эта милая девочка на самом деле великий Поль Дирак в возрасте пяти лет, 1907 г. Ми-ми-ми.

"Когда вы спрашиваете, что такое электроны или протоны, я должен сказать, что это не тот вопрос, который следует задавать, и на самом деле он не имеет смысла. Важно знать не что они такое, но как они ведут себя, как движутся. Я могу сравнить это с шахматами. В шахматах есть множество фигур - короли, кони, пешки и т.д. Если вы спросите, что такое эти фигуры, ответом будет, что это кусок дерева или слоновой кости, или просто значок, начертанный на бумаге, на самом деле, что угодно. Это не важно. Каждая фигура имеет характерное поведение, способ движения, который и определяет её. Только это имеет значение. Вся игра в шахматы следует из этих правил движения различных фигур." (с) Поль Дирак

#scihistory

APOD. Несколько аналемм измеренных в небольшой польской деревушке с июня 2021 по июнь 2022 года.

Аналемма это линия, отмечающая смещение положения Солнца на небесной сфере в течение года в одно и то же время дня. Наивысшего положения Солнце достигает в день летнего солнцестояния, наинизшего - в день зимнего, а центр восьмёрки примерно соответствует дням равноденствия.

Ценности фотографии добавляет то, что изображение не композитное, а снято на одну фотопластинку с использованием пинхол-камеры. Затвор открывался на короткое время каждый день в 11 часов (левая аналемма), в полдень (центральная) и в час дня (правая). Частичные аналеммы по бокам соответствуют коротким экспозициям с периодом в 15 минут.

#apod

Явление. Свойства света и цвета сводятся не только к физическим характеристикам электромагнитных волн, но и к тому, как наш мозг их воспринимает. Все знают, что наш глаз обладает всего тремя типами цветовых рецепторов, а всё многообразие цветов, которые мы видим, строится из смешения этих трёх основных компонентов. Эта особенность была замечена ещё Клавдием Птолемеем в начале нашей эры - он наблюдал за тем, как смешиваются цвета на быстро вращающемся гончарном круге. Ну а нам этот эксперимент известен как цветовое колесо Ньютона (иногда его называют волчком Максвелла, он тоже много экспериментировал с этим явлением). На диск нанесены различные цвета, которые при достаточно быстром вращении сливаются в один усреднённый цвет. В случае на видео это белый. Но правильным выбором компонент можно добиться любого оттенка.

#effect

Новости науки. Ученые из Университета Рокфеллера обнаружили, что колония муравьёв принимает решение как единая когнитивная система, поведение которой во многом напоминает компьютерные нейронные сети.

Коллективные насекомые удивительные создания, которые часто демонстрируют совершенно уникальные паттерны поведения. Так, колониям муравьёв свойственно эмерджентное поведение, когда вся колония как целое проявляет свойства, не присущие отдельным её представителям.

Когда температура в муравьиной колонии превышает некоторое значение, колония стремится эвакуироваться. Интересно, что все муравьи принимают это решение практически одновременно, как единая система. Казалось бы, что в каждого муравья просто встроен определённый триггер, который приказывает ему давать по газам, когда становится жарковато. Однако, согласно новому исследованию, всё не так просто.

Исследователи из Университета Рокфеллера создали установку, способную отслеживать поведение муравьёв в тестовой колонии. Они пометили каждого муравья определённой краской и следили за их перемещениями с помощью камеры. Выяснилось, что температура, при которой срабатывает муравьиная тревога, зависит не только от вида муравьёв, но и от размера колонии. Так, колония, содержащая 36 рабочих и 18 личинок, стремилась покинуть область высокой температуры при 34 градусах. А более крупная колония из 200 особей начинала эвакуироваться только после достижения 36 градусов. Проанализировав поведение муравьёв, учёные выяснили, что они ведут себя совсем как нейронные сети, принимая решение, основываясь на взаимодействии всех особей, а в качестве механизма передачи информации между элементами сети выступают феромоны. Однако, ребятам пока не удалось понять, почему зависимость критической температуры от размера колонии именно такая. Но ведь и мы не всегда можем сказать, почему нейронные сети принимают то или иное решение.

Ученые уже планируют дальнейшие эксперименты по искусственному введению феромонов в систему, чтобы выяснить, как именно устроен механизм принятия решения.

Исследование опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences 2 июня 2022 года. В статье, кстати, есть несколько видео с подопытными муравьями.

#news

Цитата. "Мне кажется, существует много параллелей между наукой и рыбалкой. Два основных фактора успеха в рыбалке это технические знания (как насадить червячка на крючок) и интуиция (знать, где рыбачить). Оба эти навыка легче получить через ученичество, чем из книги. Но технические знания и интуиция это только половина успеха - необходима ещё и удача. В любой из дней самая большая рыба может быть поймана новичком, а не профессионалом. То же самое применимо и к научному открытию." (с) Уильям Кэлин

#цитата

APOD. Технически достаточно сложный снимок, сделанный астрономом-любителем, на котором удалось одновременно запечатлеть Сатурн и Международную Космическую Станцию. Сделан 24 июня с калифорнийской школьной парковки. Расстояние до МКС 602 километра, до Сатурна - 1.5 миллиарда километров. Хорошо можно оценить относительную яркость объектов. Видно, что МКС гораздо ярче, её звёздная величина составляет -3, а Сатурна +0.5.

#apod

История науки. Ну а пока все наслаждаются трейлером "Оппенгеймера" от Кристофера Нолана, мы насладимся настоящим Оппенгеймером, осматривающим остатки стальной башни, уничтоженной взрывом атомной бомбы на полигоне Аламогордо в 1945 году. Рядом с ученым военный руководитель атомной программы генерал Лесли Гровс.

#scihistory

Изображение. Пока северное полушарие страдает от рекордных температур, ученые пытаются эти температуры анализировать и рисовать на основе этих данных всякие прикольные картинки. На МКС установлен прибор NASA ECOSTRESS, способный с высоким разрешением замерять инфракрасное излучение от земной поверхности. На изображении - измеренная 10 июня с помощью ECOSTRESS карта Лас-Вегаса и его предместий, показывающая распределение температуры в черте города. Хорошо видно, что температура достигает максимума на городских улицах и проспектах - их асфальтовое покрытие хорошо поглощает солнечный свет и разогревается до 50°C. Уже во дворах температура может быть на несколько градусов ниже. Ещё прохладнее (на 8°C) в окраинных районах, а регионы с обилием зелёных насаждений (столь любимые американцами гольфовые поля) могут быть холоднее на целых 13°C. Стоит отметить, что прибор измеряет температуру поверхности, которая, конечно, чуть выше, чем температура воздуха.

#scimage

Цитата. "Пространство-время обречено. В современном описании фундаментальных законов физики нет такой вещи, как пространство-время. Это поразительно, потому что предполагается, что физика должна описывать вещи такими, какими они предстают в пространстве и времени. Так что, если пространства-времени нет, то неясно, что вообще изучает физика." (с) Нима Аркани-Хамед

#цитата

APOD. Некоторые не знают, но у Юпитера тоже есть кольца. Хотя, скорее это одно кольцо, и оно настолько куцее, что разглядеть его не так просто. Гораздо лучше его видно в инфракрасном диапазоне, на который настроен новый телескоп имени Джеймса Уэбба, с помощью которого и получено данное изображение. Сегодня полагается, что маленькое юпитерианское кольцо образовалось вследствие столкновения метеорита с одним из малых спутников, что выбросило на орбиту большой объем вещества. Помимо кольца видны и другие обитатели системы Юпитера - яркая Европа и малые луны Метида и Фива. Хорошо выделяется Большое красное пятно.

Обратите внимание, что облачный слой по правой кромке планетарного диска как бы чуть отделён от планеты. Более интенсивное инфракрасное свечение верхних слоёв атмосферы возникает вследствие того, что они на сотни градусов горячее более низких слоёв. Интересно, что до сих пор нет единого мнения касательно природы этого нагрева.

#apod

История науки. Стивен Хокинг обыгрывает сынишку Роберта в шахматы, 1977 год. Сзади, по всей видимости, дочь Люси.

#scihistory