История науки. Американский физик Джозеф Вебер колдует над первым в мире детектором, призванным обнаружить гравитационные волны, предположительно 1968 год.

Гравитационные волны были предсказаны общей теорией относительности и являются колебаниями самого пространства-времени. Детектор Вебера представлял собой свободно подвешенный цилиндр весом в несколько тонн, колебания которого должны были возвестить о прохождении гравитационных волн. Конечно, у него ничего не вышло. Это сейчас мы знаем, что для обнаружения эффекта нужны километровые интерферометры с на десятки порядков большей чувствительностью. Но в те годы ещё даже само существование гравитационных волн было под вопросом.

Интересно, что сам Вебер волны всё-таки "обнаружил". Гравитационные волны Вебера стали результатом ошибки в программе обработки данных, и десятки лабораторий по всему миру доказали их ложность. Но сам Вебер до конца своих дней верил, что волны он всё-таки задетектировал, и не оставлял попыток отстоять свои результаты.

#scihistory

Явление. Многие не догадываются, но кислород, составляющий столь важную часть нашего существования, обладает довольно выраженными магнитными свойствами. Правда проявляются они только в жидком состоянии (для проявления эффекта в газообразном кислороде необходимы колоссальные поля). Жидкий кислород представляет собой приятную для глаза голубоватую жидкость. В опыте на видео полюса обычного постоянного магнита сначала охлаждаются жидким азотом, чтобы кислород не слишком быстро испарялся, и не возникал эффект Лейденфроста. При этом видно, что сам азот совершенно никак не реагирует на магнитное поле. Затем катушки поливают кислородом, и он, притягиваясь к ним, образует устойчивый мостик между полюсами, постепенно испаряясь. Происходит это благодаря наличию у него парамагнитных свойств - каждая молекула кислорода является маленьким магнитиком, реагирующим на источник внешнего поля.

#effect

Изображение. Одинокий скиталец, бредущий через нанопустыню. На этой микрофотографии, полученной под скользящим углом с помощью сканирующего электронного микроскопа, роль пустынного ландшафта выполняет наноплёнка из вольфрама, отслоившаяся от подложки из-за недостаточной адгезии. Путник же - просто случайный осколок (как и все мы), выброшенный в необъятные пространства непознанного при подготовке образца. Изображение получено в Федеральной политехнической школе Лозанны. Цвета, само-собой, искусственные.

#scimage

Научная статья. В 1999 году группа английских нейробиологов выяснила, что мозг лондонских таксистов претерпевает существенные структурные изменения вследствие их профессиональной деятельности.

В испытании приняли участие 16 лондонских таксистов с многолетним стажем. Проведённые МРТ сканы показали, что задний гиппокамп водителей такси существенно больше, чем у контрольной группы. При этом объём гиппокампа положительно коррелирует с водительским стажем. Интересно, что изменения затрагивают только правый гиппокампа, левый остаётся без изменений.

Напомним, что по современным представлениям именно гиппокамп играет решающую роль в навыках ориентирования в пространстве, а также в преобразовании кратковременной памяти в долговременную.

Таким образом, опубликованное в Proc Natl Acad Sci USA исследование показало, что даже такое обыденное занятие, как вождение транспортного средства, может оказать существенное влияние на структуру мозга.

#paper

APOD. Этот композитный снимок галактики Андромеды показывает не только существующие в ней звёзды, но и те, которые скоро появятся. Фоновый слой представляет собой оптическое изображение, составленное по данным телескопов Хаббл, Субару и Майалла, и отражает, как не сложно догадаться, текущее звёздное население галактики. Поверх него в желтых тонах наложены снятые инфракрасной обсерваторией Спитцер горячие облака межзвёздного газа и пыли, которые в течение нескольких миллионов лет породят новые молодые звёзды.

#apod

Кристаллы. Красивый кристалл, напоминающий инвертированную колу со льдом. В роли колы выступает флюорит (фторид кальция, CaF2), встречающийся в природе в большом разнообразии оттенков, от жёлтого до чёрного, как на картинке. Интересно, что идеальный флюорит был бы совершенно бесцветным, как и обрамляющий его кристалл целестина (сульфат стронция, SrSO4). Цвета ему придают небольшие примеси других элементов или же дефекты кристаллической структуры - чем их больше, тем более тёмный оттенок имеет кристалл.

#crystal

Новости науки. Едва научившись детектировать гравитационные волны, неугомонные ученые уже ищут способы найти в них признаки экзотической физики. Группа теоретиков из Университета Амстердама (давайте, начинайте шутить про травку) предложила способ изучения экзотических элементарных частиц по форме гравитационно-волнового сигнала.

В физике черных дыр существует интересная концепция "сверхизлучения", сформулированная ещё Зельдовичем в середине прошлого века. Она гласит, что вращающаяся черная дыра может усиливать падающие на неё волны. Энергия для этого усиления занимается у самой черной дыры, и её масса, соответственно, уменьшается. Сегодня считается, что эта изъятая энергия может проявляться в виде необычных частиц - сверхлёгких бозонов (кстати, одних из кандидатов в тёмную материю), которые могут формировать так называемые "гравитационные атомы" - структуры, очень похожие на атомы водорода, но удерживаемые вместе не электромагнитным, а чисто гравитационным взаимодействием.

Всё это ломает мозг уже само по себе, но неугомонные теоретики предложили модель, согласно которой ионизация этих самых гравитационных атомов в системе вращающихся черных дыр может дать заметное искажение поступающего от них гравитационно-волнового сигнала. Как всегда с подобными предсказаниями, дело остаётся за малым - вбухать несколько десятков миллиардов долларов и миллионов человеко-лет в следующее поколение детекторов гравитационных волн и протестировать их предсказания. Если результаты подтвердятся, это станет существенным подспорьем в построении более полных моделей элементарных частиц за рамками Стандартной модели.

Работа опубликована в Physical Review Letters 2 июня 2022 года, ну а полный текст доступен по ссылке - тыц. Безумие!

#news

История науки. Бельгийско-американский астроном Жорж ван Бисбрук наблюдает Марс во время его сближения с Землей, используя крупнейший телескоп-рефрактор своего времени, установленный в Йеркской обсерватории, 1926 год. В том же году американский инженер Роберт Годдард запустил первую ракету на жидком топливе, достигшей впечатляющей высоты 12 метров за 2.5 секунды полёта, что фактически ознаменовало наступление эры развития космических технологий.

#scihistory

Новости науки. Не стоит на месте прогресс в области квантовых вычислений. Достижение квантового превосходства квантовыми компьютерами уже не новость. В 2019 году его удалось продемонстрировать на твердотельном квантовом процессоре Sycamore, разработанном в Google. Имея 53 кубита, он за 200 секунд решил задачу, на которую наилучшим современным компьютерам потребовались бы тысячи лет.

В 2020 году китайская группа сумела добиться квантового превосходства на другом виде квантовых компьютеров - оптическом квантовом процессоре. В нём вместо твердотельных квантовых точек в роли кубитов выступают обычные фотоны света, перемещающиеся по малюсеньким интерферометрам. Фотоны в различных рукавах интерферометра могут взаимодействовать друг с другом, что запутывает их и тем самым образует квантовое состояние. Процессоры такого вида набирают популярность, потому что они гораздо проще в реализации, легко масштабируемы и не требуют охлаждения до сверхнизких температур. Чего, однако, у китайского процессора не было, это возможности программирования. Он представлял собой жестко заданную структуру интерферометров, решающую только строго определённую задачу.

И вот, канадской компании Xanadu удалось показать квантовое превосходство на уже программируемом оптическом квантовом процессоре. Возможность программирования заключается в том, что мы можем, грубо говоря, с помощью специальных электродов изменять фазу фотонов в рукавах интерферометра, тем самым меняя структуру их оптического пути. Квантовый процессор Xanadu Borealis (как он работает можно посмотреть вот тут - тыц) имеет 216 оптических кубит, с помощью которых он сумел за 36 микросекунд решить задачу, на которую самому лучшему современному суперкомпьютеру потребовалось бы 9000 лет. В роли задачи выступил алгоритм бозонной выборки, который сводится к расчету распределения интенсивности бозонов (в данном случае, конечно, фотонов) на выходе запутанной оптической системы. Задача не имеет абсолютно никакой практической значимости и выступает исключительно в роли своеобразного бенчмарка, показывающего производительность системы. Что ж, будем ждать применения технологии к чему-то реальному. Например, к взлому шифрования банковских систем.

Исследование опубликовано в Nature 1 июня 2022 года.

#news

Анимация. По мере роста наших вычислительных возможностей и более полного понимания устройства климата нашей планеты, мы можем строить всё более глобальные и точные климатические модели. На этой анимации, составленной учеными из MIT совместно с Лабораторией реактивного движения NASA в рамках проекта по моделированию океанического климата, показана структура океанического течения Гольфстрим, простирающегося от Мексиканского залива до побережья Западной Европы. Как видно, течение вовсе не такое однородное, как мы привыкли думать, но состоит из множества подпотоков и турбулентных образований. Наложенные цвета кодируют температуру поверхностного слоя воды. Данные взяты с 2005 по 2007 год.

#animation

APOD. Панорамная карта локальной вселенной, насчитывающая примерно полтора миллиона галактик (из нескольких триллионов) до красного смещения z = 0.2. Цветами обозначены различные крупномасштабные структуры и кластеры, например Местное сверхскопление, Скопление Центавра, Скопление Волос Вероники и ряд других. Понятно, что в телеграмной версии ни черта не видно, но ведь есть же ссылка на высокое разрешение с возможностью скачать постер для распечатки - тыц.

#apod

История науки. Великий американский музыкант Луи Армстронг пытается объяснить не менее великому датскому физику, идеологу и, не побоюсь этого слова, интерпретатору квантовой механики Нильсу Бору, как устроена труба, 1959 год. Нет, Нильс, это тебе не копенгаген, тут солипсизм воткнуть не получится.

#scihistory

Изображение. Давненько мы не наслаждались красивыми телескопами. В этот раз это высокогорная обсерватория Сфинкс, находящаяся на высоте 3571 метр у горы Юнгфрау в Швейцарии. Это делает её одной из самых высокорасположенных обсерваторий в мире и самой высокой в Европе. Построенное в 1937 году здание несёт службу в области наблюдения за погодой, солнечной спектроскопии и в ряде других экспериментов. Но примечательным его делает в первую очередь живописное расположение. Настолько живописное, что ученые даже поступились столь желанной приватностью и открыли прилегающую обзорную площадку для туристов.

#scimage

Научная статья. Сложный материал, вы предупреждены. Квантовые компьютеры постепенно становятся обыденностью. Новости о них уже перестают удивлять, да и саму квантовую вычислительную машину (правда, пока только с двумя кубитами) уже можно приобрести за не такие уж баснословные деньги. Встаёт вопрос, а кто, собственно, будет эти квантовые компьютеры программировать? Ведь навыки классического программирования там малоприменимы. С целью подготовки специалистов для будущих нужд индустрии ученые из Лос-Аламоса выпустили стостраничную статью, в которой описывают, как устроены квантовые компьютеры, принципы их программирования, а также разбирают 20 основных квантовых алгоритмов, такие как алгоритм Гровера для решения задачи перебора, алгоритм Шора для размножения чисел на множители и другие.

Опубликована работа в ACM Transactions on Quantum Computing 28 марта 2022 года.

#paper

APOD. Симуляция образования галактического кластера в ранней вселенной, подготовленная проектом IllustrisTNG, поддерживаемым немецкими и американскими астрофизиками и космологами. В рамках проекта используются современные космологические модели, чтобы создавать достоверные, а самое главное красивые магнитогидродинамические симуляции различных космологических процессов.

В данной симуляции газ ранней вселенной начинает сжиматься под действием гравитации, формируя скопление галактик. Яркость кодирует скорость газа, от нуля до 1000 км/с. При красном смещении z = 1 вид сменяется на визуализацию звёздного населения. Обратите внимание, как сокращается масштабная линейка - модель учитывает космологическое расширение пространства.

Смотреть рекомендую в высоком разрешении, анимация действительно весьма красива.

#apod

История науки. Американский геолог Клэр Паттерсон позирует с неопознанным горшком. Паттерсон наиболее известен тем, что в 1956 году точно определил возраст нашей планеты как 4.55 миллиарда лет. Сделал он это с помощью анализа возраста метеоритов, используя открытый им же метод свинец-свинцового радиоизотопного датирования. С тех пор это значение практически не изменилось. Он также внёс весомый вклад в то как мы воспринимаем свинец вокруг нас. В то время считалось, что свинец не оказывает особого негативного влияния на организм человека, а потому многие индустриальные источники выбрасывали его в огромных количествах, приводя к накоплению в окружающей среде. Паттерсон одним из первых понял опасность этого и сыграл существенную роль в урегулировании его эмиссии.

#scihistory

Изображение. При выращивании наноплёнок решающее значение имеют структура и качество подложки - поверхности, на которую эта плёнка наносится. В идеале физики хотят иметь атомарно гладкую поверхность без каких-либо загрязнений или дефектов. В реальности чаще всего получается то, что показано на картинке. Это поверхность перовскита галлата неодима (NdGaO3), очищенная и отожженная при высокой температуре и измеренная с помощью сканирующего зондового микроскопа - малюсенькой иоголочки, "прощупывающей" поверхность. Чувствительность такого микроскопа настолько велика, что он с лёгкостью различает атомарные перепады высот. Каждая ступенька на изображении имеет высоту в всего-лишь одну кристаллическую ячейку материала (примерно 0.38 нанометра). Возникают ступеньки из-за того, что ориентация поверхности чуть-чуть не совпадает с ориентацией кристаллической решетки, поэтому атомы вынуждены формировать дискретные спадающие террасы.

#scimage