Химики научились эффективно добывать воду из воздуха без затрат электричества

Международная команда химиков разработала композитный материал с использованием органических кристаллов, способный собирать воду из водяных паров без электричества. Он выглядит как тонкие нити.

Схема расположения кристаллов Януса в эксперименте, фронтальный и боковой виды на группы кристаллов на разных этапах формирования капель воды

Опреснение, оно же удаление солей, остается одним из основных методов получения питьевой и применимой в промышленности воды. Этот процесс требует значительных затрат энергии, даже если мы говорим о простой конденсации обессоленной воды из пара.

Команда химиков под руководством профессора Панце Наумова (Pance Naumov) предложила альтернативный подход и разработала для его реализации «умные» кристаллы. Ученые назвали разработку «кристаллами Януса» (Janus crystals), по имени Януса, древнеримского двуликого бога.

Ученых вдохновили растения и животные засушливых регионов, которые научились там выживать. Некоторые пустынные насекомые и ящерицы в процессе эволюции развили особую поверхностную структуру, сочетающую гидрофильные и гидрофобные зоны. Гидрофильные участки притягивают воду, там она собирается в капли. Затем эти капли перемещаются через гидрофобные — отталкивающие воду — зоны. Это позволяет животным собирать влагу из воздуха даже там, где за год выпадает меньше сантиметра осадков.

Широкий кристалл Януса собирают воду из пара

Исследователи также использовали в дизайне композитных кристаллов гидрофильные и гидрофобные соединения. Конденсация воздушной влаги или тумана на кристаллах Януса происходит без дополнительных усилий и приложения электричества при комнатной температуре и нормальном атмосферном давлении. Ученые считают, что их разработка станет источником чистой пресной воды в регионах, где опреснение очень затратно и электричество поставляется с перебоями.

Ученые выбрали три органических соединения и вырастили из них гибкие кристаллы. В ходе экспериментов они изучили взаимодействие выбранных материалов и их сочетаний с водяными парами и оптимизировали форму и состав системы.

Разные типы кристаллов Януса собирают воду из пара

Кристаллы Януса обладают рекордной эффективностью сбора воды из влажного воздуха — 16 граммов с квадратного сантиметра материала за час. Они узкие и прозрачные для видимого света, поэтому исследователи могут легко наблюдать за конденсацией и перемещением капель тумана.

В отличие от предыдущих поколений органических кристаллов с теми же применениями, кристаллы Януса совмещают функции сбора и транспортировки воды на своей поверхности. Это делает процесс извлечения влаги эффективным при нормальных условиях.

«В атмосфере Земли содержится огромное количество неиспользованной пресной воды, однако нам крайне необходимы материалы, которые могли бы эффективно захватывать эту влагу, конденсировать ее и превращать в питьевую воду. Мы создали такие кристаллы и можем дополнительно использовать их механическую гибкость и оптическую прозрачность для создания активных, саморегулирующихся и высокоэффективных систем для сбора воды. В перспективе такие системы, применяемые в крупном масштабе, помогут бороться с нехваткой воды на уровне всего общества», — объяснил Панце Наумов.

Статья спизжена отсюда

Физики экспериментально подтвердили существование нового типа сверхпроводимости

Международная коллаборация физиков под руководством ученых из Йельского университета в США представила самые убедительные на сегодня подтверждения существования нового типа сверхпроводящих материалов. Доказательство существования нематической фазы вещества — научный прорыв, открывающий путь к созданию сверхпроводимости совершенно новым способом.

Физик Eduardo H. da Silva Neto, в ультра-тихом, изолированном от вибраций помещении в Йеле

В теории сверхпроводимости есть раздел, описывающий, как протекание электрического тока без сопротивления можно объяснить электронной нематичностью — фазовым состоянием вещества, при котором частицы нарушают свою вращательную симметрию.

Химические соединения, теоретически способные обеспечивать существование нематической фазы, при комнатной температуре для электрона в атомах горизонтальные и вертикальные направления потенциального движения неразличимы по свойствам. Однако при более низких температурах электроны могут перейти в «нематическую» фазу. В ней одно из направлений становится для частиц предпочтительным. Иногда электроны могут начать колебаться, отдавая предпочтение то одному, то другому направлению. Это явление называется нематическими флуктуациями.

Десятилетиями физики безуспешно пытались доказать существование сверхпроводимости, вызванной нематическими флуктуациями, и наконец-то им удалось подтвердить существование нужной фазы вещества в смеси селенидов железа и серы.

«Это идеальные материалы для нашего исследования, поскольку они демонстрируют нематический порядок и сверхпроводимость без магнетизма, который затрудняет их изучение», — отметил Эдуардо Х. да Силва Нето (Eduardo H. da Silva Neto), руководитель проекта.

Ученые охладили экспериментальные образцы до температуры менее 500 милликельвин. В таких условиях все движения и колебания атомов практически прекращаются. Для наблюдения за материалом авторы статьи использовали сканирующий туннельный микроскоп (СТМ), который позволяет получать изображения квантовых состояний электронов.

Фазовая диаграмма FeSe_1−xS_x, и кристаллическая и электронная структура сверхпроводящего соединения FeSe_0.81S_0.19

Исследователи сосредоточились на образцах с максимальными нематическими флуктуациями, чтобы обнаружить «энергетическую щель» — показатель наличия и силы сверхпроводимости. Результаты эксперимента показали существование нужного разрыва. Он точно соответствовал теоретическим параметрам сверхпроводимости, вызванной электронной нематичностью.

«Доказать существование разрыва было очень трудно, потому что для точного измерения разрыва требуются сложные СТМ-измерения при очень низких температурах. Следующий шаг — изучить этот процесс еще внимательнее. Что произойдет со сверхпроводимостью при увеличении содержания серы? Исчезнет ли она? Вернутся ли спиновые флуктуации?» — очертил перспективы да Силва Нето.

Теперь ученые могут не фокусироваться на магнитных параметрах сверхпроводимости, как это было принято ранее. Одно из направлений будущих исследований — управление нематическими флуктуациями, что потенциально может привести к созданию сверхпроводников, работающих при более высоких температурах.

Статья спизжена отсюда

Астрономы раскрыли причину исчезновения звезды в галактике Андромеды

За последние 10 лет ученые наблюдали за необычным «поведением» красного сверхгиганта в соседней галактике. Сначала он становился ярче, потом принялся тускнеть, а теперь практически исчез. Причем никакого взрыва сверхновой, который в таких случаях бывает, астрономы не увидели.

Галактика Андромеды

Когда астрономы стали сравнивать снимки неба разных лет, они обнаружили, что некоторые звезды бесследно исчезли. На эту тему даже не так давно устроили широкомасштабное расследование, огромное количество изображений анализировала нейросеть.

В итоге из 150 тысяч различий на снимках абсолютное большинство признали ошибочными обнаружениями: случайно попавшими на оптику пылинками, царапинами и так далее. Но осталось порядка сотни случаев, когда, похоже, действительно исчезала самая настоящая звезда.

Специалисты предлагали разные варианты природы этого явления. К примеру, эффект так называемого гравитационного линзирования: очень массивный объект вроде черной дыры работает как «линза» и искажает свет объекта позади него, в итоге рядом с ним на какое-то время что-то появляется, а потом исчезает.

Недавно ученые нашли еще один такой пример, но на этот раз поняли, с чем имеют дело. С 2014 года они наблюдали в галактике Андромеды звезду M31-2014-DS1, в которой распознали красного сверхгиганта — очень массивную и старую звезду, которая вот-вот должна «умереть». Напомним, галактика Андромеды (М31) — ближайшая крупная соседка Млечного Пути, расположенная примерно в 2,5 миллиона световых лет от нас.

Почти любая звезда начинает раздуваться в конце основного цикла своей «жизни», то есть когда в ее ядре заканчивается водород для термоядерных реакций. Ядро сжимается, от этого раскаляется и перегревает окружающую мантию. Внешняя оболочка звезды расширяется до огромных размеров: светило становится в сотни раз крупнее Солнца. Потом эта оболочка покидает звезду навсегда. Мантия карликовых звезд типа Солнца сходит с них спокойно, но с массивных сбрасывается эффектной вспышкой под названием «взрыв сверхновой».

Выброшенное вещество остается в окружающем пространстве живописным облаком, а ядро сжимается и становится одним из трех: в случае солнцеподобных и прочих маломассивных светил — белым карликом диаметром примерно с планету, а если звезда была тяжеловесом — либо пульсаром (нейтронной звездой), либо черной дырой.

Снимки «пропавшей» звезды M31-2014-DS1 в галактике Андромеды

Пропавшая звезда в галактике Андромеды была во много раз тяжелее Солнца. Значит, от нее логично было ожидать прощального взрыва сверхновой. Но его не было. Вместо этого звезда сначала в течение примерно первых двух лет наблюдений становилась ярче, потом потускнела за следующий год до первоначального уровня и продолжила постепенно слабеть.

В конце концов, в 2023 году она уже не прослеживалась не только в оптическом, но и в ближнем инфракрасном диапазоне. Впрочем, с большим трудом все же удалось рассмотреть нечто едва уловимое там, где еще недавно была звезда-сверхгигант.

По мнению команды астрофизиков из США, произошло то, что до недавних пор считали невозможным: звезда «схлопнулась» и превратилась в черную дыру без взрыва сверхновой, то есть не выбросив почти ничего в пространство. Это явление называют неудавшейся сверхновой. В статье (доступна на сервере препринтов arXiv.org) ученые изложили сценарий вероятного развития событий, который объясняет, почему именно так все произошло.

Они посчитали, что «при жизни» звезда имела массу примерно как 20 Солнц, но к моменту своего таинственного исчезновения «весила» всего около семи Солнц. То есть она не сбросила оболочку по той простой причине, что уже нечего было сбрасывать: практически всю свою внешнюю мантию звезда давно растеряла. Почему — не уточняется, но насчет других таких «раздетых» звезд установлено, что их «раздевает» звезда-компаньон: она перетягивает к себе вещество жертвы. Отметим, что звезды-сверхгиганты чаще всего расположены в двойных системах.

В любом случае, по мнению астрофизиков, ставшая «невидимкой» звезда в галактике Андромеды представляла собой почти «голое» ядро, окруженное очень тонкой оболочкой. Именно эти остатки некогда роскошной мантии и светились, когда звезда понемногу становилась ярче.

Статья спизжена отсюда

Гигантских крыс предложили привлечь к борьбе с контрабандой образцов дикой природы

Распространенные в Африке гигантские хомяковые крысы обладают острым обонянием, что ранее позволило использовать их для обнаружения взрывных устройств и возбудителя туберкулеза. Теперь международная группа исследователей показала, что грызунов вида Cricetomys ansorgei можно натренировать улавливать запахи чешуи панголина, слоновой кости, рога носорога и африканского черного дерева. Эти ресурсы дикой природы часто становятся предметом контрабанды.

Африканских хомяковых крыс Cricetomys ansorgei, обученных выявлению контрабанды, планируют одевать в специально изготовленные жилеты с шариком в области груди. Потянув за него при обнаружении цели, животные смогут оповещать дрессировщика

Эксперимент по проверке такой возможности провели в исследовательском центре некоммерческой организации APOPO со штаб-квартирой в Танзании, которая специализируется на дрессировке хомяковых крыс.

Ранее одно из животных, прошедших подобное обучение — самца по кличке Магава, — наградили золотой медалью PDSA за работу по разминированию в Камбодже. За свою жизнь эта хомяковая крыса-сапер отыскала более 100 мин и других неразорвавшихся боеприпасов. В 2022 году в APOPO сообщили о смерти животного в преклонном возрасте восьми лет.

В новом проекте задействовали 11 хомяковых крыс Cricetomys ansorgei, но к его завершению три особи выбыли из-за болезни и смерти. Обучение включало несколько этапов, во время которых грызунов с помощью поощрений тренировали распознавать и запоминать целевые запахи, а также отличать их от посторонних.

Сначала животные выучили запах чешуи панголина (Manis spp.) и находящегося под угрозой исчезновения африканского растения Dalbergia melanoxylon, чья древесина высоко ценится. Затем грызунов натренировали обнаруживать рог носорога и слоновые бивни. В финале эксперимента семеро испытуемых сумели верно выявить все четыре целевых образца среди 146 других объектов.

Как утверждают авторы научной работы, которую недавно опубликовал журнал Frontiers in Conservation Science, обученные хомяковые крысы успешно находили потенциальные контрабандные объекты, даже когда их пытались скрыть среди ложных целей. Также животные справились с заданием после продолжительного перерыва в контакте с образцами.

По словам ученых, полученные в эксперименте результаты заложили основу для более масштабного обучения хомяковых крыс обнаружению контрабанды по запаху. Среди основных преимуществ Cricetomys ansorgei специалисты отметили небольшие размеры и чуткий нюх, низкие затраты на подготовку и содержание, способность работать с разными дрессировщиками и длительный срок жизни.

Все перечисленное позволит этим животным стать экономически эффективным инструментом по борьбе с незаконной торговлей ресурсами дикой природы, считают исследователи.

Далее ученые планируют проработать возможность задействовать обученных крыс в морских портах, через которые могут переправлять грузы с контрабандой. Для этого грызунов предполагают одеть в специально изготовленные жилеты с прикрепленным в области груди шариком, издающим звуковой сигнал. Потянув за него при обнаружении цели, хомяковые крысы смогут оповещать дрессировщика.

Статья спизжена отсюда

Физики проследили фазовый переход магии в квантовой системе

То, насколько классический компьютер сможет воссоздать определенное квантовое состояние, описывается свойством под названием «магия». Ученые из США выяснили, существует ли резкий переход между состоянием «можем обойтись обычным компьютером» и «подойдет только квантовый».

Квантовый компьютер, на котором проводились эксперименты

Стабилизаторные состояния — класс квантовых состояний, поддающийся эффективному моделированию на классических компьютерах. Свойство «магии» в квантовой механике — характеристика квантовых состояний, описывающая степень их отклонения от стабилизаторных состояний.

Магия делает квантовые состояния трудными для моделирования, но в то же время необходима для реализации универсальных и устойчивых к ошибкам квантовых вычислений. Понимание отвечающих за это свойств механизмов значительно улучшит характеристики квантовых компьютеров.

Авторы нового исследования ранее опубликовали статью, в которой показали существование фазового перехода в запутанности системы. Они выявили, что в зависимости от частоты измерений фазовое состояние квантовой системы может сохранять или разрушать запутанность.

«Суперпозиции и запутанности оказывается недостаточно, чтобы сделать квантовые компьютеры более мощными, чем классические. Чтобы достичь преимущества, необходим еще один компонент — магия, или отклонение от стабилизаторного состояния. Если в квантовой системе нет магии, ее можно смоделировать на классическом компьютере, но это делает квантовый компьютер избыточным. Лишь при наличии значительного количества магии можно превзойти возможности классического компьютера», — объяснил Прадип Нироула (Pradeep Niroula), первый автор новой научной работы.

Квантовый вентиль, родственник логического вентиля в классических компьютерах, воздействует на кубиты и стремится создавать запутанность между ними, тогда как измерение одного из этих кубитов разрушает ее. Если добавить в квантовую схему несколько вентилей, можно проводить измерения в случайных местах и контролировать распределение запутанности в системе.

Ученые знают, что при малом количестве измерений вся квантовая система оказывается запутанной. Напротив, при слишком частых измерениях запутанность подавляется. Если же постепенно увеличивать частоту измерений, запутанность резко совершает фазовый переход от высокой к почти нулевой.

На этот раз ученые исследовали, существует ли фазовый переход в магии. Им удалось показать, что код, предназначенный для защиты квантовой информации от ошибок, с точки зрения магии демонстрирует явный фазовый переход из состояния «есть магия» в состояние «нет магии» без промежуточных этапов. Исследование опубликовано в журнале Nature Physics.

Вид на квантовый компьютер сбоку

Измерения также уничтожают магию, но для ее контролируемого добавления в систему необходимо выполнять малые изменения состояния кубитов. Изменения квантового состояния кубита называют поворотом, потому что оно теоретически описывается в трехмерной системе координат.

Физики использовали схему управления магией в случайном стабилизаторном коде через когерентные ошибки. Такие ошибки предсказуемы, постоянны и являются последствием эволюции квантовых состояний.

В эксперименте измерения в некоторых случаях уничтожали магию, возвращая состояния к стабилизаторным, а иногда оставляли магию неизменной. Конкурирующими силами в квантовых компьютерах оказались «количество измерений» и «угол вращения кубитов».

Ученые обнаружили, что при фиксированной скорости проведения измерений можно изменить угол вращения и перейти из фазы с высокой концентрацией магии в фазу без нее вообще. Авторы научной работы провели серию численных симуляций и показали, что фазовый переход магии действительно происходит, а затем проверили эту гипотезу экспериментально, используя реальные квантовые схемы. Эксперименты подтвердили симуляции.

«Мы наблюдали признак фазового перехода даже на фоне шума в системе. Наша работа открывает фазовый переход в магии. В прошлых исследованиях уже были обнаружены другие переходы в запутанности и зарядах, что поднимает вопрос: могут ли и другие ресурсы демонстрировать аналогичные переходы? Относятся ли они к какому-то универсальному типу переходов? Можем ли мы применить это знание для создания устойчивых к помехам квантовых компьютеров?» — отметил Неурула.

Наличие перехода может указывать на существование более общей теории, применимой к разным квантовым свойствам.

Статья спизжена отсюда

Зоологи неделю «спаивали» шершней, чтобы проверить их устойчивость к алкоголю

Израильские ученые установили, что восточные шершни (Vespa orientalis), распространенные на большей части Азии, Африки и Европы, исключительно устойчивы к этанолу. Эксперименты показали, что эти насекомые способны без негативных последствий выдерживать концентрацию спирта, высокотоксичную для большинства остальных животных.

Восточный шершень (Vespa orientalis)

В природе зрелые фрукты и другие растительные продукты могут образовывать спирт в процессе естественной ферментации или гниения. Поскольку такая пища очень питательна (калорийность этанола почти вдвое выше, чем у сахара), это привлекает к ней многих животных. Однако из-за токсичности алкоголя обилие подобной еды может навредить. Если концентрация этанола превышает 4%, отрицательные эффекты проявляются даже у видов, привычных к небольшому количеству спирта в пище, а более высокие значения чреваты смертью.

Однако зоологи из Тель-Авивского университета недавно выявили исключение из этого правила. В лабораторных экспериментах ученые на протяжении недели давали шершням Vespa orientalis сладкие растворы с разным содержанием этанола. Насекомые не пострадали, даже когда крепость достигла 80%. Статья об этом недавно вышла в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Исследователи начинали опыты с более низкого предела в 20%. Это максимальное значение, возможное при брожении натуральных дрожжей — микроскопических грибов, естественно обитающих на поверхности разных фруктов, ягод и цветов. Не увидев негативных реакций, ученые стали повышать содержание спирта, чтобы определить наивысшую концентрацию, которую способны переносить восточные шершни. В итоге ее довели до 80%.

Хотя после такой «трапезы» шершни какое-то время не могли нормально летать и передвигаться, а некоторых особей заметили лежащими на спине, вскоре насекомые пришли в себя. Переработав этанол, они как ни в чем не бывало продолжили строить гнездо. Исследователей это поразило, поскольку подобный эксперимент с медоносными пчелами привел к их гибели в течение 24 часов.

По мнению ученых, необычайная стойкость восточных шершней к спирту объясняется высокой скоростью метаболизма этанола в их организме, которую, вероятно, обеспечивает наличие у представителей рода Vespa нескольких копий генов, отвечающих за расщепление алкоголя (алкогольдегидрогеназы, НАДФ+).

Эта особенность могла развиться в процессе эволюции — в результате мутуалистических, то есть взаимовыгодных, отношений с натуральными дрожжами Saccharomyces cerevisiae, которые встречаются в природе, а также применяются в хлебопечении и производстве спиртного. Из прошлых исследований известно, что эти микроскопические грибы, не переносящие холод, зимуют и размножаются в кишечнике общественных ос, к которым принадлежат и шершни. В качестве «ответной услуги» дрожжи обеспечивают насекомых энергией, сбраживая фрукты и нектар, которыми те питаются. Чтобы выдерживать эту нагрузку, шершни, видимо, приобрели дополнительные гены, обеспечивающие устойчивость к алкоголю.

Авторы новой научной работы отметили, что их эксперимент и другие подобные исследования важны, поскольку расширяют знания о природе толерантности к этанолу. С их помощью ученые смогут лучше понять механизмы расстройств, связанных с употреблением алкоголя, и найти новые методы их лечения.

Статья спизжена отсюда

20 лучших микрофотографий Nikon Small World 2024

Компания Nikon объявила победителей конкурса микрофотографии Nikon Small World. В этом году престижный конкурс прошел уже в 50-й раз. На него поступило до 2100 заявок от студентов, преподавателей, исследовательских учреждений и ученых из 80 стран.

Место не заняло. Пальмовый долгоносик. Танта, Египет

20 место. Ранняя стадия дифференциации клеток нейробластомы мыши. Огаста, Джорджия, США

19 место. Семя смолёвки. Сан-Ансельмо, Калифорния, США

18 место. Яйцо насекомого, зараженное осой. Сан-Ансельмо, Калифорния, США

17 место. Органы размножения харовой водоросли (Chara virgata). Свосов, Жилинский, Словацкая Республика

16 место. Две водяные блохи (Daphnia sp.) с эмбрионами (слева) и яйцами (справа). Сувалки, Подляское воеводство, Польша

15 место. Отдельные чешуйки на крыле урании мадагаскарской (Chrysiridia ripheus). Сен-Лис, Верхняя Гаронна, Франция

14 место. Перекристаллизованная смесь гидрохинона и миоинозитола. Сувалки, Подляское воеводство, Польша

13 место. Глаза зеленого паука-краба (Diaea dorsata). Бедльно, Свентокшиское воеводство, Польша

12 место. Крыльевые чешуйки бабочки (Papilio ulysses) на игле медицинского шприца. Оберцент-Айрленбах, Гессен, Германия

11 место. Слизевик на гнилой ветке с каплями воды. Банд, Веспрем, Венгрия

10 место. Споры черного трюфеля (Tuber melanosporum). Прага, Чешская Республика

9 место. Пыльца в паутине паука-крестовика (Araneus). Бендорф, Рейнланд-Пфальц, Германия

8 место. Нейрон, густо покрытый дендритными шипиками из полосатого тела мозга взрослой крысы. Веллингтон, Новая Зеландия

7 место. Поперечный разрез листа песколюбки (Ammophila arenaria). Мария Энцерсдорф, Австрия

6 место. Слизевик (Cribraria cancellata). Хельсинки, Ууденмаан-Ляэни, Финляндия

5 место. Скопление яиц осьминога (Octopus hummelincki). Нью-Йорк, Нью-Йорк, США

4 место. Часть тонкого кишечника мыши. Чарльстон, Южная Каролина, США

3 место. Лист марихуаны, луковичные железы — трихомы, пузырьки внутри — каннабиноидные везикулы. Порт Таунсенд, Вашингтон, США

2 место. Электрическая дуга между штифтом и проводом. Верона, Венето, Италия

1 место. Дифференцированные клетки опухоли мозга мыши. Огаста, Джорджия, США

Муравьиная матка «переработала» больное потомство

Если муравьиная матка замечает у личинок признаки болезни, то не «выхаживает» потомство, а съедает. Как такой каннибализм помогает появлению здоровых муравьев, выяснили ученые из Великобритании.

Матка черного садового муравья съедает личинок

Муравьи — насекомые, которым свойствен ряд интересных для науки особенностей. Например, считается, что они стали социальными и научились общаться с помощью феромонов (ароматических соединений) больше 100 миллионов лет назад. Кроме того, они приспособились строить гнезда так, чтобы не заражаться смертельными болезнями от сородичей.

Специалисты из Оксфордского университета в Великобритании обнаружили еще один механизм, защищающий муравьев от инфекций. Они заметили, что матка съедает заболевающих личинок, а полученную энергию направляет на создание здорового потомства. Статья с соответствующими выводами появилась в научном журнале Current Biology.

Авторы публикации провели эксперимент с участием маток черного садового муравья (Lasius niger). Самкам «подбросили» личинок, которые были заражены грибковой инфекцией — смертельной, но пока не передающейся другим. В итоге матки уничтожили 92% инфицированных личинок и только 6% здоровых — относящихся к контрольной группе.

Матки по-разному вели себя с инфицированными, но не заразными, потенциально заразными и здоровыми личинками

Матки начинали поедать личинок, как только замечали первые признаки болезни. На уничтожение нездорового потомства уходило несколько часов. При этом сами матки не заражались — вероятно, они защищали себя, проглатывая антимикробный яд, который вырабатывает специальная железа на брюшке.

Ученые сравнили плодовитость самок, которые поедали зараженных личинок, и маток из контрольной группы. Оказалось, что «гигиенический каннибализм» позволил откладывать на 55% больше яиц, используя для размножения питательные вещества, полученные от проглоченного потомства.

«Матки, которые производят больше всего рабочих особей, имеют наилучшие шансы на выживание, поэтому возможность поедать и перерабатывать зараженных личинок обратно в потомство означает, что ценные ресурсы не будут потрачены впустую», — пояснили исследователи.

Важно, что личинок, болезнь которых приближалась к инфекционной стадии и которые могли стать заразными, матки не пытались съесть. Самки опрыскивали потенциально опасных личинок выработанным антимикробным ядом, но в 80% случаев все равно заболевали и умирали. Эксперимент показал, что действовать необходимо как можно раньше, и матки стараются следовать этому правилу.

«Гигиенический каннибализм» зафиксировали только у маток — взрослым рабочим муравьям такое поведение свойственно не было. Вероятно, дело в том, что рабочие муравьи могут вынести зараженных личинок из гнезда, а матки гнездо не покидают и вынуждены защищаться от болезней по-другому.

Статья спизжена отсюда

В решении задачи трех тел обнаружили «островки закономерности»

Когда в космическом пространстве три массивных тела воздействуют друг на друга через силы взаимного гравитационного притяжения, их движение становится непредсказуемым. Многие ученые пытались описать движение трех тел в одной системе и таким образом найти решение задачи, применимое для любых начальных условий объектов. Однако все было безуспешно. Теперь международная команда математиков и физиков провела тысячи моделирований задачи трех тел и выяснила, что среди множества ее решений есть и те, которые заключают в себе «островки закономерности», где объекты начинают вести себя предсказуемо.

Международная команда математиков и физиков под руководством Алессандро Трани (Alessandro Trani) из Института Нильса Бора (Дания) использовала суперкомпьютер для численного моделирования задачи трех тел и обнаружила в хаосе движения этих объектов пробелы — «островки закономерности». Эти «островки» показали, где объекты ведут себя предсказуемо и подчиняются определенным правилам: траектория их орбит напрямую зависит от того, как три объекта расположены друг относительно друга в момент сближения, а также от их скорости и угла сближения. Об исследовании рассказывается в пресс-релизе, опубликованном на сайте института.

Трани и его коллеги создали программу Tsunami, которая перебирала миллионы возможных комбинаций взаимодействия трех тел в системе, рассчитывала траекторию их движения, используя теорию общей относительности Эйнштейна и законы Ньютона. Эта программа предполагала использование статистического метода и наличие специальной карты, на которой каждая точка соответствовала конкретному набору начальных условий.

Затем каждой точке ученые присвоили свой цвет в зависимости от того, какой из трех объектов в итоге «выбрасывается» из системы в результате взаимодействия (в большинстве случаев — объект с наименьшей массой).

Если бы движения объектов в системе были случайными, то есть сама задача предполагала хаотичность, цвета на карте перемешались бы случайным образом. Однако в своем исследовании такой картины ученые не наблюдали. Они обнаружили на карте области, окрашенные в один цвет. По словам исследователей, эти области и есть «островки закономерности»: там начальные условия предопределяют дальнейшую эволюцию системы.

"Миллионы симуляций формируют грубую карту всех мыслимых результатов, когда встречаются три объекта, как огромный гобелен, сотканный из нитей начальных конфигураций. Именно здесь появляются острова закономерности"

Авторы работы посчитали, что на этих «островках» движение объектов подчиняется строгим математическим закономерностям, оно упорядоченно и предсказуемо. Это, в свою очередь, указывает на существование общего решения задачи трех тел.

Однако «островки закономерности», обнаруженные командой Трани в решении задачи трех тел, могут представлять проблему для исследователей. Дело в том, что этот подход хорошо вычисляет хаотичные траектории движения тел, но плохо работает, когда дело касается «закономерных» траекторий.

«Когда некоторые области на карте, предполагающие хаотичное движение объектов, внезапно переходили в фазу закономерного движения, наши статистические расчеты для этой фазы нарушались, что приводило к неточным предсказаниям. Теперь наша цель — научиться сочетать статистические методы с численными, чтобы обеспечить высокую точность предсказания, когда система начинает становится более закономерной», — пояснил Трани.

Открытые «островки закономерности» — важный шаг на пути к общему решению задачи трех тел. Исследователям еще предстоит провести серию компьютерных экспериментов, чтобы детально изучить свойства «островков» и понять механику их образования, а также оценить влияние на эволюцию системы.

В космосе наличие систем, состоящих из трех объектов, не редкость. Поэтому решение задачи трех тел — не просто теоретический вызов, а возможность постичь тайны Вселенной.

Статья спизжена отсюда

С помощью микроторнадо из жидкого гелия-4 в лаборатории создали наиболее точную модель чёрной дыры

Группа британских учёных опубликовала в журнале Nature статью, в которой сообщила о создании наиболее точной модели чёрной дыры. Прямое наблюдение этих объектов в природе крайне затруднено, поскольку чёрные дыры блокируют электромагнитное излучение. Поэтому лабораторное моделирование — это один из путей изучить их свойства и сопоставить с теоретическими представлениями.

Нейрокартинка для набивая классов

В качестве основы лабораторной модели чёрной дыры учёные из Ноттингемского университета, Королевского колледжа Лондона и Университета Ньюкасла представили охлаждённый до сверхтекучего состоянии изотоп гелий-4. Вещество охладили до -271 °C и закрутили в воронку.

В одном из ранних исследований учёные обратили внимание на то, что воронка воды сильно напоминает гравитационные явления искажения пространства-времени вблизи чёрных дыр. Использование для моделирования жидкости в сверхтекучем состоянии с охлаждением едва ли не до абсолютного нуля привносит в процесс квантовые свойства, а это — путь к квантовой теории поля и сути квантового поведения чёрных дыр. По крайней мере, на уровне квантовой механики ряд процессов должны проходить одинаково и это можно соотнести с теорией.

«Использование сверхтекучего гелия позволило нам изучить крошечные поверхностные волны с большей детализацией и точностью, чем в наших предыдущих экспериментах в воде, — пояснил физик Патрик Шванчара (Patrik Švančara) из Ноттингемского университета, который руководил исследованием. — Поскольку вязкость сверхтекучего гелия чрезвычайно мала, мы смогли тщательно исследовать их взаимодействие со сверхтекучим торнадо и сравнить полученные результаты с нашими собственными теоретическими прогнозами»

«Торнадо в стакане»

Изучая «торнадо в стакане», исследователи смогли выявить сходство между вихревым потоком и влиянием вращающейся чёрной дыры на искривленное пространство-время вокруг нее. В частности, исследователи наблюдали стоячие волны, аналогичные связанным состояниям чёрной дыры, и возбуждения, аналогичные кольцевому замыканию новообразованной чёрной дыры. И это только начало. Теперь, когда исследователи продемонстрировали, что их эксперимент работает так, как они задумали, «вихрь» готов открыть новую область науки о чёрных дырах.

Статья спизжена отсюда