среда, 7 ноября 2018 г.

Группа физиков в Испании нашла необычный способ измерить массу нашей планеты при

помощи частиц нейтрино



Ученые использовали данные с детектора нейтрино, чтобы оценить плотность нашей планеты и высчитать ее массу, пишет Science Alert.

Нейтрино являются одними из самых распространенных частиц во Вселенной, но их трудно обнаружить. Они похожи на электроны, но у них нет электрического заряда, и их масса почти равна нулю, поэтому они очень мало взаимодействуют с нормальной материей, когда они протекают через Вселенную при почти световой скорости.

Хотя исторически усилия ученых по обнаружению нейтрино были не слишком успешными, детектор нейтрино IceCube, который работает в Антарктиде, недавно открыл мир нейтрино для науки. Используя данные IceCube за год, физики в Институте корпускулярной физики (IFIC) в испанской Валенсии смогли даже изучить внутренности Земли.

Для расчетов было использовано количество нейтрино, зарегистрированных детектором за время его работы. В данном случае исследователей интересовали атмосферные нейтрино, которые рождаются в верхних слоях земной атмосферы. Для нейтрино Земля почти прозрачна, но иногда частицы все-таки взаимодействуют с веществом и следы этих взаимодействий улавливаются детектором.

Нейтрино, которые появились у полюса, для регистрации должны были пройти всю планету, в том числе ее ядро, а прилетевшие под большими углами пересекали только кору. Это позволило восстановить распределение массы во всем объеме планеты.

В результате эксперимента ученые получили число 5,972E24 кг — именно столько весит Земля при подсчете ее массы традиционным способом. При этом выяснилось, что ядро планеты весит немного больше принятого значения.

Команда не узнала почти ничего нового о нашей планете. Плотность карты внутренней поверхности Земли, массы планеты и момента ее инерции была рассчитана с использованием новых данных, но все результаты соответствовали предыдущим измерениям. При этом суть исследования заключалась не в том, чтобы узнать что-то новое о Земле. Ученые хотели узнать что-то новое о нейтрино.

"Наши результаты демонстрируют возможность такого подхода к изучению внутренней структуры Земли, которая дополняет традиционные методы геофизики", - пишут исследователи в своей работе. По мнению авторов работы, новый метод позволит понять внутреннюю структуру планеты лучше, чем с помощью традиционных способов измерения

вторник, 6 ноября 2018 г.



понедельник, 5 ноября 2018 г.

Мировой океан нагревается на 60% быстрее, чем думают ученые

Ежегодно в течение последних 25 лет мировой океан получал и сохранял на 60% больше тепла, чем предполагали ученые.
Ученые следят за температурой мирового океана чтобы определить, как сильно нагревается поверхность Земли и сколько тепла она выделяет. Это явление напрямую влияет на изменение климата и повышение глобальной температуры.
Исследователи выяснили, что мировой океан нагревается на 60% сильнее, чем подсчитали аналитики ООН. В их отчете говорилось, что повышение температуры океана через 12 лет может привести к росту глобальной температуры на 1,5 градуса Цельсия.
Лора Респланди (Принстонский университет): «Представьте себе, что океан глубиной всего 10 метров. Наши данные показывают, что тогда он бы нагревался на 6,5 градусов Цельсия каждые десять лет с 1991 года. А по данным последнего доклада ООН — всего на 4 градуса».
Ранее климатологи из Австралийского национального университета выяснили, что даже при выполнении Парижского соглашения температура на Земле все равно поднимется еще на 3-4 °С. Причиной станут факторы, на которые человеку трудно повлиять — таяние вечной мерзлоты, выброс метангидратов со дна океана, исчезновение тропических лесов и лесов Северного полушария и другие.
hightech.fm

Химия и химики на монетах мира.


Илья Леенсон
канд. хим. наук, доцент Высшего химического колледжа РАН

Немецкий химик Юстус фон Либих (1803−1873) — один из самых знаменитых европейских химиков XIX века. Ему были посвящены две серебряные монеты. Первая (Ag-500, 10 марок) была выпущена в ГДР в 1978 году по случаю 175-летия со дня рождения Либиха (рис. 1). Ее тираж — 75,5 тыс. экз., а также 4,5 тыс. экз. качества proof.

Рис. 1 и рис. 2 («ТрВ» №20(264), 09.10.2018)

Рис. 1 и рис. 2
В ФРГ монету в честь Либиха выпустили в 2003 году, к 200-летию со дня его рождения (Ag-925, 10 евро, рис. 2). Ее тираж 2,05 млн экз., в том числе 350 тыс. экз. качества proof. Либих — один из основоположников органической химии. Ему принадлежит открытие изомерии (совместно с Вёлером). На монете — формула гремучей (фульминовой) кислоты HCNО, изомера циановой кислоты HOCN (Либих получил их серебряные соли), а также символ фосфора; как выяснил Либих, фосфор необходим растениям для питания, наряду с азотом и калием. Либих впервые синтезировал многие органические соединения, создал теорию многоосновных кислот, заложил основы агрохимии и предложил теорию минерального питания растений, разработал ряд количественных методов анализа и сконструировал для них оригинальные приборы, основал химический журнал, который с 1832 года носит его имя (Liebigs Annalen der Chemie). Важная заслуга Либиха в том, что он создал большую школу химиков; в его образцовой химической лаборатории стажировались и русские химики.

Рис. 3 («ТрВ» №20(264), 09.10.2018)

Рис. 3
В 1979 году в ФРГ была выпущена тиражом 5 млн экз. монета (медно-никелевый сплав, покрытый никелем) номиналом 5 марок, посвященная 100-летию со дня рождения немецкого физика и радиохимика Отто Гана (1879−1968). Ган открыл химический элемент протактиний (совместно с Лизе Мейтнер), ядерную изомерию у радиоактивных элементов. Но главное его открытие (совместно с немецким физиком Фрицем Штрассманом) — реакция деления урана под действием медленных нейтронов (1939 год). Это открытие стало первым шагом к практическому использованию ядерной энергии. В ноябре 1945 года Гану была присуждена Нобелевская премия по химии за 1944 год «за открытие деления ядер тяжелых атомов» (опоздание связано с тем, что в 1940–1943 годах Нобелевские премии не присуждались). На монете — схематическое изображение цепной реакции деления ядер урана (рис. 3). Аналогичный рисунок — на биметаллической монете Сомали номиналом 250 шиллингов, выпущенной в 2008 году (рис. 4). В Сомали в том же году и с тем же номиналом была выпущена монета, посвященная 100-летию со дня рождения Джона Бардина (рис. 5). В 1956 году Бардин получил Нобелевскую премию по физике (совместно с У. Шокли и У. Браттейном) за изобретение транзистора; без химии создание полупроводников было бы невозможно. На монете изображена электронная схема транзистора: C — collector (коллектор), E — emitter (эмиттер), B — base (база).
Рис. 4 и рис. 5 («ТрВ» №20(264), 09.10.2018)
Рис. 4 и рис. 5

Рис. 6 («ТрВ» №20(264), 09.10.2018)

Рис. 6
В 1968 году в ФРГ выпустили тиражом 3,03 млн экз. серебряную монету номиналом 5 марок, посвященную 150-летию со дня рождения Петтенкофера (рис. 6). Макс Йозеф фон Петтенкофер (1818−1901) — немецкий естествоиспытатель, химик и врач-гигиенист, основатель первого в Европе Института гигиены (в Мюнхене), президент Баварской академии наук с 1890 года. Он был сотрудником Монетного двора Мюнхена, где разработал способы выделения химически чистого золота и извлечения платины из серебряных талеров. Открыл способ изготовления авантюринового стекла. Разработал способ получения светильного газа из древесины.
Значительный след в химии оставил австрийский химик Карл Ауэр фон Вельсбах (1858−1929). Он открыл редкоземельные элементы празеодим, неодим и лютеций, изобрел газокалильную сетку (газовые горелки с «ауэровскими» колпачками в течение многих лет освещали улицы городов, выпускаются они и сейчас), предложил использовать в лампах накаливания вместо угольной нити металлическую — из тугоплавкого осмия. Из-за дороговизны осмия такие лампы не получили распространения. Место осмия занял намного более дешевый и более тугоплавкий вольфрам. В 1906 году по первым и последним буквам названий этих элементов было образовано название фирмы OSRAM. В 1898 году важным изобретением Ауэра стало применение цериево-железного сплава для изготовления кремней для зажигалок.
Ауэру посвящены две австрийские монеты (рис. 7 и 8). Его портрет изображен на серебряной (Ag-800) монете номиналом 25 шиллингов, выпущенной в 1958 году тиражом 4,999 млн экз. к 100-летию со дня рождения ученого. А в 2008 году к 150-летию со дня рождения Ауэра была выпушена тиражом 65 тыс. экз. биметаллическая монета номиналом 25 евро с сердцевиной из анодированного ниобия (отсюда его зеленый цвет) и с ободом из серебра (Ag-900). Изображения на монете прослеживают историю освещения.

Рис. 7 и рис. 8 («ТрВ» №20(264), 09.10.2018)

Рис. 7 и рис. 8
В 1995 году во Франции были выпущены две монеты с одинаковым рисунком (рис. 9), посвященные 100-летию со дня смерти французского химика и микробиолога Луи Пастера (1822−1895): 2 франка из никеля (тираж 9,975 млн) и серебряные (Ag-900) 100 франков (тираж 10 тыс. экз.). Пастеру впервые удалось разделить два оптических изомера органического соединения — виноградной кислоты. Он установил, что микроорганизмы способны усваивать только одну форму оптических изомеров. Пастер изучал различные формы брожения: спиртовое, уксусное и др. Он создал метод пастеризации, т. е. предохранения пищевых продуктов от порчи, доказал невозможность так называемого самозарождения живых существ, разработал учение об искусственном иммунитете и ввел в практику систему прививок и вакцинаций против инфекционных заболеваний.

Рис. 9 («ТрВ» №20(264), 09.10.2018)

Рис. 9
Пастер изображен также на монете Сан-Марино (20 лир, 1984, алюминиевая бронза, тираж 65 тыс. экз.). Эта монета (рис. 10) — одна из девяти монет так называемого Научного выпуска (см. статью «Химия и химики на монетах мира — 3»). А на монете 10 лир этого же выпуска изображен Вольта (рис. 11). Итальянский ученый Алессандро Вольта (1745−1827) считается физиком, однако и для химии он сделал немало: в 1776 году исследовал болотный газ (метан) и установил, что при сгорании он образует углекислый газ. В историю науки Вольта вошел как создатель первого химического источника постоянного тока — так называемого вольтова столба. Это открытие позволило изучить процессы электролиза, открыть с их помощью многие химические элементы.

Рис. 10 и рис. 11 («ТрВ» №20(264), 09.10.2018)

Рис. 10 и рис. 11

Озоновый слой восстанавливается, к 2060 году все будет хорошо

В докладе Всемирной метеорологической организации (ВМО) утверждается, что действия, предпринятые в рамках Монреальского протокола, привели к сокращению объема веществ, разрушающих озоновый слой в атмосфере. В данный момент он восстанавливается со скоростью 1—3% в десять лет, сообщается на сайте ООН.
Если темпы сохранятся, озоновый слой должен полностью восстановиться над Северным полушарием к 2030 году, над Южным полушарием — к 2050-му и над полюсами — к 2060 году.
Монреальский протокол, подписанный 16 сентября 1987 года, запрещает производство и продажу опасных веществ, истощающих озоновый слой. Озон защищает землю от ультрафиолетового излучения, являющегося основной причиной меланомы и других раковых заболеваний кожи. В ЮНЕП (Программа ООН по окружающей среде) считают, что надлежащая реализация Монреальского протокола поможет к 2030 году предотвратить 2 млн случаев рака кожи.
году предотвратить 2 млн случаев рака кожи.
Автор: Ян Альшевский. Фото: NASA
onliner.by

пятница, 2 ноября 2018 г.


Игрушка дьявола

Новая частица из коллайдера грозит уничтожить всю физику


Изображение: S.Brunier / ESO
Ученые, работающие в составе коллаборации CMS, сообщили о вероятном обнаружении неизвестной частицы, распадающейся на мюоны с общей массой 28 гигаэлектронвольт (ГэВ). В настоящее время ни одна теоретическая модель не предсказывает существование этой частицы, однако ученые надеются, что эта аномалия не является результатом статистической ошибки. Препринт с результатами наблюдения доступен в репозитории arXiv.org«Лента.ру» подробно рассказывает об исследовании, которое может оказаться как прорывным открытием, так и очередным пшиком.

Адская катушка

Компактный мюонный соленоид, или CMS (англ. Compact Muon Solenoid), — крупный детектор элементарных частиц, расположенный на Большом адронном коллайдере (БАК). Этот гигантский прибор диаметром 15 метров и весом 15 тысяч тонн предназначен для поиска Новой физики — физики за пределами Стандартной модели. Если Стандартная модель описывает свойства всех известных элементарных частиц (и некоторых пока не подтвержденных), то гипотезы в рамках Новой физики пытаются объяснить различные явления, которые до сих пор остаются загадкой для ученых.
Согласно одной из гипотез — суперсимметрии — каждой известной элементарной частице соответствует более тяжелый по массе суперпартнер. Например, партнером электрона, который является фермионом, является бозон селектрон, а партнером глюона (который бозон) — фермион глюино. Однако отсутствие результатов по подтверждению суперсимметрии привело к тому, что от этой модели отказываются все больше ученых
Внутри детектора происходят протон-протонные столкновения. Каждый протон состоит из трех кварков, которые удерживаются вместе глюонным полем. При высокой скорости, сравнимой со скоростью света, глюонное поле превращается в «суп» из частиц — глюонов. При лобовом столкновении протонов лишь несколько кварков или глюонов взаимодействуют друг с другом, остальные частицы беспрепятственно пролетают мимо. Происходят реакции, в ходе которых образуется множество короткоживущих частиц, а различные детекторы CMS регистрируют продукты их распада, включая мюоны. Мюоны напоминают электроны, однако в 200 раз массивнее.
С помощью детекторов, расположенных снаружи соленоида, ученые способны с высокой точностью отследить траектории мюонов и определить, что именно стало причиной появления той или иной частицы. Для того, чтобы повысить шансы получения редкой частицы, которая развалится на мюоны, требуется большое число протон-протонных столкновений. При этом генерируется астрономическое количество данных (около 40 терабайт в секунду), и для того, чтобы быстро найти в них что-то необычное, используется специальная триггерная система, которая решает, какую информацию записывать.

Призрак внутри

CMS совместно с детектором ATLAS, также расположенным на БАК, использовался для поиска бозона Хиггса, предсказанного в рамках Стандартной модели. Эта частица отвечает за массу W- и Z-бозонов (переносчиков слабого взаимодействия) и отсутствие массы у фотона и глюона. В 2012 году был обнаружен бозон Хиггса с массой 125 ГэВ. Однако ученые считают, что возможно существование и других бозонов Хиггса с меньшими массами, выходящих за рамки Стандартной модели. Их предсказывает двухдублетная хиггсовская модель и NMSSM (next-to-minimal supersymmetric Standard Model). Несмотря на все экспериментальные проверки, ученым до сих пор не удалось доказать или опровергнуть эти гипотезы.
Ученые на CMS ведут поиски и других легких экзотических частиц. К ним относятся, например, темные фотоны — переносчики совершенно нового фундаментального взаимодействия, напоминающего электромагнитное, и являющиеся аналогом фотонов для темной материи. Другой гипотетической частицей является темный аналог Z-бозона.
Физики провели эксперимент, чтобы найти свидетельства существования легкого бозона, который испускается парой прелестных кварков (b-кварков) и распадается на мюон и антимюон. В ходе эксперимента при протон-протонных столкновениях при энергии в системе центра масс (система, в которой частицы имеют равные и противоположно направленные импульсы), равной 8 ТэВ был зарегистрирован ряд событий, которые, вероятно, связаны с гипотетическим бозоном.
К первому роду событий относится появление струи b-кварков в центре детектора и передней его части, а ко второму — появление двух струй в центре и ни одной струи в передней части. В обоих случаях наблюдался избыток возникающих пар мюонов, при этом масса пар, как показал последующий анализ, достигала 28 ГэВ. Отличие количества мюонных пар от фоновых значений для событий первого рода равно 4,2 стандартного отклонения (сигмы), а для событий второго рода — 2,9 сигмы.

Смерть физики

В физике частиц отличие в пять сигм говорит о достоверном существовании аномалии, которая не могла возникнуть случайно. Однако, если отличие лежит в диапазоне 3-5 сигм, то физики говорят, что это лишь указывает на существование новой частицы. В последнем случае необходимо получить гораздо больше данных для подтверждения (или опровержения) результата, чтобы исключить ошибки обработки и интерпретации данных. Если все подтвердится, то можно сказать, что мюоны возникают из-за распада частицы Новой физики.
Это не первый случай, когда на БАКе наблюдают явление, не вписывающееся в Стандартную модель. В 2016 году физики заявили об обнаружении признаков существования резонанса, соответствующего массивной короткоживущей частице. Ее зарегистрировали в 2015 году как избыток пар фотонов с общей массой 750 ГэВ, на которые эта частица якобы распадается. Иными словами, эта частица должна была быть в шесть раз массивнее бозона Хиггса. Однако анализ данных, собранных на коллайдере позднее, не подтвердил этот результат.
До сих пор физики не обнаружили никаких достоверных следов существования Новой физики. Однако нет сомнения, что она должна существовать, ведь Стандартная модель не способна объяснить такие явления, как проблема иерархии масс фермионов (для ее решения вводится гипотетический голдстоуновский бозон), существование массы у нейтрино, асимметрия материи и антиматерии, происхождение темной энергии и другие. Само наличие темной материи во Вселенной предполагает целый класс гипотетических частиц с экзотическими свойствами, из которых она состоит. Парадоксально, но все, что пока удается сделать

На севере Японии исчез остров. 


Япония, по предварительным данным, лишилась острова Эсанбэ Ханакита Кодзима, расположенного недалеко от Курил, пишет The Guardian со ссылкой на местные СМИ.
Эсанбэ Ханакита Кодзима - необитаемый остров, который до 2014 года даже не имел собственного названия.
Предполагается, что возвышавшуюся над поверхностью моря часть острова разрушили штормы и ледоходы. В 1987 году, когда Береговая охрана Японии последний раз проводила обмеры этого острова, он поднимался над уровнем воды лишь на 1,4 метра.
Японские СМИ отмечают, что исчезновение острова прошло незамеченным для жителей ближайшего к нему населенного пункта - расположенной в 500 метрах деревни на острове Хоккайдо. На то, что этого участка суши больше нет, обратил внимание лишь приехавший посмотреть на него автор книги о необитаемых островах Хироси Симидзу.
Исчезновение острова, когда оно будет закреплено в официальных документах, приведет к пересмотру границ исключительной экономической зоны Японии. Она сократится примерно на 500 метров

Ученые создали у организмов квантовую запутанность. Почему это важно


Анализируя данные об одном из недавних экспериментов с бактериями, способными поглощать фотоны, группа ученых установила, что на самом деле речь идет о квантовой запутанности.
Фото: pixabay.com
Результаты исследования впервые были опубликованы в августе 2017 года. Тогда британские физики во главе с Дэвидом Коулом из университета Шеффилда анализировали поведение фотосинтетических бактерий.
Однако теперь ученые из Оксфордского университета во главе с Кьярой Марлетто пересмотрели данные того исследования и пришли к неожиданному выводу — возможно, в ходе того эксперимента бактерии стали первыми живыми организмами, которые оказались в состоянии квантовой запутанности с отражающимся между ними светом.
Результаты нового исследования были опубликованы в The Journal of Physics Communications.

Квантовая запутанность
Эксперимент Коула, проведенный в Шеффилде в 2016 году и описанный в научной прессе годом позже, подразумевал наблюдения за индивидуальными фотонами — самыми маленькими из определяемых современной наукой частиц света.
Фотоны могут вести себя как мельчайшие частицы, но также и как волны энергии, описываемые в рамках квантовой физики. В ходе эксперимента фотоны отражались между двумя зеркалами, которые были разделены микроскопическим расстоянием.
Бактерии, использовавшиеся в ходе эксперимента, принадлежат к виду зеленых грамотрицательных бактерий. Они «всасывают» свет и превращают его в тепло.
Квантовая механика могла играть важную роль в эволюции
Наблюдения за уровнями энергии в экспериментальной установке позволяют предположить, что принимавшие в нем участие бактерии вступили в квантовое взаимодействие с фотонами. На такой вывод ученых наводит тот факт, что некоторые отдельно взятые фотоны вроде бы одновременно и взаимодействовали с бактериями и пролетали мимо них.
Фактически, речь идет о феномене «кота Шредингера», поясняет Тристан Фэрроу, один из участников исследования. Эта концепция наглядно объясняет основы квантовой физики на примере кота, запертого в коробке. До тех пор пока коробка закрыта, неизвестно, жив кот или мертв.

Критика
Есть все основания относиться к эксперименту скептически, отмечает обозреватель Дэн Робицки, по крайней мере, до тех пор, пока его результаты не будут воссозданы в другом таком же эксперименте. Тогда можно будет говорить о признаках квантового взаимодействия живых организмов.
К тому же, как это всегда бывает при анализе эксперимента, проведенного в прошлом, ученые ограничены в своей работе исключительно данными, которые были опубликованы в предыдущем исследовании. Они не могут получить дополнительные данные или уточнить что-то.
Также стоит отметить, что для заключения о том, что имела место квантовая запутанность, необходимо, чтобы уровни энергии бактерий и всей остальной системы были зафиксированы по отдельности. Что не было сделано в ходе эксперимента 2017 года.

Почему это важно?
Однако, если предположить, что повторный эксперимент подтвердит факт квантовой запутанности в таких же условиях, это будет первый описанный случай, когда форма жизни действовала в рамках квантовой физики, обычно ограниченной субатомными частицами.
И хотя микробы весьма малы, это весьма большое событие, констатирует Робицки.
Если принять во внимание, что доминирующая теория говорит о том, что жизнь на Земле развилась из одноклеточных организмов, то результаты этого эксперимента позволяют говорить о том, что квантовая механика могла играть важную роль в эволюции, констатирует Тристан Грин, обозреватель The Next Web.
Это может быть ключевой момент для квантовой физики и науки вообще, поскольку он может изменить наше восприятие того, как устроен окружающий мир, подчеркивает Грин

среда, 31 октября 2018 г.

Если бы у микробов были глаза, видели ли бы они друг друга?

Рисунок © Н.В.
Нет, микробы не смогли бы видеть своих собратьев. Дело в том, что из-за физических свойств света такой оптический прибор, как глаз, имеет минимальный допустимый размер, и этот минимальный размер больше крупного микроба. К тому же, глаз не так просто построить — это орган, требующий многих живых клеток, а у микроба их всего одна — это он сам: ведь микробы обычно одноклеточные.
Но, скажете вы, пусть всё же у микробов появились волшебным образом невозможные микроглаза. Что тогда?
Но и тогда микробы не смогут увидеть других микробов. Потому что для того, чтобыувидеть, мало одних только глаз. Глаз воспринимает свет, а зрение — то чувство, которое «видит», — плод более сложной деятельности нервной системы. Зрение может обеспечиваться незамысловатой нервной системой, как у пчелы, а может — необыкновенно мудреной и разветвленной, как у кошки. Но у микроба, простейшего существа, нет совсем никакой нервной системы, поэтому глаза, даже если бы их и удалось разместить на поверхности микроба, просто было бы не к чему подключить.
А если бы микробы оснастились вдруг и нервной системой, то это стали бы уже не микробы.
Ответил: Александр Венедюхин elementy.ru

вторник, 30 октября 2018 г.


Зафиксирована смерть ближайшей к нам галактики



Малое Магелланово Облако

Астрономы Австралийского национального университета зафиксировали мощный отток водорода из Малого Магелланова Облака (ММО) — карликовой галактики, которая является спутником Млечного Пути наряду с Большим Магеллановым Облаком (БМО). Потеря межзвездного вещества способствует прекращению звездообразования. Об этом сообщает Science Alert.
Облака, космокрылые лошадки..
ММО находится в 200 тыс. световых лет от Земли, а по диаметру оно в 10 раз меньше Млечного Пути. Облако гравитационно связано с БМО и соединено с ним газовым «мостом». Карликовая галактика имеет большое количество рентгеновских двойных и массивных звезд.


Радиоинтерферометр ASKAP

Исследователи провели наблюдения за ММО с помощью австралийского радиоинтерферометра ASKAP. Они оценили объемы уходящего из галактики атомарного водорода — основного компонента, необходимого для звездообразования. Отток холодного газа происходит из центральной перемычки, где новые звезды еще появляются. Он простирается на 6523 световых года и сформировался, по оценкам, 25-60 миллионов лет назад. Масса уходящего газа составляет 10 миллионов масс Солнца
Причина смерти


Соседи Млечного пути

Звездные ветра и вспышки сверхновых «сдувают» газ из галактики. Этот процесс называется звездной обратной связью. При этом количество газа на порядок превышает скорость образования звезд. Хоть процесс в конечном итоге уничтожит ММО, он питает Магелланов Поток — цепочку облаков газа, протянувшихся до Южного полюса Млечного Пути.
По материалам: https://lenta.ru

Земля потеряла 60% всех животных за 40 лет


Над Минском заметили лунное гало


пятница, 26 октября 2018 г.

Где находится центр Вселенной? То есть по теории Большого взрыва вселенная начала расширяться. А где находится точка или координаты места начала этого взрыва?

Где находится центр Вселенной? Рисунок © Е.В.
Вопросы о центре Вселенной возникают довольно часто, и причина — в словосочетании «Большой взрыв», которое является переводом английского термина «Big Bang» — Большой бум. Этот термин был придуман известным физикомФредом Хойлом, который таким образом выразил свое саркастическое отношение к идее возникновения Вселенной. Космологи сарказма не уловили и охотно взяли термин на вооружение. Английское словосочетание Big Bang, конечно, не является строгим физическим термином, но оно на такой термин и не похоже! Русский перевод — Большой взрыв — выглядит более солидно и потому кажется более физичным, что многих вводит в заблуждение. Раз был взрыв, значит, было и место взрыва, и то, что взорвалось... На самом деле у расширения Вселенной центра быть не должно. Здесь самая популярная аналогия — надуваемый воздушный шарик. Его поверхность расширяется, но никакого центра у этого расширения нет.
Ответил: Дмитрий Вибе elementy.ru

Новый метод MicroED определяет молекулярную структуру вещества за полчаса

Рис. 1. Определение структуры молекулы прогестерона с помощью нового метода электронной дифракции
Рис. 1. Определение структуры молекулы прогестерона с помощью нового метода электронной дифракции. Порошок из банки с прогестероном высыпают на салфетку, слегка измельчают, наносят крупинки на специальную сетку для помещения в электронный микроскоп, в микроскопе образец замораживается до температуры жидкого азота, крупицу (нанокристалл) облучают пучком электронов, в течении трех минут собирают данные дифракции электронов на специальную КМОП-матрицу, анализируют их компьютерной программой, и через десять минут программа выдает рисунок структуры с разрешением менее одного ангстрема (1Å). Синей сеткой вокруг атомов обозначена амплитуда их вибрации. Весь процесс от открытия банки до получения структуры занимает менее получаса. Рисунок из обсуждаемой статьи
Достоверное определение молекулярной структуры вещества (особенно новых веществ) — это почти всегда длительный процесс, включающий в себя очистку, приготовление образцов и использование нескольких независимых аналитических и физических методов анализа. Он может занимать дни, недели или месяцы. Но похоже, мы находимся на пороге революции в этой области: исследователи из США выложили в открытый доступ препринт статьи с описанием нового прямого метода определения структуры органических молекул в твердом виде при помощи электронной дифракции, который выдает результат буквально за полчаса. Такой прорыв стал возможен благодаря облучению образца пучком электронов с разных сторон и специально разработанному алгоритму анализа получающейся дифракционной картины.
С самого начала истории химии определение структуры веществ было одной из самых важных и при этом самых сложных задач. Практически все химические исследования или рутинные проверки включают в себя определение структуры вещества. В художественных фильмах, отнюдь не только фантастических, очень часто можно видеть, как химик кладет только что найденный образец в прибор — и у него на экране сразу появляется структура доселе неизвестной молекулы. У настоящих химиков такие кадры могут вызвать лишь ухмылку. Кое-какие методы мгновенного определения структуры есть и используются, например, в аэропортах для поиска наркотиков и взрывчатых веществ. Но все эти методы нацелены на очень ограниченное количество молекул, все без исключения являются косвенными и структуру чего-либо нового, не заложенного в них, распознать не способны.
Создано и множество лабораторных методов, которые применяются, когда скорость не очень важна, зато нужно как можно точнее выявить структуру молекулы. Это определение точек кипения и плавления, измерение спектров поглощения и отражения волн различных длин (см. Ультрафиолетовая спектроскопия иИнфракрасная спектроскопия), элементный и спектральный анализы (определение продуктов горения и их спектров) и многие другие. В наши дни наиболее популярными являются ЯМР-спектроскопиямасс-спектрометрия ирентгенокристаллография. Первые два метода — косвенные: с их помощью структура определяется не напрямую, а через сигналы взаимодействия магнитных ядер с магнитным полем (в случае ЯМР-спектроскопии) и через определение молярных масс ионизированных продуктов распада (в случае масс-спектрометрии). Из-за косвенности определить структуру не всегда получается, и возможны ошибки. На данный момент нет компьютерной программы, которая, проанализировав полученные этими методами спектры, сможет определить структуру нового вещества. Поэтому золотым стандартом считается третий метод — рентгенокристаллография.
Этот метод основан на измерении дифракции рентгеновских лучей, отраженных от кристалла вещества: из полученной дифракционной картины высчитывается молекулярная структура с разрешением до отдельных атомов, если они больше водорода (атомы водорода видны не всегда, и их расположение часто экстраполируют). Структуры, определенные этим методом с достаточно хорошим разрешением, сомнению почти никогда не подвергаются, и всё бы хорошо, но далеко не любое вещество можно кристаллизовать. И даже когда кристаллизовать получается, кристалл должен быть высокого качества (с небольшим количеством дефектов) и видимого размера (желательно — миллиметрового). На получение таких кристаллов могут уходить недели, процесс сложно воспроизводим и во многом зависит от случая. Тем не менее многие журналы и рецензенты отказываются принимать публикации о новых веществах без рентгеноструктуры. Да и сами химики без этого анализа часто не могут быть уверены в своем открытии и даже в правильности анализа известных веществ.
Поэтому несложно представить возбуждение, охватившее химиков во всем мире, когда неделю назад в открытый доступ на сайте препринтов химических статей chemrxiv.org была выложена статья с описанием прямого метода определения структуры молекул, который требует всего нескольких десятков минут, подходит почти для любых твердых веществ и для которого хватает наноразмерного образца (рис. 1). Вещество всё равно должно быть в кристаллической форме, но размер может быть настолько крохотным, что получить кристаллы достаточного качества (без дефектов) не представляет трудности. Настолько мелкие кристаллы зачастую образуются спонтанно при высушивании раствора — проблему для применения в рентгенокристаллографии представляет их многократное укрупнение без образования дефектов. Метод, названный авторами MicroED (аббревиатура от micro-electron diffraction — «микроскопия + электронная дифракция»), является адаптацией и улучшением технологии электронной кристаллографии в криоэлектроннoй микроскопии, которая использовалась до сих пор для определения структуры белков, и за которую была вручена Нобелевская премия по химии в 2017 году.
Так как взаимодействие электронов с веществом намного сильнее, чем у рентгеновских фотонов, для получения высокого разрешения требуется значительно меньшее количество сканирований и, соответственно, кристалл намного меньшего размера. Однако, для небольших молекул эта технология раньше была неприменима из-за быстрого разрушения образцов высокоэнергетичным пучком электронов. Авторы новой методики решили эту проблему снижением интенсивности пучка в 200 раз (по сравнению с использовавшимися ранее методами электронной дифракции) и сканированием крупицы вещества под множеством разных углов (образец вращается со скоростью 0,5 градуса в секунду). Сыграли роль также появление суперчувствительных матриц и разработка компьютерной программы, обрабатывающей полученные данные, — структура молекулы, разумеется, высчитывается математическими алгоритмами (так же, как в рентгенокристаллографии).
Первоначально эта методика была описана в 2013 году для более качественного определения структуры белков, замороженных в водном растворе (D. Shi et al., 2013.Three-dimensional electron crystallography of protein microcrystals). И вот, спустя пять лет, ученые под руководством Тамира Гонена (Tamir Gonen), который занимался разработкой MicroED, при содействии группы Брайена Штольца (Brian M. Stoltz) адаптировали эту технологию для почти любых нанокристаллов небольших нерастворенных молекул.
Помимо прогестерона авторы обсуждаемой статьи определили структуры десятков известных веществ: лекарственных препаратов, витаминов и натуральных продуктов. Среди них были и довольно крупные молекулы, как, например, тиострептон (thiostrepton, рис. 2). Большие молекулы (как белки) должны быть заморожены в водной матрице, чтобы уменьшить спонтанное движение групп, ухудшающее разрешение. Кристаллы небольших молекул и так достаточно плотные, поэтому заморозка в матрице не требуется. Но чем молекула больше, тем хуже разрешение нового метода.
Рис. 2. Структура молекулы тиострептона, полученная методом MicroED
Рис. 2. Структура молекулы тиострептона, полученная методом MicroED. Атомы углерода показаны синим, кислорода — красным, азота — желтым. Атомы водорода не показаны, чтобы не усложнять картину. Рисунок из обсуждаемой статьи в chemrxiv.org
Hа вид аморфные (без заметных невооруженным глазом кристаллов) порошки были проанализированы прямо в том виде, в каком они были получены от поставщиков, без какой-либо дополнительной обработки — их даже не всегда надо было измельчать. Объемы нанокристаллов вещества были в миллиарды раз меньше необходимого для рентгенокристаллографии. Авторы продемонстрировали дополнительное преимущество MicroED: блaгодаря сильному взаимодействию электронов с веществом он часто напрямую определяет расположение атомов водорода в анализируемой молекуле (гораздо чаще, чем это происходит при рентгенокристаллографии).
Вещества «из коробки», возможно, проходят через кристаллизацию — это может быть частью процедур очистки перед продажей. Поэтому для лучшей демонстрации потенциала метода авторы решили проверить его на веществах, которые не были намеренно кристаллизованы, а были только что очищены жидкостной хроматографией в их лаборатории. С такими веществами структура была успешно расшифрована без какой-либо обработки в двух из четырех проверенных случаев (молекулы (-)-лимаспермидина и оксиндола).
Рис. 3 демонстрирует еще одну уникальную возможность, которую предоставляет метод MicroED. Несколько веществ (биотин, цинхонин, карбамазепин и бруцин) смешали, смесь поместили под микроскоп и в течении нескольких минут, учитывая уже полученные данные на индивидуальных образцах, смогли определить, к какому из четырех веществ относится каждый отдельный нанокристалл.
Рис. 3. MicroED-анализ смеси смеси кристалликов биотина, цинхонина, карбамазепина и бруцина позволил определить, где какое вещество, за считаные минуты
Рис. 3. MicroED-анализ смеси смеси кристалликов биотина, цинхонина, карбамазепина и бруцина позволил определить, где какое вещество, за считаные минуты. Метод рентгенокристаллографии на такое и близко не способен. Рисунок из обсуждаемой статьи в chemrxiv.org
Авторы надеются, что метод вскоре станет стандартным для анализа и определения структуры веществ в любой химической лаборатории. Возможно, скоро сцены химического анализа из плохих (с точки зрения отражения «химических» реалий) фильмов станут реальностью.
* * *
В тот же день была опубликована работа европейской конкурирующей группы исследователей из Германии и Швейцарии с очень похожим методом, который авторы пока никак не назвали. Как и их американские коллеги, они используют чувствительный детектор, но механизма, постепенно вращающего кристаллы, у них нет, и они их не замораживают. Вместо этого они выбирали более крупные кристаллы (микро- вместо наноразмерных) и сканировaли тонким пучком электронов разные регионы, чтобы собрать достаточное для анализа число сканирований. Такие кристаллы, хоть и более крупные, всё еще гораздо меньше, чем требуются для рентгенокристаллографии в лабораторных условиях.
Своим методом исследователи проанализировали всего две молекулы. Первая — это молекула парацетамола. Чтобы получить ее структуру авторы просто раскрыли капсулу с порошком (pис. 4a), который в основном состоит не из парацетамола, а из различных некристалличных (аморфных) наполнителей.
Рис. 4. Определение структуры молекулы парацетамола из капсулы
Рис. 4. Определение структуры молекулы парацетамола из капсулы. a — открытая капсула; b — кристалл парацетамола увиденный в микроскопе; c — дифракция электронов отражённых от кристалла; d — полученная структура парацетамола; атомы кислорода красные, азота — синие, углерода — черные, водорода — белые в синих кружочках. Рисунок из статьи в Angewandte Chemie
С помощью микркоскопа увидеть микрокристалл (pис. 4b) не составило труда, и через 10 минут электронной дифракцией (pис. 4c) была получена структура парацетамола с водородами и высоким разрешением (pис. 4d). Вторая молекула — метиленовый синий — важный индустриальный краситель используемый также в фармацевтике, из которого трудно получить большие кристаллы, пригодные для рентгенокристаллографии.
* * *
Источник: Christopher G. Jones, Michael W. Martynowycz, Johan Hattne, Tyler Fulton, Brian M. Stoltz, Jose A. Rodriguez, Hosea M. Nelson, Tamir Gonen. The CryoEM method MicroED as a powerful tool for small molecule structure — препринт на сайте chemrxiv.org.
См. также:
Robert F. Service. ‘A new day for chemistry’: Molecular CT scan could dramatically speed drug discovery — колонка, посвященная обсуждаемой статье на сайте журналаScience.
Григорий Молев element.ru