Текст уведомления здесь
Одна из моделей атомных часов на ядрах иттербия в NISTN. Phillips/NIST

Созданы рекордно точные атомные часы

Новый прибор тикает так точно, что теоретически может уловить гравитационную волну. Или детектировать темную материю

Экспериментальные атомные часы в Национальном институте стандартов и технологий, NIST, (США) установили сразу три рекорда — точности, стабильности и воспроизводимости результатов на двух разных установках. Никогда еще двое часов не тикали столь синхронно. Как сообщается в пресс-релизе NIST, столь точные часы смогут засечь даже изменение формы Земли под действием гравитационных волн, а это позволит приблизиться к решению ряда фундаментальных вопросов.
Добавить в закладки
Комментарии

Атомные часы используют в качестве «маятника» отдельные атомы внутри специальных ловушек. Когда атом переходит с одного энергетического уровня на другой, то есть получает или отдает порцию энергии, он испускает излучение со строго фиксированной частотой. И, зная эту частоту, число колебаний в секунду, физики могут определить время. Согласно современному определению, одной секундой называют ровно 9 192 631 770 периодов излучения охлажденных практически до абсолютного нуля атомов цезия-133. Это значит, что за одну секунду создаваемое этими атомами электромагнитное поле успевает поменять направление ровно 9 192 631 770 раз.

Излучение атомов гораздо стабильнее, чем колебания механических маятников или кварцевых пластинок, используемых в большинстве бытовых часов, однако и на него влияют разные факторы. Разработка американских физиков и инженеров, о которой также сообщается в Nature, использует в качестве маятника не одиночный атом, посаженный в ловушку, а совокупность тысячи атомов иттербия, подвешенных в пересекающихся друг с другом лазерных лучах.

Система из двух таких часов показала беспрецедентные характеристики. Так, ошибка в показаниях не превышает 1,4×10-18, то есть разработчикам прибора удалось достичь точности, немногим хуже одной миллиардной от одной миллиардной.

Если бы такие часы были запущены в момент формирования Земли, они бы к сегодняшнему дню ушли вперед — или отстали — всего на одну десятую секунды. А если бы их последний раз проверили во время вымирания динозавров, то сегодня расхождение показаний с реальностью было бы в районе полутора миллисекунд.

Столь высокая точность сопровождается соответствующей стабильностью и воспроизводимостью результатов, то есть разные часы идут одинаково в равных условиях. И это означает не просто шаг вперед для метрологии как таковой, но и новые возможности для фундаментальной науки. Часы в гравитационном поле замедляют свой ход, и этот эффект теперь можно обнаружить при сравнении показаний двух часов в разных местах даже там, где он раньше был недоступен для наблюдения в силу своей малой величины.

Атомные часы образца 1976 года уже были способны зафиксировать замедление времени, вызываемое гравитационным полем Земли: они «тикали» с разной частотой при сравнении показаний на поверхности и на десятикилометровой высоте. Новая же разработка должна зафиксировать (при наличии двух подобных приборов в разных местах) тот эффект, который возникает из-за растяжения или сжатия планеты в пределах одного сантиметра. Для сравнения: приливы, создаваемые Луной и Солнцем, поднимают и опускают поверхность планеты (включая кору материков) на величину в несколько десятков сантиметров, так что геофизики смогут увидеть не только очевидные приливные эффекты, но и ряд более тонких явлений —  к примеру, гравитационные волны.

Так что, возможно, через некоторое время гравитационные волны будут ловить не только при помощи установок, подобных LIGO и VIRGO, но и при помощи сверхточных атомных часов.

Кроме того, достаточно точные атомные часы при размещении в нескольких разных точках смогут «поймать» темную материю, если та удовлетворяет одной из предлагаемых гипотез: возможно, что неуловимую массу создают вовсе не какие-то частицы, а своего рода «дефекты» в пространстве-времени. Гипотеза о том, что темная материя на самом деле имеет подобную природу, пока не была ни доказана, ни опровергнута, так что появление нового инструмента окажется весьма кстати.

А недавно, кстати, метрологи наконец-то избавились от материального эквивалента килограмма, сведя его к планковской константе. Для этого им тоже потребовался прибор, созданный в NIST.

Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы
Toxeus magnus, заснятый в окрестностях Гонконгаportioid / iNaturalist.org / CC BY-SA 4.0

Паучихи-скакуны кормят детей молоком даже после того, как те вырастут

Свежее исследование продемонстрировало, что паучихи необычайно долго заботятся о своем потомстве — такое обычно характерно для млекопитающих

Изучив гнезда пауков-скакунов Toxeus magnus, китайские ученые обнаружили, что паучата, даже достигнув своего «совершеннолетия», еще долго живут в одном гнезде с матерью, а паучихи продолжают подкармливать своих отпрысков молоком. Ученые утверждают, что степень заботы, которую проявляют паучихи по отношению к своим детям, у членистоногих прежде не встречалась и скорее характерна для млекопитающих.
Добавить в закладки
Комментарии

Кормление молоком не является исключительным свойством млекопитающих. В том или ином виде питательные вещества потомству передают самые разные виды животных — от «птичьего молока» у голубей до питательных яиц многих беспозвоночных. А чем позвоночные, и особенно млекопитающие, действительно отличаются от других животных, так это тем, как долго выкармливают потомство и заботятся о нем. Они продолжают оберегать детенышей еще долго после того, как те начинают ходить и добывать себе еду. И вот — впервые — подобное поведение обнаружилось у пауков.

Пауки-скакуны не колониальные животные, однако в гнездах часто живут группами. Иногда это самка с маленькими детенышами, а иногда это несколько взрослых особей. Но, присмотревшись внимательнее, китайские исследователи, статья которых сегодня была опубликована в журнале Science, обнаружили, что «группа взрослых особей» — это тоже мать со своими детьми,  просто уже выросшими.

В течение первых 20 дней жизни паучата полностью зависят от матери, которая кормит их молоком — белесой питательной жидкостью из борозды на нижней части брюшка. По содержанию белка молоко паука-скакуна в несколько раз питательнее, чем коровье. Вторые 20 дней жизни детеныши уже могут передвигаться и охотиться сами, но продолжают слизывать молоко с брюшка матери. Затем выделение молока прекращается, но взрослые детеныши все еще предпочитают ночевать в гнезде. После 52-го дня у паучат начинается половое созревание, и тогда мать разрешает возвращаться в ее гнездо только дочерям. Сыновей же самка отгоняет, вероятно, во избежание инцеста.

Ученые проверили, что будет, если лишить растущих паучат матери или ее молока. До 20-го дня развития детеныши полностью зависят от матери и ее молока и в его отсутствие все гибнут. А вот после 20-го дня дело уже не в молоке: без него детеныши развиваются нормально. Дальше роль играет само присутствие матери. Если убрать ее из гнезда, то паучата выживают хуже и вырастают меньшего размера. А также сдвигается соотношение полов: если обычно самцов меньше 25% от общего числа детенышей, то в отсутствие матери их становится больше 50%. Почему так происходит — потому ли, что мать избирательно уничтожает сыновей, или из-за каких-то пассивных механизмов, еще предстоит выяснить. А пока что перед нами первый и, возможно, не последний пример долгой и усердной материнской заботы из мира беспозвоночных. [ ... ]

Читать полностью

Китайское правительство приостановило эксперимент по созданию генно-модифицированных детей

«Природа этого инцидента отвратительна», — гласит совместное заявление двух министерств КНР

Как сообщает агентство Reuters со ссылкой на китайское федеральное информационное агентство «Синьхуа», Министерство здравоохранения и Министерство науки и технологий вместе с Китайской ассоциацией по науке и технике потребовали от «соответствующих ведомств» остановить деятельность персонала, задействованного в эксперименте Хэ Цзянькуя.
Добавить в закладки
Комментарии

Также, как сообщает Associated Press, заместитель министра науки и технологий Китайской народной республики, выступая в эфире государственного телеканала CCTV в этот четверг, сказал, что министерство решительно выступает против создания генетически модифицированных детей, назвал действия исследовательской группы Хэ Цзянькуя незаконными и неприемлемыми и заявил, что по делу Хэ уже начато расследование.

В прошедший понедельник Хэ Цзянькуй из Южного университета науки и технологий в Шэньчжэне объявил о том, что в начале ноября в ходе его эксперимента у китайской пары родились близнецы, геном которых был модифицирован при помощи системы CRISPR/Cas, и девочки, получившие имена Лулу и Нана, теперь неуязвимы для ВИЧ, поскольку ген, кодирующий CCR5, у них был «сломан».

Заявление Хэ вызвало практически единогласный протест в среде специалистов по редактированию генома, которые обвинили китайского ученого в нарушении этических принципов клинических исследований.

Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы
Оловянная частица влетает в оловянную панель на скорости 1 км/cMostafa Hassani-Gangaraj et. al / CC BY-SA 4.0

Ученые сняли на видео, как микрочастицы плавят металл при ударе

Для этого они разгоняли оловянные частицы лазером до скорости 1 км/c и снимали видео с частотой 100 млн кадров в секунду

Достаточно простой процесс, происходящий, к примеру, при окраске металла из пульверизатора, когда крошечные частицы вещества на большой скорости врезаются в поверхность металла, до сих пор не был детально описан. Ученые из Массачусетского технологического института впервые записали этот процесс с помощью высокоскоростной камеры. Оказалось, что быстрые микроскопические частицы плавят металл в момент столкновения с ним.
Добавить в закладки
Комментарии

Сложность визуализации и описания этого процесса заключалась в том, что, во-первых, частицы могут двигаться с огромной скоростью — до 1 км/c, что в три-четыре раза быстрее, чем пассажирские реактивные самолеты. Во-вторых, сами частицы настолько малы — примерно десятая часть толщины человеческого волоса, — что для их наблюдения также требуется очень высокое увеличение.

Исследователи работали на специально созданном в MIT полигоне для разгона частиц, где можно записывать видео их движения с частотой до 100 миллионов кадров в секунду. В экспериментах они использовали оловянные частицы диаметром около 10 микрометров, разгоняли их с помощью лазера до 1 километра в секунду и сталкивали с оловянной же поверхностью. Еще один лазерный луч был использован, чтобы осветить момент попадания частиц на поверхность.

В результате ученым удалось точно описать условия, при которых частица отскакивает от поверхности, прилипает к ней или плавит поверхность. Итоги экспериментов легли в основу общей модели прогнозирования реакции частиц заданного размера, перемещающихся с определенной скоростью. Предыдущие исследования основывались на изучении процесса пост-фактум, по анализу поверхности уже после воздействия частиц. Это не позволяло понять сложную динамику процесса. Благодаря визуализации стало ясно, что при высокой скорости в момент удара происходит плавление как частицы, так и поверхности.

Фото последствий столкновения 10-нанометровой частицы с поверхностью на скоростях (a) 184, (b) 374, (c) 580, и (d) 1108 м/c. Видно, что частица в (a) отскочила, (b) — прилипла, (c) — частично расплавилась, (d) — расплавилась полностьюMostafa Hassani-Gangaraj et al. / Nature Communication / CC BY-SA 4.0
[ ... ]
Читать полностью