Фізика
Проксима b — надії нема. Одним із найзворушливіших відкриттів 2016 року стала планета Проксима b, що обертається довкола червоного карлика Проксими Центавра, найближчої до Сонячної системи зірки. Планета розташована в «зоні життя», тобто на такій відстані від зірки, що на ній може існувати рідка вода. За розмірами планета схожа на Землю: оцінка маси показує 1,3 маси Землі, радіус же на 10% більший від земного. Рік на Проксимі b триває лише 11,2 дня на Землі.
Незважаючи на те що планета повернута до зірки однією стороною, як Місяць до Землі, і радіаційний фон там має бути в рази більший, ніж не Землі, над можливістю існування там життя чимало спекулювали. Проте після статті дослідників з Інституту Карнеґі ці спекуляції мають зійти нанівець.
Читайте також: Премія Вольфа для українця, квантова пам’ять та вакцина від раку
Астрономи рапортували про спалах на Проксимі Центавра, що відбувся 24 березня 2017-го. Яскравість зірки зросла в 1 тис. разів за 10 с. Спалах був у 10 разів інтенсивніший за сонячні та мав знищити на планеті будь-яку біосферу, якби вона там існувала. До того ж такі спалахи могли відбуватися в минулому, що мало перетворити поверхню планети на стерильну пустелю. А шкода! Чергова надія на існування життя на іншій планеті випарувалася, мов океани Проксими b (якщо вони там колись існували) від радіаційних спалахів.
Дослідження опубліковане в журналі The Asctophysical Journal Letters.
Таким був би ландшафт Проксими b, що обертається довкола червоного карлика. Якби було кому цим ландшафтом милуватися, звичайно. Зображення: Wikipedia
Мігруюча екзопланета. Зате інші дослідники під керівництвом Ханни Вейкфорд із Балтимора знайшли чимало води на планеті WASP-39b за 700 світлових років від Землі. Планета належить до «гарячих Сатурнів»: за масою вона схожа на Сатурн, проте розміщена значно ближче до своєї зірки, і температура її атмосфери має сягати 750 °C. Планета також повернута однією стороною до зірки, схожої на наше Сонце, проте через перенесення атмосферних мас інша сторона також розігрівається до чималих температур.
От тільки на масі подібність і закінчується. Невідомо, чи є у WASP-39b кільця, і склад атмосфери там надто відрізняється від сатурнової. На планеті втричі більше водяного пару, ніж на Сатурні, що змусило науковців запропонувати досить неочікувану модель її еволюції.
Читайте також: Харківські нейтрони, екзогалактичні планети та клоновані мавпи
Згідно з гіпотезою, планета сформувалася далеко від зірки й бомбардувалася кригою у формі метеоритів або ж комет. Однак таке можливо тільки якщо вона сформувалася значно далі від зірки, ніж є зараз, а потім мігрувала до нинішнього положення. WASP-39b показує, що формування планетних систем значно складніший і різноманітніший процес, ніж вважалося досі. Адже нічого такого до таємничої міграції WASP-39b ще не спостерігали.
Дослідження опубліковане в журналі The Astronomical Journal.
Шарові блискавки в Бозе-конденсаті. Зазвичай, коли говорять про агрегатні стани речовини, згадують твердий, рідкий і газоподібний. «Просунутіші» люди згадують про плазму. А от про конденсат Бозе-Айнштайна — куди рідше. Те, що матерія може існувати в такому стані, показали ще в 1925-му Альберт Айнштайн та Шатьєндранат Бозе. Коли атоми охолоджують до надзвичайно низьких температур, у мільйони разів нижчих за градус Кельвіна, вони переходять у найнижчий можливий квантовий стан, тобто їхня енергія мінімальна. Бозони, на відміну від ферміонів, мають цілий спін — внутрішній магнітний момент. Велика кількість бозонів може перебувати в стані, коли їх неможливо відрізнити одне від одного, і можна сказати, ніби вони поводяться як один великий атом. У Бозе-конденсаті спостерігаються незвичні явища, наприклад надплинність — відсутність в’язкості в рідкому гелії. У 2001 році за створення в лабораторних умовах Бозе-конденсату з атомів рубідію-87 за температури 20 nK присудили Нобелівську премію з фізики.
Дослідники із Амхерстського коледжу та Університету Аалто зуміли створити в Бозе-конденсаті скірміони. Це квазічастинки, тобто об’єкти, що показують певні властивості й можуть розглядатися як частинки, проте ними не є. У скірміонах магнітні моменти спрямовані в протилежний бік, ніж в інших частинах досліджуваної речовини. Уперше модель скірміону запропонував Тоні Скайрм у 1962-му, звідтоді були повідомлення про їхнє детектування в різних матеріалах, зазвичай двовимірних. І ось фізики вперше створили тривимірний скірміон в Бозе-конденсаті.
Спіни атомів рубідію-87 в Бозе-конденсаті розташувалися вздовж одного напрямку, заданого прикладеним фізиками магнітним полем. Потім поле змінилося таким чином, що в центрі конденсату воно стало нульовим, і спіни почали обертатися, закручуючись навколо центру, утворюючи ніби магнітні вихори. Дослідники стверджують, що властивості цих вихорів, скірміонів, схожі на ті, що мають показувати шарові блискавки.
Cкірміони в конденсаті Бозе-Айнштайна. Білим кольором відмічені ділянки з підвищеною концентрацією атомів рубідію. Саме такий вигляд має шарова блискавка у квантовому газі
Дослідження опубліковане в журналі Science Advances
Полярони в Бозе-конденсаті. І знову про дослідження Бозе-конденсату. Цього разу в конденсаті з атомів стронцію-84 спостерігали інші квазічастинки — полярони, запропоновані ще в 1933 році Левом Ландау. Коли електрон рухається діелектриком або металом, він деформує кристалічну ґратку речовини, взаємодіючи з її атомами. Зона деформацій рухається разом з електроном, що й розглядають як квазічастинку полярон. Вона має ефективну масу, що більша за масу поодинокого електрона. Ефективну означає, що квазічастинку можна описувати математичними рівняннями, у які входить її маса, тоді як насправді ніякої маси в цих деформацій немає. Полярони введені у фізику для кращого опису та розуміння процесів, що відбуваються в діелектриках, металах, напівпровідниках, надпровідниках.
Читайте також: Наукові новини: війна з плагіатом, спіни та ДНК-оригамі
«Ядром» полярону став рідберґівський атом стронцію. У моделі Рідберґа атоми мають електрони, що розміщені дуже далеко від ядер, на віддалених енергетичних рівнях. Тоді ядро з іншими електронами можна математично розглядати як позитивно заряджений йон, навколо якого рухається той самий віддалений електрон — така собі модель атома водню. На атоми стронцію діяли дуже короткими, тривалістю 1 нс, лазерними імпульсами, що відштовхнули їхні електрони на віддалені енергетичні рівні. Рідберґівські атоми, відіграючи роль електронів із попереднього абзацу, створювали навколо себе хмару з притягнутих атомів стронцію, що показувала властивості полярону.
Модель полярону. Електрон, що рухається кристалом, притягується позитивно зарядженими йонами та відштовхується негативно зарядженими. Тому атоми вздовж його руху відхиляються від своїх звичайних положень і електрон ніби оточений хмаркою з деформацій кристалічної ґратки. Зображення: Wikipedia
Дослідження опубліковане в журналі Physical Review Letters.
Біологія
Як віруси спричиняють рак. Деякі віруси, як-от вірус папіломи людини, можуть спричинити рак. Додаючи свою генетичну інформацію до ДНК клітин, вони змушують останніх до проліферації, тобто поділу з утворенням нових клітин. Неконтрольована проліферація є однією з ознак раку.
Проте віруси можуть спричиняти рак й іншим чином, використовуючи нашу імунну систему, про що повідомили науковці з Центру дослідження раку Університету Колорадо. Віруси починають контролювати експресію генів клітини: вони пришвидшують роботу одних генів і пригнічують інших. Роблять це віруси за допомогою механізму, відомого як метилювання ДНК. Вони додають метилові групи до промоторів ДНК. Якщо промотор метильований, ген, що наступний за ним у послідовності нуклеотидів, не буде зчитуватися та виконувати свої функції. Таким чином, віруси «відключають» ті гени, що могли б запобігти діленню інфікованих клітин.
Читайте також: Нагодувати 9 мільярдів
Завдяки імунній терапії лікарі намагаються долучити імунну систему до боротьби з раковими клітинами. Наприклад, у терапії CAR-T використовують лейкоцити з антитілами проти специфічних білків, утворюваних пухлинами. Проте імунна терапія стикається з низкою проблем, як-то неможливість належної імунної відповіді в деяких пацієнтів. Дослідники сподіваються, що відкритий ними механізм утворення раку дасть змогу зробити терапію ефективнішою або ж надійно виявляти людей, для яких вона не спрацює належним чином.
У нормальному стані (А) імунний захист клітини активується під час ураження вірусом, і ця клітина не може ділитися. При метилюванні вірусами промоторів (В) гени, що відповідають за імунну відповідь, відключаються, починається неконтрольоване ділення інфікованих клітин, що призводить до раку. Зображення: журнал Viruses
Дослідження опубліковане в журналі Viruses.
Технології
Квантовий комп’ютер від Google. Торік одразу кілька дослідницьких груп презентували моделі квантових комп’ютерів. У IBM комп’ютер був на 49 кубітах, у групи Михайла Лукіна з Гарварду — на 51-му, і на 53-х у групи Крістофера Монро з Університету Меріленду.
5 березня в блозі Google вийшло повідомлення про створення 72-кубітного комп’ютера, який нібито здатен продемонструвати «квантову перевагу», тобто виконувати ті задачі, які звичайні комп’ютери в принципі не в змозі. Межа «квантової переваги» пролягає на 50 кубітах, проте створені торік комп’ютери через численні похибки виконують лише обмежені задачі. Квантові біти (кубіти) дають змогу зберігати й оперувати значно більшим обсягом інформації, ніж класичні біти, через те що можуть перебувати в стані суперпозиції, тобто значення кубіта не тільки 0 та 1, а може бути числом із проміжку (0,1). Проте що більше кубітів у системі, то ймовірніші помилки: вони взаємодіють із сусідніми кубітами, через що втрачається чи викривляється інформація.
У Google реалізували надійну схему, засновану на джозефсонівських переходах, що має порівняно низький відсоток похибок. Для одного кубіта похибка лише 0,1%, для двох — менша за 0,6%. Команда дослідників вважає, що саме з їхньої роботи почнеться «квантова перевага», а запропоновану ними архітектуру квантового комп’ютера можна масштабувати. Слід, однак, зазначити, що жодних реальних розрахунків на цьому комп’ютері поки що не проводили.