Созданы бактерии активно поедающие металлы: российские и чилийские научные рецепты съедения гвоздей за три дня

Чилийский биотехнолог Надак Реалес нашла способ борьбы с отходами горнодобывающей промышленности, обнаружив бактерии, которые могут съесть гвоздь за три дня. Об этом сообщает сайт Phys.org. Как известно, Чили – крупнейший в мире производитель меди. Это приводит к образованию большого количества опасных отходов, загрязняющих окружающую среду страны. В своем исследовании Реалес сосредоточилась на окисляющих железо бактериях под названием Leptospirillum, которых извлекла из гейзеров Татио, расположенных на высоте 4200 метров над уровнем моря. Эти бактерии – экстремофилы, способные выживать в кислой среде. Сначала им требовалось два месяца, чтобы разрушить гвоздь, однако когда они «голодали», процесс шел быстрее. После двух лет испытаний бактерии «научились» поедать гвоздь всего за три дня. Как подчеркнула Надак, химические и микробиологические тесты показали, что микроорганизмы не вредны для человека или окружающей среды.

Читать далее

Продемонстрирован новый способ экспериментальной визуализации двумерного вигнеровского кристалла в муаровой сверхрешетке

Иллюстрация: H. Li et al / Nature, 2021. Физики предложили и реализовали неразрушающий уникальный способ визуализации двумерного вигнеровского кристалла в муаровой сверхрешетке. Они добились этого, добавив вспомогательный графеновый слой, с поверхности которого снимались карты проводимости тонкой иглой сканирующего туннельного микроскопа. Исследование  опубликовано в NatureВигнеровским кристаллом называют упорядоченную фазу электронной плотности. Порядок возникает тогда, когда кинетическая энергия электронов (или  квазиэлектронов) много меньше потенциальной энергии кулоновского взаимодействия. В этом смысле вигнеровский кристалл  противопоставляется  электронному газу — фазе электронной плотности, для которой характерно преобладание кинетической энергии электронов над потенциальной энергией. Тот факт, что электронный газ способен кристаллизоваться, впервые теоретически показал Юджин Вигнер в 1934 году. С тех пор физики активно ищут и находят системы, в которых существует такая хрупкая фаза.

Читать далее

Экспериментально создана устойчивая к шуму и ошибкам квантовая система

Иллюстрация: Laird Egan et al. / Nature, 2021. Физикам удалось показать, что квантовые коды коррекции ошибок работают не только в теории, но и на практике. Ученые реализовали один из уже разработанных методов коррекции и на его основе собрали устойчивую к шуму и ошибкам квантовую систему. Авторский протокол позволил отслеживать ошибки на каждом этапе работы схемы, а их суммарный вклад оказался не больше одного процента. Работа опубликована в журнале Nature. Все существующие и планируемые квантовые вычислители или компьютеры очень чувствительны к шуму. Небольшое изменение внешних условий может приводить к возникновению ошибок и сбою в системе. Избежать внешнего воздействия практически невозможно (очень сложно и нецелесообразно), поэтому одной из ключевых задач разработки квантовых вычислителей оказывается задача коррекции ошибок. И, если решение технических сложностей в создании работоспособного устройства в большей степени ложится на плечи экспериментаторов, то создание и оптимизация кодов для коррекции ошибок — работа, скорее, теоретическая.

Читать далее

Распространение поперечных механических волн вдоль рельс железной дороги оказалось подобно физике фононного кристалла

Иллюстрация: M. Iqbal et al / Scientific Reports, 2021. Инженеры изучили распространение поперечных механических волн вдоль рельс железной дороги, применив к ним теорему Блоха. Это стало возможным благодаря ее периодичности, что делает железную дорогу похожей на фононный кристалл. Добавляя в модель различные типы демпферов, они увидели пути к уменьшению нежелательных вибраций и шумов, создаваемых поездами. Исследование опубликовано в Scientific Reports. Железнодорожный транспорт — это один из самых распространенных видов транспорта, используемый для передвижения за пределами городов. В силу большой массы железнодорожного состава для него характерна большая энергия взаимодействия между колесами и рельсами, что накладывает высокие требования к материалам, используемым при строительстве железной дороги. Механические вибрации и шум приводят к усталостным разрушениям и износу конструкционных элементов, а также к шумовому загрязнению районов вокруг дороги, что имеет негативные последствия для здоровья проживающих там людей.

Читать далее

Квантовые флуктуации гравитационного поля предложено искать с помощью специализированного детектора шума

Иллюстрация: Veritasium / Youtube. Физики-теоретики проквантовали гравитационное поле и обнаружили, что движение падающих тел перестает быть из-за этого существенно детерминированным и флуктуирует с амплитудой, зависящей от квантового состояния известного гравитационного поля. Экспериментальное обнаружение этих странных флуктуаций, которые, по мнению авторов, могут быть измерены с помощью детекторов гравитационных волн, подтвердило бы квантование гравитации, пишут ученые в Physical Review Letters. Движение массивных объектов в поле силы тяжести в большинстве случаев хорошо описывается общей теорией относительности Эйнштейна (ОТО), в которой гравитация рассматривается как классическое поле. Но фундаментальные законы физики имеют квантовую природу, что ограничивает область применимости ОТО безотносительно прочих ее недостатков. К примеру, ожидается, что на расстояниях порядка планковской длины от центра черной дыры квантовые флуктуации пространства-времени будут настолько сильны, что ими будет нельзя пренебрегать. Для учета этих флуктуаций требуется теория квантовой гравитации.

Читать далее

Впервые обнаружены колебания нейтрального очарованного мезона между состояниями частица-античастица

Иллюстрация: CERN, LHCb Collaboration, 2021. Физики экспериментально обнаружили осцилляции типа «частица-античастица» между простыми состояниями нейтрального очарованного мезона, а также измерили разность масс и ширин этих состояний. Для этого физики проанализировали большой объем данных по распаду D0 → K0Sπ+π, зафиксированных с 2016 года по 2018 год в протон-протонных столкновениях на Большом адронном коллайдере. Результаты направлены в журнал Physical Review Letters, на данный момент доступен препринт. Понятие “квантовая суперпозиция” как правило ассоциируется с экспериментами с неэкзотической материей вроде фотонов, атомов и искусственных атомоподобных систем. Обычно говорят о кубите – системе из двух состояний, из которых может быть собрана суперпозиция. В данном случае это состояние одного и того же объекта: частицы или атома. Тем не менее физика знает несколько примеров, когда суперпозиция оказывается возможна между состояниями «частица-античастица», то, есть, по сути, между разными частицами.

Читать далее

Что Вы знаете о фуллеренах: от химических и физических свойств, до удивительной механики

22 здоровых мужика часами пинают футбольный мяч, и с ним ничего не делается. Молекула такой формы должна быть очень крепкой (И. В. Станкевич). Я подумывал написать большую статью об аллотропии, вдохновившись успехом поста об оловянной чуме. Но, все-таки, эта тема слишком обширна и лучше удалась бы профессиональному химику. Поэтому ограничусь рассказом о моей любимой аллотропной модификации углерода – фуллеренах. Фуллерен весьма популяризован, но пишут о нем преимущественно одно и то же. В 2010 году, когда исполнилось 25 лет со дня практического открытия этой молекулы, писали о ней много, а сейчас уже подзабыли – по-моему, совершенно зря. Аллотропия – это физико-химическое явление, при котором атомы определенного элемента могут образовывать молекулы с весьма разными конфигурациями, либо разную кристаллическую решетку. В результате каждая аллотропная модификация обладает собственными специфическими свойствами. Крайне разнороден букет аллотропных модификаций у углерода. Наиболее известные из них – алмаз и графит:

Читать далее

Постоянное электрическое поле удалось применить для экранирования холодных молекул в трехмерном газе от нагревания

Иллюстрация: J.-R. Li et al / Nature Physics, 2021. Физики наконец смогли реализовать экранирование холодных молекул с помощью постоянного электрического поля в трехмерном газе. Они убедились, что в этом случае упругие столкновения молекул доминируют над неупругими, и применили это для демонстрации охлаждения испарением до температур, близких к температуре вырождения газа. Исследование опубликовано в Nature Physics. Изучение холодных квантовых газов открывает дорогу к наблюдению необычных коллективных эффектов. Наибольший прогресс был достигнут с атомными газами, поскольку с ними работать проще всего. Однако атомные газы уступают газам, состоящим из молекул по ряду причин. Например, полярные молекулы обладают большим электрическим дипольным моментом и богатой энергетической структурой, поэтому экзотические коллективные эффекты с их участием были бы сильнее и разнообразнее. Однако проблема заключается в том, что для наблюдения этих эффектов энергия, переданная газу, должна распределяться по нему равномерно через упругие столкновения.

Читать далее

Использование синтетической частоты в оптических атомных часах значительно повысило их точность

Иллюстрация: A. Golovizin et al / Nature Communications, 2021. Российские физики применили схему измерения, основанную на использовании синтетической частоты, к оптическим атомным часам на базе атомов тулия. Они показали, что в этом случае влияние электрических и магнитных полей удается уменьшить и достичь 18 знака после запятой в нестабильности и систематической погрешности. Работа опубликована в Nature Communications. Стандарты измерения времени играют важную роль в науке и технике. По мере развития технологий, точность, с которой может быть определена одна секунда, неизменно растет. С некоторого момента ученые стали определять секунду через частоты, соответствующие переходам между атомными уровнями, а устройства, которые позволяют это делать, получили название атомных часов. Классическими атомными часами считаются часы на основе сверхтонкого перехода в атоме цезия-133 (9,2 гигагерца), которые были созданы еще во второй половине XX века. С тех пор было предложено множество других вариантов атомных часов, чья стабильность, то есть относительное отклонение частоты за некоторый промежуток времени, была улучшена.

Читать далее