Физики с давних пор рассматривали свет то как волну, то как частицу. В свое время этот вопрос вызывал множество споров. Квантовая механика, самая точная научная теория из когда-либо существовавших, положила этим спорам конец, доказав, что свет является и волной, и частицей. Однако до сих пор не удавалось наблюдать, как фотон демонстрирует оба типа поведения одновременно. Какое поведение ему присуще, зависело исключительно от самого эксперимента и измерительных устройств. Это удивительное поведение экспериментально изучалось несколько лет с использованием оборудования, которое можно было переключать между измерениями волн и частиц.

Команда физиков из Университета Бристоля представили в своем отчете в журнале Science совершенно новую демонстрацию корпускулярно-волнового дуализма фотонов. Они разработали новый тип измерительной аппаратуры, которая может измерять в одно и то же время как волновое поведение света, так и частицеподобное. Это новое устройство работает благодаря другому квантовому эффекту - квантовой нелокальности. Она, как и корпускулярно-волновой дуализм, весьма неочевидна на неискушенный взгляд, ведь частица может находиться одновременно в нескольких сколь угодно далеких точках пространства и при этом существовать как единое целое.

Научный сотрудник Центра квантовой фотоники, д-р Перуццо, говорит: "Измерительная аппаратура обнаружила сильную нелокальность, которая подтвердила, что фотон вел себя как волна и как частица одновременно. Это является опровержением существующей модели, в которой фотон является либо волной, либо частицей, но не тем и другим вместе".

Для проведения исследования ученые использовали квантовый фотонный чип, созданный в Бристоле по новейшим технологиям. Чип можно реконфигурировать и управлять им для реализации различных схем. На сегодняшний день эта технология - один из ведущих подходов к созданию квантового компьютера, и в будущем поможет исследовать множество неизвестных аспектов квантовых явлений.

CNews

С помощью лазерных лучей ученые MRQ создали квантовую материю, обладающую кристаллическими свойствами.

И драгоценный алмаз, и дешевый графит состоят из одинаковых атомов углерода. Крошечным, но очень важным отличием этих материалов является геометрическая конфигурация их блоков. Один и тот же материал не может быть одновременно и алмазом, и графитом. Однако в квантовой физике такого ограничения нет - это продемонстрировала команда физиков во главе с профессором Иммануилом Блохом из Института квантовой оптики Макса Планка и Людвигом Максимиллианом из Мюнхенского Университета.

Эксперименты проводились с ультраохлажденным квантовым газом. Под воздействием лазерного луча отдельные атомы можно упорядочить в правильные геометрические структуры. Но в отличие от классических кристаллов все возможные конфигурации квантового кристалла будут существовать одновременно. Это наблюдение было сделано после перехода частиц в т.н. ридберговское состояние, при котором они сильно возбуждаются энергией светового пучка.


Зеленый: атомы в основном состоянии, красный: ридберговские атомы

"Наш эксперимент демонстрирует потенциал Ридберговских газов для создания новых состояний материи. Тем самым мы закладываем основу для квантового моделирования, например, квантовых магнитов", - говорит Иммануил Блох.

Эксперимент начался с охлаждения ансамбля из нескольких сотен атомов рубидия до температур, близких к абсолютному нулю, и поимки атомов в световую ловушку. Затем на атомное облако накладывалась периодическая световая решетка - т.н. оптическая решетка, обеспечивающая практически равномерное заполнение в центральной части атомной ловушки. Далее при помощи лазера атомы приводились в ридберговское состояние, в котором внешняя электронная оболочка находится на огромном расстоянии от ядра. В результате область воздействия этих атомов выросла примерно в 10 000 раз до просто огромного размера - нескольких микрометров, порядка 1/10 человеческого волоса. Теперь эти атомы начали взаимодействовать через т.н. силы Ван-дер-Ваальса.

Взаимное отталкивание этих атомов приводит к тому, что они располагаются на расстоянии в несколько микрометров друг от друга. Возникает пространственная корреляция между атомами, что, в зависимости от количества возбужденных атомов, приводит к разным геометриям кристаллической решетки. Если точнее, все возможные кристаллические решетки существуют там одновременно. Это новое состояние вещества является очень хрупким, оно существует, только пока включен лазерный луч и атомы возбуждены.

Делая "мгновенные снимки" таких конфигураций специальной техникой с высочайшим разрешением, ученые выявили различные геометрии этого кристалла. Типичные конфигурации - это три атома в равностороннем треугольнике, четыре или пять образуют квадраты и правильные пятиугольники. Эксперименты хорошо согласуются с предсказаниями численного моделирования.

CNews

Электронные микроскопы являются крайне важным научным инструментом, особенно в области материаловедения. Ученые из Венского технического университета усовершенствовали данный прибор и создали электронный луч, который вращается, как торнадо. Вихревые пучки электронов можно использовать не только для отображения исследуемых объектов, но и для изучения свойств материалов в нанометровом масштабе.

В торнадо отдельные молекулы воздуха не обязательно вращаются вокруг своей оси, но общее всасывание всей массы воздуха создает мощный вихрь. Вращающиеся электронные пучки ведут себя похожим образом, хотя и подчиняются прежде всего квантовым эффектам. Электроны ведут себя как волны, и эти квантовые волны могут вращаться как торнадо или вода позади гребного винта корабля.

Одно из преимуществ вихревого электронного микроскопа в том, что вихрь электронов может передавать угловой момент вращения на объект исследования. Как известно угловой момент электронов в твердых материалах тесно связан с его магнитными свойствами, которые очень важны для науки.


Электронный луч проходит через экран и превращается в вихревой луч

Первые успехи в создании вихревого электронного микроскопа были достигнуты два года назад, когда электронный пучок был пропущен через крохотную сетку, разделившую пучок на три парциальных луча (один вращался вправо, другой влево, а третий не вращался).

Теперь разработан более совершенный вариант данной технологии, не требующий разделения пучка на три части. Для этого был создан экран, половина которого покрыта слоем нитрида кремния. Этот слой настолько тонок, что электроны могут проникнуть в него практически без поглощения, однако экран приводит к сдвигу фаз и при помощи специальных астигматических линз эффективно завихряет электронный пучок.

Новый микроскоп производит электронный вихрь на порядок более мощный, чем аналогичный луч, созданный любой из других существующих установок. Ученые с нетерпением ждут возможности использовать вихревой электронный микроскоп для изучения магнитных свойств новейших наноматериалов. Также новый инструмент можно применять и в экзотических исследованиях, например, поворачивать с его помощью отдельные молекулы, что может пригодиться в разработке материалов с особенными свойствами.

CNews

Специалисты компании ABB решили задачу, над которой инженеры бьются уже сотню лет. Речь идет о силовом реле, способном управлять мощными высоковольтными линиями электропередач.

Возможно, кому-то эта новость покажется узкоспециальной, однако подобное реле имеет большое значение и в некоторой степени повлияет на жизнь миллиардов людей. Сегодня возобновляемые источники энергии получают все большее распространение. Однако они имеют серьезные недостатки: ветряки и солнечные панели могут находиться далеко от потребителя и при этом выдают разную мощность в зависимости от времени суток и погодных условий. Высокоэффективные линии электропередач постоянного тока должны помочь решить проблему интеграции "зеленых" источников энергии в обычные электросети.

Компания ABB разработала быстрое и эффективное автоматическое высоковольтное реле постоянного тока. Реле способно за 5 миллисекунд остановить и перенаправить огромное количество энергии, равное всей выходной мощности АЭС. Это позволяет сглаживать пики потребления и производства энергии, отключать аварийные участки электросети и сохранять работоспособность всей системы энергоснабжения. Сегодня в случае серьезной аварии от энергоснабжения отключаются целые регионы.


Лаборатория ABB похожа на декорации фантастического фильма

Несмотря на кажущуюся простоту такого устройства, создать его не удавалось 100 лет. Механические переключатели не подходят – они работают слишком медленно. Силовая электроника на основе транзисторов, может решить эту проблему, но такие реле невероятно дороги и распространение не получили. Специалисты ABB объединили достоинства двух систем и создали гибридное реле на основе механики и электроники. При высочайшей эффективности новое устройство гораздо дешевле чисто электронных систем.

Новое реле позволит эффективно интегрировать в национальные электросистемы такие перспективные источники энергии, как солнечные панели и ветроэлектростанции. Кроме того, до сих пор сохраняется проблема использования в одной электросети переменного и постоянного тока. В наших домах в электросети присутствует удобный для использования переменный ток, который, однако, неэффективен при передаче на большие расстояния. Линии передачи постоянного тока давно используются для передачи электроэнергии на большие расстояния и с мощных источников энергии, например, гидроэлектростанций.
Однако без соответствующих быстродействующих надежных реле создание крупных безопасных надежных линий электропередач постоянного тока является сложной задачей. В настоящее время специалисты ABB работают над созданием алгоритма управления новым реле, который позволит повысить безопасность и надежность функционирования сложных энергосистем с множеством различных источников энергии.

CNews

Ученые из Университета штата Орегон могут изменить многомиллиардную литейную промышленность с помощью… сахара.

Металлические отливки используются повсеместно: в водяных насосах, реактивных двигателях, на железной дороге и в автотранспорте, а также во множестве других областей. В течение тысяч лет литье играет важную роль в развитии человеческой цивилизации, однако данная технология продолжает совершенствоваться.

Одна из насущных проблем литья - это изготовление форм. Сегодня сложные формы для литья изготавливают из песка, скрепленного различными токсичными веществами, например фенолформальдегидными смолами, которые опасны для здоровья.

Ученые из Университета штата Орегон нашли дешевую и экологически чистую альтернативу опасным связующим веществам для литейных форм. Этим веществом оказался… сахар. Ученые нашли способ, чтобы сделать прочные и влагостойкие песчаные литейные формы, скрепленные сахаром. Открытие было сделано во многом случайно: один из исследователей ошибся с температурой в плавильной печи.

Но именно благодаря этой случайности ученые узнали, что соевая мука, гидролизованный крахмал или даже просто сахар могут прочно связывать песок и применятся для изготовления различных типов металлических деталей.

В настоящее время около 70% всех металлических отливок из алюминия, чугуна, бронзы, меди, олова и стали делаются с помощью песчаных форм. Поэтому использование сахара окажет серьезное влияние на эту важнейшую отрасль промышленности.

CNews

Исследователи написали алгоритм, который позволяет во много раз повысить пропускную способность существующих точек доступа Wi-Fi в кафе, аэропортах и других общественных местах.

Ученые из Университета штата Северная Каролина нашли способ повышения пропускной способности Wi-Fi-сетей на 700% от текущих значений. Об этом сообщает ExtremeTech.

Самое важное заключается в том, что этот способ всецело базируется на программном обеспечении, что означает, что его внедрение возможно и в существующих сетях - для мгновенного увеличения скорости передачи данных.

Несложно заметить, что Wi-Fi-сеть в кафе или аэропорту работает медленнее, чем дома. Дело в том, что в общественном месте к точке доступа подключается гораздо большее число устройств и все они работают на одном беспроводном канале. Канал, в зависимости от используемой беспроводной технологии, имеет максимальное значение пропускной способности (например, 100 Мбит/с). Кроме того, канал является двунаправленным: то есть данные поступают в двух направлениях - от точки доступа к устройству пользователя и от устройства к точке доступа.

В результате органиченности пропускного канала и подключения большого числа устройств возникают перебои в подключении отдельных пользователей, когда ввиду высокой нагрузки на канал данные не могут передаваться свободно и задерживаются.

Для того чтобы решить проблему, исследователи разработали программный алгоритм под названием WiFox, являющийся частью прошивки точки доступа Wi-Fi. Он следит за задержками в передаче данных и при их возникновении включает режим повышенного приоритета. В этом режиме точка доступа получает полный контроль над беспроводным каналом, освобождая его от скопления данных. После этого система возвращается в нормальный режим работы.


Принцип действия алгоритма схож с действиями дорожного регулировщика

Алгоритм WiFox представляет собой полицейского, который регулирует автомобильный трафик на дороге с реверсивным движением, попеременно открывая путь машинам, следующим в разных направлениях, приводит пример ExtremeTech. При этом, судя по всему, основная сложность в написании алгоритма заключалось в том, чтобы переключение выполнялось очень быстро.

Во время испытания алгоритма в Wi-Fi-сети с 45 подключениями ученые университета зарегистрировали повышение пропускной способности на 700%. Однако исследователи не сообщили точных цифр. Поэтому, например, даже в наиболее современной сети Wi-Fi, работающей по протоколу 802.11n, могла идти речь об увеличении пропускной способности с 1 до 8 Мбит/с, предполагает ExtremeTech.

Представить разработку американских ученых планируется на конференции ACM CoNEXT, которая пройдет в декабре в Ницце. Доклад об основах работы алгоритма размещен на сайте университета. О коммерческой реализации алгоритма пока речи не идет.

CNews

В течение последних пяти миллиардов лет расширение Вселенной непрерывно ускорялось, подстегиваемое таинственной силой отталкивания, которую ученые окрестили темной энергией.

Благодаря новой технике изучения трехмерной структуры отдаленных уголков Вселенной, астрономы из Sloan Digital Sky Survey (SDSS-III) сделали первое измерение скорости расширения ранней Вселенной.

Если сравнить Вселенную с тележкой на американских горках, то после Большого взрыва Вселенная катилась в гору, замедляясь, а теперь на всех парах несется вниз, непрерывно ускоряясь.


Понимание специфики расширения Вселенной, очень важно для решения одного из самых интригующих вопросов современной науки – загадки темной энергии

Новые измерения ученых как раз относятся к тому периоду, когда расширение Вселенной замедлялось под действием силы тяжести. Впервые ученые смогли оценить замедление расширения Вселенной через 3 млрд лет после Большого Взрыва.

Работа астрономов основана на данных проекта по изучению барионных колебаний BOSS. Это одна из четырех частей проекта SDSS-III, который в свою очередь включает данные 50000 квазаров по всему небу.

Техника изучения барионных акустических колебаний использует небольшие изменения в материи, оставшиеся от ранней Вселенной, в качестве стандартной "линейки", с помощью которой можно сравнить размеры Вселенной в разные моменты ее истории. Правда техника эта имеет свои особенности. Так, если надо изучить очень древнюю историю Вселенной, нужно наблюдать очень далекие объекты. В связи с этим использовать галактики невозможно – даже самые крупные из них на таком расстоянии практически не видны.

Астрономы вместо этого использовали очень далекие скопления межгалактического газа, водорода. Их достаточно хорошо видно, поскольку они поглощают свет квазаров, благодаря чему можно увидеть не только свет, излучаемый сверхдальним квазаром, но и оценить изменения света, произошедшие на его долгом пути к Земле.

В целом, картина, которая возникает благодаря новым данным, не противоречит нашему современному представлению о Вселенной. В частности, темная энергия является постоянной частью пространства по всему космосу, и она существовала и оказывала влияние на вещество еще до того, как началось текущее ускорение расширения Вселенной.

CNews

26.11.12, Пн, 10:44, Мск

Ученые из Университета Макгилла и Федеральной политехнической школы Лозанны в Швейцарии изучили хрупкость металлов и выяснили, как на это важнейшее свойство металлов влияет водород.

Водород, как самый легкий элемент, легко растворяется и мигрирует внутри металлов, делая их более хрупкими и склонными к поломкам. Это явление было открыто в 1875 году, и с тех пор водородное охрупчивание (переход материала от вязкого состояния к хрупкому) является постоянной проблемой для проектирования конструкций в различных отраслях промышленности: от ручных инструментов до самолетов и ядерных реакторов. Несмотря на десятилетия исследований ученые все еще не до конца понимают физику, лежащую в основе водородного охрупчивания. Из-за этого трудно создать достоверную модель, предсказывающую поведение конструкции в тех или иных условиях или спустя много лет. В результате промышленные дизайнеры вынуждены прибегать к дорогостоящему и опасному методу проб и ошибок.

Группа ученых впервые смогла тщательно изучить поведение водорода в металле на наноуровне. Благодаря этому удалось создать новую модель, впервые способную точно предсказать появление «водородной» хрупкости.

Новая модель уже успешно применена для прогнозирования поведения ферритной стали и полностью согласуется с результатами экспериментов с реальными образцами. Таким образом, металлурги получили ценный инструмент для разработки следующего поколения прочных и долговечных конструкционных материалов.

В нормальных условиях металлы могут претерпевать существенные пластические деформации при воздействии силы. Эта пластичность связана с присутствием нано- и микротрещин, которые создают места движения атомов (дислокации) и снимают напряжение в металле.

Дислокации можно рассматривать как «транспортные средства», а нано- и микротрещины - как «транспортные узлы» пластической деформации. Таким образом полезные свойства, такие как пластичность и вязкость, основаны на работе этих структурных особенностей металлов. К сожалению, эти нано- и микротрещины также привлекают атомы водорода, которые создают своего рода «пробки» и блокируют движение атомов. В конечном итоге это приводит к разрушению материала – металл не гнется, а ломается.

CNews

текст: Георгий Орлов /Infox.ru
опубликовано 26 ноя ‘12 23:20

Ученые Швейцарской высшей технической школы Цюриха построили робота, основные узлы которого повторяют строение морской черепахи. В данном проекте инженеры поставили перед собой цель исследовать реальные возможности механизмов, которые передвигаются под водой при помощи плавников и ласт.

Робот получил название «naro-tartaruga», его длина составляет один метр при массе 75 кг. Как показали испытания, машина плавает под водой на скорости до 7,2 км/ч и может погружаться на глубину до 100 метров. Для сравнения, зеленая морская черепаха плавает по мелководью со скоростью 2,5-3,0 км/ч. В настоящий момент, отмечает Gizmag, все семь видов морских черепах значатся как вымирающие.

Текущий прототип робота naro-tartaruga еще недостаточно плотно проработан, у машины отсутствует полноценный корпус, из-за чего электронные и электрические компоненты не получают дополнительной защиты от агрессивной водной среды. Специально разработанный корпус придаст роботу эстетичный внешний вид, а форма с учетом требований гидродинамики сделает его более быстрым и маневренным, уменьшив сопротивление среды.

В перспективе авторы проекта видят naro-tartaruga в качестве автономного средства для исследования водных глубин, а различные сенсоры можно устанавливать на робота через сменные головы. В голову машины встроены все необходимые датчики и камеры. Передвижение при помощи плавников, а не винтов позволяет машине двигаться намного тише и свободно проходить по чувствительным экосистемам, например, по коралловым рифам, численность которых тоже падает.

В качестве навигационной платформы здесь используется встроенный компьютер на базе двухъядерного процессора Intel Core i7 и система компьютерного видения BlueFox. Источником питания выступает литий-ионный аккумулятор с рабочим напряжением 48 В. Внутренний алюминиевый корпус включает в себя комплект датчиков, наиболее необходимых для навигационных целей, сенсоры температуры и давления, датчики утечки и водного потока, гироскопы, чипсет спутниковой навигации GPS, а также блок управления электродвигателями.

---

найденно на gizmag.com:

28.11.12, Ср, 09:56, Мск

Исследователи из Кембриджского университета изучили бесшумность совы. Их работа открывает новые возможности по снижению шума от самолетов.

Совы обладают "сверхъестественной" способностью бесшумно лететь с помощью особенного оперения крыльев. Ученые тщательно изучили устройство крыльев совы, чтобы лучше понять, как можно применить это изобретение природы на современной авиатехнике.

Все крылья, природные или искусственные, создают турбулентные вихри, которые на задней кромке усиливаются и рассеиваются в виде звуковых волн. Обычные самолеты с жесткой задней кромкой крыла из-за этого создают много шума.

Ученые давно предполагают, что за бесшумный полет совы отвечают как минимум три различных фактора: жесткие перья вдоль передней кромки крыла, мягкий пух на верхней части крыла и бахрома перьев на задней кромке крыла. Эти особенности позволяют эффективно устранить аэродинамический шум от крыльев, лучше слышать добычу и успешно охотиться.

До сих пор было неизвестно, нужны ли для снижения шума все три "совиных фактора" или достаточно какого-нибудь одного. Английские ученые попытались ответить на этот вопрос путем разработки теоретической модели, описывающей способность совы снижать звук задней кромки крыла. До этого эксперименты показывали, что шум крыльев совы слабо зависит от скорости воздушного потока, и наибольшее снижение шума наблюдается в высокочастотном диапазоне, к которому наиболее чувствительно человеческое ухо.

Используя математические модели, английские исследователи выяснили, что упругая и пористая задняя кромка крыла может существенно снизить аэродинамический шум на определенных скоростях полета. Это означает, что есть возможность сделать пассажирские авиалайнеры более тихими, а беспилотники – практически бесшумными.

CNews