Сейчас исследователи пытаются найти глубинные причины пространственного упорядочивания нанотрубок и нановолокон при образовании пленки, так как это один из ключевых факторов, позволяющих управлять свойствами материала. Конечно, группа Либера не собирается останавливаться на «двумерных» пленках и интенсивно изучает свойства «объемных» материалов, полученных сворачиванием пленки в плотные цилиндры и складыванием ее в стопки. В перспективе путем подбора матричного полимера содержание армирующих частиц планируется довести до 4–5%, чтобы получить лучшие прочностные параметры.
Сама технология выдувания пленки далеко не нова и широко применяется в промышленности. Гарвардские ученые впервые применили эту технологию для полимеров, наполненных нанообъектами, получив благодаря этому новые перспективные материалы. ЕГ
Свет сквозь слезы
Как известно, глаза – зеркало души. Николас Стоун и Якоб Филик ((Nicholas Stone, Jacob Filik) – исследователи из Королевского госпиталя Глостера (Великобритания) – утверждают, что глаза вполне подойдут и на роль зеркала для тела. Эти ученые разработали метод, позволяющий на основании спектроскопического исследования слез проводить диагностику различных инфекционных заболеваний.
Строго говоря, любая болезнь охватывает весь организм в целом, поэтому и изменения происходят в нем повсеместно. Однако где-то эти изменения ярко выражены и по ним можно легко и достоверно установить характер заболевания, а где-то отклонения от нормы не столь однозначны. Подавляющее большинство недугов вообще и активность болезнетворных микроорганизмов в частности, в первую очередь вызывает изменения биохимического состава крови, поэтому именно анализ крови является первоочередным этапом диагностики. Но если знать, что искать, то диагностику можно проводить и по другим, казалось бы, мало пригодным для этого, «субстанциям» организма. Например, в волосах сохраняются признаки употребления человеком наркотиков, даже если их прием имел место достаточно давно.
За ответом на некоторые медицинские вопросы английские биохимики обратились к секрету слезных желез. В слезах содержится ряд белков, причем 95% белкового набора приходится на лизоцим, лактоферрин и альбумин. В частности, лизоцим обладает способностью разрушать клеточную стенку бактерий и, таким образом, выполняет функции антибактериального барьера. Антибактериальными свойствами обладает и лактоферрин. Было бы логичным ожидать, что многие инфекционные заболевания, особенно глазные, будут вызывать изменения в белковом составе слез, что и было подтверждено британцами на практике. Высушенная капля слезной жидкости анализируется с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния (другое название – рамановская спектроскопия). Данный метод дает информацию как о качественном составе белковой смеси, так и о количестве каждого белка. Новизна метода во многом именно в «индивидуальном» подходе к каждому белку, а для анализа достаточно образца слез объемом 1,5 микролитра.
Сейчас ученые исследуют возможное влияние небелковых примесей и других загрязнений, содержащихся в слезах, на результаты анализа. Кроме того, пока не совсем ясен круг заболеваний, которые можно диагностировать таким путем: будет ли он ограничен только глазными инфекциями или же расширен и на другие заболевания, в том числе неинфекционного характера. Если технология окажется эффективной и востребованной, то, скорее всего, придется разработать и новый медицинский прибор, специально предназначенный для анализа слез, которых в стенах больниц предостаточно. ЕГ
Бриллиантовый бит
Важные результаты, обещающие сделать реальными квантовые вычисления при комнатной температуре, получили физики из Гарвардского университета. Ученым удалось реализовать кубит, оперируя спином ядра атома изотопа углерода-13 в кристаллической решетке алмаза и продемонстрировать его великолепные характеристики.
Как известно, главная проблема на пути создания квантовых компьютеров в том, что нежная квантовая информация быстро разрушается тепловым шумом физического окружения. В лучшем случае информацию удается сохранять несколько тысячных долей секунды, а этого времени слишком мало, чтобы выполнять серьезные вычисления. Чтобы уменьшить влияние тепловых шумов, кубиты охлаждают до низких температур и стараются как можно лучше изолировать от окружения. Но необходимость охлаждения резко осложняет практическое использование квантовых вычислений. А если кубиты как следует изолировать, то как же потом ими управлять в процессе вычислений? И эта дилемма создает замкнутый круг, из которого очень непросто найти приемлемый выход.
Но, тем не менее, одну из хитрых лазеек удалось отыскать в Гарварде. Ученые работали в этом направлении уже несколько лет и, наконец, их труды увенчались успехом. Для реализации кубита был выбран спин ядра атома изотопа углерода-13 в кристаллической решетке алмаза, которая состоит из ядер обычного углерода-12. Тяжелое ядро атома слабо взаимодействует со своим окружением, и квантовое состояние такого кубита очень стабильно и при комнатной температуре. Оно может сохраняться целую секунду, что на несколько порядков больше обычных параметров. Но как же им манипулировать и как считывать с него информацию? В обычных реализациях кубитов с помощью ядерного магнитного резонанса для этого требуется много миллиардов ядер. Но здесь рядом с атомом углерода-13 ученые поместили примесь – атом азота с одним дополнительным, по сравнению с углеродом, электроном. Спины ядра и рядом расположенного лишнего электрона оказываются тесно связаны и могут обмениваться своими квантовыми состояниями при подходящем внешнем воздействии. Спином легкого электрона нетрудно управлять с помощью электромагнитного поля оптической и радиочастоты. И в то же время ядро и электрон можно надежно изолировать друг от друга, превратив ядро в ячейку квантовой памяти, и даже продолжать при этом измерять состояние электрона.
Авторам удалось продемонстрировать, что несколько таких кубит можно оптическими методами заставить взаимодействовать, то есть «запутать» друг с другом, наращивая вычислительную мощь квантовой ячейки. Пока нет данных, позволяющих сказать, сколько всего алмазных кубит удастся одновременно реализовать при комнатной температуре и как они будут выглядеть по сравнению с рекордными результатами при низкой температуре, но прогнозы авторов весьма оптимистичны. ГА
Черные ракеты
Удивительные предсказания о последствиях слияния массивных черных дыр удалось сделать недавно сразу нескольким независимым научным группам астрофизиков. Благодаря новым компьютерным расчетам показано, что черные дыры могут «выстреливаться» из столкнувшихся галактик с гигантской скоростью до четырех тысяч километров в секунду.
Согласно современным астрономическим представлениям, в центре галактик обычно находятся массивные черные дыры. А что произойдет, если две галактики, блуждающие во вселенной, столкнутся так, что их центральные черные дыры сольются? Теория предсказывает, что в этой ужасной катастрофе пространство и время могут искривиться так сильно, что во вселенную выплеснется мощнейший импульс гравитационных волн, которые, однако, и волнами назвать трудно. За ними закрепился термин гравитационное излучение. Каким будет это гравитационное излучение, зависит от масс столкнувшихся черных дыр, их взаимных скоростей и от того, как они вращались до столкновения. Иногда это гравитационное излучение может сконцентрироваться в одном направлении, и в этом случае слившиеся дыры получат мощный толчок в противоположную сторону.
Рассчитать процесс слияния черных дыр ученые пытаются, начиная с шестидесятых годов. Однако долгое время сложность нелинейных уравнений общей теории относительности не позволяла сделать достаточно подробные трехмерные модели. И лишь за последние пару лет новые вычислительные методы и возросшая мощь суперкомпьютеров помогли сдвинуться с мертвой точки.
Сначала сразу несколько научных групп независимо пришли к выводу, что толчок будет самым сильным, если столкнутся черные дыры с примерно одинаковой массой, которые быстро вращаются в противоположном направлении вокруг своих осей, перпендикулярных плоскости их взаимного вращения. В этом случае слившаяся черная дыра может достичь скорости в пятьсот километров в секунду и останется в своей галактике. Однако позже астрофизики из Рочестерского технологического института в штате Нью-Йорк предположили, что толчок будет даже сильнее, если оси вращения дыр будут параллельны, а не перпендикулярны плоскости их вращения. Проверяя эту гипотезу, астрофизики из Йенского университета в Германии получили в расчетах скорость более 2500 км/с. А авторы гипотезы независимо вычислили, что в случае быстрого вращения дыр и оптимальных углов скорость «выстрела» может достичь 4000 км/с.
