Физики из Франции и Бразилии рассмотрели систему двух атомов, охлажденных до низкой температуры и пойманных с помощью лазерного излучения в двумерной плоскости, и показали, что благодаря одновременному рассеянию света на частицах в такой системе будут возникать связанные и метастабильные состояния. Такое связывание происходит вопреки отсутствию вязкого трения, которое гасило бы колебания частиц. Статья опубликована в Physical Review A, препринт работы выложен на сайте arXiv.org.

Свет не проходит через вещество беспрепятственно, но взаимодействует с ним сложным образом, причем это взаимодействие проявляется как на микроскопических, так и на макроскопических масштабах. На практике удобно разделять «оптическую силу», действующую со стороны светового луча на частицу, на дипольную силу и силу радиационного давления: первая из них старается поймать частицу в максимуме интенсивности поля электромагнитной волны, а вторая толкает ее вдоль пути распространения луча. После изобретения лазера управлять взаимодействием света и вещества стало гораздо удобнее, и ученые научились использовать лазерные лучи для перемещения, точного позиционирования и удержания отдельных атомов или небольших объектов. В частности, такой подход применяется в оптических пинцетах или магнито-оптических ловушках.

Более того, обмен фотонами между расположенными поблизости объектами может приводить к появлению между ними дополнительных сил притяжения или отталкивания и скоррелировать положения частиц, пойманных в ловушку и отстоящих друг от друга на расстояния порядка длины волны фотонов. Этот эффект, известный как оптическое связывание (optical binding), впервые был экспериментально подтвержден группой ученых под руководством Жене Головченко (Jene Golovchenko), которая измеряла силу взаимодействия между двумя диэлектрическими сферами, помещенными в вязкую жидкость. В дальнейшем оптическое связывание наблюдалось и в других, более сложных системах.

Тем не менее, все подобные эксперименты, как и работа группы Головченко, существенно полагались на вязкое трение между рассеивающими свет объектами и средой, в которую они были помещены. Другими словами, во всех этих экспериментах равновесие достигалось только тогда, когда силы вязкого трения начинали перевешивать силы, возникающие благодаря рассеянию света. В то же время, некоторые теоретические работы предсказывают, что оптическое связывание может возникать и при отсутствии любого трения, кроме радиационного, связанного с рассеянием света. В новой статье группа ученых под руководством Карлоса Максимо (Carlos Máximo) показала, что такое связывание действительно происходит.

Для этого ученые теоретически рассмотрели систему из двух одинаковых двухуровневых атомов, которые могут свободно перемещаться в двумерной плоскости, и численно решили систему дифференциальных уравнений, описывающих их движение. На практике такую систему можно реализовать с помощью двух лазерных пучков, которые распространяются в противоположных направлениях и не позволяют атомам покинуть плоскость. Заметим, что момент импульса L такой системы будет сохраняться, что обеспечивает бесконечное движение атомов в случае L ≠ 0. В самом деле, момент импульса системы равен L = 2m[r × v], где r — это вектор, направленный из центра системы на один из атомов, а v — это его скорость; если оба этих вектора изначально не были равны нулю, они и потом никогда не зануляются. Наконец, лазерные пучки не только удерживают атомы в плоскости, но и связывают атомы благодаря одновременному рассеянию света.

Полный текст статьи - https://nplus1.ru/

Избранный директор Института автоматики и электрометрии СО РАН чл.-корр. РАН С.А. Бабин в апреле выступил с двумя приглашёнными докладами на международных лазерных конференциях в Китае и США, в которых он рассказал о разработанных в рамках проекта РНФ новых схемах волоконных лазеров, работающих на эффекте вынужденного комбинационного рассеяния (ВКР).

В частности, в ИАиЭ СО РАН впервые в мире реализована полностью волоконная схема ВКР-лазера с прямой диодной накачкой, позволяющая эффективно преобразовать многомодовое излучение лазерных диодов в лазерный пучок высокого качества практически с любой длиной волны генерации. В отличие от традиционных лазеров на легированных одномодовых волокнах (иттербиевых или эрбиевых) здесь в качестве лазерной среды используется телекоммуникационный пассивный многомодовый световод с градиентным профилем показателя преломления, который не имеет проблем, обусловленных легированием, таких как фотопотемнение волокна со временем и развитие модовой нестабильности на больших мощностях. Совместное действие нелинейных эффектов при ВКР-преобразовании многомодового пучка в градиентном световоде и селектирующих свойств 3-мерной брэгговской решётки, записанной в многомодовой сердцевине световода с помощью запатентованной фемтосекундной технологии, позволяют получить пучок с расходимостью близкой к дифракционной. По сути разработана новая лазерная платформа, которая открывает принципиально новые возможности по управлению пространственными, спектральными и временными характеристиками излучения лазеров на основе многомодовых волоконных световодов.

Результаты работы недавно опубликованы в обзорной статье в высокорейтинговом журнале IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics (импакт-фактор 4): S.A. Babin, E.A. Zlobina, and S.I. Kablukov «Multimode Fiber Raman Lasers Directly Pumped by Laser Diodes».

Источник - https://www.iae.nsk.su/

Ученые из исследовательского центра HZDR (Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf), Германия, работая совместно с коллегами из Америки, разработали способ, позволяющий создавать или разрушать магнитные области в определенном сплаве при помощи луча лазерного света. Обратимость данного процесса открывает широкие возможности для использования этого в технологиях обработки материалов, оптических технологиях и технологиях хранения информации.

Ученые из HZDR уже некоторое время занимались изучением различных видов сплавов железа и алюминия. Они выяснили, что изменения атомарной структуры некоторых опытных образцов таких сплавов приводило к кардинальным изменениям магнитных свойств материала. "Наш сплав имеет строго заданную сложную структуру. В его объеме слои атомов железа чередуются со слоями атомов алюминия" - рассказывает Рэнтедж Бали (Rantej Bali), физик из HZDR, - "Когда лазерный свет воздействует на такой материал, атомы железа сближаются друг с другом и в этом месте материал начинает вести себя, как магнит".

В своих исследованиях ученые использовали сильно фокусированный луч лазера, вырабатывающий импульсы света, длительностью 100 фемтосекунд. Первый импульс приводил к появлению в сплаве области, обладающей ферромагнитными свойствами. Второй импульс, имеющий меньшую интенсивность, но такую же длительность, разрушал магнитную область, созданную первым импульсом. Однако, импульс меньшей интенсивности "стирал" магнит лишь наполовину, т.е. в этом участке материала оставалась половина от уровня начальной намагниченности. Поэтому для полного стирания магнитной области потребовалась целая серия импульсов низкой интенсивности.

Данные эксперименты и наблюдения были проведены при помощи синхротрона Bessy II, вырабатывающего импульсы мягкого рентгеновского излучения, за счет которых работал микроскоп, способный проникать в толщину материала и изучать магнитные свойства исследуемых образцов.

Если немецкие физики были ответственны за проведение экспериментальной части исследований, то ученые из университета Вирджинии, США, разработали теоретическую базу и построили необходимые математические модели. Эти модели показали, что в среде сплава под воздействием лазерного света происходят весьма удивительные явления. Первый сверхкороткий лазерный импульс нагревает и расплавляет участок материала. Когда сплав охлаждается, он проходит через состояние так называемой "переохлажденной жидкости", т.е. он находится еще в жидком состоянии при температуре ниже точки плавления материала. Атомы в этой жидкости перемещаются случайным образом и, когда материал затвердевает через несколько наносекунд, атомы железа так и остаются в случайных положениях, что придает материалу магнитные свойства.

Второй, более слабый, импульс лазерного света заставляет атомы занять определенное положение в виде упорядоченной кристаллической решетки. При этом, энергии лазерного света достаточно для того, чтобы атомы успели не только упорядочиться, но и обратно разделиться на слои атомов железа и алюминия.

В дальнейших экспериментах ученые планируют исследовать сплавы других материалов, попытаться использовать другие комбинации лучей лазерного света, которые позволят создавать магнитные области больших площадей с более четко выраженными границами.

Источник - https://www.dailytechinfo.org

Новые исследования, проведенные университетом Мичигана, показывают, что реакция слияния может быть более эффективной для термоядерной энергетики, чем реакция деления, - сообщает phys.org со ссылкой на Nature Communications.

Это заставляет ученых сосредоточиться на изучении взрыва сверхновых звезд и понять, как можно использовать подобный механизм для получения энергии на Земле.

Заглянуть внутрь далеких звезд невозможно, поэтому ученые воссоздают в лабораторных условиях реакции термоядерного синтеза внутри сверхновых звезд. Особое внимание уделяется неустойчивости Рэлея-Тейлора.

При взрыве суперновой звезды ее оболочка разлетается во все стороны и сталкивается с межзвёздным газом; образуется ударная волна, которая  формирует остаток сверхновой из звёздного материала и межзвёздного вещества. Важную роль здесь играет неустойчивость Рэлея-Тейлора, возникающая на стыке слияния разных газов, жидкостей и частиц с разной плотностью.

В прежних исследованиях влияние тепла на нестабильность Рэлея-Тейлора не учитывалось. Сейчас же ученые полагают, что энергетические потоки, вызывающие нагрев, оказывают значительное влияние на синтез.

«Рэлей-Тейлор изучается уже более 100 лет, - говорит Кэролин Куранц, директор Центра лазерных экспериментальных астрофизических исследований Университета Мичигана. - Но эффект, который оказывают на синтез потоки высоких энергий, эти механизмы, которые вызывают нагрев, никогда не изучались».

Исследователи обнаружили, что увеличение энергетических потоков и увеличение температуры снижают количество смешиваний и, как следствие, уменьшают неустойчивость Рэлея-Тейлора. Выяснить это им удалось благодаря крупнейшему в мире лазеру в Ливерморе, штат Калифорния.

 «Сейчас все наши атомные станции - это установки деления», - сказал Куранц. «Но слияние, как правило, более эффективно и дает меньше ядерных отходов. Кроме того, если для деления надо использовать плутоний или уран, то слияние может быть сгенерировано с помощью более легких элементов, таких как изотопы водорода, и поэтому у нас есть почти неограниченный источник топлива на Земле».

Исследование по теме «Как высокие потоки энергии могут повлиять на развитие неустойчивости Рэлея-Тейлора в молодых остатках сверхновых» опубликовано в Nature Communications. Исследование финансировалось Департаментом энергетики.

Источник - https://scientificrussia.ru/

Ученые Холдинга «Швабе» создали стеклокристаллические материалы с высочайшими отражающими и термомехнаническими свойствами, а также экстремально высокой химической стойкостью. Аналогов оптики в мире нет.

В научно-исследовательском и технологическом институте, входящем в состав Холдинга «Швабе», НИТИОМ ВНЦ «ГОИ им. С.И. Вавилова» разработана высокоотражающая стеклокерамика двух марок СОО-У6 и СОО-И8. Их спектральные диапазоны высокого диффузного отражения составляют 300-2000 и 450-2200 нанометров соответственно, что выше всех существующих аналогов. Ноу-хау – материалы, обеспечивающие высокие отражающие свойства, имеет защиту.

«Деятельность института сосредоточена на развитии оптического материаловедения, и в этом направлении за историю своего существования предприятие достигло выдающихся результатов. Стеклокерамика, отвечающая высоким требованиям современного мира, была разработана в качестве замены так называемого молочного стекла марки МС20, не производимого в России с 80-х годов. Большой спрос на такую оптику есть в области производства лазеров. Холдинг готов полностью обеспечить эту и другие отрасли новыми материалами с улучшенными качествами. Для нас также важно, что процесс их получения абсолютно безопасен для экологии», – рассказал первый заместитель генерального директора «Швабе» Сергей Попов.

В частности, СОО-У6 может применяться в качестве эталона белизны в пищевой и целлюлозно-бумажной промышленности, в приборостроении, для оснащения осветителей твердотельных лазеров. За счет высокой временной стабильности оптических свойств в сочетании с возможностью чистки фотометрические шары, ламбертовские ослабители, лазерные отражатели и другие изделия из СОО-У6 можно использовать не только в лабораторных, но и в цеховых и полевых условиях.

Между тем, стекло марки СОО-И8 обладает высокой лучевой стойкостью, способно выдержать резкие температурные перепады и механические напряжения, может работать в непрерывном лазерном режиме, что в том числе объясняет большой потенциал его применения в производстве лазеров.

Напомним, в специализированном научно-производственном комплексе «Стекло» на базе НИТИОМ ВНЦ «ГОИ им. С.И. Вавилова» ведутся работы по расширению каталога стеклокерамики. Сегодня продукция предприятия востребована и в России, и за рубежом – она экспортируется в Китай, Австрию, Чехию, США, а также другие страны.

Источник - http://www.arms-expo.ru/

Хитроумная конфигурация промышленных лазеров сделает наконец лазерное оружие практичным.

Самое продвинутое лазерное оружие морфлота США выглядит как дорогой телескоп для новичков. Оно возвышается на шасси десантного транспорта USS Ponce и глядит в небо над Персидским заливом, в то время как его оператор сидит в тёмной комнате где-то на корабле, и держит в руках нечто вроде игрового контроллера. Перед ним на экране видно небольшую лодку, расположенную недалеко от Ponce, везущую некий тёмный объект. Инфракрасный луч, направленный прямо на этот объект, не видно, но одна из точек вдруг становится ярче, а потом объект внезапно взрывается, и металлические осколки разлетаются от него, падая в воду.

Это оружие, на скорую руку собранное из нескольких промышленных лазеров, предназначенных для резки и сварки, должно выдавать всего около 30 кВт – и это далеко не тот мегаваттный монстр, о котором много десятилетий мечтают военные учёные, способный сбивать МБР. Но это, как говорят его сторонники, серьёзная веха на пути к будущему, в котором оружие с направленной энергией будет развёртываться в реальных боевых условиях. Они добавляют, что это будущее появится в результате изменений миссии и технологии. Изменения в миссии идут уже годами – от глобальной защиты от «ненадёжных государств», обладающих ядерным оружием, к локальной защите от повстанцев. Изменения в технологии происходят резче, и ведут к новым твердотельным оптоволоконным лазерам. Они составляют основу быстрорастущей индустрии в США объёмом в $2 млрд, заново создавшей имевшиеся в наличии технологии для резки и сварки металлов, и масштабирующей их до ещё большей мощности, имеющей разрушительный эффект.

Полный текст статьи - https://habr.com/

Физики обнаружили, что под воздействием лазера на поверхности погруженной в воду золотой наночастицы через сотню микросекунд после начала облучения образуется пузырь пара размером до 100 микрометров, который так же быстро сжимается обратно. После этого на частице возникает пульсирующий газовый пузырек в 100 раз меньшего объема, который еще через пару миллисекунд перестает колебаться и начинает медленно расти. Эти процессы могут быть использованы для медицинских применений или в каталитической химии, пишут ученые в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Если золотую или серебряную наночастицу опустить в воду, а потом посветить на нее лазером, то за счет эффекта плазмонного резонанса ее поверхность начнет сильно разогреваться, и около нее сформируется пузырек газа. Такие плазмонные пузырьки ученые пытаются использовать, например, в технологиях преобразования солнечной энергии, в каталитической химии или в медицине для терапии и диагностики. Поэтому то, как эти пузырьки пара ведут себя на относительно больших временах — порядка нескольких миллисекунд, — изучено довольно хорошо. При постоянном облучении размер пузырька достигает нескольких десятков микрометров, и в первые секунды этот рост происходит за счет испарения жидкости, а спустя примерно 10 миллисекунд после начала облучения доминирующим становится процесс теплового расширения из-за роста температуры под действием лазера окружающей жидкости.
Однако информации о том, что происходит с этими микропузырьками в первые микросекунды после начала облучения, из-за ограничений существующих экспериментальных методов, практически не было. Чтобы разобраться, как происходит зарождение газового пузырька на плазмонной наночастице и что с ним происходит в первые мнгновения его жизни, группа физиков из Китая, Нидерландов, Канады и Германии под руководством Детлефа Лозе (Detlef Lohse) из Университета Твенте разработала камеру со сверхвысокой скоростью съемки, которая позволяет производить запись с временным разрешением до 100 наносекунд (то есть делать до 10 миллионов кадров за одну секунду). С помощью этой камеры ученые внимательно проследили за развитием газового пузырька, который образуется на золотых наночастицах размером около 100 нанометров, размещенных по узлам квадратной решетки на поверхности оксида кремния.
Оказалось, что процесс формирования пузыря состоит из четырех основных стадий. При этом самые интересные процессы происходят на первых двух этапах — еще до того, как начинается монотонных рост объема пузыря: сначала пузырь резко увеличивается в размерах примерно до 40 микрометров, после чего «сдувается» обратно и начинает пульсировать, меняя свой объем от 10 микрометров до нуля. Эти две стадии продолжаются примерно 2 миллисекунды, после чего уже происходит переход монотонному росту объема капли.
По результатам наблюдений, первая стадия начинается с задержкой примерно в 100 микросекунд после начала облучения и сама тоже занимает около 100 микросекунд. Резкое увеличение газового пузыря происходит за счет локального увеличения температуры до 150–220 градусов Цельсия. При этом максимальная скорость роста достигает 12,5 метров в секунду, что примерно на 4 порядка больше, чем в случае роста за счет испарения и диффузионного расширения. При этом согласно теоретическим моделям, этот пузырь полностью состоит из испарившейся воды, и в нем практически нет воздуха.
После исчезновения первого гигантского пузыря происходит переход в колебательный режим, который поддерживается за счет равновесия между процессами испарения воды и диссипации энергии. Максимальный объем пузырька на этой стадии примерно в 100 раз меньше, чем у первого пузыря на начальном этапе, а период колебаний объема — примерно в три раза меньше чем длительность первой стадии. Со временем испарение воды становится доминирующим процессом, и из второй стадии пузырь переходит в третью, в которой начинается его медленный монотонный рост.
Ученые отмечают, что основную роль при зарождении пузыря играет газ, растворенный в жидкости. Поэтому в насыщенной газом воде и в дегазированной воде динамика роста и пульсаций газового пузыря будет довольно заметно отличаться. В частности, чем больше концентрация растворенного газа, тем больше будет максимальный объем пузыря. Также от концентрации растворенного газа зависит длительность задержки перед формированием первого пузыря. Кроме того, этот процесс сильно зависит и от интенсивности лазерного облучения. Однако, при увеличении интенсивности лазера максимальный объем пузырька не увеличивается, как можно было ожидать, а наоборот, падает — этот эффект связан с меньшими потерями энергии при снижении мощности лазерного пучка.
По словам авторов работы, возможность быстрого образования большого парового пузыря сразу после начала облучения может использоваться в медицинских приложениях (например для разрушения раковых клеток) или для повышения эффективности катализа на золотых наночастицах.
У погруженных в воду плазмонных наночастиц существуют и другие интересные способы применения. Например, именно использование золотых плазмонных наночастиц позволило физикам из Китая и США разработать способ, с помощью которого лазером можно направлять поток жидкости в нужную сторону.

Источник - https://nplus1.ru/

Ученые из Сент-Эндрюсского университета (Шотландия) создали ультратонкую гибкую пленку, способную излучать лазерный свет. Исследователи провели ее успешное испытание на контактных линзах, продемонстрировав реальную возможность выпускать лазерные лучи из глаз. О проделанной работе ученые сообщили в журнале Nature Communications.

Не спешите бежать и покупать визор Циклопа. Лазерный луч, создающийся этой пленкой, очень слабый и не способен вызвать никаких повреждений. Да и сама технология, говорят ученые, скорее обладает потенциалом использования при создании носимых бирок безопасности или, возможно, даже в качестве этакого носимого баркода.

«Мы продемонстрировали процесс производства и работу маломощной лазерной пленки, безопасной для органического применения, а также обладающей большой гибкостью и очень легкой. Ее физические свойства, в сочетании с возможностью генерации маломощного лазерного луча, обладающего различными параметрами выходного спектра, позволяют использовать ее для производства меток безопасности и применять на самых разных поверхностях, включая денежные банкноты, контактные линзы и ногти», — сообщают ученые в опубликованной статье.

Толщина пленки составляет менее одной тысячной миллиметра. Кроме того, она гибкая, поэтому ее можно легко адаптировать для использования, например, в полимерных банкнотах или в мягких пластиковых изделиях, к примеру, в тех же гибких контактных линзах.

Как сообщает портал IEEE Spectrum, лазерный луч пленка создает с помощью впечатанных в ее тонкие полимерные мембраны наноразмерных решеток. Как сообщают ученые, получаемые мембраны затем можно интегрировать в другие поверхности.

При освещении другим лазером, пленка начинает испускать свой собственный лазерный луч с длиной волны 420-700 нанометров, что определено структурой и материалом решетки. Однако исследователи отмечают, что при желании параметры можно настроить под свои нужды, и тогда пленка будет излучать свою длину волны и даже излучать лазер как закодированный сигнал в виде нулей и единиц, как в баркоде.
Создающийся пленкой лазер очень маломощный — примерно около одного нановатта. Это одна миллиардная ватта, что крайне мало даже для того, чтобы создать едва видимый свет. Но этой мощности вполне достаточно для того, чтобы лазерный луч распознал сканер, что открывает для пленки перспективу использования в качестве основы для бирок безопасности, говорят ученые.

«В этом случае будет очень сложно подделать лазерный луч с нужной длиной волны», — комментирует старший исследователь, физик Мальте Гатер из Сент-Эндрюсского университета.

Для проверки работоспособности пленки команда ученых интегрировала мембрану в контактные линзы, после чего использовала ее на имеющемся извлеченном глазе коровы (изображение выше). Их довольно часто используют в подобных тестах, поскольку они обладают схожими структурными особенностями с человеческим глазом. Кроме того, недостатка в тестовом материале в таком случае, как правило, не бывает.

Работу пленки также проверили, поместив ее на ноготь одного из исследователей. В обоих случаях мембрана производила лазерный луч, и, что боле важно, его мощность постоянно находилась в безопасной зоне, что говорит о возможности его многократного безопасного использования в тех же контактных линзах.

По словам разработчиков, переход от прототипа к массовому производству подобной пленки можно наладить без проблем.

«Используя недавно разработанную технологию рулонной нанопечати, а также технологию органических печатных чернил, можно наладить массовое производство лазерной пленки при низкой стоимости конечного продукта», — отметили ученые.

Источник - https://hi-news.ru/

Российские ученые изобрели способ поиска месторождений нефти с помощью беспилотных летательных аппаратов (БЛА). Для этого размещенный на дроне специальный датчик (своеобразный «искусственный нос») анализирует состав атмосферы около поверхности земли. Новый метод придумали специалисты Всероссийского нефтяного научно-исследовательского геологоразведочного института (ВНИГРИ) и Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики (ИТМО).
Установленный на БПЛА лазерно-оптический комплекс (лидар) распознает пристутствие в приповерхностном слое атмосферы веществ, свидетельствующих о близости месторождения. Это, в частности, углеводородные газы: метан, этан, пропан, бутан, пентан. В результате геологи получат карту концентраций этих веществ. Если она превышена, в соответствующем месте нужно искать нефть.

— Аппаратура, которую мы используем, разрабатывалась для поиска взрывчатки, в антитеррористических целях. Она очень точная и улавливает мельчайшие следы нужных веществ. А мы добавили дополнительный индикатор для поиска углеводородов, — рассказал «Известиям» соавтор изобретения, профессор ВНИГРИ Александр Ильинский.

Российские нефтяные и газовые компании используют дроны для обнаружения утечек газа из трубопроводов, но не для поиска месторождений. Ранее специалисты ВНИГРИ и ИТМО разрабатывали лидар для вертолетов. Но сейчас они сконцентрировались на использовании в качестве носителей дронов.

— Беспилотники сделают наш проект более рентабельным. Стоимость летного часа — порядка 150–180 тыс. рублей для вертолета и 25–35 тыс. рублей в случае дрона. К тому же удастся снизить массу прибора. При этом уменьшится его чувствительность, но дрон вертолетного типа может работать на значительно меньшем расстоянии от земли, чем собственно вертолет, — говорит Ильинский. — Такой способ разведки неопасен для оператора и более экологичен.
По словам разработчиков, лазерная технология не заменяет традиционные методы поиска нефти, но дополняет их. В комплексе с сейсморазведкой она позволяет довести достоверность распознавания веществ-индикаторов до 80%.

— Я знаю эту работу. У предложенного метода есть проблемы — очень много помех за счет газов, не связанных с месторождением. Например, болотных. Поэтому технология требует тщательного анализа. Но использование беспилотников действительно обходится дешево, — отметил завлабораторией дистанционных методов геоэкологического мониторинга и геоинформатики Санкт-Петербургского НИЦ экологической безопасности РАН Виктор Горный.
По словам старшего научного сотрудника лаборатории палеофлористики Геологического института РАН Галины Александровой, традиционные сейсмические методы обнаружения углеводородов и в будущем останутся основными. Но исследования по предлагаемой технологии могут дать дополнительную аргументацию для начала бурения скважин.

Источник - https://iz.ru/

Учёные создают всё больше технологий для восстановления утраченной памяти, но возможно ли в буквальном смысле управлять воспоминаниями, а заодно и ощущениями? Например, добавить в память человека эпизоды, которые он никогда не переживал на самом деле, или "выключить" испытываемую им боль.

Это может показаться сюжетом для научно-фантастического фильма, однако учёные из Калифорнийского университета в Беркли нашли способ "отредактировать" ощущения и воспоминания. Правда, пока что его эффективность была проверена лишь на мышах.

Авторы работы поясняют, что управлять нейронами им помогают вспышки света, а компьютерная голография позволяет спроецировать свет на нужный участок мозга. (Эта область науки называется оптогенетикой. Авторы проекта "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывают о самых интересных оптогенетических опытах в специальном разделе.)

В целом технологию можно назвать голографическим модулятором: она позволяет вырезать, копировать и вставлять определённые модели активности клеток мозга. С её помощью можно управлять тысячами нейронов одновременно, чтобы воспроизвести или, напротив, подавить то или иное ощущение или воспоминание.

На начальных этапах экспериментов целью учёных стал крошечный участок мозга мыши объёмом "всего" две-три тысячи нейронов. При помощи безвредного вируса-"почтальона" в эти клетки доставили кусок ДНК, вырабатывающий белок, который активирует нейроны в ответ на конкретный раздражитель – вспышку света.

Затем в черепе грызуна просверлили отверстие, через которое голографический световой сигнал мог попасть в мозг (в виде проекции). Компьютерная голография оказалась единственным способом сфокусировать вспышку света на поверхности микроскопической площади, уточняют авторы. Кстати, "зона покрытия" составила 550×550×100 микрометров.

Реагировать на световое воздействие должны были моторный, сенсорный и зрительный центры (входят в состав соматосенсорной системы). Частота импульсов составила до 300 в секунду, при этом каждый из них должен был активировать до 50 нейронов одновременно.
Отмечается, что в ходе испытаний животные бежали по беговой дорожке, однако их головы были обездвижены, чтобы сигнал поступал в нужную зону. В результате внешне поведение грызунов никак не изменилось, зато двухфотонная кальциевая визуализация показала, что мозг мышей реагировал так, как будто бы у них был реальный сенсорный стимул. Например, как если бы животное видело перед собой какое-то препятствие.

"Главным прорывом является способность контролировать нейроны именно в пространстве и времени. Другими словами, чтобы "охотиться" на специфические наборы нейронов, которые вы хотите активировать, и делать это в характерном для них масштабе и на скорости, с которой они обычно работают", — рассказывает автор работы оптогенетик Николя Пегар (Nicolas Pégard).

Его коллега и соавтор исследования молекулярный биолог Алан Мардинли (Alan Mardinly) добавляет, что предстоит ещё много испытаний и усовершенствований технологии. В настоящее время методика позволяет воздействовать лишь на микроскопический участок мозга, и даже для этого требуется много оборудования.

Конечная цель команды – расширить "зону покрытия" светового импульса, а также уменьшить размеры аппаратуры, необходимой для этого.

Что же касается непосредственно испытаний метода, то теперь исследователи намерены провести аналогичные тесты с заранее обученными мышами, чтобы поведенческие изменения после процедуры были более явными.

В частности, авторы хотят записать реальные модели активности мозга в различных случаях и воспроизвести их при помощи голографического модулятора, чтобы сравнить, какой ответ вызовет настоящее и "скопированное" воздействие.

Когда учёные добьются необходимой точности, можно будет говорить о создании нейронных протезов нового поколения. С их помощью можно будет, к примеру, компенсировать неврологический ущерб, нанесённый дегенеративными заболеваниями или травмами.

"Если вы можете читать и писать на языке мозга, он будет интерпретировать ваши сообщения намного лучше. Это один из первых шагов на пути к разработке технологии, которая позволит дополнять или усиливать чувства человека", — заключает Алан Мардинли.

Более подробно об этой интересной работе рассказывается в научной статье, которая была опубликована в журнале Nature.

Добавим, что ранее магнитная стимуляция мозга помогла возродить "забытые" воспоминания. Между тем специальные мозговые имплантаты уже помогают повысить интеллект и замедлить развитие старческого слабоумия.

Источник - https://www.vesti.ru/

В ходе совместного исследования группы учёных из университетов Орхуса и Южной Дании был открыт способ выделять из лазерного луча минимально возможное количество света — один квант. Статья об этом недавно появилась в Physical Review Letters.

В последние годы сверхохлаждённые атомные газы широко применяются как идеальная среда для манипулирования светом. Датские физики в созданной ими фотонной квантовой памяти применили особый тип сверхохлаждённого газа — в котором атомы активно взаимодействуют между собой.

В такой среде каждый фотон чувствует присутствие других фотонов, что позволяет управлять светом на нелинейном уровне. Авторы продемонстрировали возможности такого управления «вычитая» одиночный фотон из оптического пучка с помощью другого луча света. Фотоны во втором луче вступали во взаимодействие с хранящимися в памяти фотонами таким образом, что только один из них выделялся для последующего извлечения или отбрасывания. Предстоит ещё много поработать, прежде чем метод созреет для использования в квантовой информатике, тем не менее, действующий прототип фотонного вычитателя стал важной вехой на этом пути.

Источник - http://www.nanonewsnet.ru/

Поиск