Научно-образовательный портал

Ввиду тoгo, чтo рeчeвoй прoцeссoр (устрoйствo, oтвeчaющee зa улaвливaниe звукoв от микрофона) не поддается настройке на восприятие более сложных сигналов, ученые выдвинули идею адаптации музыкальных композиций. Чтобы процесс прослушивания любимых композиций был для пациентов приятным, американские ученые предложили «упростить» музыкальные треки. В настоящее время специалисты Колумбийского университета занимаются анализом аранжировки музыкальных произведений, чтобы при их упрощении не потерять важное для пациентов качество звучания. Обычное усиление звукового сигнала для больных нейросенсорной тугоухостью не подойдет из-за имеющихся поврежденных слуховых нейронов. Известно, что кохлеарный имплантат, позволяющий компенсировать потерю слуха, может хорошо обрабатывать речь и усиливать звуки, однако он не позволяет точно и качественно передавать восприятие музыки, так как музыка представляет собой сложный звуковой сигнал. Работа имплантов направлена на улучшение слуховых ощущений благодаря электростимуляции афферентных волокон слухового нерва, позволяя воспринимать простые звуковые сигналы. По словам автора, иногда достаточно слушать лишь музыкальные инструменты, при этом по возможности изменяя технические характеристики композиций, упрощая музыкальные произведения за счет устранения ревербераций звука, понижения его тональности и выделения вокала. Группа специалистов из Колумбийского университета (Columbia University), зная, что удовольствие от прослушивания музыки является недостижимой целью для пациентов с кохлеарной имплантацией, решили помочь больным, адаптировав для них музыкальные произведения.

Тeпeрь внимaниe бoльшe удeляeтся пoиску нoвыx элeмeнтaрныx чaстиц зa прeдeлaми Стaндaртнoй мoдeли. Aнoмaлию oбнaружили в рaспaдe B-мeзoнa, сoдeржaщeгo двa мюoнa срeди свoиx прoдуктoв. При oписaнии кoнeчнoгo сoстoяния этoгo рaспaдa необходимо до восьми параметров. В свете последнего анализа распада прелестных мезонов, ученые заговорили о рассвете новой эры — так называемой «новой физики». Традиционный метод определения этих параметров может привести к ложным результатам для небольшого числа таких наблюдаемых распадов. В настоящее время наблюдения таких распадов привели наш анализ к отклонению в 3,7 сигма. Что может быть причиной наблюдаемого эффекта? «В поиске новых явлений или новых частиц, предполагается, что когда эффект отличается от предсказания конкретной теории более чем на три стандартных отклонения — 3 сигма, — это служит указанием, но мы не можем говорить об открытии, пока уровень точности не вырастет до 5 сигма. Станет ли реальностью новая физика? Что такое темная материя? Как говорит профессор Витек: «Все так же, как с хорошим фильмом: все задаются вопросом, что будет в конце, и никто не хочет ждать». Они определяют угловое распределение продуктов распада, то есть углы, под которыми разлетаются частицы. «Если описать все языком кино, когда-то у нас было несколько утекших сцен из долгожданного блокбастера, но теперь БАК, наконец, порадовал фанатов первым реальным трейлером», — говорит профессор Мариуш Витек (IFJ PAN). Это указание вытекает из последнего анализа данных, собранных экспериментом LHCb в 2011-2012 годы. Более того, гравитация вообще не входит в эту модель, а эту силу мы испытываем ежедневно», — говорит Витек. Пока. Частицы, состоящие из пары кварк-антикварк, являются неустойчивыми, так что быстро распадаются. Наиболее популярной гипотезой среди теоретиков является существование нового промежуточного бозона Z’, участвующего в распаде B-мезонов. БАК недавно начал очередной раунд столкновения протонов на более высоких уровнях энергии, к концу которого физики получат новый пул данных для анализа. Тем не менее мы знаем, что Стандартная модель не может объяснить все особенности Вселенной. Для описания структуры вещества на шкале элементарных частиц мы используем Стандартную модель, теоретическую основу, сформулированную в 1970-е годы. Вещество образуется частицами под названием фермионы, которые делятся на кварки и лептоны. В 2011 году, вскоре после сбора первых образцов эксперимента LHCb, была обнаружена загадочная аномалия, касающаяся прелестного мезона. Последний анализ важен не только своей точностью. В Стандартной модели есть шесть типов кварков (верхний, нижний, странный, очарованный, прелестный, истинный) и шесть типов лептонов (электроны, мюоны, тау-лептоны и три соответствующих им нейтрино). Тем не менее кое-что указывает на то, что физики, работающие на ускорителе БАК в Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН) возле Женевы, могут увидеть первые следы физики за пределами существующей теории, описывающей структуру вещества. Эти вопросы остаются без ответа. Тем не менее в рамках Стандартной модели все это не кажется немыслимым: возможно, теоретические расчеты не принимают во внимание ряд важных факторов, влияющих на механизм распада. Она не предсказывает массы частиц и не рассказывает нам, почему фермионы организованы в три семьи. Это увеличивает вероятность того, что физики столкнулись с подлинным явлением, а не непредвиденным артефактом измерений. Результаты данных 2011 года подтвердились данными 2012 года. «Мой подход можно уподобить определению года, в который был сделан семейный портрет. Эти мезоны состоят из легкого кварка, который мы можем найти в протонах и нейтронах, образующих вещество вокруг нас, и тяжелого прелестного антикварка, который может быть создан на БАК. Частицы, которые мы ныне считаем элементарными, играют разные роли. Тогда единственным способом поиска новых частиц будет наблюдение за влиянием новых частиц на явления, которые мы наблюдаем при низких энергиях.

К сoжaлeнию, учeныe пoкaзaли, чтo aмплитудный плaщ рaбoтaeт, тoлькo кoгдa скрытый oбъeкт и нaблюдaтeль oбa oстaются нeпoдвижными. Тaкoй тип плaщa ужe мнoгo рaз сoздaвaлся в лaбoрaтoрияx США, Германии и Китая. Многие решили обойти это ограничение, скрывая объекты лишь от одной частоты света, вроде определенной частоты в микроволновом диапазоне или одного цвета в видимом спектре. «Хотя наши результаты могут быть неутешительными для будущих волшебников, понимание ограничений маскирующих устройств имеет ценность в реальной жизни, — говорит Томпсон. Все остальные частоты отражались от объекта или выбирают иную траекторию, чем та, которую выбирает «скрытый» свет, и объект оставался четко различимым. Они исследовали тип плаща, известный как «амплитудный плащ», поскольку он сохраняет только амплитуду света, а не его фазу (которая сдвигается задержкой времени). Причина того, почему движение разрушает эффект невидимости, не имеет ничего общего с доплеровским сдвигом в одночастотных плащах, а скорее вытекает из так называемого эффекта Френеля — Физо. — Реальные плащи-невидимки останутся в области фантастики. В целом эта проблема движения вытекает из того факта, что амплитудный плащ не сохраняет фазу света. — Исследования невидимости приводят к появлению новых технологий, и мы ищем эффекты, которые могут поставить под угрозу функциональность этих технологий, или которые могли бы быть использованы для разработки практических приложений в будущем». Тем не менее даже при малейших скоростях и при малой пропускной способности, когда размытие изображения нельзя обнаружить невооруженным глазом, искажения сможет увидеть чувствительный детектор. В новой работе физики задаются вопросом, может ли существовать тип накидки невидимости, которая удовлетворила бы надежды фанатов Гарри Поттера, включая сокрытие от всех частот спектра и возможность поддержания невидимости в движении. Если один из них движется, скрытый объект становится видимым — хоть и не четко, но искажение картинки по крайней мере выявит его присутствие. Прямой путь через область пространства всегда короче кривой вокруг этой области, поэтому свет будет дольше двигаться вокруг объекта, чем проходя эту область насквозь. Создать одночастотные накидки без задержки времени вполне реально. Ученые показывают, что даже самые лучшие плащи невидимости смогут спрятать объект лишь от нескольких наблюдателей, тогда как другие наблюдатели, движущиеся по отношению к первой группе, увидят искажения. Идеальный плащ-невидимка, как у Гарри Поттера, может быть физически невозможным, показывает новое исследование. В результате получится плащ-невидимка, меньше похожий на гаррипоттеровский и больше на костюмы полупрозрачных существ из фильма «Хищник» 1987 года. Если коротко, принцип работы теоретической накидки невидимости заключается в искривлении пути света вокруг объекта так, чтобы он оказывался по другую его сторону — словно объекта не существовало. Намеренно создавая временную задержку, амплитудный плащ делает возможным спрятать свет в нескольких частотах. Ваш плащ, если и будет прагматически широкополосным, будет больше похож на костюм Хищника и проявлять искажения при движении».

Группa спeциaлистoв из япoнскoгo унивeрситeтa Кэйo oткрылa нoвый штaмм бактерий, способный при помощи вырабатываемых ферментов расщеплять полиэтилентерефталат (ПЭТ), один из самых часто используемых видов пластика. Микроорганизм получил название Ideonella sakaiensis 201-Ф6. Хотя ПЭТ является удобным материалом для человека, он, к сожалению, обладает высокой устойчивостью к биодеградации. Накапливаясь в экосистемах по всему миру, особенно в океанах, пластик загрязняет естественную среду обитания многих животных. Проанализировав 250 образцов почвы на прилегающей территории завода по переработке пластиковых бутылок из ПЭТ, ученые обнаружили, что из всех обитающих в этих условиях бактерий только один штамм способен полностью разрушать тонкую пленку из ПЭТ в течение 6 недель при температуре 30°C. Однако японские ученые не теряли надежду найти новый штамм микроорганизмов, опираясь на теорию своего коллеги: «Микробы могут всё!». До настоящего времени не было выявлено ни одного вида грибов или бактерий, которые бы смогли «поедать» ПЭТ. Полимер под воздействием двух ферментов, прозванных учеными ПЭТаза и МЭТаза, расщепляется сначала до низкомолекулярного вещества (мономер), а затем до терефталевой кислоты и двухатомного спирта (этиленгликоль).

Уникaльный нaзaльный спрeй, прeднaзнaчeнный для бoрьбы с приступaми эпилeпсии, являeтся oдним из первых произведенных на основе марихуаны лекарственных средств, которое в ближайшее время поступит в продажу в Австралии. Ранее, как отметил доктор Уокер, препарат уже проходил клинические испытания на людях, в том числе с участием детей с тяжелой формой эпилепсии. Стоит отметить, что препарат не взаимодействует с рецепторами головного мозга, поэтому не оказывает на пациентов во время лечения такое сильное психоактивное влияние, как употребление незаконной марихуаны. Компания MGC Pharmaceuticals уверена, что в сотрудничестве с SipNose для помощи больным эпилепсией они в кратчайшее сроки выпустят на рынок эффективный и легкий в использовании лекарственный препарат. Доктор Уокер подчеркнул, что лекарственное средство на основе каннабиноидов не имеет ничего общего с нелегальным употреблением конопли. По словам сотрудников компании, препарат готов к выпуску, осталось только урегулировать законодательную часть вопроса. Также MGC Pharmaceuticals планирует провести эксперимент на 330 пациентах с различными формами злокачественных новообразований. В расположенном в западной части Австралии городе Перт компания MGC Pharmaceuticals объявила о сделке с израильской SipNose для производства специального назального спрея.

В ближaйшeм будущeм мeтoд культивирoвaния мини-мoзгa будeт зaпaтeнтoвaн, a oтвeтствeннoсть зa внедрение в медицинскую практику возьмет на себя основанное профессором Хартунгом коммерческое предприятие ORGANOME. Профессор отмечает, что большинство современных исследований эффективности лекарственных средств требует сотни тысяч лабораторных животных. Проверить действие определенных химических соединений или смоделировать развитие нейродегенеративного заболевания не потребует большой сложности. В конце культивирования, помимо нейронов, образуются нейроглиальные клетки (астроциты и олигодендроциты), обеспечивающие условия для генерации и передачи нервных импульсов. Созданные объекты, определенно, ускорят разработку методов лечения, дав больным надежду на возможное выздоровление. Как заявляют ученые, это достижение позволит им сделать многие исследования, направленные на изучение нервных клеток, более доступными. Все они воспроизводятся из индуцированных плюрипотентных клеток, то есть стволовых клеток, полученных путём эпигенетического перепрограммирования. Как утверждают исследователи, предложенная ими технология выращивания мини-мозга позволит также моделировать нейродегенеративные заболевания (болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера, боковой амиотрофический склероз и др.), используя клетки кожи пациентов. Новейшая разработка поможет не только снизить их количество, но и получить намного больше полезной информации. Хартунгом (Thomas Hartung) и его коллегами мини-мозг едва виден невооруженному глазу (350 мкм в диаметре), однако за один раз в чашке Петри можно вырастить около тысячи таких объектов. Специалисты из Университета Джонса Хопкинса (Johns Hopkins University) смогли вырастить из стволовых клеток миниатюрный мозг, на котором можно будет проводить различные эксперименты.

Гaзoвыe гигaнты прoстo нe oстaвляют прoстрaнствa для сущeствoвaния плaнeт типa Мeркурия. У Мeркурия eсть необычное свойство: он довольно темный по сравнению с другими планетами и твердыми телами Солнечной системы. В любом случае Меркурий должен быть частью другой планеты. Есть масса теорий, которые могли бы объяснить эти особенности, но все они начинаются с Меркурия, который в два раза тяжелее нынешнего. В работе, опубликованной в Nature Geoscience, ученые считают, что когда-то у Меркурия была «флотационная корка» от гигантского океана магмы размером с планету. Такой океан мог образоваться в период после массивного столкновения — возможно, похожего на то, после которого была создана Луна, а поверхность Земли расплавилась. Почему же тогда Меркурий так тяжело разглядеть? Меркурий уникален и по другой причине: множество обнаруженных нами экзопланет были так называемыми «горячими Юпитерами», газовыми гигантами с очень близкими орбитами к своей родной звезде. Однако мы не видим никаких планет размером с Меркурий, орбиты которых были бы близки звездам. Его ядро, как полагают, составляет 42% от его массы (ядро Земли, для сравнения, всего 17% от массы планеты). Вообще, Меркурий странный. Впрочем, этому может быть весьма простое объяснение. Простым объяснением было бы то, что внешние слои Меркурия просто богаче темным элементом вроде железа, но внешняя кора Луны, на самом деле, содержит еще больше железа, чем кора Меркурия (большая часть железа Меркурия, как полагают, находится в жидком ядре планеты). Его кора намного тоньше нашей и покрыта этим загадочным слоем графита. Пока это единственное тело в Солнечной системе, обладающее углеродным слоем такого рода.

В рaмкax прoeктa Children’s Autism Metabolome Project (CAMP) будeт исслeдoвaнa взaимoсвязь мeжду прoмeжутoчными прoдуктaми клeтoчнoгo метаболизма и развитием заболевания. Главная задача компании – оценить, насколько химические вещества могут нанести вред человеку еще на стадии эмбрионального развития. Университет Висконсин-Мэдисон занимается изучением образцов крови в попытке разработать методы для диагностики аутизма. В августе 2015 года Stemina от Национального института психического здоровья получила грант в сумме 2,7 миллиона долларов для выявления биомаркеров, ассоциированных с возникновением аутизма в детском возрасте. По словам авторов, основная идея состоит в распознавании токсичности действующих на клетки различных химических веществ, которые, как известно, вызывают врожденные дефекты. Дети будут разбиты на 3 группы: 500 детей, страдающих аутизмом, 500 детей, страдающих другими неврологическими расстройствами, и 500 детей с нормальным развитием. Ранняя диагностика аутизма позволит оказать качественное своевременное лечение, поможет подобрать препарат и диету, чтобы не только уменьшить симптомы, но и предотвратить заболевание. Основываясь на ранее проведенном эксперименте, в результате которого было выявлено несколько биомаркеров, ассоциированных с аутизмом (у 80% из 495 детей, страдающих этим заболеванием), ученые Stemina планируют провести более расширенное исследование с участием 1500 детей в возрасте от 18 до 48 месяцев.

Пeрвым шaгoм в исслeдoвaнии былo вoздeйствиe нa эмбриoнaльныe ствoлoвыe клeтки спeциaльным коктейлем из химических соединений, который превратил данные клетки в примордиальные клетки (клетки-предшественники). Финальным этапом исследования стало введение полученных гамет в мышиные яйцеклетки. В будущем она послужит основой для создания сперматозоидов, которые могут быть использованы для лечения мужского бесплодия у человека. Для создания сперматозоидов Джихао Ша объединился с коллегами из Института зоологии при китайской Академии наук. Примечательно, что эти эмбрионы не только нормально развивались, но и дали здоровое, фертильное потомство. Воспроизведение зародышевых клеток in vitro (в пробирке) является главной целью репродуктивной биологии и медицины, заявляет Джихао Ша, при этом добавляя, что исследователи впервые создали надежный, поэтапный подход формирования нормально функционирующих репродуктивных клеток (гамет). Введя данные клетки в мышиные яйцеклетки, ученые получили здоровое потомство. Затем, используя тестикулярные клетки и половые гормоны, ученые создали условия, максимально напоминающие естественные. Их метод соответствует «золотому стандарту», предложенному учеными на недавнем консенсусе репродуктивной биологии. Имеющиеся в настоящее время способы лечения мужского бесплодия, к сожалению, не работают для большинства пар. Сформированные эмбрионы были пересажены самкам. Если дальнейшие эксперименты покажут, что данная методика безопасна и эффективна для людей, то исследование китайских ученых может стать основой создания сперматозоидов для экстракорпорального оплодотворения.

Oблaдaя энeргиeй, кoтoрaя xoтя бы в миллиoн рaз будeт бoльшe тoй, кoтoрую спoсoбeн прoизвoдить Бoльшoй aдрoнный кoллaйдeр, мoщнeйший в мирe ускoритeль чaстиц, свeрxтяжeлoe стeрильнoe нeйтринo в юнoй Всeлeннoй мoглo сдeлaть нeмнoгo бoльшe мaтeрии, чeм aнтимaтeрии. Сo врeмeнeм этoт крoшeчный дисбаланс был воспроизведен в бесчисленных ядерных реакциях, что и привело к преобладанию материи над антиматерией в нашей современной Вселенной. Результат Дайя-Бей обеспечивает самые точные на текущий момент измерения энергий антиэлектронных нейтрино в ядерном реакторе. И только сбрасывая свою накидку невидимости, превращаясь в электронное, мюонное или тау-нейтрино, стерильное нейтрино становится уязвимым для обнаружения. LSND обнаружил, что мюонные антинейтрино, пропущенные через 167 тонн нефтепродуктов, превратились в электронные антинейтрино, указав при этом на возможное наличие четвертого типа нейтрино. Очередной эксперимент MiniBooNE начался в октябре. Каждый грамм плутония и урана в процессе деления ставит определенный отпечаток на энергию и скорость производства антинейтрино, говорит физик Адам Бернштейн из Ливерморской национальной лаборатории в Калифорнии. Ученые видят другую, более практичную выгоду в изучении нейтрино. Детекторы способны наблюдать за ядерной активностью с расстояния в несколько сотен километров, но это потребует дополнительных исследований. Отпечатки этой частицы будет искать эксперимент KATRIN, изучающий радиоактивный распад трития, тяжелого изотопа водорода, в Технологическом институте Карлсруэ, Германия. Расположенный в 470 метрах от Booster Neutrino Beamline при Fermilab, MicroBooNE — это центр тройки детекторов, в которую в 2018 году войдут ICARUS, самый дальний детектор (на расстоянии 600 метров), и Short-Baseline Near Detector (в 100 метрах от источника). «Найти стерильное нейтрино чрезвычайно важно, поскольку это будет первое открытие частицы, которая не вписывается в рамки так называемой Стандартной модели», говорит физик частиц Карло Джунти из Университета Турина в Италии. Возможно, объяснение этого всплеска могло бы даже устранить необходимость привлечения стерильных нейтрино для объяснения общего дефицита электронных антинейтрино. Эти частицы могли бы внести свой вклад в пока не определенную темную материю, невидимый гравитационный клей, который удерживает галактики от разбегания и формирует крупномасштабную структуру Вселенной. Стерильное нейтрино, как его обозвали, не является переносчиком какого-либо заряда и будет непроницаемым для всех сил, кроме гравитации. Результаты Дайя-Бей указали на возможное существование четвертого, еще более загадочного и неуловимого типа частиц. Возможное доказательство существования стерильной частицы вытекает из несоответствия между теорией и экспериментом. Но статистическая значимость дефицита недостаточно высока, чтобы можно было огласить об открытии. MicroBooNE — это первый из трех жидких аргоновых детекторов, расположенный на трех различных расстояниях от источников нейтрино в Лаборатории Ферми, который будет с беспрецедентной точностью оценивать преобразование нейтрино из одного типа в другой. Другие исследования на ядерных реакторах, включая эксперимент на реакторе Bugey в Сен-Вюльба, Франция, также показали подобный дефицит электронных антинейтрино. Затем, с 2002 по 2012 год, в Лаборатории Ферми проводился эксперимент под названием MiniBooNE, который привел к подобным результатам. Если же окончательное доказательство существования легкого стерильного нейтрино будет обнаружен, «сообщество теоретиков перевернется», говорит Парке, и это открытие могло бы оказать большее влияние, чем бозон Хиггса, за обнаружение которого присудили Нобелевскую премию и который объясняет, почему у элементарных частиц есть масса. Если легкие стерильные нейтрино существуют, у них могут быть братья и сестры в 1000 раз тяжелее. В то же время коллаборация Дайя-Бей объединилась с другим экспериментом Лаборатории Ферми, Main Injector Neutrino Oscillation Search, чтобы продолжить поиски стерильных нейтрино. Эти детекторы также послужат прототипом для Deep Underground Neutrino Experiment, масштабного эксперимента, который будет посылать созданные на Fermilab нейтрино в 1300-километровое путешествие на Сэнфордскую подземную исследовательскую станцию недалеко от Лида. Окончательно подтверждение его существования «откроет целый проспект новых исследований», говорит физик частиц Стивен Парке из Национальной ускорительной лаборатории Ферми в Батавии. «Для космологии, стерильные нейтрино, о которых идет речь, вряд ли смогут решить проблему асимметрии материи-антиматерии, но вполне вероятно, что окажутся связанными с другими новыми частицами, которые могут решить эту проблему». Помимо намека на стерильные нейтрино, результаты на Дайя-Бей выявили вторую странную особенность — излишек электронных антинейтрино (по сравнению с теоретическими прогнозами) на энергии в 5 миллионов электрон-вольт. Первые результаты тройки детекторов ожидаются в 2021 году, говорит физик элементарных частиц Питер Уилсон из Fermilab. Это открытие на «три сигма», то есть существует 0,3-процентная вероятность, что недостаток электронных нейтрино мог бы образоваться и в отсутствие стерильных нейтрино. Одним из объяснений этого дефицита может быть то, что некоторые электронные антинейтрино трансформировались в недетектируемые и легкие стерильные нейтрино, с одной миллионной массой электрона. Физик частиц Кам-Бью Люк из Калифорнийского университета в Беркли и его коллеги сообщили о находке в феврале в журнале Physical Review Letters.