Zerus79

S.T.A.L.K.E.R

Физики пытаются объяснить необычно энергичный фотон, который, по имеющимся моделям распространения света во Вселенной, не должен был сохранить такую энергию после путешествия на огромном расстоянии. Событие связано с гамма-всплеском GRB 221009A — самым ярким из когда-либо зарегистрированных подобных взрывов, получившим неофициальное название BOAT (Brightest Of All Time). Анализ данных указывает на возможную регистрацию фотона с энергией около 300 ТэВ, что вновь вызвало интерес к теориям за пределами современной физики частиц.

Гамма-всплеск GRB 221009A произошёл примерно 2,4 миллиарда световых лет от Земли и был обнаружен 9 октября 2022 года. В течение короткого времени он стал самым мощным гамма-событием, когда-либо наблюдавшимся астрономами. Всплеск был настолько ярким, что его излучение повлияло даже на верхние слои атмосферы Земли, а учёные по всему миру направили на него десятки телескопов.

Обычно такие события связаны с гибелью массивных звёзд и образованием чёрных дыр либо слиянием компактных объектов. При этом в момент взрыва выделяется колоссальное количество энергии, а частицы и излучение ускоряются до экстремальных значений.

Однако именно самые энергичные фотоны от GRB 221009A поставили перед физиками новую загадку.

Согласно современным представлениям, фотоны очень высокой энергии не должны беспрепятственно пересекать Вселенную на миллиарды световых лет. Причина связана с взаимодействием гамма-излучения с так называемым внегалактическим фоновым светом — слабым излучением, которое заполняет пространство между галактиками.

При столкновении такого гамма-фотона с фотоном низкой энергии может возникать пара электрон-позитрон. В результате высокоэнергичный фотон исчезает, а его энергия превращается в массу новых частиц. Чем выше энергия фотона, тем меньше расстояние, которое он способен пройти через космическое пространство.

Именно поэтому обнаружение фотона с энергией порядка 300 ТэВ после путешествия из далёкой галактики стало неожиданным.

Новый анализ данных китайского широкоугольного черенковского детектора LHAASO и других инструментов указывает на возможное наличие такого сверхэнергичного события. По оценке исследователей, энергия фотона составила около 300 ТэВ, с диапазоном неопределённости примерно от 262 до 343 ТэВ.

Если интерпретация верна, возникает вопрос: каким образом такой фотон смог достичь Земли?

Одно из возможных объяснений заключается в том, что существующие модели распространения гамма-излучения требуют уточнения. Например, некоторые теории предполагают существование аксионоподобных частиц — гипотетических объектов, которые могут взаимодействовать с фотонами в сильных магнитных полях.

Согласно такой гипотезе, часть гамма-излучения могла превращаться в аксионоподобные частицы возле источника, путешествовать через Вселенную практически без потерь, а затем снова превращаться в фотоны рядом с Млечным Путиём.

Однако сами исследователи подчёркивают: одних только аксионоподобных частиц недостаточно, чтобы полностью объяснить наблюдение. Возможны и другие варианты — от особенностей работы источника до более фундаментальных изменений в описании взаимодействия света и материи.

Ещё одна интересная возможность связана с нарушением лоренц-инвариантности — одного из фундаментальных принципов специальной теории относительности Эйнштейна. Эта идея предполагает, что законы физики могут немного отличаться при экстремально высоких энергиях.

Такие эффекты активно ищут физики, однако до сих пор ни один эксперимент не дал убедительного подтверждения нарушения специальной теории относительности. Поэтому подобные наблюдения рассматриваются прежде всего как способ установить новые ограничения на возможную новую физику.

Главная ценность события заключается не только в самом фотоне, а в том, что оно позволяет проверять физику в условиях, недоступных земным ускорителям.

Даже крупнейшие установки вроде Большого адронного коллайдера не способны напрямую создавать частицы с такими энергиями. Космические источники — гамма-всплески, активные ядра галактик и сверхновые — становятся своеобразными природными ускорителями, которые позволяют изучать Вселенную в экстремальных режимах.

Однако окончательные выводы делать пока рано. Учёным необходимо подтвердить, что зарегистрированный сигнал действительно является фотоном с такой энергией, а не результатом статистической особенности или ошибки интерпретации данных.

Если наблюдение подтвердится, оно станет одним из самых интересных указаний на возможную физику за пределами Стандартной модели. Если же найдётся обычное астрофизическое объяснение, результат всё равно поможет лучше понять, как самые мощные взрывы во Вселенной ускоряют частицы и распространяют гамма-излучение.

Гамма-всплеск GRB 221009A уже стал уникальным объектом для исследований. Теперь он может стать ещё и естественной лабораторией для проверки фундаментальных законов природы на энергиях, которые невозможно получить на Земле.

Взято с сайта new-science.ru

Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.

Международная группа физиков предложила использовать необычные квантовые материалы для поиска лёгких частиц тёмной материи. По расчётам исследователей, такие материалы могут оказаться значительно чувствительнее существующих детекторных систем и открыть доступ к области параметров, которую современные эксперименты практически не способны исследовать.

Тёмная материя, согласно современным оценкам, составляет около 85% всей материи во Вселенной. Она не испускает, не поглощает и не отражает свет, поэтому непосредственно наблюдать её невозможно. О её существовании судят по гравитационному воздействию на галактики и крупномасштабную структуру Вселенной.

Особенно трудно искать лёгкие частицы тёмной материи, поскольку при взаимодействии с обычным веществом они передают крайне небольшую энергию. Поэтому для их регистрации необходимы материалы, способные реагировать на чрезвычайно слабые энергетические возмущения.

Исследователи выделили три перспективных материала: диселенид титана TiSe₂, рутенат стронция Sr₂RuO₄ и алмаз с проводимостью p-типа. Их электронная структура позволяет усиливать слабые сигналы, которые теоретически могут возникать при взаимодействии вещества с частицами лёгкой тёмной материи.

Ключевую роль играют низкоэнергетические коллективные колебания электронов — плазмоны. В предложенных материалах такие возбуждения возникают при очень небольших энергиях и поэтому могут значительно сильнее реагировать на взаимодействие с лёгкими частицами, чем материалы, используемые в современных детекторах.

Команда провела квантово-механические расчёты из первых принципов, моделируя отклик каждого материала на возможные взаимодействия с тёмной материей. Результаты показали, что новые детекторы могли бы исследовать ранее недоступные диапазоны масс и параметров частиц.

Наиболее перспективным оказался диселенид титана. По расчётам, детектор на основе TiSe₂ в некоторых диапазонах может повысить чувствительность примерно на два-три порядка, то есть в сотни и потенциально до тысячи раз по сравнению с материалами, которые сегодня рассматриваются в качестве стандартных кандидатов.

Дополнительное преимущество двух предложенных материалов заключается в направленной чувствительности. Их отклик зависит от того, под каким углом предполагаемая частица тёмной материи движется относительно кристаллической структуры.

Поскольку Земля вращается вокруг своей оси, ориентация такого детектора относительно предполагаемого потока частиц постоянно менялась бы. Это должно создавать характерные суточные изменения интенсивности сигнала, которые можно использовать для отделения возможных событий тёмной материи от фоновых процессов.

Такой эффект особенно важен для будущих экспериментов, поскольку одной высокой чувствительности недостаточно: исследователям необходимо убедительно отличать редкие взаимодействия неизвестных частиц от шумов, естественной радиоактивности и других источников ложных событий.

Предложенные материалы имеют и практическое преимущество — все три уже можно получать существующими методами. Диселенид титана исследователи считают особенно удобным для масштабируемого производства. В работе использовались образцы TiSe₂ миллиграммового масштаба, полученные методом химического транспорта из газовой фазы в лаборатории Университета Л’Акуилы.

Учёные подчёркивают, что значение работы не ограничивается тремя рассмотренными материалами. Многие другие квантовые материалы также обладают низкоэнергетическими коллективными возбуждениями, которые пока почти не изучались с точки зрения регистрации тёмной материи.

Это открывает новое направление на пересечении физики элементарных частиц, физики конденсированного состояния и материаловедения. Вместо поиска только новых схем детекторов исследователи предлагают подбирать материалы, электронная структура которых сама по себе усиливает чрезвычайно слабые сигналы.

Следующим этапом станет экспериментальная проверка рассчитанной чувствительности и создание детекторов, способных работать с такими квантовыми материалами при низких энергетических порогах. Если прогнозы подтвердятся, подобные системы смогут значительно расширить область поисков лёгкой тёмной материи.

Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.

Исследователи Google DeepMind и Google Research разработали систему WeatherNext Cyclones, которая прогнозирует траекторию, интенсивность и размеры тропических циклонов. В испытаниях модель получила примерно сутки дополнительной заблаговременности по сравнению с ведущими оперативными системами. Иными словами, прогноз той же точности можно получить примерно на день раньше.

Система обучалась на глобальных атмосферных данных и базе IBTrACS, содержащей сведения почти о 5000 исторических тропических циклонах. Исследователи проверили её на штормах 2023–2025 годов. Согласно статье в Nature, WeatherNext Cyclones улучшила прогнозы траектории, максимальной скорости ветра и размеров области сильных ветров примерно на один день или больше.

Особенно заметна разница на горизонте около пяти суток. Средняя ошибка прогноза траектории WeatherNext Cyclones составляла примерно 230 километров, тогда как у ансамблевой модели ECMWF — около 370 километров, а у другой ИИ-модели Google GenCast — около 335 километров.

WeatherNext Cyclones не выдаёт одну единственную траекторию. Она строит до 1000 возможных сценариев развития шторма, что позволяет оценивать вероятность редких и опасных событий, например быстрого усиления перед выходом на сушу. Прогноз может рассчитываться на период до 15 суток, а один полный расчёт выполняется менее чем за минуту на специализированном процессоре TPU.

Во время сезона ураганов 2025 года систему уже использовали специалисты Национального центра ураганов США. При формировании урагана Melissa WeatherNext заранее показывала высокий риск того, что он достигнет пятой категории перед выходом на Ямайку.

Авторы подчёркивают, что ИИ не должен заменять метеорологов. Его задача — дополнять традиционные физические модели и давать специалистам дополнительный источник прогноза.

Главное преимущество системы заключается именно во времени. Дополнительные сутки могут дать прибрежным регионам больше возможностей для эвакуации, подготовки инфраструктуры и предупреждения населения.

Взято с сайта new-science.ru

Учёные из Пекинского технологического института разработали новый протонно-обменный мембранный топливный элемент, который, по их данным, обеспечивает примерно в четыре раза большую мощность по сравнению с традиционными конструкциями. Ключевым элементом разработки стал специальный протонопроводящий межфазный слой, ускоряющий перенос протонов внутри каталитического слоя.

В обычных водородных топливных элементах скорость перемещения протонов к активным участкам катализатора ограничивает эффективность системы. Исследователи создали структуру на основе кислоты Брёнстеда и основания Льюиса, которая сформировала дополнительные пути для передачи протонов.

Эксперименты показали, что новая структура увеличила скорость диффузии протонов примерно в десять раз, повысила протонную проводимость в 6,5 раза и снизила энергию активации переноса более чем в два раза.

При стандартных условиях новый топливный элемент достиг мощности 0,75 ватта на квадратный сантиметр при напряжении 0,7 вольта — примерно в четыре раза больше, чем у обычных систем. Кроме того, технология повысила эффективность использования платины: система достигла показателя 6,9 киловатта мощности на один грамм платины.

После 30 000 ускоренных циклов испытаний новый топливный элемент сохранял 63% первоначальной пиковой мощности, тогда как традиционные системы сохраняли около 30%.

Разработка может быть востребована в транспорте, авиации и космических системах, где важны высокая удельная мощность и малая масса оборудования. Учёные отмечают, что технология особенно подходит для дальних перевозок и применения, где требуется быстрая заправка и большой запас хода.

Следующим этапом станет создание более крупных топливных стеков и проверка возможности промышленного производства нового материала.

Взято с сайта new-science.ru

Исследование опубликовано в журнале Science.

Cloud-9 представляет собой облако нейтрального водорода, расположенное неподалёку от спиральной галактики M94 примерно в 4,66 мегапарсека, или около 15 миллионов световых лет от Земли. По оценкам, оно содержит около одного миллиона масс Солнца в виде водородного газа, однако предыдущие наблюдения не выявили убедительной звёздной составляющей.

Согласно стандартной космологической модели ΛCDM, во Вселенной должно существовать большое количество небольших маломассивных гало тёмной материи, содержащих газ, но практически не образующих звёзд. В таких системах собственной гравитации может быть недостаточно, чтобы преодолеть нагрев газа ультрафиолетовым фоновым излучением и обеспечить его охлаждение и последующее сжатие до плотностей, необходимых для звездообразования.

Поэтому обнаружение действительно беззвёздной галактики стало бы важным подтверждением одного из предсказаний стандартной космологии. Однако доказать отсутствие звёзд чрезвычайно сложно: очень тусклая звёздная популяция может оставаться незаметной даже в глубоких обзорах.

Кроме того, существуют альтернативные объяснения природы подобных облаков нейтрального водорода. Они могут представлять собой вещество, вытянутое из галактик приливными взаимодействиями, высокоскоростные газовые облака или сравнительно недолговечные структуры. Некоторые из таких объектов способны содержать чрезвычайно слабые звёздные компоненты, поэтому Cloud-9 требовал значительно более глубоких наблюдений.

Группа под руководством Игнасио Трухильо из Института астрофизики Канарских островов использовала высокоскоростную камеру HiPERCAM на Большом Канарском телескопе Gran Telescopio Canarias. Наблюдения проводились в течение двух ночей в июне 2026 года одновременно в пяти спектральных фильтрах.

Чтобы повысить чувствительность к чрезвычайно слабому рассеянному свету, исследователи систематически немного смещали положение камеры между отдельными экспозициями. При обработке данных центральную область Cloud-9 специально маскировали перед вычитанием фонового сигнала, чтобы случайно не удалить возможное очень слабое свечение самого объекта.

Наблюдения достигли предельной поверхностной яркости 31,4 звёздной величины на квадратную угловую секунду в фильтре g. Такая чувствительность позволяет искать чрезвычайно тусклые звёздные популяции, которые были недоступны предыдущим обзорным наблюдениям.

Однако даже на полученных сверхглубоких изображениях исследователи не зарегистрировали звёздного света в центральной области Cloud-9. На основании этого результата они установили верхний предел звёздной массы объекта — около 16 тысяч масс Солнца в области диаметром приблизительно 4200 световых лет.

Для сравнения, масса нейтрального водорода в Cloud-9 оценивается примерно в один миллион солнечных масс. Следовательно, газа в объекте как минимум примерно в 60 раз больше, чем звёзд, даже если слабая звёздная популяция всё же существует на уровне, находящемся ниже предела обнаружения.

Такое соотношение необычно для объекта, который по другим характеристикам может напоминать галактику. Авторы работы считают, что новые наблюдения независимо усиливают аргументы в пользу того, что Cloud-9 является одним из лучших известных кандидатов на роль беззвёздной галактики.

Новый предел находится между результатами двух предыдущих исследований. Более ранняя обзорная работа была основана на данных, обработка которых не предназначалась специально для сохранения чрезвычайно слабого протяжённого излучения. Другая оценка, полученная с помощью космического телескопа «Хаббл» по подсчёту отдельных звёзд, существенно зависела от выбранной для сравнения галактики, которая могла оказаться слишком компактной.

Новые наблюдения важны тем, что были получены независимым методом и специально оптимизированы для поиска слабого рассеянного света. Они не доказывают окончательно, что в Cloud-9 вообще нет звёзд, но значительно сокращают пространство для возможной скрытой звёздной составляющей.

Если дальнейшие исследования подтвердят, что Cloud-9 действительно представляет собой газовое облако внутри гало тёмной материи, которое никогда не сформировало заметного количества звёзд, объект станет редкой возможностью непосредственно изучать ранний этап формирования галактик. Такие системы могут показать, почему некоторые маломассивные гало превращаются в карликовые галактики, а другие остаются практически тёмными.

Следующим шагом станут ещё более чувствительные наблюдения и дополнительные измерения динамики и распределения нейтрального водорода. Они должны помочь определить массу предполагаемого гало тёмной материи Cloud-9 и окончательно проверить альтернативные объяснения его происхождения.

Взято с сайта New-Science.ru

Исследование опубликовано на сервере препринтов arXiv.

Учёные разработали новые человеческие моноклональные антитела, способные блокировать вирус Эпштейна-Барр ещё на этапе проникновения в иммунные клетки. В эксперименте одно из антител защитило мышей с человеческой иммунной системой от инфекции, что открывает путь к созданию профилактической терапии для людей с особенно высоким риском осложнений.

Вирус Эпштейна-Барр, или EBV, чрезвычайно распространён: считается, что им заражается до 95% населения. После первичной инфекции вирус остаётся в организме пожизненно. У большинства людей он не вызывает серьёзных проблем, однако связан с инфекционным мононуклеозом, некоторыми видами рака и рядом других заболеваний.

Исследователи из Онкологического центра имени Фреда Хатчинсона и Вашингтонского университета сосредоточились на двух белках поверхности вируса — gp350 и gp42. Они необходимы EBV для заражения B-лимфоцитов, одного из основных типов клеток иммунной системы.

Белок gp350 помогает вирусу прикрепляться к рецепторам на поверхности B-клеток, а gp42 взаимодействует с молекулами HLA класса II и запускает слияние вирусной оболочки с мембраной клетки. Поэтому блокирование этих белков может не позволить вирусу проникнуть внутрь.

Главной проблемой было получение антител, потенциально пригодных для применения у человека. Многие ранее созданные антитела против этих белков имели животное происхождение, что ограничивает возможность их использования в качестве лекарств.

Для решения задачи учёные использовали генетически модифицированных мышей, у которых гены, отвечающие за образование части антител, были заменены человеческими. После иммунизации животных белками gp350 и gp42 исследователи отобрали клетки, производящие наиболее эффективные антитела.

В результате удалось получить десять генетически человеческих моноклональных антител: два против gp350 и восемь против gp42. Все они были исследованы на способность мешать взаимодействию вирусных белков с рецепторами клеток.

Особенно перспективным оказалось одно антитело против gp42. Когда его заранее вводили мышам с человеческой иммунной системой, а затем заражали их вирусом Эпштейна-Барр, антитело предотвращало вирусемию, увеличение селезёнки и появление обнаруживаемой вирусной ДНК в её тканях. Антитело против gp350 также обеспечивало защиту, но она была лишь частичной.

Исследователи считают, что одним из наиболее перспективных применений такой терапии могут стать трансплантации органов и костного мозга. Пациентам после них приходится подавлять иммунную систему, что повышает риск реактивации EBV.

Особенно опасным осложнением является посттрансплантационное лимфопролиферативное заболевание, при котором заражённые EBV B-лимфоциты начинают неконтролируемо размножаться и могут привести к развитию агрессивной лимфомы. В США ежегодно выполняется более 128 тысяч трансплантаций органов и костного мозга, и специфической профилактической терапии против EBV пока нет.

В перспективе пациентам из групп высокого риска можно было бы вводить нейтрализующие антитела до или после трансплантации, чтобы предотвратить заражение или реактивацию вируса. Особенно полезным такой подход потенциально может оказаться для детей, которые на момент трансплантации ещё не встречались с EBV.

Полученные результаты важны и для разработки вакцины. Структурный анализ показал у gp350 и gp42 уязвимые области, воздействие на которые эффективно блокирует проникновение вируса в клетки. Эти участки могут стать мишенями для будущих вакцин, предназначенных для формирования похожего защитного иммунного ответа.

Однако новый препарат пока существует только на доклинической стадии. Защитный эффект продемонстрирован на мышах с человеческими иммунными клетками, поэтому ещё предстоит проверить безопасность антител у людей, подобрать дозировку и провести клинические испытания.

Исследователи уже работают с партнёрами над дальнейшим развитием технологии. Если доклинические испытания будут успешными, следующим этапом может стать проверка безопасности антител у здоровых добровольцев, а затем у пациентов с высоким риском осложнений EBV.

Взято с сайта New-Science.ru

Исследование опубликовано в журнале Cell Reports Medicine.

Исследователи Массачусетского технологического института показали, что короткие импульсы «розового шума», подаваемые в определённый момент во время сна, способны усиливать волны спинномозговой жидкости, проходящие через мозг. Эти волны участвуют в удалении продуктов клеточного обмена и могут быть связаны с восстановительными процессами во время сна.

В течение дня в мозге накапливаются различные продукты обмена веществ, включая молочную кислоту и повреждённые или отработавшие белки. Во время сна спинномозговая жидкость движется волнами и способствует удалению этих веществ. Учёные решили проверить, можно ли усилить этот процесс воздействием на электрическую активность мозга.

Предыдущие исследования показали, что движение спинномозговой жидкости тесно связано с медленными электрическими волнами мозга, характерными для глубоких стадий сна. В 2019 году группа под руководством профессора MIT Лоры Льюис разработала метод наблюдения за такими потоками с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии и обнаружила связь между медленными волнами и движением жидкости.

В новом эксперименте исследователи попытались искусственно усилить медленные волны мозга с помощью звука. Для этого использовались импульсы розового шума длительностью 50 миллисекунд. Такой шум содержит все слышимые человеком частоты, однако низкие частоты в нём выражены сильнее, а высокие — слабее, поэтому он воспринимается мягче белого шума и может напоминать звук дождя или далёкого водопада.

Ключевым условием было точное время подачи звукового сигнала. Импульс необходимо было воспроизводить в момент, когда медленная электрическая волна мозга приближалась к своему пику. Льюис сравнила этот принцип с раскачиванием человека на качелях: если толкнуть их в правильный момент, амплитуда движения увеличивается.

Чтобы определить подходящий момент, исследователи одновременно регистрировали электрическую активность мозга с помощью электроэнцефалографии и измеряли движение спинномозговой жидкости методом функциональной МРТ. Совместить эти методы было сложно, поскольку магнитное поле томографа создаёт сильные помехи в сигналах ЭЭГ.

Команда разработала систему обработки, способную удалять помехи от МРТ менее чем за 100 миллисекунд. Дополнительно был создан алгоритм, который прогнозировал наступление пика следующей медленной волны и позволял воспроизводить импульс розового шума в нужный момент.

Метод испытали на 14 здоровых добровольцах. Звуковые сигналы были достаточно тихими, чтобы не будить участников. Наблюдения показали, что правильно синхронизированный розовый шум увеличивал амплитуду медленных электрических волн мозга и одновременно усиливал связанные с ними волны спинномозговой жидкости.

Данные функциональной МРТ также помогли уточнить возможный механизм этого процесса. Медленные волны сопровождались сужением и расширением кровеносных сосудов мозга. Эти изменения объёма крови действуют подобно насосу и способствуют движению спинномозговой жидкости. Такие медленные волны возникают во время фазы сна без быстрых движений глаз и становятся особенно выраженными на её глубоких стадиях.

По словам Лоры Льюис, исследователям впервые удалось целенаправленно увеличить амплитуду волн спинномозговой жидкости во время сна у здоровых взрослых. Это создаёт возможность проверить, может ли усиление такого движения жидкости иметь клиническое значение.

Учёные планируют выяснить, способна ли технология улучшать качество и восстановительный эффект сна у людей с бессонницей. Отдельное направление исследований связано с памятью и когнитивными функциями, однако в нынешней работе улучшение памяти или умственных способностей не проверялось.

Особый интерес представляет возможное применение метода при нейродегенеративных заболеваниях. Болезнь Альцгеймера и некоторые другие формы деменции сопровождаются накоплением в мозге патологических белков, включая бета-амилоид и тау-белок. Исследователи предполагают, что усиление процессов удаления отходов из мозга потенциально может влиять на скорость такого накопления, но эту гипотезу ещё необходимо проверить в клинических исследованиях.

Ведущий автор работы Джошуа Левитт отметил, что эффективное удаление продуктов обмена особенно важно при заболеваниях, связанных с накоплением белковых отложений. Он основал компанию, которая планирует разработать устройство для домашнего использования, например специальную повязку на голову, способную отслеживать сон и подавать звуковой сигнал в нужный момент.

Следующим этапом станет проверка технологии у людей с нарушениями сна и нейродегенеративными заболеваниями. Учёным также предстоит выяснить, приводит ли увеличение амплитуды волн спинномозговой жидкости непосредственно к более эффективному удалению вредных веществ из мозга и даёт ли это измеримые преимущества для здоровья.

Взято с сайта New-Science.ru

Исследование опубликовано в журнале Science Translational Medicine.