Рубрика: Наука

Дослідники з Сінгапуру та США провели нове дослідження, в якому визначили ключові чинники, що впливають на максимальну тривалість життя людини. Вони виявили, що швидкість відновлення організму після стресу та загальна фізіологічна стійкість є важливими індикаторами процесу старіння.

Згідно з дослідженням, опублікованим у журналі Nature Communications, старіння є багатоетапним процесом, що призводить до поступового зниження функцій органів та систем, а також до розвитку хронічних захворювань. Автори дослідження використали дані Британського Біобанку та створили модель, що дозволяє оцінити фізіологічну стійкість та швидкість відновлення організму.

Результати показали, що з віком здатність до відновлення знижується, а фізіологічна стійкість організму втрачається. Це призводить до збільшення ризику смерті від хронічних захворювань та зниження максимально можливої тривалості життя. За даними дослідників, втрата стійкості організму може відбутися в період від 120 до 150 років.

Це дослідження підкреслює важливість фізіологічної стійкості як ключового фактора, що визначає максимальну тривалість життя людини. Також воно показує, що для подовження життя необхідно не лише запобігати та лікувати хвороби, але й уповільнювати сам процес старіння. Джерело

Низькотемпературний регенеративний метод зберігає енергію та ефективно генерує звичайні хімікати. Серед багатьох хімікатів, які ми використовуємо щодня, аміак є одним із найшкідливіших для атмосфери. Хімічна речовина на основі азоту, яка використовується в добривах, барвниках, вибухових речовинах та багатьох інших продуктах, займає друге місце після цементу за рівнем викидів вуглецю через високі температури та енергію, необхідні для його виробництва.

Але вдосконаливши добре відому електрохімічну реакцію та організувавши «симфонію» атомів літію, азоту та водню, інженери Університету штату Іллінойс у Чикаго під керівництвом Мінеша Сінгха розробили новий процес виробництва аміаку, який відповідає кільком екологічним цілям.

Процес, який називається синтезом аміаку за допомогою літію, поєднує газоподібний азот і рідину, що донорує водень, таку як етанол, із зарядженим літієвим електродом. Замість того, щоб розщеплювати молекули газоподібного азоту під дією високої температури та тиску, атоми азоту прилипають до літію, а потім з’єднуються з воднем, утворюючи молекулу аміаку.

Реакція відбувається при низьких температурах, а також є регенеративною, відновлюючи вихідні матеріали з кожним циклом виробництва аміаку.

Наука за процесом

«Є дві петлі, які відбуваються. Один — це регенерація джерела водню, а другий — регенерація літію», — сказав Сінгх, доцент кафедри хімічної інженерії UIC. «У цій реакції є певна симфонія через циклічний процес. Що ми зробили, так це краще зрозуміли цю симфонію та спробували модулювати її дуже ефективним способом, щоб ми могли створити резонанс і змусити його рухатися швидше».

Процес, описаний у статті, опублікованій та розміщеній на обкладинці ACS Applied Materials & Interfaces, є останньою інновацією лабораторії Сінгха у пошуках чистішого аміаку. Раніше його група розробила методи синтезу хімікату за допомогою сонячного світла та стічних вод і створила мідний сітчастий екран з електрифікацією, який зменшує кількість енергії, необхідної для виробництва аміаку.

Їх останній прогрес побудований на реакції, яка навряд чи є новою. Вчені знають про це майже століття.

«Підхід на основі літію насправді можна знайти в будь-якому підручнику з органічної хімії. Це дуже добре відомо», — сказав Сінгх. «Але зробити цей цикл ефективним і достатньо вибірковим для досягнення економічно обґрунтованих цілей було нашим внеском».

Ці цілі включають високу енергоефективність і низьку вартість. За словами Сінгха, якщо збільшити масштаби, процес вироблятиме аміак приблизно по $450 за тонну, що на 60% дешевше, ніж попередні підходи на основі літію та інші запропоновані екологічні методи. Але вибірковість також важлива, оскільки багато спроб зробити виробництво аміаку чистішим закінчувалися утворенням великої кількості небажаного газу водню.

Екологічні переваги та потенціал використання водневого палива

Результати групи Сінгха є одними з перших, які досягли рівнів селективності та використання енергії, які могли б відповідати стандартам Міністерства енергетики для промислового виробництва аміаку. Сінгх також сказав, що процес, який можна виконувати в модульному реакторі, можна зробити ще екологічнішим, живлячи його електроенергією від сонячних панелей або інших відновлюваних джерел і живлячи реакцію повітрям і водою.

Процес також може допомогти досягти іншої енергетичної мети — використання водню як палива. Досягненню цієї мети завадили труднощі транспортування легкозаймистої рідини.

«Ви хочете, щоб водень вироблявся, транспортувався і доставлявся на водневі насосні станції, звідки водень можна подавати в автомобілі. Але це дуже небезпечно», — сказав Сінгх. «Аміак може функціонувати як носій водню. Його дуже дешево і безпечно транспортувати, а в пункті призначення ви можете перетворити аміак назад на водень».

Наразі вчені співпрацюють із General Ammonia Co., щоб пілотувати та розширити процес синтезу аміаку за допомогою літію на заводі в районі Чикаго. Офіс управління технологіями UIC подав патент на цей процес.

Дослідники вивчили одну з найекстремальніших локацій Землі, розташовану в Саудівській Аравії, де було виявлено загадкові неолітичні конструкції, відомі як “Брама пекла”. Цей район містить понад 400 архітектурних об’єктів, чий вік оцінюється приблизно в 9000 років.

Ця область є частиною одного з найвеличніших вулканічних теренів Саудівської Аравії, що формувалася через вулканічні виверження протягом останніх п’яти мільйонів років. Згідно з даними NASA, останнє значне виверження тут відбулося між 600 і 700 роками нашої ери.

Коли вчені виявили на супутникових знімках сотні 9000-річних структур, вони здивувалися. Конструкції, які пізніше ідентифікували археологи, нагадують пастки для полювання на диких тварин. Проте вчені вважають, що насправді давні люди використовували ці споруди для одомашнення диких звірів. Це означає, що вони мешкали тут тривалий час. Джерело

Дослідники виявили новий вид крихітних оленів у центральних Андах (Перу), який став першим новим видом оленів, виявлених у Південній Америці за останні 60 років.

Під час польових досліджень команда вчених під керівництвом Хав’єра Барріо і Гільєрмо Д’Еліа вивчала один із двох відомих науці видів крихітних оленів, відомих як пуду. Залежно від середовища проживання цих оленів поділяють на південних і північних. Особини, за якими спостерігали дослідники, відрізнялися від інших північних пуду, тож науковці провели морфологічний аналіз і генетичні тести, виявивши відмінності в ДНК і відмінності в розмірах тварин.

Результати дослідження показали, що олені, яких раніше вважали північними пуду, насправді були двома окремими видами, причому один з них раніше не був відомий науці. Новий вид мініатюрних оленів назвали Pudella carlae. Вони мають світліші вуха і хутро на тілі. Їхня маса тіла становить лише від семи до дев’яти кілограмів, приблизно стільки ж, скільки важить такса, а в холці вони досягають лише 43 сантиметрів.

Однією з найбільших загадок сучасної науки є темна матерія. Ми знаємо, що темна матерія існує завдяки її впливу на інші об’єкти в космосі, але ми ніколи не могли її побачити безпосередньо. І це не дрібниця — наразі вчені вважають, що вона становить приблизно 85% усієї маси у Всесвіті.

Новий експеримент, проведений у співпраці під керівництвом Університету Чикаго та Національної прискорювальної лабораторії Фермі, відомий як Експеримент широкосмугового рефлектора для виявлення аксіонів або BREAD, опублікував свої перші результати з пошуку темної матерії в дослідженні, опублікованому в Physical Review Letters. Хоча вони не знайшли темної матерії, вони звузили обмеження щодо того, де вона може бути, і продемонстрували унікальний підхід, який може прискорити пошуки таємничої речовини за відносно невеликий простір і вартість.

«Ми дуже раді тому, що нам вдалося зробити на цей час», — сказав доцент UChicago Assoc. Професор Девід Міллер, співкерівник експерименту разом з Ендрю Зонненшайном із Fermilab, який спочатку розробив концепцію експерименту. «Ця конструкція має багато практичних переваг, і ми вже показали найкращу чутливість на сьогодні на частоті 11-12 гігагерц».

«Цей результат є важливою віхою для нашої концепції, яка вперше демонструє силу нашого підходу», — сказав докторант Fermilab і провідний автор дослідження Стефан Кнірк, який очолював конструкцію та роботу детектора. «Це чудово займатися такою творчою настільною наукою, де невелика команда може робити все, від побудови експерименту до аналізу даних, але все ще мати великий вплив на сучасну фізику елементарних частинок».

«Щось є»

Коли ми оглядаємо Всесвіт, ми можемо побачити, що якась речовина має достатню силу тяжіння, щоб тягнути зірки та галактики та пропускати світло, але жоден телескоп чи пристрій ніколи не вловлювали джерело безпосередньо — звідси й назва «темна матерія».

Однак, оскільки ніхто ніколи не бачив темної матерії, ми навіть не знаємо точно, як вона може виглядати і навіть де її шукати. «Ми дуже впевнені, що щось є, але це може прийняти багато, багато форм», — сказав Міллер. Вчені намітили кілька найімовірніших варіантів місць і форм для пошуку. Як правило, підхід полягав у створенні детекторів для дуже ретельного пошуку однієї конкретної області (у цьому випадку набору частот), щоб виключити її.

Але група вчених дослідила інший підхід. Їх дизайн є «широкосмуговим», що означає, що він може шукати більший набір можливостей, хоча й з трохи меншою точністю.

«Якщо ви думаєте про це як про радіо, пошук темної матерії схожий на налаштування циферблата на пошук однієї конкретної радіостанції, за винятком того, що є мільйон частот, які потрібно перевірити», — сказав Міллер. «Наш метод схожий на сканування 100 000 радіостанцій, а не кілька дуже ретельно».

Доказ концепції

Детектор ХЛІБА шукає певну підмножину можливостей. Він створений для пошуку темної матерії у формі так званих «аксіонів» або «темних фотонів» — частинок із надзвичайно малою масою, які за відповідних обставин можна перетворити на видимий фотон.

Таким чином, BREAD складається з металевої трубки, що містить вигнуту поверхню, яка вловлює та спрямовує потенційні фотони до датчика на одному кінці. Весь предмет досить малий, щоб поміститися в руки, що незвично для таких експериментів. У повномасштабній версії BREAD буде розміщено всередині магніту для створення сильного магнітного поля, яке збільшує шанси перетворити частинки темної матерії на фотони.

Однак для доказу принципу команда провела експеримент без магнітів. Співпраця запустила прототип пристрою в UChicago близько місяця та проаналізувала дані. Результати дуже багатообіцяючі, показуючи дуже високу чутливість у вибраній частоті, кажуть вчені.

Оскільки результати, опубліковані в Physical Review Letters, були прийняті, BREAD було переміщено всередину переробленого магніту МРТ в Аргоннській національній лабораторії та збирає більше даних. Його майбутній будинок, Національна прискорювальна лабораторія Фермі, буде використовувати ще сильніший магніт.

«Це лише перший крок у серії захоплюючих експериментів, які ми плануємо», — сказав Зонненшайн. «У нас є багато ідей щодо покращення чутливості нашого пошуку аксіонів».

«У науці все ще залишається багато відкритих питань і величезний простір для нових творчих ідей для вирішення цих питань», — сказав Міллер. «Я вважаю, що це справді яскравий приклад таких творчих ідей — у цьому випадку це ефективне співробітництво між маломасштабною наукою в університетах і більшою наукою в національних лабораторіях».

Інструмент BREAD був створений у Fermilab у рамках програми досліджень і розробок детекторів лабораторії, а потім використовувався в Університеті Чикаго, де збиралися дані для цього дослідження. Аспірант університету Чикаго Гейб Хошіно керував роботою детектора разом зі студентами бакалаврату Алексом Лапуенте та Мірою Літманн.

Аргонська національна лабораторія підтримує магнітне обладнання, яке використовуватиметься для наступного етапу фізичної програми BREAD. Інші установи, зокрема Національна прискорювальна лабораторія SLAC, Ліверморська національна лабораторія, Іллінойський технологічний інститут, Массачусетський технологічний інститут, Лабораторія реактивного руху, Вашингтонський університет, Каліфорнійський технологічний інститут та Іллінойський університет в Урбана-Шампейн, співпрацюють з UChicago та Fermilab над R&D для майбутніх версій експерименту.

Нещодавнє дослідження під керівництвом доктора Руйвен Шао та професора Цзюньвей Ву з Інституту електромагнітного простору Південно-Східного університету в Нанкіні, Китай, досліджує складну динаміку розсіяних хвиль у цифрових метаповерхнях. Використовуючи техніку сингулярного розкладання (SVD), д-р Шао виявив дивовижну невідповідність: кількість ненульових сингулярних значень не відповідає точно числу метаатомів у межах метаповерхні. Натомість він приблизно рівний, що проливає світло на складну поведінку цих електромагнітних структур. «Це дуже незвичайний результат, який суперечить попередньому методу моделювання метаповерхні», — каже Шао.

Ruiwen Shao і Junwei Wu разом з директором лабораторії Tiejun Cui намагалися визначити, що спричиняє надлишкове одиничне значення. Команда розглядає метаповерхню цифрового кодування як мікрохвильову мережу, що складається з двох мереж, включаючи пасивні структури та регульовані пристрої. Композиція вдало розділяє вплив кодуючих станів на розсіяні хвилі. «Вираз, отриманий за допомогою каскадної формули мікрохвильової мережі, все ще містить член інверсії матриці, тому ми, природно, задаємося питанням, чи вплине розширення степеневого ряду на спрощення». Ву каже.

Команда виявила, що після ряду виведень і наближень розсіяні хвилі метаповерхні цифрового кодування можна виразити як поліном другого порядку станів кодування, включаючи постійний член, члени першого порядку та члени другого порядку суміжних коди. «Введення члена нульового порядку та членів другого порядку подвоює ранг рівняння, що узгоджується з кількістю ненульових сингулярних значень. Ці терміни можна вважати спричиненими взаємним зчепленням сусідніх метаатомів». Шао каже.

Практичні застосування та висновок

Дослідники витягли ці моделі струму за допомогою повнохвильового моделювання. На основі шаблонів вони точно передбачають розсіяні електромагнітні хвилі метаповерхні в будь-якому стані кодування. «Напіваналітичний вираз високої точності є потужним інструментом для теоретичного вивчення статистичних характеристик метаповерхонь. За допомогою макроскопічної моделі взаємний зв’язок елементів перетворюється на поточну коваріацію. Таким чином, ми зрештою виявили, що ймовірний розподіл струму на метаповерхні є набором залежних нормальних розподілів. Ми порівнюємо диференціальну ентропію залежних розподілених струмів з незалежними та ідентичними, і різниця між ними свідчить про втрату інформації при перетворенні цифрових сигналів в електромагнітні хвилі». Ву каже.

Як оцінити здатність метаповерхні передавати інформацію є актуальною проблемою, яку необхідно вирішити при застосуванні систем зв’язку метаповерхні. У цьому дослідженні дослідники запропонували новий метод кількісного визначення втрати інформації, викликаної взаємним зв’язком. Відповідно до загального пізнання, втрата інформації зростає, коли період елемента зменшується.