Рубрика: Наука

Дослідники KAUST помітили, що коли краплі води конденсуються з повітря на холодну поверхню, покриту маслом, краплі починають складний танець. Цей рух — схожий на процес, відомий як ефект Чиріоса, коли плаваюча злакова культура має тенденцію групуватися через поверхневий натяг — може допомогти прискорити збір води з атмосфери в посушливих регіонах, таких як Саудівська Аравія.

«Ми зацікавлені в розробці поверхонь, які можуть сприяти конденсації води, яка має важливе застосування для теплопередачі та збору води», — говорить Маркус Лін, науковий співробітник лабораторії Дена Деніела, який керував дослідженням. На типовій твердій поверхні конденсовані краплі прилипають до поверхні з мінімальним рухом. «Подумайте про те, як вода конденсується на холодній банці газованої води», — каже Лін. «Краплі рухаються лише тоді, коли стають достатньо великими, щоб гравітація потягнула їх вниз».

Дивовижні рухи крапель

Деніел, Лін та їхні співробітники придумали, що додавання тонкої плівки олії змастить поверхню, що призведе до високорухомих крапель, які звільнять простір для подальшої конденсації крапель, підвищуючи швидкість конденсації. Ідея спрацювала, але складні шляхи, якими рухалися краплі, були повною несподіванкою, каже Деніел.

Коли краплі виросли до критичного розміру, вони почали рухатися по олії чітким візерунком, схожим на складний танець. «Спочатку вони рухалися змієподібно, потім перейшли в кругові рухи, а потім знову назад», — каже Лін. «Ці рухи відбувалися в масштабах від мікрометрів до кількох сантиметрів і тривали годинами».

Рушійною силою процесу є те, що — як Cheerios у молоці — краплі води, що плавають на олії, притягуються до своїх сусідів. Рух більших крапель керується енергією, що виділяється, коли вони поглинають менші краплі на своєму шляху.

Рухомі краплі перерозподіляють масляну плівку та перемикаються зі змієподібного руху на круговий, коли плівка локально виснажується. Коли місцева нафта відновлюється, зміїний танець відновлюється.

Деніел каже, що такі пристрої, які можуть ефективно захоплювати воду з повітря шляхом простої конденсації без витрат енергії, широко шукаються, оскільки зростає тиск на джерела прісної води. «Завдяки оптимізації спільного руху крапель, що конденсуються, ми можемо значно підвищити швидкість конденсації і, отже, розробити більш ефективні системи збору води», — говорить він.

Команда планує продовжити дослідження механізмів руху крапель, зокрема досліджуючи перехід від серпантину до кругового руху. «Іншим ключовим аспектом є вивчення потенційних застосувань, зокрема для підвищення теплопередачі та збору води», — додає Лін.

Нещодавнє дослідження пояснює утворення великого розкриття морського льоду в Антарктиді, детально описуючи взаємодію океану та атмосфери, яка це спричинила. Дослідники виявили відсутню частину головоломки за рідкісним отвором у морському льоду навколо Антарктиди, який був майже вдвічі більшим за Уельс і стався взимку 2016 і 2017 років.

Дослідження, опубліковане 1 травня 2024 року в Science Advances,  показує ключовий процес, який вислизав від вчених щодо того, як отвір, який називається полінія, зміг сформуватися та зберігатися протягом кількох тижнів. Команда дослідників з Університету Саутгемптона, Університету Гетеборга та Університету Каліфорнії в Сан-Дієго вивчила полінію Мод Райз, названу на честь затопленої гори в морі Ведделла, над якою вона росте.

Вони виявили, що полінія була викликана складною взаємодією між вітром, океанськими течіями та унікальною географією дна океану, транспортуючи тепло та сіль до поверхні. В Антарктиді взимку поверхня океану замерзає, і морський лід покриває площу, яка приблизно вдвічі перевищує площу континентальних Сполучених Штатів.

У прибережних районах щороку відбуваються отвори в морському льоду. Тут сильні прибережні вітри здувають континент і відсувають лід, оголюючи морську воду внизу. Набагато рідше ці полінії утворюються в морському льоду над відкритим океаном, за сотні кілометрів від узбережжя, де моря мають глибину тисячі метрів.

Історичний контекст і останні спостереження

Адітя Нараянан, науковий співробітник Університету Саутгемптона, який очолював дослідження, сказав: «Полінію Піднесення Мод було виявлено в 1970-х роках, коли вперше були запущені супутники дистанційного зондування, які можуть бачити морський лід над Південним океаном. Він тривав послідовні зими з 1974 по 1976 роки, і тодішні океанографи припускали, що це буде щорічне явище. Але з 1970-х років це траплялося лише епізодично та через короткі проміжки часу.

«У 2017 році вперше з 1970-х років у морі Уедделла була така велика і довговічна полінія».

Протягом 2016 і 2017 років велика кругова океанська течія навколо моря Уедделла стала сильнішою. Одним із наслідків цього є те, що глибокий шар теплої солоної води піднімається, полегшуючи сіль і тепло вертикально змішуватися з поверхневою водою.

Роль динаміки океану

Фаб’єн Роке, професор фізичної океанографії в Університеті Гетеборга та співавтор дослідження, сказав: «Цей підйом допомагає пояснити, як може танути морський лід. Але коли морський лід тане, це призводить до освіження поверхневих вод, що, своєю чергою, повинно припинити змішування. Отже, для збереження полінії має відбуватися інший процес. Звідкись має бути додаткове надходження солі».

Дослідники використовували карти морського льоду дистанційного зондування, спостереження з автономних плавзасобів і позначених морських ссавців разом з обчислювальною моделлю стану океану. Вони виявили, що коли течія моря Ведделла обтікає узвишшя Мод, бурхливі вири переміщують сіль на вершину морської гори.

Звідси процес, званий «перенесенням Екмана», допоміг перемістити сіль на північний край височини Мод, де вперше утворилася полінія. Транспорт Екмана передбачає рух води під кутом 90 градусів до напрямку вітру, що дме над нею, впливаючи на океанські течії.

«Екманівський транспорт був основним відсутнім інгредієнтом, який був необхідним для збільшення балансу солі та підтримки змішування солі та тепла до поверхневих вод», — каже співавтор професор Альберто Навейра Гарабато, також із Саутгемптонського університету.

Полінії – це території, де відбувається величезний обмін тепла та вуглецю між океаном і атмосферою. Настільки, що вони можуть вплинути на тепло і вуглецевий бюджет регіону.

Довгострокові наслідки та тенденції

Професор Сара Гілл з Університету Каліфорнії в Сан-Дієго, інший співавтор дослідження, сказала: «Відбиток поліній може залишатися у воді протягом кількох років після того, як вони сформувалися. Вони можуть змінити те, як вода рухається і як течії переносять тепло до континенту. Щільні води, які тут утворюються, можуть поширюватися через світовий океан».

Деякі з тих самих процесів, які брали участь у формуванні полінії Підняття Мод, наприклад підйом глибокої та солоної води, також спричиняють загальне зменшення морського льоду в Південному океані.

Професор Гілле додав: «Вперше з початку спостережень у 1970-х роках спостерігається негативна тенденція щодо морського льоду в Південному океані, яка почалася приблизно в 2016 році. До того вона залишалася дещо стабільною».

Розширення квантових систем має важливе значення для розвитку квантових обчислень, оскільки їх переваги стають більш очевидними у великих системах. Дослідники Дармштадтського технічного університету досягли значного прогресу в досягненні цієї мети. Результати їх дослідження опубліковані в престижному журналі Optica.

Квантові процесори на основі двовимірних масивів оптичних пінцетів, які створюються за допомогою сфокусованих лазерних променів, є однією з найперспективніших технологій для розробки квантових обчислень і моделювання, які забезпечать дуже ефективні програми в майбутньому. Ця технологія виграє у різноманітних сферах застосування від розробки ліків до оптимізації транспортних потоків.

Прорив у квантово-розрядній технології

На сьогодні ці процесори здатні підтримувати кілька сотень одноатомних квантових систем, у яких кожен атом представляє один квантовий біт або кубіт як основну одиницю квантової інформації. Щоб досягти подальших успіхів, необхідно збільшити кількість кубітів у процесорах. Тепер цього досягла команда на чолі з професором Герхардом Бірклом з дослідницької групи «Атоми – Фотони – Кванти» факультету фізики Дармштадтського ТУ.

У дослідницькій статті, яка вперше була опублікована на початку жовтня 2023 року на сервері препринтів arXiv, а тепер також опублікована після наукового рецензування в престижному журналі Optica, команда повідомляє про перший у світі успішний експеримент із реалізації квантової архітектури обробки, яка містить понад 1000 атомних кубітів в одній площині.

«Ми надзвичайно раді, що першими подолали позначку в 1000 індивідуально керованих атомних кубітів, тому що стільки інших видатних конкурентів йдуть за нами по п’ятах», — говорить Біркль про свої результати.

Інноваційні методи та перспективи

У своїх експериментах дослідники змогли продемонструвати, що їхній підхід до поєднання новітніх квантово-оптичних методів із передовою мікрооптичною технологією дозволив їм значно збільшити поточні обмеження на доступну кількість кубітів.

Це було досягнуто шляхом впровадження нового методу «квантової надзарядки бітів». Це дозволило їм подолати обмеження, накладені на кількість придатних для використання кубітів обмеженою продуктивністю лазерів. 1305 одноатомних кубітів було завантажено у квантовий масив з 3000 ділянок-пасток і повторно зібрано в бездефектні цільові структури з 441 кубітом. Завдяки паралельному використанню кількох лазерних джерел ця концепція подолала технологічні кордони, які досі вважалися майже непереборними.

Для багатьох різних застосувань 1000 кубітів розглядається як порогове значення, починаючи з якого тепер можна вперше продемонструвати підвищення ефективності, обіцяне квантовими комп’ютерами. Тому дослідники з усього світу інтенсивно працюють над тим, щоб першими подолати цей поріг. Нещодавно опублікована дослідницька робота демонструє, що для атомних кубітів цей прорив був досягнутий вперше в усьому світі дослідницькою групою на чолі з професором Бірклом. У науковій публікації також описується, як подальше збільшення кількості лазерних джерел забезпечить кількість кубітів 10 000 і всього за кілька років.

Дослідники Массачусетського технологічного інституту виявили, що світло може викликати випаровування, а не лише нагрівання, продемонструвавши це на різних природних і синтетичних водних поверхнях. Це відкриття може вплинути на моделювання клімату та призвести до інновацій у сонячній енергії та технологіях очищення води.

Це найфундаментальніший із процесів — випаровування води з поверхні океанів і озер, вигоряння туману під ранковим сонцем і висихання солоних ставків, що залишає тверду сіль. Випаровування навколо нас, і люди спостерігають за ним і використовують його протягом усього часу свого існування. І все ж, виявляється, ми весь час пропускали велику частину картини.

Відкриття індукованого світлом випаровування

У серії ретельно точних експериментів команда дослідників з Массачусетського технологічного інституту продемонструвала, що тепло не єдине, що спричиняє випаровування води. Світло, потрапляючи на поверхню води в місці зустрічі повітря та води, може відірвати молекули води та винести їх у повітря, викликаючи випаровування за відсутності будь-якого джерела тепла.

Дивовижне нове відкриття може мати широкий спектр важливих наслідків. Це може допомогти пояснити таємничі вимірювання протягом багатьох років того, як сонячне світло впливає на хмари, і, отже, вплинути на розрахунки впливу зміни клімату на хмарний покрив і опади. Це також може призвести до нових способів проектування промислових процесів, таких як опріснення на сонячних батареях або сушіння матеріалів.

Новознайдений феномен

Нова робота базується на дослідженні, опублікованому минулого року, яке описує цей новий «фотомолекулярний ефект», але лише в дуже спеціальних умовах: на поверхні спеціально підготовлених гідрогелів, змочених водою. У новому дослідженні дослідники демонструють, що гідрогель не є необхідним для процесу; це відбувається на будь-якій поверхні води, яка піддається впливу світла, незалежно від того, чи це плоска поверхня, як водойма, чи вигнута поверхня, як крапля хмарної пари.

Оскільки ефект був настільки несподіваним, команда працювала над тим, щоб довести його існування якомога більшою кількістю різних доказів. У цьому дослідженні вони повідомляють про 14 різних видів тестів і вимірювань, які вони провели, щоб встановити, що вода справді випаровується, тобто молекули води збиваються з поверхні води й вилітають у повітря — лише завдяки світлу, не теплом, яке довго вважалося єдиним задіяним механізмом.

Вирішення хмарної головоломки

Знахідка може розгадати 80-річну таємницю кліматології. Вимірювання того, як хмари поглинають сонячне світло, часто показують, що вони поглинають більше сонячного світла, ніж це передбачає звичайна фізика. Додаткове випаровування, викликане цим ефектом, могло пояснити тривалу розбіжність, яка була предметом суперечок, оскільки такі вимірювання важко зробити.

«Ці експерименти базуються на супутникових даних і даних польотів», — пояснює Чень. «Вони літають на літаку над і під хмарами, а також є дані, засновані на температурі океану та радіаційному балансі. І всі вони дійшли висновку, що хмари поглинають більше, ніж могла б вирахувати теорія. Однак через складність хмар і труднощі проведення таких вимірювань дослідники сперечаються, чи є такі розбіжності реальними чи ні. І те, що ми виявили, свідчить про те, що є ще один механізм поглинання хмари, який не врахували, і цей механізм може пояснити розбіжності».

Чень каже, що нещодавно говорив про це явище на конференції Американського фізичного товариства, і один фізик там, який вивчає хмари та клімат, сказав, що вони ніколи не думали про таку можливість, яка може вплинути на розрахунки комплексного впливу хмар на клімат. Команда провела експерименти з використанням світлодіодів, які світили на камері штучної хмари, і вони спостерігали нагрівання туману, чого не мало статися, оскільки вода не поглинає у видимому спектрі. «Таке нагрівання можна легше пояснити на основі фотомолекулярного ефекту», — каже він.

Lv каже, що з багатьох доказів «людям найпростіше відтворити плоску область у розподілі температури повітря над гарячою водою». Цей температурний профіль «є сигнатурою», яка чітко демонструє ефект, каже він.

Стародавні символи на 2700-річному храмі, які спантеличили експертів більше століття, пояснив ассиріолог Трініті доктор Мартін Вортінгтон. Послідовність «таємничих символів» була видна на храмах у різних місцях стародавнього міста Дур-Шаррукін, сучасний Хорсабад, Ірак, яким правив Саргон II, цар Ассирії (721–704 рр. до н. е.).

Послідовність із п’яти символів — лева, орла, бика, фігового дерева та плуга — вперше стала відома сучасному світу завдяки малюнкам, опублікованим французькими екскаваторами наприкінці дев’ятнадцятого століття. Відтоді виникла хвиля ідей щодо того, що можуть означати ці символи.

Їх порівнюють з єгипетськими ієрогліфами, сприймаючи як відображення імперської могутності, і підозрюють, що вони символізують ім’я царя, але як?

Доктор Мартін Вортінгтон зі Школи мов, літератур і культурології Трініті запропонував нове рішення в статті, опублікованій 26 квітня в Бюлетені американських шкіл східних досліджень. Він стверджує, що ассирійські слова для п’яти символів (лев, орел, бик, фігове дерево та плуг) містять у правильній послідовності звуки, які викладають ассирійську форму імені «Саргон» (šargīnu).

Іноді в одному місці археологічних розкопок використовуються лише три символи (лев, дерево, плуг), які, на думку доктора Вортінгтона, знову називаються «Саргон», дотримуючись подібних принципів. Доктор Вортінгтон прокоментував: «Дослідження стародавніх мов і культур сповнене головоломок усіх форм і розмірів, але на Стародавньому Близькому Сході нечасто можна зустріти таємничі символи на стіні храму».

Щобільше, за словами доктора Вортінгтона, кожен із п’яти символів також можна розуміти як сузір’я. Таким чином, лев символізує Лева, а орел – Орла (наші власні сузір’я значною мірою успадковані з Месопотамії через греків, тому багато з них однакові). Фігове дерево замінює сузір’я «Щелепа», яке важко проілюструвати (якого ми сьогодні не маємо), оскільки ісу «дерево» звучить подібно до ісу «щелепа».

«Вплив п’яти символів полягав у тому, щоб ім’я Саргона залишилося на небесах назавжди — це був хитрий спосіб зробити ім’я короля безсмертним. І, звісно, ​​ідея пишних людей, які пишуть своє ім’я на будівлях, не є унікальною для стародавня Ассирія», — каже д-р Вортінгтон.

Стародавня Месопотамія, або сучасний Ірак і сусідні регіони, були домом для вавилонян, ассирійців, шумерів та інших, і сьогодні досліджуються за допомогою клинопису, якого збереглося у великій кількості. Дійсно, писемність, ймовірно, була винайдена там близько 3400 року до нашої ери. Отже, хоча вчені Саргона не знали цього, розробляючи нові письмові символи, вони повторювали історію Месопотамії понад тисячу років тому.

Доктор Вортінгтон пояснив: «Я не можу довести свою теорію, але той факт, що вона працює як для послідовності з п’яти символів, так і для послідовності з трьох символів, а також те, що символи також можна розуміти як культурно прийнятні сузір’я, мене дуже вражає. Ймовірність того, що все це випадковість, — вибачте за каламбур — астрономічна».

Доктор Вортінгтон спеціалізується на мовах і цивілізаціях стародавньої Месопотамії, включаючи вавилонян, ассирійців і шумерів.

«Цей регіон світу, який включає сучасний Ірак і частини Ірану, Туреччини та Сирії, часто називають «колискою цивілізації». Саме тут народжувалися міста та імперії, і його історія є величезною частиною людської історії.

Саме через месопотамську звичку рахувати через шістдесят, сьогодні ми маємо 60 хвилин на годину, а Авраам (центральна постать у трьох основних світових релігіях) нібито походив із месопотамського міста Ур.

«Розгадувати головоломки (або намагатися це зробити) — це особливо весело, — каже д-р Вортінгтон, — але вивчення Месопотамії в цілому має більшу мету — зрозуміти складність і різноманітність величезної частини людських суспільств і культурних досягнень».

Нове дослідження, що з’явилося в журналі Matter, розкриває, як температура напою впливає на сприйняття смаку алкоголю. Вчені показали, що молекули води та етанолу утворюють різні типи кластерів при різних температурах, що впливає на сприйняття смаку.

Дослідження, яке очолив матеріалознавець Лей Цзян, виявило, що при низьких температурах молекули етанолу та води утворюють більш пірамідоподібні кластери. Це зменшує відчуття «етанолового» смаку, що робить напій, наприклад пиво, менш алкогольним на смак.

Навпаки, при вищих температурах кластери стають більш ланцюжковими, що призводить до більш вираженого смаку алкоголю. Це пояснює, чому деякі напої, такі як байцзю (китайський спиртний напій), можуть смакувати інакше в залежності від температури середовища.

Ці відкриття дозволяють виробникам створювати напої з бажаним рівнем «етанолового» смаку, навіть за умови зниження загального вмісту алкоголю. Джерело