Рубрика: Новини

Освітлюючи поверхню зразка короткими імпульсами лазерного променя, можна знімати послідовності різних хімічних і фізичних реакцій. Дослідницька група, до складу якої ввійшли дослідники з Університету Гетеборга, розробила найшвидшу у світі лазерну камеру для одного кадру, яка принаймні в тисячу разів швидше, ніж найсучасніше сучасне обладнання для діагностики горіння. Відкриття має величезне значення для вивчення блискавичного горіння вуглеводнів.

Що відбувається з матеріалом, який спалюється в інших умовах? Щоб дослідити це питання, дослідники використовують лазерну камеру, яка фотографує матеріал у двовимірному шарі, відомому як LS CUP (single-shot laser sheet compressed ultrafast photography). Спостерігаючи за зразком збоку, можна побачити, які реакції та викиди відбуваються в часі та просторі. Дослідники використовували LS-CUP для вивчення горіння різних вуглеводнів.

12,5 мільярдів зображень за секунду

Фізики з Університету Гетеборга разом із колегами зі США та Німеччини розробили надшвидку лазерну камеру, яка може створювати відео з рекордно високою швидкістю 12,5 мільярдів зображень на секунду, що принаймні в тисячу разів швидше, ніж сучасні найкращі. лазерне обладнання. Це дозволило дослідникам проілюструвати горіння з роздільною здатністю в часі, яка ніколи раніше не була досягнута.

«Чим більше буде зроблено знімків, тим точніше ми зможемо стежити за розвитком подій. Спалювання вуглеводневого палива створює нанорозмірні частинки сажі, різноманітні світлові явища та поліциклічні ароматичні вуглеводні, ПАУ, які є небезпечними для навколишнього середовища», — каже Йогешвар Натх Мішра, який був одним із дослідників Університету Гетеборга і який зараз представляє результати в науковій статті в журналі Light: Science & Applications.

Короткоживучі частинки сажі

Частинки сажі з вуглеводнів становлять 70% матеріалу в міжзоряному просторі, а також є цікавим наноматеріалом із застосуванням в електроніці та енергетиці. Частинки сажі та ароматичні вуглеводні живуть надзвичайно недовго, їх тривалість життя вимірюється наносекундами, коли вони згорають. Горіння характеризується надзвичайно швидкими реакціями, які не повторюються. Вивчення горіння вимагає надшвидких методів знімання зображень, чого дослідники зараз досягли за допомогою цієї нової лазерної камери.

«Раніше проблеми виникали, коли камера була обмежена кількома мільйонами зображень на секунду. Для створення двовимірних зображень різних типів горіння потрібні повторювані лазерні імпульси, які впливають на температуру горіння, коли лазер додає енергію», — говорить Йогешвар Нат Мішра.

Застосування в багатьох галузях досліджень

Нова лазерна камера робить унікальний знімок одним лазерним імпульсом. Швидкість зображення становить до 10 мільярдів зображень на секунду, і її можна легко адаптувати для спостереження за всіма типами лазерно-індукованих сигналів протягом усього життя частинки. Застосування виходять далеко за межі дослідження горіння та можуть широко використовуватися у фізиці, хімії, біології та медицині, енергетиці та дослідженнях навколишнього середовища.

Всесвіт закінчиться тріском чи плачем? Пара фізиків-теоретиків запропонувала третій шлях: можливо, Всесвіт ніколи не закінчиться. У дослідженні, яке намагається визначити природу темної енергії — таємничого явища, яке, як вважають, змушує Всесвіт розширюватися все швидше й швидше щомиті, — фізики виявили, що космічне розширення не завжди є даністю. Натомість, пишуть вони, темна енергія може періодично «вмикатися» і вимикатися, іноді збільшуючи космос, іноді звужуючи його, поки не створяться умови для нового Великого вибуху — і для народження нового Всесвіту.

Зараз наш Всесвіт переживає фазу стрімкого розширення: з кожною миттю космос стає все більшим. Космологи не розуміють причини цього прискорення, яке вони називають темною енергією. Якщо це прискорення збережеться, то наш Всесвіт зрештою розшириться в забуття, а вся матерія та випромінювання будуть розірвані на частини.

Це був би не перший період стрімкого зростання. У найперші моменти Великого вибуху енергія та щільність були настільки екстремальними, що існуюча фізика не може впоратися — вона передбачає сингулярність, точку нескінченної щільності, де математика руйнується. Після цього Всесвіт пережив період неймовірно швидкого розширення, відомий як інфляція, який також погано вивчений.

Астрономи довго задавалися питанням, чи пов’язані ці дві фази прискореного розширення — одна в найперші моменти Великого вибуху, а друга — у нинішню епоху, і чи сутність, яка рухає їх обома, уникне проблеми великого вибуху. сингулярність.

Щоб відповісти на це питання, пара фізиків-теоретиків опублікувала дослідження в базі даних препринтів arXiv, яка розглядала модель Всесвіту, де темна енергія завжди відігравала роль. Попередні дослідження моделювали темну енергію, яка «вмикалася» в різний час для стимулювання космічного розширення, але нове дослідження пропонує більш реалістичну модель, яка включає матерію та випромінювання.

Вони хотіли побачити, чи зможе темна енергія уникнути сингулярності Великого вибуху, спричинити інфляцію та прискорити пізній Всесвіт. Щоб уникнути цієї початкової сингулярності, Всесвіт не може починатися з точки нескінченної щільності. Натомість всесвіт, у якому ми живемо, мав би бути одним із нескінченної серії повторюваних «великих відскоків».

У цьому сценарії темна енергія керує Всесвітом, поки він не досягне певного розміру. Але потім темна енергія трансформується, змушуючи Всесвіт стискатися. Потім космос зазнає великої кризи, але безпосередньо перед тим, як досягти стану нескінченної щільності, темна енергія повертається знову, викликаючи період неймовірно швидкої інфляції та починаючи цикл заново.

Дослідники знайшли модель темної енергії, яка виконувала трифекту. Але найважливіше те, що матерія та випромінювання не могли бути присутніми в надзвичайно ранньому Всесвіті, інакше вони зіпсували інфляцію. Натомість матерія та випромінювання мали з’явитися відразу після інфляції, оскільки частина темної енергії розпадалася, заповнюючи Всесвіт світлом і матерією.

Хоча спочатку це було успішно, дослідники не змогли знайти загальний клас моделей темної енергії, які завжди могли б привести до однакових результатів. Натомість їм довелося штучно ввести менше значення для сучасного прискореного розширення, ніж передбачає квантова механіка, щоб отримати точний правильний результат.

Однак це нове дослідження вказує на багатообіцяючий напрямок, забезпечуючи життєздатну платформу для подальшого вивчення подібних моделей. Людям не обов’язково судилося жити в холодному порожньому космосі, тому що темна енергія може поводитися інакше в далекому майбутньому. Тільки продовження досліджень розкриє нашу остаточну долю.

Нейробіологи з Columbia Engineering виявили специфічний нейронний механізм у людському мозку, який позначає інформацію емоційними асоціаціями для покращення пам’яті.

Багато людей чітко згадують емоційні події, такі як день весілля, але дослідники залишаються невпевненими щодо того, як людський мозок призначає пріоритет таким спогадам. Недавнє дослідження, опубліковане в Nature Human Behavior, пролило світло на це питання. Джошуа Джейкобс, ад’юнкт-професор біомедичної інженерії в Columbia Engineering, і його команда виявили особливий нейронний механізм у людському мозку, який позначає інформацію емоційними зв’язками, щоб покращити її запам’ятовування.

Дослідницька група виявила, що високочастотні мозкові хвилі в мигдалеподібному тілі, центрі обробки емоцій, і гіпокампі, центрі формування пам’яті, відіграють вирішальну роль у покращенні запам’ятовування емоційних подразників. Будь-які порушення цього нейронного механізму, викликані електричною стимуляцією мозку або депресією, призводять до зниження здатності конкретно запам’ятовувати емоційні стимули.

Коли учасники кодували в пам’яті емоційні слова (наприклад, «НІЖ»), швидкі коливання мозку посилювалися в гіпокампі та мигдалині. Однак, коли їм не вдавалося закодувати емоційні слова, або закодовані нейтральні слова (наприклад, «СТІЛЕЦЬ»), ці швидкі коливання були меншими. Авторство: Salman Qasim/Columbia Engineering, створено за допомогою Biorender.com

Зростання поширеності розладів пам’яті

Наростальна поширеність розладів пам’яті, таких як деменція, підкреслила шкідливий вплив втрати пам’яті на людей і суспільство. Такі розлади, як депресія, тривога та посттравматичний стресовий розлад (ПТСР), також можуть характеризуватися дисбалансом процесів пам’яті, і вони стали все більш поширеними під час пандемії COVID-19. Розуміння того, як мозок природним чином регулює, яка інформація отримує пріоритет для зберігання, а яка зникає, може дати важливе розуміння для розробки нових терапевтичних підходів до зміцнення пам’яті для тих, хто ризикує втратити пам’ять, або для нормалізації процесів пам’яті у тих, хто ризикує дисрегуляцією.

«Легше запам’ятати емоційні події, як-от народження вашої дитини, ніж інші події приблизно того ж часу», — каже Салман Е. Касім, провідний автор дослідження, який розпочав цей проєкт під час свого доктора філософії. в лабораторії Джейкобса в Columbia Engineering. «Мозок явно має природний механізм для посилення певних спогадів, і ми хотіли його ідентифікувати».