• Новости
  • Наука
  • Как атомные часы стали эталоном времени и что их может заменить в будущем?
Нейросеть

Как атомные часы стали эталоном времени и что их может заменить в будущем?

Атомные часы: точность до наносекунд Для обычного человека достаточно знать время с точностью до минуты, чтобы не опаздывать на работу.

Но есть области, где требуется более точное измерение времени — например, в навигации. Для этого были разработаны атомные часы, которые используют периоды изменения состояния атома в качестве периодического процесса.

Цезий-133 как эталон времени В 1967 году все страны мира признали атомы цезия-133 эталоном времени. Сегодня одна секунда равна 9 192 631 770 периодам излучения в атомах цезия.

Атомные часы важны для определения положения космических аппаратов, самолётов, подводных лодок и автомобилей. На атомный стандарт равняются все телекоммуникационные компании, включая станции мобильной связи и службы точного времени.

Как воспроизводят секунду В России формирование единицы секунды и национальной шкалы времени происходит в лаборатории измерительно-вычислительных систем и комплексов Государственного первичного эталона времени и частоты. Здесь на цезиевых атомных часах фонтанного типа охлаждённые атомы цезия подбрасываются на двухметровую высоту, где регистрируются, после чего снова летят вниз.

Так рождается современная секунда. Новые стандарты точности Погрешность в подсчёте периодов атома цезия составляет 1,2 на 10 в минус 16 степени.

Эта погрешность также характерна для эталонов секунды ведущих стран мира. Однако ряд стран, включая Россию, работают над усовершенствованием атомных часов, чтобы повысить точность позиционирования до дециметров.

Стронциевые атомные часы Так называемые стронциевые атомные часы позволяют достигать точности расчёта секунды до 10 в минус 18 степени, что более чем на порядок отличается от существующего международного стандарта. В стронции фиксируется другой тип излучения — оптический.

Такие часы, установленные на спутниках, позволят определять положение объекта на Земле с точностью до сантиметров! Будущее атомных часов Принятый международный стандарт, определяющий «размер» секунды по цезию, может быть заменён на оптическое излучение атомов стронция или ядер тория.

Торий-229 как будущее атомных часов Учёные ищут способы повысить точность атомных часов. Одна из идей — использовать слабо радиоактивное твёрдое вещество торий-229.

Ядра тория-229 очень маленькие, на пять порядков меньше самого атома, поэтому воздействие всевозможных полей на них оказывается гораздо слабее. Перспективы России У России есть шансы возглавить технологическую гонку в области создания часов на основе тория-229.

Госкорпорация Росатом умеет производить торий-229 в нужных для исследователей количествах, а над ядерным стандартом частоты работают умы специалистов нескольких российских институтов. Значение высокоточной информации Высокоточная информация, полученная с помощью атомных часов, используется в различных областях, таких как навигация, интернет вещей и беспилотный транспорт.

Она позволяет повысить точность определения местоположения, скорость передачи данных и взаимодействие между физическими объектами.

Московский комсомолец

Тектохризин замедляет развитие колоректального рака
В прополисе обнаружено природное соединение тектохризин, которое замедляет развитие колоректального рака и образование метастазов.

Это было выявлено в экспериментах на животных, результаты которых опубликованы в журнале Food & Function (F&F). В ходе исследований на клетках колоректального рака выяснилось, что тектохризин снижает их жизнеспособность, способность к размножению, перемещению и проникновению в окружающие ткани.

Также вещество препятствует формированию новых кровеносных сосудов, которые необходимы опухоли для роста. Эффективность тектохризина была подтверждена на мышах.

Он снизил активность опухоли и уменьшил количество метастатических очагов в печени и лёгких. В опухолевой ткани также сократилось число кровеносных сосудов.

Исследователи связали действие вещества с белком ERBB4, который участвует в передаче сигналов, способствующих росту и распространению опухолевых клеток. Тектохризин взаимодействовал с этим белком и подавлял связанные с ним сигнальные пути.

Пока противоопухолевый эффект тектохризина был продемонстрирован только в лабораторных экспериментах и на животных. Учёным предстоит изучить его усвоение, безопасность и эффективность, прежде чем говорить о возможном применении у людей.

Лента ру

Создай нейтринную обсерваторию
Бельгийский учёный Фрэнсис Хальзен предложил использовать лёд на Южном полюсе для отслеживания нейтрино — частиц, возникающих в результате энергоёмких процессов во Вселенной.

Он стал основателем нейтринной обсерватории IceCube, представляющей собой кубический километр льда с датчиками освещённости. С помощью IceCube исследователи могут фиксировать нейтрино, которые проходят через Землю и тела людей незамеченными.

Учёные давно знают о существовании в космосе естественных ускорителей частиц, выбрасывающих частицы с энергией, в миллион раз превышающей достижимую на Земле. Однако многое в этих источниках остаётся загадкой.

Нейтрино с высокими энергиями образуются в тех же средах, что и другие частицы, но в отличие от них достигают нас, не меняя направления и не теряя энергии. Это позволяет им предоставлять информацию, недоступную другим способом.

Фрэнсис Хальзен впервые представил своё видение улавливания нейтрино на Южном полюсе в 1988 году. Когда нейтрино сталкивается с атомным ядром, оно производит вспышку света, которую можно отследить с помощью датчиков в прозрачном ледяном покрове.

Лёд на Южном полюсе имеет преимущества, так как свободен от помех, а район геологически стабилен. Хальзен и его идея получили поддержку других исследователей, и вскоре были проведены предварительные испытания датчиков, встроенных в лёд.

Объём IceCube составляет целый кубический километр, и его строительство было завершено в 2011 году. Вскоре исследователи обнаружили первые нейтрино высоких энергий и опубликовали результаты своего открытия.

Марк Пирс, председатель Нобелевского комитета по физике, говорит: «Фрэнсис Хальцен возглавляет международную команду исследователей и инженеров, которые снабдили нас фантастическим инструментом. Его упорство и научное видение проложили путь к новому виду астрономии».

Взаимодействия нейтрино, которые IceCube постоянно собирает, позволят исследователям получить новые знания о экстремальных условиях, в которых могут создаваться нейтрино высокой энергии, и даже могут выявить ранее неизвестные космические явления.

Московский комсомолец

Кофеин не всегда полезен: влияние на память и микробиоту
В журнале Nature Communications опубликовали результаты исследования учёных из Университетского колледжа Корка.

Они выяснили, что кофе без кофеина может положительно влиять на некоторые показатели памяти. В небольшом эксперименте такого эффекта у обычного кофе не обнаружили.

В исследовании участвовали 31 человек. Сначала добровольцы отказались от кофе на две недели, а затем в течение трёх недель ежедневно получали по четыре порции либо обычного кофе, либо кофе без кофеина.

После возвращения кофе у участников обеих групп изменился состав кишечной микробиоты и снизились показатели стресса, депрессивных симптомов и импульсивности. Однако только у тех, кто употреблял кофе без кофеина, значительно улучшились результаты двух тестов памяти: они лучше справлялись с запоминанием слов и допускали меньше ошибок в задании на пространственную память.

Обычный кофе был связан с улучшением внимания и бодрости, снижением тревожности и психологического дистресса. Учёные предполагают, что эффект кофе может быть обусловлен не только кофеином, но и другими соединениями, например полифенолами.

Они способны взаимодействовать с кишечной микробиотой и через неё влиять на работу мозга. Ранее стало известно, что любители кофе реже сталкиваются с возрастной потерей мышечной массы.

Лента ру

Определи связь узора карельской берёзы с хромосомой
Карельская берёза известна своим уникальным рисунком древесины, который часто сравнивают с мрамором.

Этот узор ценится мебельщиками и мастерами резьбы по дереву. В Финляндии спрос на карельскую берёзу настолько высок, что её продают на вес, а не по объёму.

Учёные выяснили, что узорчатая текстура карельской берёзы — результат аномалии роста берёзы повислой. Уникальный «мраморный» рисунок формируется из-за сложного взаимодействия генетических особенностей и внешних условий.

Ключевую роль играет камбий — слой клеток, отвечающий за рост ствола в толщину. В местах формирования узора в его работе происходят отклонения от нормы.

Во-первых, изменяется характер деления клеток: вместо преимущественно продольных перегородок клетки камбия начинают делиться поперечно. Во-вторых, нарушается правильная дифференциация тканей.

Всё это приводит к аномальным структурам в стволе, образующим «узор» на поперечном срезе: годичные кольца выглядят извилистыми, среди светлых волокон попадаются тёмные включения, создающие эффект мраморного рисунка. Не всегда условия способствуют образованию узоров, даже при семенном размножении ценный признак проявляется не у всех потомков.

Его наличие можно определить только на 8–15 год после посадки. Генетики стремятся по ДНК молодого дерева определить его предрасположенность к образованию «мраморного рисунка».

Два года назад они опубликовали работу, в которой говорилось о связи узора с определённым участком 10-й хромосомы у деревьев из двух известных семейств. В новой работе учёные проверили, работает ли «правило 10-й хромосомы» у берёз другого происхождения.

В ходе исследования было проанализировано 96 образцов из коллекций Института леса Карельского научного центра РАН. Были изучены берёзы из Карелии, Финляндии, Белоруссии и Ленинградской области.

По образцам учёные сопоставили почти 63 000 различий в геноме с присутствием или отсутствием рисунка. В итоге связь с 10-й хромосомой была подтверждена: большинство образцов с мутацией в этом участке имели «мраморный узор» на срезе.

Для надёжности специалисты провели для шести деревьев полногеномное секвенирование, то есть определили полный их геном. Затем проверили отобранные молекулярные маркеры на их потомстве и на неродственных деревьях.

В итоге генетики пришли к выводу, что за сильную связь с узором отвечает участок 10-й хромосомы, состоящий из 275 тысяч нуклеотидов, определяющих работу 22 генов. Полученные данные помогут в будущем выявлять перспективные сеянцы карельской берёзы задолго до появления внешних признаков.

Карельская берёза внесена в Красную книгу Республики Карелия. Специалисты заметили, что на появление берёзы «с рисунком» могут влиять и внешние факторы, такие как освещённость, плодородие почвы и плотность посадки.

Московский комсомолец