Электропластырь от бактерий и теорема Пифагора по-новому: научные открытия недели
Физики совершили научный прорыв, который может привести к созданию мюонного коллайдера. Лидар нашел более 6 000 неизвестных сооружений майя. Две школьницы удивили математиков, сформулировав новые, неожиданные доказательства теоремы Пифагора. Эти и другие научные открытия недели — в нашей подборке.
Шаг к первому мюонному ускорителю
Мюон — это нестабильная заряженная элементарная частица. Ее можно сравнить с электроном, правда, она превышает его по массе более чем в 200 раз. Мюоны возникают в космических лучах и достигают поверхности Земли. Они существуют всего около двух микросекунд, прежде чем распасться на электрон и два типа нейтринов. По этой причине их невероятно трудно ускорить.
Вот почему достижение японских ученых, ускоривших эти частицы, собрав их в контролируемый пучок, стало настоящим событием в сообществе физиков. Чтобы добиться такого результата, экспериментаторы сначала «выстрелили» лазером в поток мюонов, замедлив их, а потом, наоборот, ускорили с помощью электрического поля примерно до 4 % скорости света — это примерно 12 000 км/с.
За секунду свет преодолевает расстояние примерно в 300 000 км
Изображение: © Naeblys/ Shutterstock / FOTODOM
Специалисты называют это достижение большим шагом на пути к созданию мюонного коллайдера. Считается, что это устройство сулит новые открытия в физике. При этом ему необязательно быть таким же огромным, как привычные адронные коллайдеры, а значит, строительство обойдется дешевле. К примеру, десятикилометровый мюонный коллайдер может производить частицы, обладающие такой же энергией, как и те, что получают с помощью 90-километрового протонного аналога.
Авторы научного прорыва сейчас разрабатывают технологию, которая позволит ускорить мюоны до 94 % скорости света. Добиться этого они рассчитывают к 2028 году.
Что такое синхротрон и чем он полезен?
ЧитатьПластырь с током против кожных инфекций
Злоупотребление антибиотиками и их некорректное использование у людей и животных привело к тому, что многие бактерии эволюционировали и стали устойчивыми к таким препаратам. Американские ученые задались вопросом, смогут ли они заменить антибиотики электричеством, чтобы с его помощью манипулировать болезнетворными микроорганизмами. Они провели эксперименты с эпидермальным стафилококком, который обычно присутствует на коже человека, но при попадании внутрь организма доставляет серьезные проблемы. Задача была — не уничтожить его полностью, а контролировать численность бактерии. Опыты показали, что ток действует на нее только в кислой среде.
На привычный медицинский пластырь электрический аналог не очень похож
Фото: © ScienceDirect
Тогда исследователи разработали пластырь, который содержит электроды и гидрогель для создания кислой среды. Незаметные для человека разряды способны остановить распространение бактериальных инфекций без применения лекарств. Это открывает новые возможности для немедикаментозного лечения, особенно кожных инфекций и заживления ран, где устойчивые к антибиотикам микробы представляют серьезную проблему.
Электричество уже давно используют в медицине. Например, кардиостимуляторы могут регулировать сердцебиение, воздействуя на сердечные мышцы током. Электропротез сетчатки применяют, чтобы частично восстановить зрение пациента. А воздействие электрическими импульсами на блуждающий нерв способствует повышению активности тромбоцитов, что помогает замедлить кровотечение.
«Нейронный жгут»: как током замедлить кровотечение
ЧитатьЛидар «разглядел» новое поселение майя
В Кампече на западе полуострова Юкатан обнаружены ранее неизвестные сооружения майя. Поселение, которое отвечает всем признакам «политической столицы», назвали Валерианой в честь близлежащей пресноводной лагуны. Его датируют 250–900 годами н. э. С помощью лидара удалось выявить до 6 674 сооружений, включая пирамиды, которые похожи на те, что стоят в Чичен-Ице и Тикале. Ученые обнаружили несколько закрытых площадей, соединенных широкой дамбой, площадку для игры в мяч и множество жилых домов.
На карте отмечены дома, дамба и площадка для игры в мяч
Изображение: © Cambridge University Press
Лидар — лазерная технология, позволяющая определять расстояние до объектов и строить двухмерную и трехмерную модели пространства. Устройство отправляет сигналы и анализирует их отражение. Этот процесс называется дистанционным зондированием. Лидар засекает время, за которое посланная им волна возвращается назад, и рассчитывает расстояние до объекта. Эта технология буквально совершила революцию в археологии. Со временем заброшенные поселения, которые интересны ученым, скрываются под слоем почвы и растительности, а лазер способен «видеть» рельеф, спрятанный за деревьями и травой. Он создает карту поверхности, на которой заметны фундаменты домов, остатки стен, контуры улиц и прочие невидимые невооруженному глазу объекты.
Отсмотрев снимки, на которые попало почти 130 км² территории Кампече, исследователи обнаружили неразличимые без лидара останки майяских сооружений среди современных ферм и автомагистралей.
Наука и майя: что они ели, зачем приносили в жертву детей и почему почитали близнецов
ЧитатьБактерия, которая «дышит» под землей
Российские биологи выделили ранее неизвестные бактерии класса Limnochordia. До этого открытия был известен только один их представитель, найденный японскими учеными в одном из озер Страны восходящего солнца. В РФ новые микроорганизмы были обнаружены в пробах из глубинных скважин минеральной воды в Чажемто и Белокурихе (Томская область). Эти бактерии могут «дышать» темным кислородом, серой и перестраиваться на анаэробный тип получения энергии.
Метагеномный анализ показал, что в пробах есть неизвестный микроорганизм с маркером кислородного дыхания, но доля этого микроба в сообществе составляла всего 0,37 %. Выделенные бактерии начали расти на кислороде, затем ученые выяснили, что те способны «дышать» и серой, а еще перестраиваться на анаэробный тип дыхания. Выходит, бактерии получают энергию, используя органические соединения, которые образуют другие организмы. Новое семейство назвали «геохорды», и, как выяснили ученые, те могут питаться также водородом и угарным газом из подземных глубин. Бактерии способны подстраиваться под разную среду обитания. Их следы обнаруживают в разных отходах сельского хозяйства и на месторождениях, где горящий уголь образует угарный газ.
Микрофотографии бактерий, на которых стрелками показаны их особые нитевидные структуры
Изображение: © frontiers
Ученые предполагают, что эти бактерии имеют биотехнологическое значение. На оболочке их клеток обнаружены нити, которые, возможно, могут передавать электроны, выполняя роль «нанопроводов». Такая особенность в теории позволит использовать эти организмы для создания альтернативного источника энергии — микробных топливных элементов. По мнению экспертов, топливом могут стать компост и отходы, что одновременно позволит решать вопросы генерации электричества и утилизации мусора.
Новые доказательства теоремы Пифагора
Знаменитая теорема Пифагора c² = a² + b² звучит так: квадрат гипотенузы равен сумме квадратов катетов. Благодаря ей можно вычислить длину любой стороны прямоугольного треугольника, если известна длина двух других сторон.
Теорему Пифагора в российских школах проходят в 8 классе на уроках геометрии
Фото: © Pixel-Shot / Shutterstock / FOTODOM
Сейчас в научной литературе описано более 400 доказательств данной теоремы. В основном к решению этой задачи подходили с точки зрения алгебры и геометрии. Доказать ее с помощью тригонометрии долгое время считалось невозможным, поскольку основные формулы этого раздела математики основаны на предположении, что теорема Пифагора верна, то есть на так называемом круговом рассуждении.
Все изменилось после школьного конкурса в Новом Орлеане, где старшеклассницы Кальцея Джонсон и Некия Джексон изложили сразу пять новых способов доказательства теоремы Пифагора с помощью тригонометрии. В вышедшей позже за их авторством научной статье в журнале The American Mathematical Monthly девушки подробно описывают новый метод поиска доказательств, применив который можно найти еще как минимум пять способов.
