Фантомные изображения молекул

19.12.2020

Инженеры и ученые из Национальной лаборатории Брукхейвена спроектировали и создали новый рентгеновский микроскоп, который использует в своих интересах странные особенности таинственного мира квантовой физики. Благодаря этому новый микроскоп позволяет получать "фантомные изображения" биомолекул в высочайшей разрешающей способности, подвергая их более низкой дозе губительного излучения.

Рентгеновские микроскопы являются весьма полезными инструментами, когда дело касается получения снимков в высоком разрешении различных молекул, материалов и т.п. Однако, достаточно высокий уровень жесткого рентгеновского излучения обычно наносит ущерб и является губительным для исследуемых образцов, если этими образцами являются вирусы, бактерии и клетки живых тканей. Уменьшение дозы излучения является одним из путей решения данной проблемы, но нежелательным побочным эффектом от этого является снижение разрешающей способности снимков.

В традиционных рентгеновских микроскопах используется один луч фотонов, который проходит сквозь исследуемый образец и попадает на расположенный ниже датчик. В новом квантовом микроскопе луч рентгена разделается на два луча и через образец проходит ровно половина дозы излучения. И, тем не менее, в измерениях и в процессе формирования изображения принимают участие оба луча, связанные при помощи "призрачного" явления квантовой запутанности, которое в свое время поразило даже Альберта Эйнштейна.

Квантовая запутанность заключается в создании квантовой связи между двумя частицами. При этом, невидимая сила этой связи столь сильна, что изменение состояния одной из частиц моментально приведет к аналогичному изменению состояния второй связанной частицы, несмотря на разделяющее их расстояние, которое может быть сколь угодно большим. Этот эффект подразумевает, что квантовая информация может передаваться со скоростью, превышающей во много раз скорость света, и это было причиной, почему Эйнштейн достаточно долго не мог поверить и принять явление квантовой запутанности.

В расщепителе луча одновременно производятся пары запутанных фотонов. Один из лучей, как обычно, проходит через образец и доставляет информацию к первому датчику. Но квантовая запутанность заставляет фотоны второго луча также изменить свое состояние не входя в контакт с образцом, таким образом, второй луч также становится носителем дополнительной информации об образце, которая извлекается при помощи второго датчика.

Процесс такой съемки называется "фантомной съемкой" и до последнего времени он был реализован только при помощи фотонов видимого света. Некоторые инженерные и научные решения позволили адаптировать этот метод к рентгеновскому излучению и теперь при помощи нового микроскопа можно делать снимки биологических образцов, размерами менее 10 нанометров, не разрушая их хрупкой структуры.

<< Назад: Роботы-собаки полетят на Марс 20.12.2020

>> Вперед: Новый метод наблюдений за Солнцем 19.12.2020

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Канада планирует построить космодром 06.04.2026

Развитие космической инфраструктуры все чаще становится вопросом не только науки и технологий, но и национальной безопасности. Многие государства стремятся получить независимый доступ к космическим запускам, чтобы не зависеть от внешних партнеров и укреплять собственный технологический суверенитет. На этом фоне Канада объявила о запуске масштабного проекта по созданию собственного космодрома. Министр обороны Канады Дэвид Мак-Гинти сообщил, что правительство страны инвестирует 200 млн канадских долларов, что составляет около 150 млн долларов США, в строительство национального космодрома. Эти средства станут частью долгосрочной программы развития суверенных возможностей космических запусков. По словам Мак-Гинти, Министерство обороны подписало 10-летнее соглашение с компанией MLS на сумму 200 млн долларов. В рамках этого контракта планируется строительство стартовой площадки, которая будет использоваться не только военными структурами, включая Министерство обороны и Вооруженные силы ...>>

Обновленные телевизоры Xiaomi S Mini LED TV 2026 06.04.2026

Компания Xiaomi представила обновленную серию телевизоров S Mini LED TV 2026, которая заметно отличается от версии, недавно вышедшей на европейский рынок. Новое поколение ориентировано на расширенные возможности отображения и более гибкую конфигурацию экранов, что делает линейку более универсальной для разных сценариев использования. В обновленной серии Xiaomi S Mini LED TV 2026 предлагается сразу пять диагоналей, начиная от 55 дюймов и заканчивая внушительными 100 дюймами. Флагманская модель оснащена 1920 зонами локального затемнения, способна достигать пиковой яркости до 2000 нит и поддерживает частоту обновления изображения до 288 Гц, что делает ее особенно привлекательной для динамичного контента и игр. Младшая модель в линейке отличается в первую очередь количеством зон локального затемнения, которых здесь 576, однако остальные ключевые характеристики остаются на уровне старших версий. Это позволяет сохранить высокое качество изображения даже в более доступном сегменте, не ж ...>>

Беспилотный грузовой самолет с двигателем AEP100 05.04.2026

Авиационная отрасль стоит перед масштабной задачей перехода к экологически чистым технологиям, и одним из наиболее перспективных направлений считается использование водорода в качестве топлива. Этот элемент рассматривается как потенциальная альтернатива традиционным видам авиационного топлива благодаря своей энергоэффективности и отсутствию углеродных выбросов при использовании. На этом фоне Китай сообщил об успешном испытании беспилотного грузового самолета, оснащенного турбовинтовым двигателем AEP100 мегаваттного класса, работающим на водороде. Это событие стало важным этапом в развитии авиационных технологий, так как позволило протестировать двигатель в реальных условиях полета, а не только в лабораторной среде. Испытательный полет был проведен в субботу, 4 апреля, в городе Чжучжоу, расположенном в китайской провинции Хунань. Именно там впервые в реальных условиях был задействован водородный авиационный двигатель подобной мощности, что дало возможность оценить его стабильность ...>>

Кухонные губки выделяют значительное количество микропластика 05.04.2026

Кухонные губки - один из самых используемых предметов в быту - могут быть недооцененным источником микропластика. Ученые из Боннского университета изучили, сколько таких частиц выделяется во время мытья посуды и как это влияет на окружающую среду. Выяснилось, что губки действительно ежегодно выделяют измеримое количество микропластика, однако основной вред экологии связан не с этим, а с расходом воды. В работе оценивали реальное выделение микропластика и его влияние с помощью анализа жизненного цикла (LCA). Исследование объединило лабораторные эксперименты и подход "гражданской науки": добровольцы из Германии и Северной Америки использовали разные типы губок в быту и фиксировали процесс. Губки взвешивали до и после использования, а также тестировали в лаборатории с помощью устройства SpongeBot, имитирующего мытье посуды. Результаты показали, что все губки изнашиваются и выделяют микропластик - примерно от 0,68 до 4,21 г на человека в год, в зависимости от состава. При этом губки ...>>

Гуманоид-спринтер Unitree H1 04.04.2026

Развитие гуманоидной робототехники сегодня стремительно приближается к уровню, при котором машины начинают уверенно имитировать не только движения человека, но и его физические возможности. Особенно активно в этом направлении работают компании из Китая, и очередное достижение Unitree Robotics стало заметной вехой в индустрии. Компания официально сообщила, что их антропоморфный робот Unitree H1 установил мировой рекорд скорости среди полноразмерных гуманоидов. В ходе испытаний машина продемонстрировала характеристики, которые ранее считались недостижимыми для подобного класса устройств, особенно с учетом их массы и конструкции. Во время тестового забега Unitree H1 разогнался до 3,3 метра в секунду, что соответствует примерно 12 километрам в час. Для сравнения, средняя скорость ходьбы человека составляет около 5 километров в час. Хотя до уровня профессионального бега роботам еще далеко, для гуманоидной системы массой около 47 килограммов такой результат считается значительным инжен ...>>

Случайная новость из Архива Чистый воздух помогает думать 13.11.2015 Низкая производительность труда может быть связана с воздухом, которым нам приходится дышать на работе. И речь не о химическом производстве, а об обычном офисе: во-первых, в помещении увеличивается концентрация углекислого газа, выдыхаемого тем, кто там находится; во-вторых, атмосферу портят разнообразные летучие вещества, которые уходят в воздух с офисной мебели, пластика и т. д. Очевидно, исправить ситуацию можно с помощью вентиляции и озеленения рабочего места. Исследователи из Гарварда, Университета штата Нью-Йорк и Сиракузского университета попробовали оценить, как зависят умственные способности человека от того, каким воздухом он дышит. В течение шести они дней наблюдали за несколькими добровольцами, которые работали архитекторами, дизайнерами, программистами, менеджерами, инженерами, и которым по работе приходилось постоянно что-то анализировать, взвешивать разные "за" и "против" и принимать решения. Однако работали они эти шесть дней в специальных условиях: кто-то в обычной обстановке с обычным уровнем СО2 и вышеупомянутых летучих органических веществ, кто-то - в офисе с растениями, понижавшими уровень загрязнителей в атмосфере, у кого-то к растениям добавлялась еще и вентиляция, а у кого-то в помещении был повышенный уровень углекислого газа, несмотря на усиленную вентиляцию. Соответственно, когнитивные способности оценивали по девяти параметрам, среди которых были стратегическое планирование, использование и анализ информации, реакция на кризисные обстоятельства. В статье в Environmental Health Perspectives авторы пишут, что вентиляция и растения примерно вдвое улучшали мыслительные способности, если сравнивать с обычной обстановкой; если же на рабочем месте были только растения, то мыслительные способности повышались на 61% (что тоже не так уж мало). По отдельным же параметрам картина оказалась следующая: реакция на кризисную ситуацию улучшалась на 131% в условиях озеленения и усиленной вентиляции, и на 97% - если только с озеленением; стратегическое мышление улучшалось, соответственно, на 288% и 183%, эффективность использования информации - на 299% и 172%. Отдельного упоминания заслуживает ситуация с углекислым газом: если его концентрацию в воздухе понижали, то семь из девяти когнитивных показателей шли вверх. Стоит подчеркнуть, что под обычными офисными условиями здесь подразумеваются действительно обычные условия: в эксперименте исследователи использовали концентрации углекислого газа и летучих веществ, характерные для среднестатистического офиса, где мало или почти нет растений и который плохо вентилируется. И тут сам собой возникает риторический вопрос: насколько же можно увеличить производительность труда, если хотя бы просто озеленить собственное рабочее место?

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026