+7 (495) 648-62-26Московский технологический институт+7 (495) 648-62-26

Образовательный блог МТИ

Лазерный луч высокой интенсивности может испытывать фазовый переход

Явление фазового перехода обычно отождествляется с изменением ряда свойств или параметров какого-либо вещества — то есть набора атомов, электронов, ядер или других частиц с ненулевой массой. Испанские физики-теоретики обнаружили, что фазовый переход может испытывать и набор фотонов (частиц с нулевой массой покоя), образующих высокоинтенсивный лазерный луч.

Они показали, что движущийся в в какой-либо среде (например, в воздухе) лазерный луч способен кардинальным образом менять свою внутреннюю структуру при увеличении интенсивности лазера, его порождающего.

Сразу оговоримся, что далеко не каждый луч, испускаемый лазером, может переходить из одной фазы в другую. Для этого мощность устройства, генерирующего световой импульс, должна быть очень высокой — она должна превосходить некое пороговое значение, определяющееся характеристиками среды и длиной волны света. Например, для излучения с длиной волны 800 нм, распространяющегося в воздухе, этот порог — приблизительно 3 ГВт (1 гигаватт = 109 Вт). При таких условиях луч имеет настолько высокую интенсивность, что практически перестает быть подверженным дифракции и может оставаться сфокусированным и не расходящимся на протяжении нескольких десятков, а то и сотен метров.

Бездифракционное поведение лазерного луча объясняется эффектом Керра — изменением показателя преломления среды, через которую распространяется свет. Установлено, что разность между показателем преломления среды до движения через нее видимого излучения и после равна произведению его интенсивности на некоторый коэффициент пропорциональности. Для большинства веществ коэффициент пропорциональности больше нуля. Это означает, что распространение света вызывает увеличение показателя преломления среды. Но чтобы возникающую разность можно было детектировать, интенсивность света обязана быть очень большой.

Приведем наглядный пример. Для воздуха коэффициент пропорциональности равен 3 • 10–19 см2/Вт. Интенсивность солнечного света, согласно данным Всемирной метеорологической организации, равна 120 Вт/м2. Следовательно, свет от Солнца вызывает увеличение показателя преломления воздуха на ничтожно малую величину — 3,6 • 10–20%. И тем не менее, несмотря на такую очень и очень маленькую поправку, именно эффект Керра не позволяет лазерному лучу с интенсивностью больше вышеупомянутого порогового значения расходиться.

Каким образом эффект Керра помогает лазерному импульсу? Обычно интенсивность света на оси лазерного луча имеет максимум  и симметрично уменьшается к границам. Предположим, что лазерный луч движется в воздухе. Тогда, согласно эффекту Керра, показатель преломления воздуха в середине луча окажется больше, чем на краях. Из-за этой оптической неоднородности воздушная среда формально ведет себя по отношению к лазерному излучению как собирающая линза: толщина луча уменьшается, а интенсивность света увеличивается. То есть луч как бы сам себя фокусирует — происходит самофокусировка.

На первый взгляд кажется, что луч способен коллапсировать до нулевой толщины. Однако когда интенсивность света достигает некоторого значения, наступает многофотонная ионизация. Фотоны лазерного излучения выбивают электроны из молекул воздуха (молекул азота и кислорода). Освобожденные электроны формируют плазму. По сравнению с воздухом плазма обладает меньшим показателем преломления, поэтому она формально ведет себя как рассеивающая линза и начинает дефокусировать луч, уменьшая его интенсивность. Проскочив область с плазмой, луч продолжает свое движение, и ситуация повторяется.

В итоге, балансируя между процессами самофокусировки и дефокусировки, луч, не расходясь, преодолевает расстояния в десятки и сотни метров.

По материалам www.elementy.ru

Команде разработчиков ПО для IP-камер MACROSCOP присуждена национальная премия в области инноваций

Президент Российской Федерации Дмитрий Медведев вручил национальную премию в области инноваций имени Владимира Зворыкина генеральному директору компании «Сателлит Инновация» Артему Разумкову.

Премия присуждена в номинации «Компьютерные технологии и программы» за разработку первого профессионального российского ПО, изначально предназначенного для IP-камер, MACROSCOP (МАКРОСКОП). Данный программный продукт позволяет «перехватывать» объекты в реальном времени, указав их приметы и осуществлять поиск по приметам в видеоархивах. Также продукт снижает затраты на вычислительное оборудование при построении систем сетевого видеонаблюдения в 4-5 раз.

За несколько часов до вручения Зворыкинской премии стало также известно, что компания «Сателлит Инновация» вошла в число первых 16 резидентов инновационного центра «Сколково». Соответствующее свидетельство Артему Разумкову вручил президент Фонда «Сколково» Виктор Вексельберг.

Награждая первых участников проекта создания Инновационного центра, Виктор Вексельберг заявил: «Ваш успех предопределит успех всего проекта «Сколково». В свою очередь Артем Разумков отметил: «Участие в проекте „Сколково“ позволит развивать МАКРОСКОП значительно быстрее. Прежде всего, это позволит снизить налоговую нагрузку и направить высвободившиеся средства более динамичный захват лидирующих позиций на рынке систем безопасности. Помимо этого, эксперты „Сколково“ помогут лучшим образом защитить интеллектуальную собственность на мировом рынке, а взаимодействие с другими участниками проекта позволит достичь синергетического эффекта и ускорить разработку прорывных технологий, необходимых для развития сетевого видеонаблюдения».

MACROSCOP на Всемирной универсальной выставке «ЭКСПО-2010» в Шанхае.

По материалам www.b2blogger.com

Химики отменят таблицу Менделеева

Американские химики решили пересмотреть периодическую таблицу элементов, созданную Дмитрием Менделеевым.

Учёные предлагают не просто дополнять существующую таблицу, но использовать полностью новую систему. Авторы проекта недовольны тем, что менделеевская классификация не предусматривает различий в атомных весах одних и тех же элементов. Дело в том, что Менделеев практически не учитывал изотопных состояний веществ, в его времена это было не очень важно, так как существовавшие тогда методы измерения этой разницы фактически не улавливали.

Теперь ситуация существенно поменялась. Так, например, стандартный атомный вес бора равен 10,811 (который и учитывался 150 лет назад великим русским ученым), однако на самом деле он варьируется от 10,806 до 10,821 — в зависимости от того, где элемент находится.

Инициаторы «химической революции» предложили для начала уточнить атомные веса десяти элементов: водорода, лития, бора, азота, кислорода, кальция, серы, хлора и таллия. Вес предлагается представлять в виде интервалов. Это, утверждают они, важно как для науки, так и для промышленности. Например, точное измерение излишков стабильных изотопов углерода может быть использовано для определения чистоты таких продуктов, как ваниль или мед.

Пока не совсем понятно, будет ли таблица Менделеева пересмотрена или заменена на новую, более современную. В любом случае атомные веса фтора, алюминия, натрия и золота останутся неизменными, потому что они давно уже известны с точностью до шестого знака после запятой. Стабильных изотопов у этих элементов просто нет.

Пересмотреть периодическую систему химических элементов последний раз предлагали около года назад. Тогда российские ученые хотели расширить таблицу до 150 элементов, об этом сообщал академик РАН Борис Мясоедов. К тому моменту химикам удалось расширить число известных элементов с 92 до 118, последние из них были синтезированы в ускорителях, время их жизни составляет миллионные доли секунд, поэтому их химические свойства можно определять только благодаря периодической системе. Дальнейшее расширение таблицы могло бы происходить за счет новых сверхтяжелых элементов.

 

По материалам www.techno.bigmir.net

Плюсы бесконечности

Российский ученый удостоен престижной математической премии Пифагора. Доктор физико-математических наук Ярослав Сергеев стал лауреатом международной премии Пифагора, которой отмечаются крупные достижения в области математики. Награда вручена в итальянском городе Кротон.

Премия присуждена за... бесконечность! Она всегда интересовала математиков, но не удавалось создать аппарат, который бы позволил оперировать бесконечно большими или бесконечно малыми величинами. Ярослав Сергеев создал новый математический язык, новую арифметику. С ее помощью с бесконечностями можно выполнять обычные операции: складывать и вычитать, делить и умножать. Кроме того, он запатентовал в России, Европейском союзе и США «компьютер бесконечности». Собственно он и дает возможность проводить столь необычные вычисления.

«По сути, это программа, которая формализует бесконечности, позволяя тем самым с ними работать, — рассказал коллега лауреата, профессор Нижегородского университета Вадим Турлапов. — Например, можно десять бесконечностей возвести в квадрат, разделить на бесконечность и получить некое число. Одно из главных достоинств этой работы в том, что программисту теперь не нужно ограничивать себя разрядной сеткой ЭВМ. Или можно создать такой шифр, который раскодировать просто нереально».

Ярославу Сергееву 47 лет. Он профессор Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского, работает на факультете вычислительной математики и кибернетики. Кроме того, он почетный профессор Калабрийского университета в Италии, координатор программы «Российско-итальянский университет». Он автор более 180 научных работ, в том числе четырех книг и трех патентов.

Церемония вручения премии не случайно прошла в Кротоне. Именно здесь, на территории греческой колонии, 2,5 тысячи лет назад великий философ и математик создал свою знаменитую Пифагорейскую школу. Размер премии — 15 тысяч евро.

По материалам «Российской газеты».

Анализ крови позволит выявить возраст человека

Ученые разработали метод вычисления возраста человека с помощью анализа его крови. авторы исследования, опубликованного в Current Biology, полагают, что это может быть использовано в криминалистике.

В настоящее время метод позволяет определить возраст с существенной погрешностью в девять лет, что, тем не менее, может оказаться достаточным для сужения круга подозреваемых лиц в каждом конкретном случае. Метод основан на анализе ДНК клеток иммунной системы человека — так называемых Т-клеток, циркулирующих в крови и выполняющих работу по уничтожению чужеродных объектов, проникших в организм. Для выполнения этой функции Т-клеткам необходимо постоянно обновлять и «разрабатывать» новые рецеторы на своей поверхности, чтобы точно определять угрозу организму. Достигается это за счет «отрезания» небольших фрагментов ДНК и «составления» из них новых последовательностей. В результате такого процесса образуются круговые фрагменты ДНК, не несущие никакой функции и являющиеся «отходами» процесса реорганизации этой молекулы.

Авторы исследования, группа ученых во главе с Манфредом Кайзером (Manfred Kayser) из Университета Эразмус в Роттердаме, показали, что возможно определить количество таких круговых структур в ДНК Т-клеток. Более того, ученые продемонстрировали, что с возрастом их количество уменьшается, так как организм производит все меньше и меньше Т-клеток. Анализ крови 200 добровольцев в возрасте от нескольких недель до 80 лет показал, что метод позволяет определить возраст человека с погрешностью в 20 лет. Аналитическая методика подразумевает введение в образец крови специальной последовательности ДНК, обладающей способностью связываться с круговыми фрагментами. Эта последовательность снабжена флуоресцентной меткой, что позволяет выявить количество круговых фрагментов по интенсивности свечения.

«Современные методы анализа ДНК, используемые в криминалистике, позволяют определить потенциальных преступников только при полном совпадении их образцов ДНК с уже имеющимися в базе. Этот метод не может дать результат при отсутствии фрагмента ДНК, с которым необходимо сравнить генетический материал подозреваемых. В нашем случае сравнения не требуется, и определение примерного возраста преступника может значительно сузить круг подозреваемых», — прокомментировал исследование Кайзер.

Авторы методики намерены в будущем повысить ее точность за счет использования особенностей других клеток, содержащихся в крови людей и связанных с возрастом человека. В настоящее время аналитическая методика проходит испытания с участием профессиональных криминалистов.

По материалам «РИА НОВОСТИ».

Ученые научились управлять солнечными парусами

Впервые свет был использован с целью создания аэродинамической подъемной силы. Использованная техника, основанная на том, что свет может изгибаться, или преломляться, когда попадает из одной среды в другую, позволит создать космические корабли на солнечных парусах. Они смогут изменять направление своего движения, используя только свет.

Фотоны создают давление, когда отражаются от объектов. Прототипы солнечного паруса, стараются сделать как можно более отражательными, чтобы максимизировать это давление. Но пока не удалось создать эффективного механизма управления направлением движения. «Хорошо известно, что можно использовать источник света, чтобы давить на что-нибудь, но механизм управления направлением движением пока еще не разработан», — сказал Гровер Шварцлендер из Рочестерского Института Технологий в Нью-Йорке.

Он рассказал, что парусами можно маневрировать, если фотоны будут не просто отражаться от поверхности материала, но проходить сквозь него. Пройдя сквозь парус, фотоны изменят свое направление на величину, которая определяется формой поверхности материала и так называемым показателем преломления. Углы входящего и исходящего света, будут определять направления движения паруса.

Шварцлендер и его коллеги, продемонстрировали данный эффект в лаборатории с полукруглыми пластиковыми прутами, толщиной меньше, чем человеческий волос. Они поместили пруты в контейнер с водой, затем пропустили через них луч лазера снизу. Пруты плавали из-за давления излучения, как и любой другой объект такой же массы. Но, что важней, они дрейфовали в сторону, а это свидетельство того, что ими можно управлять преломленным светом.

Тот факт, что ассиметричная форма прутов влияла на характер их движения, делает их оптическими эквивалентами крыла самолетов. Крылья, будь то у птицы или самолета, позволяют лететь благодаря своей полукруглой форме, из-за чего воздух вынужден быстрей пролетать над округлой частью крыла, разряжая давление над ней. Относительно большее давление снизу, создает подъемную силу, позволяя лететь.

Шварцлендер рассказал, что в будущем солнечными парусами можно будет управлять в 3-д, с помощью двух перпендикулярных наборов полукруглых прутов.

Но Дин Элхорн, ведущий инженер НАСА, недавно запустивший экспериментальный спутник NanoSail-D на солнечном парусе, заявил, что солнечный свет может оказаться слишком слабым для применения данного эффекта на практике. Он изучает способы по управлению движением с помощью одного отраженного света.

По материалам Globalscience.ru

SkypeПоиск
FacebookVkontakteInstagramTwitterYouTube