В МГУ разработали революционный метод управления лазерно-плазменным ускорением электронов
#наука_мгу
Ученые кафедры общей физики и волновых процессов физического факультета МГУ представили революционный подход к управлению энергией электронных пучков в лазерно-плазменных ускорителях. В работе, поддержанной Российским научным фондом и нацпроектом «Наука и университеты», опубликованной в журнале Physical Review Letters, описана новая технология, которая позволяет динамически перестраивать энергию электронов с высокой точностью. Открытие поможет в медицине и промышленности.
Электронные пучки высокой энергии используются в медицине (например, для лучевой терапии), в науке (в синхротронах и рентгеновских лазерах на свободных электронах) и в промышленности. Однако традиционные ускорители, основанные на радиочастотных резонаторах, занимают огромные пространства (как, например, трехкилометровый линейный ускоритель в Стэнфорде).
Решением этой проблемы являются новые лазерно-плазменные ускорители электронов, позволяющие достигать мегаэлектронвольтных энергий электронов в плазме длиной около сотни микрометров, а энергий в единицы гигаэлектронвольт — в плазменном канале длиной в несколько сантиметров.
Ученые экспериментально реализовали и исследовали в численном эксперименте оригинальный способ управления длиной ускорения электронов в плазме — оказалось, что можно резко прерывать такой процесс. Для этого используется дополнительный лазерный импульс для создания ударной волны в газовой струе, перпендикулярный направлению ускорения. За фронтом ударной волны концентрация плазмы резко падает, и процесс ускорения прекращается. При этом удаётся сформировать электронный импульс с малой угловой расходимостью и узким энергетическим спектром, а также избежать ухудшения качества пучка из-за эффекта дефазировки.
#наука_мгу
Ученые кафедры общей физики и волновых процессов физического факультета МГУ представили революционный подход к управлению энергией электронных пучков в лазерно-плазменных ускорителях. В работе, поддержанной Российским научным фондом и нацпроектом «Наука и университеты», опубликованной в журнале Physical Review Letters, описана новая технология, которая позволяет динамически перестраивать энергию электронов с высокой точностью. Открытие поможет в медицине и промышленности.
Электронные пучки высокой энергии используются в медицине (например, для лучевой терапии), в науке (в синхротронах и рентгеновских лазерах на свободных электронах) и в промышленности. Однако традиционные ускорители, основанные на радиочастотных резонаторах, занимают огромные пространства (как, например, трехкилометровый линейный ускоритель в Стэнфорде).
Решением этой проблемы являются новые лазерно-плазменные ускорители электронов, позволяющие достигать мегаэлектронвольтных энергий электронов в плазме длиной около сотни микрометров, а энергий в единицы гигаэлектронвольт — в плазменном канале длиной в несколько сантиметров.
Ученые экспериментально реализовали и исследовали в численном эксперименте оригинальный способ управления длиной ускорения электронов в плазме — оказалось, что можно резко прерывать такой процесс. Для этого используется дополнительный лазерный импульс для создания ударной волны в газовой струе, перпендикулярный направлению ускорения. За фронтом ударной волны концентрация плазмы резко падает, и процесс ускорения прекращается. При этом удаётся сформировать электронный импульс с малой угловой расходимостью и узким энергетическим спектром, а также избежать ухудшения качества пучка из-за эффекта дефазировки.
В МГУ раскрыли детали структуры и динамики нуклеосом на синтетической ДНК
#наука_мгу
Сотрудники биологического факультета МГУ совместно с коллегами из Совместного российско-китайского университета МГУ-ППИ в Шэньчжэне определили структуру нуклеосомы, содержащей синтетическую последовательность ДНК Widom 603. Исследователи применили криоэлектронную микроскопию и малоугловое рентгеновское рассеяние, чтобы изучить особенности формирования нуклеосом на искусственной ДНК и процесс отделения ДНК от гистоновых белков. Результаты показали асимметричность этого процесса. Работа поможет лучше понять механизмы регуляции генов и разработать методы направленного воздействия на генетический аппарат клетки. Исследование опубликовано в журнале Structure.
Нуклеосомы — ключевые элементы упаковки ДНК в клетке. Они не только уплотняют геном, но и регулируют активность генов, определяя, какие участки ДНК доступны для считывания. Положение нуклеосом и степень их компактизации напрямую влияют на эффективность транскрипции. Несмотря на то, что сегодня известно более 500 структур нуклеосом, большинство из них получены на одном и том же наборе из примерно 20 последовательностей ДНК.
Ученые использовали криоэлектронную микроскопию, чтобы получить трехмерную структуру нуклеосомы с высоким разрешением, и разработали новый подход к обработке данных. Обычно крио-ЭМ плохо подходит для изучения высокоподвижных образцов, но в этом случае исследователям удалось зафиксировать спектр различных состояний раскручивания ДНК. Результаты были дополнительно подтверждены методом малоуглового рентгеновского рассеяния на синхротронном источнике в Курчатовском институте. Анализ также выявил асимметричность процесса: один конец синтетической ДНК отделяется от гистонов легче, чем другой.
#наука_мгу
Сотрудники биологического факультета МГУ совместно с коллегами из Совместного российско-китайского университета МГУ-ППИ в Шэньчжэне определили структуру нуклеосомы, содержащей синтетическую последовательность ДНК Widom 603. Исследователи применили криоэлектронную микроскопию и малоугловое рентгеновское рассеяние, чтобы изучить особенности формирования нуклеосом на искусственной ДНК и процесс отделения ДНК от гистоновых белков. Результаты показали асимметричность этого процесса. Работа поможет лучше понять механизмы регуляции генов и разработать методы направленного воздействия на генетический аппарат клетки. Исследование опубликовано в журнале Structure.
Нуклеосомы — ключевые элементы упаковки ДНК в клетке. Они не только уплотняют геном, но и регулируют активность генов, определяя, какие участки ДНК доступны для считывания. Положение нуклеосом и степень их компактизации напрямую влияют на эффективность транскрипции. Несмотря на то, что сегодня известно более 500 структур нуклеосом, большинство из них получены на одном и том же наборе из примерно 20 последовательностей ДНК.
Ученые использовали криоэлектронную микроскопию, чтобы получить трехмерную структуру нуклеосомы с высоким разрешением, и разработали новый подход к обработке данных. Обычно крио-ЭМ плохо подходит для изучения высокоподвижных образцов, но в этом случае исследователям удалось зафиксировать спектр различных состояний раскручивания ДНК. Результаты были дополнительно подтверждены методом малоуглового рентгеновского рассеяния на синхротронном источнике в Курчатовском институте. Анализ также выявил асимметричность процесса: один конец синтетической ДНК отделяется от гистонов легче, чем другой.
В МГУ создали новую архитектуру вычислительной инфраструктуры с ИИ
#наука_мгу
Ученые Междисциплинарной научно-образовательной школы МГУ «Мозг, когнитивные системы, искусственный интеллект» предложили архитектуру вычислительной инфраструктуры нового поколения, основанную на использовании методов машинного обучения и мультиагентных систем. Работа представлена на Международной конференции «Математика в созвездии наук».
Новый подход позволяет управлять распределением ресурсов в масштабируемых сетевых средах, обеспечивая высокую производительность, отказоустойчивость и безопасность.
Будущие исследования будут направлены на интеграцию NPC с системами искусственного интеллекта и создание гибридных архитектур, сочетающих облачные и периферийные вычисления. Также планируется изучение вопросов безопасности и защиты данных в распределенных вычислительных средах.
#наука_мгу
Ученые Междисциплинарной научно-образовательной школы МГУ «Мозг, когнитивные системы, искусственный интеллект» предложили архитектуру вычислительной инфраструктуры нового поколения, основанную на использовании методов машинного обучения и мультиагентных систем. Работа представлена на Международной конференции «Математика в созвездии наук».
Новый подход позволяет управлять распределением ресурсов в масштабируемых сетевых средах, обеспечивая высокую производительность, отказоустойчивость и безопасность.
Будущие исследования будут направлены на интеграцию NPC с системами искусственного интеллекта и создание гибридных архитектур, сочетающих облачные и периферийные вычисления. Также планируется изучение вопросов безопасности и защиты данных в распределенных вычислительных средах.
ИИ помогает расшифровать спектры космического излучения: новые горизонты в исследовании полициклических ароматических углеводородов
#наука_мгу
Химики МГУ с помощью искусственного интеллекта научились предсказывать спектры сложных органических молекул (ПАУ), которые встречаются как в дыме костра, так и в далеком межзвездном пространстве. Исследование демонстрирует, как методы ИИ помогают в экологических исследованиях на Земле и в разгадке химических тайн Вселенной. Результаты работы опубликованы в Journal of Chemical Information and Modeling.
Одним из основных методов исследования ПАУ является инфракрасная (ИК) спектроскопия. Однако интерпретация спектров – сигналов из межзвездного пространства, загрязненного воздуха или продуктов сгорания – остается крайне сложной задачей. Это связано с тем, что экспериментальные спектры известны лишь для ограниченного числа молекул ПАУ, а теоретический расчет требует огромных ресурсов.
В исследовании предложен инновационный подход на основе методов машинного обучения для предсказания ИК-спектров ПАУ. Особенностью работы было особое внимание к кодированию структуры молекулы, чтобы учесть и её заряд.
Так, впервые была решена задача предсказания спектров одновременно и заряженных, и нейтральных молекул. Такая постановка задачи позволила использовать для обучения моделей все известные к настоящему времени спектры ПАУ. Универсальность модели обеспечила высокую точность предсказаний спектров нейтральных и ионизованных молекул ПАУ.
#наука_мгу
Химики МГУ с помощью искусственного интеллекта научились предсказывать спектры сложных органических молекул (ПАУ), которые встречаются как в дыме костра, так и в далеком межзвездном пространстве. Исследование демонстрирует, как методы ИИ помогают в экологических исследованиях на Земле и в разгадке химических тайн Вселенной. Результаты работы опубликованы в Journal of Chemical Information and Modeling.
Одним из основных методов исследования ПАУ является инфракрасная (ИК) спектроскопия. Однако интерпретация спектров – сигналов из межзвездного пространства, загрязненного воздуха или продуктов сгорания – остается крайне сложной задачей. Это связано с тем, что экспериментальные спектры известны лишь для ограниченного числа молекул ПАУ, а теоретический расчет требует огромных ресурсов.
В исследовании предложен инновационный подход на основе методов машинного обучения для предсказания ИК-спектров ПАУ. Особенностью работы было особое внимание к кодированию структуры молекулы, чтобы учесть и её заряд.
Так, впервые была решена задача предсказания спектров одновременно и заряженных, и нейтральных молекул. Такая постановка задачи позволила использовать для обучения моделей все известные к настоящему времени спектры ПАУ. Универсальность модели обеспечила высокую точность предсказаний спектров нейтральных и ионизованных молекул ПАУ.
Механики МГУ: звуковой удар проникает в помещение через микроперемещения оконного блока в оконном проёме
#наука_мгу
В НИИ механики МГУ провели исследование механизма передачи волны давления звукового удара внутрь помещений через оконные конструкции. С помощью построенной математической модели, валидированной по результатам натурных испытаний, удалось доказать, что звуковой удар проникает в помещение через микроперемещения оконного блока в оконном проёме.
Результаты опубликованы в журнале Q1 Applied Acoustics.
Звуковой удар остаётся одним из главных барьеров на пути к развитию сверхзвуковой гражданской авиации, так как при движении с большой сверхзвуковой скоростью неизбежно образуются ударные волны, достигающие поверхности земли и воспринимаемые как громкие и резкие хлопки. По этой причине при проектировании гражданских сверхзвуковых самолётов их внешняя геометрия формируется так, чтобы наиболее эффективно снизить интенсивность возникающих ударных волн. Однако если скорость полёта достаточно большая, то полностью избавиться от звукового удара невозможно, в связи с чем важно изучить механизмы проникновения звукового удара в помещения, коммерческие постройки, транспорт, с целью эффективной защиты от него.
Результаты исследования могут быть использованы при проектировании и модернизации зданий, расположенных в зонах предполагаемых маршрутов будущей сверхзвуковой авиации.
#наука_мгу
В НИИ механики МГУ провели исследование механизма передачи волны давления звукового удара внутрь помещений через оконные конструкции. С помощью построенной математической модели, валидированной по результатам натурных испытаний, удалось доказать, что звуковой удар проникает в помещение через микроперемещения оконного блока в оконном проёме.
Результаты опубликованы в журнале Q1 Applied Acoustics.
Звуковой удар остаётся одним из главных барьеров на пути к развитию сверхзвуковой гражданской авиации, так как при движении с большой сверхзвуковой скоростью неизбежно образуются ударные волны, достигающие поверхности земли и воспринимаемые как громкие и резкие хлопки. По этой причине при проектировании гражданских сверхзвуковых самолётов их внешняя геометрия формируется так, чтобы наиболее эффективно снизить интенсивность возникающих ударных волн. Однако если скорость полёта достаточно большая, то полностью избавиться от звукового удара невозможно, в связи с чем важно изучить механизмы проникновения звукового удара в помещения, коммерческие постройки, транспорт, с целью эффективной защиты от него.
Результаты исследования могут быть использованы при проектировании и модернизации зданий, расположенных в зонах предполагаемых маршрутов будущей сверхзвуковой авиации.
Дети могут менять приписываемые персонажам эмоции в зависимости от контекста уже в 4 года
#наука_мгу
С самого раннего возраста дети могут, смотря на выражения лиц других людей, делать удивительно точные выводы о том, что те чувствуют. Однако эмоции не всегда проявляются открыто, и то, что чувствует кто-то в данный момент, не всегда может отражать ситуацию, в которой он находится. На наши эмоции также могут влиять события недавнего прошлого или ближайшего будущего. В таких случаях правильный вывод об испытываемых эмоциях зависит от способности использовать сигналы в определенной ситуации, а также более широкого временного контекста. В совместном исследовании российских, американских и норвежских ученых был поставлен вопрос о том, делают ли дети выводы об эмоциях других людей, основываясь на ситуации и пересматривают ли они эти выводы, когда им дают дополнительную информацию о контексте ситуации.
Результаты исследования опубликованы в International Journal of Behavioral Development.
При обосновании своих убеждений старшие дети чаще ссылались на контекст в сравнении с младшими, что говорит о развитии способности рассуждения, лежащей в основе эмоциональных суждений. В совокупности эти результаты подчеркивают, что дети – не пассивные получатели эмоциональной информации; они активно выстраивают свое понимание на основе повествований, которые отражают то, как реальная жизнь разворачивается во времени.
Полученные результаты говорят о динамичности эмоций дошкольников, их зависимости от более широкого временного контекста, что позволяет детям понимать и чутко реагировать на эмоциональные потребности других людей.
#наука_мгу
С самого раннего возраста дети могут, смотря на выражения лиц других людей, делать удивительно точные выводы о том, что те чувствуют. Однако эмоции не всегда проявляются открыто, и то, что чувствует кто-то в данный момент, не всегда может отражать ситуацию, в которой он находится. На наши эмоции также могут влиять события недавнего прошлого или ближайшего будущего. В таких случаях правильный вывод об испытываемых эмоциях зависит от способности использовать сигналы в определенной ситуации, а также более широкого временного контекста. В совместном исследовании российских, американских и норвежских ученых был поставлен вопрос о том, делают ли дети выводы об эмоциях других людей, основываясь на ситуации и пересматривают ли они эти выводы, когда им дают дополнительную информацию о контексте ситуации.
Результаты исследования опубликованы в International Journal of Behavioral Development.
При обосновании своих убеждений старшие дети чаще ссылались на контекст в сравнении с младшими, что говорит о развитии способности рассуждения, лежащей в основе эмоциональных суждений. В совокупности эти результаты подчеркивают, что дети – не пассивные получатели эмоциональной информации; они активно выстраивают свое понимание на основе повествований, которые отражают то, как реальная жизнь разворачивается во времени.
Полученные результаты говорят о динамичности эмоций дошкольников, их зависимости от более широкого временного контекста, что позволяет детям понимать и чутко реагировать на эмоциональные потребности других людей.
Влияние геологической неоднородности на эффективность подземных хранилищ CO2 оценили ученые МГУ
#наука_мгу
Сотрудники лаборатории общей гидромеханики НИИ механики МГУ изучили влияние геологических параметров на течение газа в водонасыщенных пластах в условиях ограниченных геофизических данных.
Работа опубликована в высокорейтинговом International Journal of Greenhouse Gas Control.
На сегодняшний день одним из перспективных способов борьбы с изменением климата является закачка и подземное хранение CO2. Выбор подходящих резервуаров и оценка их эффективности зачастую осложняются отсутствием детальных сведений о геологическом строении недр.
В своей работе ученые использовали геостатистическое моделирование для создания обширной базы синтетических моделей водоносных горизонтов. Варьировались вертикальный и горизонтальные ранги литологии, а также соотношение проницаемых и непроницаемых пород. На основе этих моделей сотрудники НИИ механики МГУ с коллегами провели серию численных экспериментов по закачке CO2 через вертикальную скважину.
Результаты подчеркивают важность комплексного подхода и учета дополнительных геофизических факторов при выборе участков для безопасного и эффективного хранения CO₂.
Подробнее - на сайте.
#наука_мгу
Сотрудники лаборатории общей гидромеханики НИИ механики МГУ изучили влияние геологических параметров на течение газа в водонасыщенных пластах в условиях ограниченных геофизических данных.
Работа опубликована в высокорейтинговом International Journal of Greenhouse Gas Control.
На сегодняшний день одним из перспективных способов борьбы с изменением климата является закачка и подземное хранение CO2. Выбор подходящих резервуаров и оценка их эффективности зачастую осложняются отсутствием детальных сведений о геологическом строении недр.
В своей работе ученые использовали геостатистическое моделирование для создания обширной базы синтетических моделей водоносных горизонтов. Варьировались вертикальный и горизонтальные ранги литологии, а также соотношение проницаемых и непроницаемых пород. На основе этих моделей сотрудники НИИ механики МГУ с коллегами провели серию численных экспериментов по закачке CO2 через вертикальную скважину.
Результаты подчеркивают важность комплексного подхода и учета дополнительных геофизических факторов при выборе участков для безопасного и эффективного хранения CO₂.
Подробнее - на сайте.
Психологи МГУ: низкий уровень стресса мамы – залог психологического благополучия ребенка
#наука_мгу
Современные исследования отмечают кризис психического здоровья и рост уровня стресса не только у взрослых людей и подростков, но и среди детей – в том числе, у детей дошкольного возраста. Причинами стресса могут выступать как события частной жизни ребенка, так и различные социальные, экономические и политические процессы. Результаты последнего исследования психологов МГУ о взаимозависимости стресса у родителей и психологического благополучия детей опубликованы в журнале Children.
Ученые отмечают, что стрессовые события влияют на созревание и рост мозговых структур ребенка, его когнитивное, регуляторное, социальное и эмоциональное развитие, снижают его психологическое благополучие, поэтому важно выявить факторы и механизмы, которые позволяют максимально снизить негативные последствия стресса.
Одним из таких механизмов может стать социальная буферизация – снижение уровня стресса у человека, если он переживает стрессовое событие вместе с кем-то. Для детей такой поддерживающей фигурой может выступать родитель. Подобный подход указывает еще и на значимость благополучия родителя и особенности взаимоотношений с ребенком в контексте снижения уровня стресса.
Исследователи подчеркивают, что положительный опыт родителей по преодолению стресса может способствовать появлению у родителей внутреннего ресурса для позитивного воспитания и обучению детей эффективным способам снижения психоэмоционального напряжения, закладывая основу психологического благополучия.
#наука_мгу
Современные исследования отмечают кризис психического здоровья и рост уровня стресса не только у взрослых людей и подростков, но и среди детей – в том числе, у детей дошкольного возраста. Причинами стресса могут выступать как события частной жизни ребенка, так и различные социальные, экономические и политические процессы. Результаты последнего исследования психологов МГУ о взаимозависимости стресса у родителей и психологического благополучия детей опубликованы в журнале Children.
Ученые отмечают, что стрессовые события влияют на созревание и рост мозговых структур ребенка, его когнитивное, регуляторное, социальное и эмоциональное развитие, снижают его психологическое благополучие, поэтому важно выявить факторы и механизмы, которые позволяют максимально снизить негативные последствия стресса.
Одним из таких механизмов может стать социальная буферизация – снижение уровня стресса у человека, если он переживает стрессовое событие вместе с кем-то. Для детей такой поддерживающей фигурой может выступать родитель. Подобный подход указывает еще и на значимость благополучия родителя и особенности взаимоотношений с ребенком в контексте снижения уровня стресса.
Исследователи подчеркивают, что положительный опыт родителей по преодолению стресса может способствовать появлению у родителей внутреннего ресурса для позитивного воспитания и обучению детей эффективным способам снижения психоэмоционального напряжения, закладывая основу психологического благополучия.
В МГУ создан новый тип насоса на основе магнитной жидкости
#наука_мгу
Ученые НИИ механики МГУ провели исследование перекачивания жидкости с помощью насоса-дозатора на основе магнитной жидкости, содержащей намагничивающееся тело. Результаты работы, поддержанной РНФ, опубликованы в журнале «Известия РАН. Механика жидкости и газа».
Работники лаборатории физико-химической гидродинамики спроектировали и создали прототип насоса-дозатора, в основе которого – магнитная жидкость, содержащая внутри себя сферическое тело из намагничивающегося материала. Управление насосом осуществляется однородным магнитным полем, которое концентрируется телом. В возрастающем магнитном поле уровень магнитной жидкости над сферическим телом увеличивается, если обеспечить ее приток, за счет чего поднимается поршень и дозирует немагнитную жидкость. По результатам видеофиксации эксперимента построены зависимости подъема поршня, разделяющего жидкости, и вытесненного объема от магнитного поля.
Учеными построена математическая модель работы насоса-дозатора, которая позволяет оценить скорость поршня и исследовать влияние параметров задачи на его движение. Новая модель учитывает нелинейную зависимость намагниченности магнитной жидкости от поля. Расчеты с использованием усовершенствованной математической модели позволили улучшить совпадение с данными эксперимента. Также были построены зависимости дозируемого объема от величины приложенного поля.
#наука_мгу
Ученые НИИ механики МГУ провели исследование перекачивания жидкости с помощью насоса-дозатора на основе магнитной жидкости, содержащей намагничивающееся тело. Результаты работы, поддержанной РНФ, опубликованы в журнале «Известия РАН. Механика жидкости и газа».
Работники лаборатории физико-химической гидродинамики спроектировали и создали прототип насоса-дозатора, в основе которого – магнитная жидкость, содержащая внутри себя сферическое тело из намагничивающегося материала. Управление насосом осуществляется однородным магнитным полем, которое концентрируется телом. В возрастающем магнитном поле уровень магнитной жидкости над сферическим телом увеличивается, если обеспечить ее приток, за счет чего поднимается поршень и дозирует немагнитную жидкость. По результатам видеофиксации эксперимента построены зависимости подъема поршня, разделяющего жидкости, и вытесненного объема от магнитного поля.
Учеными построена математическая модель работы насоса-дозатора, которая позволяет оценить скорость поршня и исследовать влияние параметров задачи на его движение. Новая модель учитывает нелинейную зависимость намагниченности магнитной жидкости от поля. Расчеты с использованием усовершенствованной математической модели позволили улучшить совпадение с данными эксперимента. Также были построены зависимости дозируемого объема от величины приложенного поля.
Материаловеды МГУ создали новый гибкий материал для рентгеновских детекторов
#наука_мгу
Ученые лаборатории новых материалов для солнечной энергетики факультета наук о материалах предложили новый материал на основе полимера, способный эффективно преобразовывать рентгеновское излучение в видимый свет. Разработка открывает перспективы для создания гибких, стабильных и высокоразрешающих экранов, востребованных в медицине, неразрушающем контроле и научной визуализации.
Подробнее в материале ТАСС.
Мнение экспертов в статье Известий.
#наука_мгу
Ученые лаборатории новых материалов для солнечной энергетики факультета наук о материалах предложили новый материал на основе полимера, способный эффективно преобразовывать рентгеновское излучение в видимый свет. Разработка открывает перспективы для создания гибких, стабильных и высокоразрешающих экранов, востребованных в медицине, неразрушающем контроле и научной визуализации.
Подробнее в материале ТАСС.
Мнение экспертов в статье Известий.