Закончен монтаж первой 10-метровой секции экспериментального плазменного ускорителя AWAKE

На свете существует технология, которая позволит ускорять частицы до энергий, в сотни раз превышающей энергию самых мощных современных ускорителей. И сейчас данная технология уже реализуется в рамках эксперимента Европейской организации ядерных исследований CERN под названием AWAKE. Этот эксперимент нацелен на проверку работоспособности плазменного ускорителя протонов и на прошлой неделе первый ключевой компонент, плазменная секция, длиной в 10 метров, разработанная и изготовленная специалистами Института физики Макса Планка, была установлена на выделенном ей месте в одном из туннелей, предназначенных для проведения экспериментов.

Современные ускорители разгоняют заряженные частицы при помощи электрических полей. Создаваемые магнитные поля имеют особую конфигурацию с пиками и провалами в определенных местах, которые "подталкивают" движущиеся заряженные частицы, увеличивая их скорость и энергию. Получение большей энергии требует увеличения мощности ускорителя, а это означает, в свою очередь, простое увеличение габаритных размеров самого ускорителя.

Технология плазменного "кильватерного" ускорения (рlasma wakefield acceleration) является альтернативной технологией ускорения частиц. Луч протонов вводится в среду ионизированного газа, плазмы, и, проходя сквозь нее, привлекает к себе противоположно заряженные электроны, создавая "волны" электрического заряда, следующие за протонным лучом. Второй луч, луч электронов, вводится в камеру ускорителя в соответствующей фазе вслед за лучом протонов. В результате всего этого возникает большая "волна" электрического заряда, на которой, словно серфингист, движется и ускоряется луч протонов.

Такая технология ускорения уже не единожды была опробована в лабораторных условиях. Но ускоритель AWAKE отличается от всех предыдущих экспериментов тем, что в его камере будет впервые осуществлен разгон протонов, а не электронов. Этот эксперимент может быть реализован только в стенах CERN, поскольку для этого требуются высокоэнергетические протоны, которые производит синхротрон Super Proton Synchrotron (SPS), созданный ранее в рамках эксперимента CNGS. Причиной, по которой ученые решили разгонять именно протоны, является то, что протоны можно разогнать до большей энергии, нежели электроны, луч протонов способен проникнуть в облако плазмы глубже и создать более мощную "волну", что приведет к ускорению протонов до большей энергии.

Первая фаза сооружения установки эксперимента AWAKE будет завершена в этом году. Технический персонал произведет установку лазеров, вакуумного оборудования и дополнительного диагностического оборудования, которое будет следить за всеми аспектами работы экспериментальной установки. Первые эксперименты начнутся в конце года, в их ходе будет проверена физика базовых принципов плазменного ускорения. В следующем году будет произведен монтаж источника электронов и инжектор, после чего можно будет приступать к первым попыткам плазменного ускорения сначала электронов, а затем и протонов.

"Нам предстоит преодолеть еще множество проблем различного плана" - рассказывает Эдда Гшвендтнер (Edda Gschwendtner), руководитель проекта AWAKE, - "Но если такая технология ускорения заработает в полную силу, она может обеспечить человечеству яркое будущее. И это будущее заключается не только в получении массы новых научных знаний, данная технология позволит создавать настольные ускорители частиц, которые найдут массу областей практического применения, в том числе и в области медицины".

Источник

SUSTAIN - лаборатория, в стенах которой создаются искусственные ураганы 5-й категории

Согласно прогнозам ученых-климатологов, ураганы, сопоставимые по силе с ураганом Сэнди (Hurricane Sandy), будут возникать на Земле и обрушиваться на прибрежные районы некоторых стран каждые 130 лет. Для сравнения, в далеком прошлом периодичность возникновения подобных ураганов составляла порядка 3 тысяч лет. И для того, чтобы иметь возможность подготовиться к таким разрушительным штормам, ученые из университета Майами закончили строительство, которое обошлось в 45 миллионов долларов, и произвели ввод в эксплуатацию лаборатории, в стенах которой находится симулятор ураганов под названием SUSTAIN (SUrge-STructure-Atmosphere INteraction).

Основой системы SUSTAIN является 23-метровый акриловый бассейн, который можно заполнить 113.5 тысячами литров пресной или соленой воды. Вентилятор, соединенный с двигателем, мощностью в 1700 лошадиных сил, и генератор волн с 12 "веслами", могут воспроизвести условия урагана любой категории. "Мы можем воссоздать условия урагана с ветром, скоростью более 320 километров в час" - рассказывает ученый-океанограф Брайан Хос (Brian Haus), директор лаборатории SUSTAIN, - "Это выходит далеко за рамки 5-й категории".

Ученые, работающие в лаборатории SUSTAIN, готовятся к воспроизведению условий практически всех катастрофических исторических штормов, во время которых при помощи массы датчиков будут измеряться скорости ветра, динамика волн и другие параметры. Эти данные помогут ученым смоделировать будущие шторма, производить более точные прогнозы и разработать планы эвакуации прибрежных районов. "Если мы будем иметь дело с 4-й категорией шторма, то наши действия будут совершенно отличны от действий в случае шторма 5-й категории" - рассказывает Брайан Хос.

Одним из аспектов развития ураганов, который будет изучаться в лаборатории SUSTAIN, станет влияние брызг и капель воды. Когда брызги срываются с гребней волн, вода испаряется и часть тепловой энергии океана передается атмосфере, кроме этого, наличие брызг очень сильно влияет на трение ветра об поверхность воды, что может влиять на интенсивность шторма. "Измерить влияние брызг во время реального шторма практически невозможно" - рассказывает Брайан Хос, - "Но в нашей лаборатории имеются специальные оптические системы, которые позволят нам увидеть, как брызги взаимодействуют с порывами ветра и как они влияют на интенсивность урагана".

Кроме этого, в стенах лаборатории SUSTAIN исследователи планируют произвести исследования процессов перемещения углекислого газа из океана в атмосферу, что поможет им уточнить некоторые климатические модели. Для этого исследователи будут работать не только в стенах лаборатории, они собираются запустить около тысячи автономных устройств в воды Мексиканского залива, которые будут производить измерения концентрации углекислого газа, кислорода, направлении и силе потоков воздуха и воды. Кроме уточнения некоторых климатологических аспектов, эта армия устройств позволит выяснить влияние на морскую среду пятен нефти на поверхности воды, которые в любом случае присутствуют в районах с активной морской нефтедобычей.

Более точное воспроизведение условий во время урагана позволит произвести проверку, как типовые здания, мосты и другие сооружения могут выдержать нагрузку. Это, в свою очередь, позволит инженерам-строителям проектировать структуры, которые будут способны устоять перед неистовым напором любого урагана.


Источник

Созданы бесцветные наночернила, позволяющие печатать цветные изображения

Большинство из нас не задумывается о красителях, используемых в чернилах или порошке для цветных принтеров. Однако, в некоторых случаях, и особенно, в случае цветных лазерных принтеров, красители содержат в своем составе достаточно токсичные и канцерогенные вещества. Это, в свою очередь, несет угрозу здоровью людей, которые работают в помещениях, где установлены такие принтеры, или занимаются обслуживанием оргтехники. Именно по этой причине исследователи из Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики (ИТМО) разработали экологически чистую альтернативу, нетоксичные наночернила, способные при печати воспроизводить различные цвета, изменяя наноструктуру поверхности, на которую они наносятся.

Идея, легшая в основу создания "структурированных наночернил", была почерпнута из окружающей нас природы. Именно за счет наноструктур некоторые поверхности естественного происхождения, включая и радужные крылья бабочек, приобретают различную яркую и красочную расцветку. Наноструктуры на этих поверхностях отражают свет особым образом, заставляя "смешиваться" цвета с различной длиной волны света, что приводит к образованию одного конкретного цвета.

Отметим, что данное достижение является далеко не первой попыткой создания наноструктурированных чернил. Однако, некоторые предыдущие разработки требовали этапа высокотемпературной или химической обработки поверхности после процесса печати. Другие же разработки требовали, чтобы печать производилась на заранее подготовленной поверхности специального материала. А нынешняя разработка российских исследователей полностью лишена двух вышеуказанных недостатков.

Группа из ИТМО, возглавляемая Александром Яковлевым и Александром Виноградовым, разработала состав бесцветных наночернил на основе коллоидного раствора диоксида титана. Использование этих чернил не требует высокотемпературной обработки, а чернила могут наноситься на поверхность материалов из очень широкого ряда.

Цвет печати регулируется достаточно просто, он напрямую зависит от толщины слоя наносимых чернил. Наночернила полностью подходят для печати ими при помощи обычного струйного принтера. Единственная существующая сейчас проблема у этих чернил заключается в отсутствии возможности получения яркого красного цвета. Но, будем надеяться, что российским ученым удастся оптимизировать состав этих чернил так, что все проблемы будут полностью закрыты. И это сможет привести в будущем к настоящей революции в области цветной струйной печати.

Источник

Quixote - технология, способная снабдить искусственный интеллект общепринятыми моральными принципами

Если вы начнете рассказывать истории своему компьютеру или домашнему роботу, то вы рискуете заработать репутацию человека со странностями. Однако, научите робота читать самостоятельно и снабдите его соответствующей литературой, и вам, вероятно, удастся предотвратить робо-апокалипсис в будущем. Именно эта идея легла в основу создания системы Quixote, разработанной Марком Ридлом (Mark Riedl), директором Лаборатории интеллектуальных развлечений (Entertainment Intelligence Lab) Технологического института Джорджии (Georgia Institute of Technology). Основываясь на результатах разработки и использования предыдущей системы под названием Scheherazade, Марк Ридл посредством системы Quixote снабдил искусственный интеллект массой историй, в которых демонстрируются общепринятые нормы поведения в обществе, помощь другим, пунктуальность, отсутствие агрессии и т.п.

Вышеупомянутые истории, которые "скармливаются" искусственному интеллекту системой Quixote, отбираются ею из огромной массы рассказов людей о своих действиях и поступках, которые соответствуют общепринятым нормам морали и поведения. С учетом того, что на просторах Интернета такие рассказы имеются в большом изобилии и система Scheherazade способна самостоятельно генерировать "тонны" подобной "литературы", у системы Quixote никогда не возникает проблем с поисками нового "учебного материала".

Кроме снабжения искусственного интеллекта "учебным материалом", система Quixote выполняет функции поощрения, она назначает награды, виртуальные "золотые звезды", когда искусственный интеллект принимает собственные решения, которые соответствуют нормам хорошего поведения, почерпнутым из "прочитанных" историй. За решения и поведение, не соответствующее нормам, система Quixote начисляет своего рода "отрицательные баллы".

"Мы полагаем, что для того, чтобы иметь возможность вписаться в любое общество, искусственный интеллект должен быть максимально изолирован от какой-либо определенной культуры, но при этом, он должен стремиться избегать недопустимого в обществе поведения" - рассказывает Марк Ридл, - "Давая искусственному интеллекту способность читать и воспринимать наши рассказы, понимать причины и последствия действий, мы снабдим его принципами, соответствующими общепринятой морали. И прямого участия человека в этом деле может и не потребоваться".

Следует отметить, что возможность восприятия коротких рассказов и истории имеет ценность для систем искусственного интеллекта не только с точки зрения обретения моральных принципов. Некоторые исследовательские группы уже используют детские рассказы, позволяющие ИИ лучше разобраться в естественном языке и стать более лучшими помощниками людям. А самостоятельное изучение специализированной литературы позволит искусственному интеллекту воспринять тонкости любой области, начиная от этики до выполнения офисной работы. И все эти знания, нормы и принципы должны стать своего рода защитным барьером, который не допустит даже зарождения в недрах искусственного интеллекта "мыслей" об уничтожении человечества.

Источник