ТРАЙНА/// Digital age: Техно пробиви и открития

Какво ново в света на технологиите и откритията? Вижте актуалните тенденции в седмичния ни обзор:

Детектор на 700 м под земята разкрива тйни на мистериозните и неуловими частици неутрино

Снимка: Shutterstock

Нов неутринен детектор, известен като Подземната неутринна обсерватория Дзянмън (JUNO), започна работа в Китай. Този мащабен научен проект, разположен на 700 метра под земята между две големи атомни електроцентрали в Янцзян и Тайшан, има за цел да хвърли светлина върху една от най-мистериозните частици във Вселената - неутрино. Неутриното взаимодейства изключително слабо с материята, но въпреки това стотици трилиони от тези произведени от слънцето частици преминават през всяко човешко тяло всяка секунда. Частицата неутрино е с изключително малка маса и с нулев електричен заряд, която трудно взаимодейства с други частици, преминавайки през материята почти незабелязано. Неутриното се образува при радиоактивен разпад  ядрени реакции в звездите и ядрени реактори, както и при експлозии на свръхнови. Засичането на тези частици е предизвикателство поради тяхната електронеутралност и малък размер на взаимодействията. Тяхното откриване изисква специални условия. 

Подземното местоположение на обсерваторията, подобно на други подобни детектори, позволява частиците да бъдат екранирани и отделени от други частици, като мюони, чрез дебелината на земната кора. Допълнителна защита се осигурява от детектора "Top Tracker", който обгражда основния резервоар с ултрачиста вода с диаметър 44 метра. Целта му е да открива всякакви разпръснати частици, които проникват достатъчно дълбоко, за да елиминира смущения, които те създават при събирането на данни. Сърцето на обсерваторията е сфера, съдържаща течен сцинтилатор, който регистрира блестене, и заобиколена от 43 212 високочувствителни фотодетектора, способни да улавят отделни фотони. Когато неутрино взаимодейства с материала на детектора, то произвежда светлинна светкавица. Чрез събиране на данни от всички фотодетектори, учените ще могат да реконструират физичните свойства на частицата. Една от основните цели на проекта JUNO е да се изучат неутринните трептения – процесът, чрез който тези частици спонтанно променят типа си, трансформирайки се от електронно неутрино в мюон или обратно. Изследователите се надяват да определят йерархията на масите на типовете неутрино, т.е. да определят кое е най-тежкото и кое най-лекото. Разбирането на природата на неутрино е фундаментално за много области на науката. Учените смятат, че тези частици са изиграли ключова роля в разширяването на Вселената след Големия взрив, предлагат представа за процесите, които протичат по време на експлозии на свръхнови, и дори могат да предоставят данни за радиоактивните процеси дълбоко в Земята. Проектът JUNO е международно сътрудничество, в което участват 74 института и 700 учени, ръководени от Института по физика на високите енергии към Китайската академия на науките. Очаква се детекторът да събира данни от четиридесет до шестдесет неутрино дневно в продължение на поне десет години, което би трябвало да допринесе значително за разкриването на мистериите на тези неуловими частици.

Строителен материал на основата на гъби заменя успешно бетона

Снимка: Shutterstock

Изследователи от Университета на Монтана, САЩ са разработили иновативен строителен материал, базиран на гъбички и бактерии, който има способността да „лекува“ щети, които са му нанесени. Това откритие би могло да проправи пътя за създаването на самовъзстановяващи се структури. Материалът е не само по-екологичен от традиционните аналози като бетона, но и преодолява ключовите ограничения на съществуващите биоматериали, доближавайки ги до практическото приложение. Въпреки че вече съществуват биобазирани строителни материали, създаването на здрав и издръжлив вариант, напоен с живи микроорганизми, се оказа предизвикателство.

Екип, ръководен от Итън Уайлс, е вдъхновен от използването на гъбичен мицел в опаковки и изолация. Изследванията им доведоха до селекцията на Neurospora (плесен, използвана в печенето на хляб) и бактерията Sporosarcina pasteurii . Когато се комбинират, тези организми образуват минерализирана структура, подходяща за строителство. „Тези микроорганизми са безопасни за хората “, обясни съавторът на изследването Челси Хеверан. „ Материалът се произвежда при ниски температури, което значително намалява емисиите на CO₂ в сравнение с бетона. Срокът му на годност е поне един месец - много по-дълъг от повечето биоматериали“, обяснява той. Самовъзстановяващите се свойства на материала се осигуряват от живи бактерии, а гъбичната основа остава активна дори след кристализация. Това отваря възможността за ремонт на структури в труднодостъпни места без човешка намеса. Производството на цимент е отговорно за 8% от световните емисии на CO₂, а заместването му с биоматериали би могло значително да намали въздействието върху околната среда.

Нова лазерна технология  предотвратява сблъсъци в орбита

Снимка: Shutterstock

Система от два телескопа, разположени на върха на вулкана Тейде на испанския остров Тенерифе, използва мощен лазер за проследяване на фрагменти от космически отломки в орбита и за предупреждение за потенциала им да навредят на спътниците. В бъдеще същата технология би могла да се използва за внимателно отклоняване на отломки от удари с космически кораби. Лазерните станции Izaña-1 и Izaña-2, собственост на Европейската космическа агенция (ESA), са построени от германската компания DiGOS, - специализирана в лазерните локации. Izaña-1 работи от 2021 г. и вече е използвана за лазерно сканиране на спътници. Сега двете обсерватории преследват по-амбициозна мисия като част от програмата за космическа безопасност на европейската агенция. Телескопите работят синхронно -  Izaña-2 излъчва лазерни импулси към късвете космически отломки, а Izaña-1 засича отразената светлина. Това позволява на системата да проследява траекторията на обекта с висока прецизност, да определя неговите орбитални параметри и да оценява риска от сблъсък със спътници. Както обясни оптичният инженер на ESA Андреа Ди Мира, за да се работи с  обекти, които не са предназначени за проследяване – мощността на лазера на Izaña-2 е трябвало значително да се увеличи. Това е необходимо, за да се компенсира изключително малкият брой фотони, които се отразяват от такава цел и се връщат към станцията. Проблемът с космическите отпадъци е изключително належащ. Сблъсъкът може не само да повреди скъп спътник, но и да генерира множество нови отломки, които в най-лошия случай биха могли да предизвикат опасна каскадна реакция, известна като синдром на Кеслер. В този случай околоземното пространство може да стане неизползваемо поради прекомерно високата плътност на отломките. Ето защо е изключително важно проактивно да се проследяват опасните обекти, така че спътниците да могат да ги избегнат своевременно. В момента системата Izaña работи в полуавтоматизиран режим и може да се използва дори през светлата част на денонощието. Екип от оператори наблюдава процеса дистанционно, но крайната цел е постигане на пълна автономност. Както отбеляза Ди Мира, пълната автоматизация значително ще подобри производителността на събирането на данни. Но амбициите на разработчиците не свършват дотук. В момента, когато възникне заплаха от сблъсък, самият спътник трябва да извърши маневра за избягване, като така изразходва ценно гориво. Технологията за предаване на лазерни импулси предлага алтернативно решение. „ Една от възможностите е да се излъчи лазерен импулс, който леко да раздвижи космическите отломки в орбитата им, за да се избегне сблъсъкът им с активни спътници “, обясни управляващият директор на DiGOS Андре Клот. Лазерът Izaña-2 ще може да отклонява отломки. Това ще позволи на спътниците да пестят гориво и да удължат живота си. Тази работа е интегрирана в друг проект на ESA, наречен OMLET (Orbital Maintenance via Laser Entum Transfer), който има за цел да предостави на сателитните оператори система за точно определяне на местоположението на техния космически кораб спрямо отломките и евентуалното им отстраняване. По същество OMLET може да се превърне в вид контролер на космическия трафик.

Фосфорни инжекции превръщат всяко растение в жива лампа в парка

Снимка: Shutterstock

Изследователи от Южнокитайския селскостопански университет в Гуанджоу са разработили технология за превръщане на сукулентни растения /такива, които притежават по-големи и изразени месести и меки части/ в живи лампи. Основното ѝ предимство е, че растенията не е необходимо сами да генерират светлина – тази функция се изпълнява от специално съединение на основата на фосфор. Това означава, че на практика всяко растение с меки тъкани може да се трансформира в източник на светлина.

Сукулентите, благодарение на месестите си, богати на влага тъкани, са идеални за прилагането на тази технология. Те могат да поемат големи количества фосфорни наночастици, за разлика от растенията с тънки листа. Важно е, че сукулентите понасят инжекциите по-добре – когато се прилагат в правилната доза, те не показват увреждания, намалени нива на хлорофил или други дефекти.

Фосфорът, в този случай, е чужд елемент, въведен в растителната тъкан, а не генериран от самите растения, както е при ГМО растенията. Това опростява създаването на осветителна система. Тя е независима от здравето на растенията и може лесно да се регулира с нови инжекции. Само няколко минути „зареждане“ от външен източник на светлина, естествен или изкуствен, произвеждат няколко часа меко сияние. Цената е малко над около 1,40 долара. Китайски учени са провели множество експерименти, за да открият оптималния размер на наночастиците. Малките наночастици виреят в растенията, но светлината им е твърде слаба, докато по-големите имат обратен ефект. В крайна сметка те са се спрели на размер от 7 микрона и сега работят върху създаването на наночастици с различни видове емисия – синя, червена и други. Ако този проект е успешен, ландшафтните дизайнери и архитектите ще имат възможността да създадат красиво и достъпно осветление за паркове и обществени пространства.