Войти
Войти
 

Регистрация

Уже есть аккаунт?
Полная версия Пикабу
Любые посты за всё время, сначала свежие, с любым рейтингом

поиск...

Камера засняла движение лазерного импульса со скоростью 10 триллионов кадров в секунду

Физики из США и Канады построили камеру, которая записывает электромагнитные волны со скоростью около 10 триллионов кадров в секунду, то есть позволяет различить события, разделенные промежутком около 100 фемтосекунд. Для этого ученые записывали плоские проекции трехмерного процесса, а затем решали задачу оптимизации и восстанавливали исходное изображение. Статья опубликована в Nature Light и находится в свободном доступе.


Большинство привычных для нас процессов происходят сравнительно медленно, так что мы можем легко заснять их с помощью обычной камеры, которая работает с частотой около 30–60 кадров в секунду. Однако некоторые процессы в физике и биологии требуют гораздо большего временного разрешения. В частности, чтобы увидеть «отрыв» электрона от атома или зарегистрировать движение световой волны, которая распространяется в веществе со скоростью порядка 200 тысяч километров в секунду, нужно использовать камеры, работающие с частотой более триллиона кадров в секунду. Несмотря на то, что такие камеры уже давно существуют, они имеют недостатки, которые сильно ограничивают область их применения.


В настоящее время самый распространенный метод регистрации сверхбыстрых процессов спектроскопии основан на возбуждении образца с помощью лазера и последующем измерении его «отклика». Этот так называемые накачивающе-зондирующие измерения (pump-probe measurements). Несмотря на то, что этот способ позволяет достичь фемтосекундного разрешения по времени (1015 кадров в секунду), он может работать только в том случае, если исследуемые процессы довольно точно воспроизводят сами себя во времени. Грубо говоря, при накачивающе-зондирующих измерениях «кино» снимается по следующей схеме. Сначала ученые «высвечивают» с помощью вспышки фемтосекундного лазера первый кадр процесса. Когда процесс завершится, исследователи запускают его снова и «высвечивают» второй кадр, задерживая вспышку на несколько фемтосекунд. Затем экспериментаторы повторяют эти действия еще много раз, а потом склеивают кадры. К сожалению, далеко не все процессы точно воспроизводят себя во времени — например, биологические процессы в основном протекают случайно. Кроме того, для повышения точности измерений оптическая система может быть так тонко настроена, что первый же импульс лазера изменит ее параметры, и воспроизвести процесс не удастся. В этих случаях накачивающе-зондирующие измерения выполнить невозможно.


С другой стороны, для наблюдений за сверхбыстрыми процессами можно использовать пространственно-временную двойственность уравнений электродинамики. Проще говоря, двойственность позволяет преобразовать временную развертку импульса света в пространственную, а затем записать ее на условной фотопластинке. Чем раньше во времени расположен «кадр» процесса, тем ближе к началу фотопластинки будет находиться его изображение. На этом свойстве уравнений основаны щелевые камеры (streak camera), которые создают изображение с помощью электронов, выбиваемых импульсом света из фотокатода. Современные щелевые камеры позволяют записывать импульсы с частотой около триллиона кадров в секунду. Разумеется, такая камера способна записать не только повторяющиеся, но и единичные процессы. Тем не менее, качество изображений, создаваемых щелевой камерой, сравнительно невысоко, а потому физики пытаются увеличить ее временное и пространственное разрешение другими способами.


Группа ученых под руководством Цзиньянь Ляна (Jinyang Liang) совместила щелевую камеру и сжатое считывание (compressed sensing) с помощью метода сжатой сверхбыстрой фотографии (compressed ultrafast photography) и научилась регистрировать процессы с частотой около 10 триллионов кадров в секунду. Для этого исследователи придерживались следующей схемы. Сначала физики собирали «сырые» данные о процессе — для этого разделили на две части пучок света, исходящий от процесса, и записали два его изображения. Изображение первого пучка записывалось напрямую двумерной матрицей, которая фактически производила двумерное преобразование Радона с фиксированным углом. Преобразование Радона R(s, α) — это интеграл от функции вдоль прямой, которая перпендикулярна вектору (cosα, sinα) и проходит на расстоянии s от начала координат. По сути своей преобразование Радона напоминает преобразование Фурье (в частности, оно обратимо). Второй пучок пропускался сквозь псевдослучайный двоичный паттерн (черно-белая пластинка на рисунке), сдвигался по времени, разворачивался щелевой камерой и записывался еще одной матрицей. Это изображение можно рассматривать как преобразование Радона с углом, который зависит от скорости сдвига щелевой камеры. Таким образом, ученые за один шаг записывали две двумерные проекции трехмерной динамической сцены (2 пространственных + 1 временное измерение). Наконец, физики восстанавливали трехмерное изображение исходного процесса из его проекций, решая задачу оптимизации, то есть минимизируя функционал от искомого распределения интенсивности при известных результатах его преобразования.

Камера засняла движение лазерного импульса со скоростью 10 триллионов кадров в секунду Наука, Интересное, Познавательно, Лазер, Свет, Техника, Slow motion, Физика, Гифка, Длиннопост

Схема записи изображения с помощью метода CUP

В результате ученые научились записывать процессы с временным разрешением в диапазоне от 0,5 до 10 триллионов кадров в секунду. На практике продолжительность таких «фильмов» достигала 350 кадров (то есть порядка 10 пикосекунд), а размеры каждого кадра составляли 450×150 пикселей. Более длинные «фильмы» ученым создать не удалось, поскольку они не смогли найти хранилище, которое способно так быстро записывать большие объемы данных.


В качестве примера физики засняли, как лазерный импульс с длиной волны около 800 нанометров и продолжительностью порядка 50 фемтосекунд проходит сквозь двухмиллиметровую стеклянную пластинку (коэффициент преломления n ≈ 1,5) и разделяется на два пучка. По теоретическим оценкам, свету нужно около 10 пикоосекунд, чтобы пройти сквозь такую пластинку. На практике ученые получили 9,6 пикосекунд, а также записали видео процесса.

Камера засняла движение лазерного импульса со скоростью 10 триллионов кадров в секунду Наука, Интересное, Познавательно, Лазер, Свет, Техника, Slow motion, Физика, Гифка, Длиннопост

Авторы статьи утверждают, что метод, который они использовали в этой работе, теоретически позволяет записывать «фильмы» со скоростью более квадриллиона (1015) кадров в секунду. Такие высокие скорости позволят детально изучить необратимые химические реакции и исследовать динамику наноструктур. Ранее метод CUP позволял получить временное разрешение не выше 100 миллиардов кадров в секунду.


С каждым годом ученые все больше и больше увеличивают временное разрешение камер, которые снимают сверхбыстрые процессы — например, движение ударной волны света. Так, в 2015 году максимальная «скорострельность» камеры впервые превысила один триллион кадров в секунду, а весной 2017 года достигла пяти триллионов кадров в секунду. В настоящее время самый короткий зафиксированный промежуток времени составляет примерно 850 зептосекунд (8,5×10−19 секунд) — чтобы достичь такого хорошего временного разрешения, ученые много раз облучали атом гелия инфракрасным и ультрафиолетовым лазером, а затем тщательно анализировали процесс поглощения и переизлучения фотонов.


https://nplus1.ru/news/2018/10/15/10-trillion-camera?utm_ref...

Показать полностью 2
  •  
  • 174
  •  

Викинги в полях: ученые нашли древний деревянный корабль

Новые технологии позволяют археологам совершать неожиданные открытия. Так в Норвегии среди пахотного поля нашелся корабль викингов.

Викинги в полях: ученые нашли древний деревянный корабль Археология, Открытие, Наука, Викинги, Корабль, Длиннопост

Археологи из Норвежского института исследований культурного наследия с помощью георадара обнаружили корабль викингов. Он скрыт под слоем земли, но не очень глубоко. От поверхности его отделяют всего около 50 сантиметров почвы.


На цифровой визуализации данных георадара виден 20-метровый корпус корабля.

Показать полностью 2
  •  
  • 670
  •  

Новость №683: Динозавр Эндрю помог разобраться в образе жизни молодых диплодоков

Новость №683: Динозавр Эндрю помог разобраться в образе жизни молодых диплодоков Наука, Образовач, Палеонтология, Динозавры, Диплом, Юмор

http://short.nplus1.ru/8eM08nJSSgs

  •  
  • 1287
  •  

Новость №682: NASA построит лунную станцию по принципам открытой архитектуры

http://short.nplus1.ru/2CtIaQRJqw

Новость №682: NASA построит лунную станцию по принципам открытой архитектуры Наука, Космос, Луна, Будущее
  •  
  • 1336
  •  

Съемка движения пучка света с частотой 1 триллион кадров в секунду.

в

ps (слева вверху) - пикосекунда - одна триллионная доля секунды.


Пока это лучшее достижение человечества в высокоскоростной съемке.

  •  
  • 347
  •  

Антропогенез - детям: демо мультфильма

в

3D-проект Сергея Кривоплясова и АНТРОПОГЕНЕЗ.РУ готовят анимационный фильм для детей, посвященный эволюции человека. Главным героем его станет вот этот учёный шимпанзе :)

Выражаем благодарность за помощь Александре Летковой и Сергею Завалишину.

Сергей Кривоплясов: https://www.facebook.com/krivoplyasov

  •  
  • 292
  •  

Подъем уровня мирового океана 1880-2017

в

"Волнообразность" от левого края к правому это не просто "для красоты", это отображение от начала года к концу, условно слева там январь, справа декабрь, итого 12 точек, в посте автора где подъем был отображен в дюймах эти месяцы подписаны, при переводе в метрическую систему он видимо их забыл подписать.

Гиф является визуализацией данных спутниковых наблюдений NASA GISS и наблюдений за уровнем приливов CSIRO

  •  
  • 110
  •  

Новость №681: Люди оказались способны распознать в среднем около пяти тысяч лиц

http://short.nplus1.ru/kX32xp7EvbE

Новость №681: Люди оказались способны распознать в среднем около пяти тысяч лиц Наука, Память, Мозг, Лицо, Распознавание, Бенедикт Камбербэтч
  •  
  • 1049
  •  

Новость №679: Ледяные иглы могут помешать посадке космических аппаратов на Европу, один из спутников Юпитера

http://short.nplus1.ru/vWscqnkf7gE

Новость №679: Ледяные иглы могут помешать посадке космических аппаратов на Европу, один из спутников Юпитера Образовач, Наука, Космос, Спутник, Космический аппарат, Лёд, Ледяные иглы, Посадка
  •  
  • 746
  •  

Специально отобранные из опухоли лимфоциты справились с тяжелой формой рака молочной железы

в

Терапия с помощью опухоль-инфильтрирующих лимфоцитов (TILs), при которой используются размноженные собственные иммунные клетки пациента, отреагировавшие на антигены раковой опухоли (неоантигены), уже некоторое время применяется вполне успешно. Однако применимость этого подхода пока ограничена: если в генах опухоли мутаций мало, то мало будет и неоантигенов, а значит, иммунной системе пациента будет не за что «зацепиться». Для одного из таких случаев ученым удалось разработать систему отбора и клонирования лимфоцитов, эффективно атакующих немногочисленные неоантигены. Лечение такими лимфоцитами пациентки с тяжело протекавшим раком молочной железы оказалось чрезвычайно успешным.

Специально отобранные из опухоли лимфоциты справились с тяжелой формой рака молочной железы Наука, Медицина, Рак, Копипаста, Elementyru, Длиннопост
Показать полностью 1
  •  
  • 1051
  •  

Обучать раздельному сбору мусора нужно с детства

Швеция давно научилась использовать 99% отходов на благо жителей страны. 50,6% шведы перерабатывают вторично, сжигают для производства энергии — 48,6% и 0,8% отправляет на полигоны. В России лишь 7–8% из всего мусора перерабатывается. 90% отправляется на свалки.


Достигли скандинавы такого успеха прежде всего благодаря тщательной и грамотной сортировке мусора. Обучать этому начинают еще с детского сада малышам рассказывают, как разделять отходы по категориям. Если упаковка состоит из нескольких материалов, то их нужно отделить друг от друга и поместить каждый в свой контейнер.

Обучать раздельному сбору мусора нужно с детства Наука, Переработка мусора, Разделение отходов, W2e waste2energy, Мусор, Экология, Длиннопост
Показать полностью 2
  •  
  • 32
  •  

Как мы можем обнаружить жизнь на экзопланетах?

в

Небольшой спойлер: для того, чтобы определить возможность наличия биосферы на экзопланете, потребуется космический телескоп и специальный экран, выполняющий роль своеобразного "зонта" и защищающий от "дождя", состоящего из света соответствующей звезды.

  •  
  • 57
  •  

Мыши с двумя отцами впервые родились живыми

в

Партеногенез, или девственное размножение, встречается у некоторых позвоночных, но для млекопитающих в природе таких случаев пока неизвестно. У млекопитающих часть генов работает по-разному, в зависимости от того, от отца или от матери они получены. И это является одним из барьеров, препятствующих получению потомства от однополых родителей. Китайским ученым удалось обойти это препятствие и получить жизнеспособных мышат с геномами от двух матерей, но без отцовского. И впервые им удалось получить живых мышат от двух отцов.


http://short.nplus1.ru/YzjUAGclPCM

Мыши с двумя отцами впервые родились живыми Наука, Новости, Биология, Партеногенез, Однополые родители, Животные, Мышь
  •  
  • 38
  •  

SciTeam против лженауки

в

В ответ на вчерашний пост Атропогенеза. =)

  •  
  • 72
  •  

Чеченцы и мозг

Раз уж пошла волна постов про чеченцев с ситуацией "Ахмат - сила", добавлю и свои пять копеек.

Человеческий мозг так устроен, что он постоянно обобщает поступающую информацию. Благодаря этой способности мы можем быстро учиться: нам достаточно показать пару фотографий гепарда, и мы точно будем знать как выглядит гепард.

Эта же способность помогла выжить нашему виду, т.к. обобщение помогало определять и избегать опасности. Опасные звери, ситуации и пр. - всё обладает определенными признаками, которые наш мозг пытается определить.

Ни у кого не вызывает сомнений, что такие признаки, как "спортивный костюм", "лузганье семечек", "сидение на кортах" могут таить в себе опасность. И мы знаем, что гопников стоит обходить стороной.

Но так же, нашему мозгу наплевать какие выделить признаки. Это может быть и борода, и этническая принадлежность, и цвет волос, и др.

Так что, если к чеченцам относятся не очень хорошо, значит достаточное количество их представителей вели себя неподобающе, поэтому мозг других обществ просто сделал обобщение.

Это просто природа.


P.S.: толерантность к признакам опасности губительна для вида. За этим вживую можно наблюдать в Европе.

  •  
  • 3358
  •  

Динамотеррор! В Нью-Мексико открыли нового тираннозаврида

в

Позднемеловой тираннозаврид достигал девяти с лишним метров в длину.


Тираннозавриды зачастую носят звучные имена. Например, «чудовищный убийца» — тератофоней, «жуткий ящер» — дасплетозавр, «кровавый король» — литронакс, и наконец сам «ящер-тиран» тираннозавр. Новый тираннозаврид из Нью-Мексико получил не менее впечатляющее название — Dynamoterror dynastes, что можно перевести как «господство сильного террора».

Динамотеррор! В Нью-Мексико открыли нового тираннозаврида Динозавры, Тираннозавр, Палеонтология, Палеоновости, Биология, Эволюция, Наука, Открытие, Длиннопост

Окаменелости, принадлежащие динамотеррору, нашли в залежах песчаника в Нью-Мексико в экспедиции 2012 года. Время не пощадило останки теропода — они были фрагментарно распределены и разбиты на осколки. Потребовались годы, чтобы восстановить их целостность. Оказалось, что девятиметровый хищник относился к той же кладе, что и популярный в массовой культуре ти-рекс. Ознакомиться с научной статьей, посвященной новому тероподу, можно здесь.

Показать полностью 5
  •  
  • 152
  •  

Когда даже экстремальные условия не помеха

в

В 1956 году сотрудник Орегонской сельскохозяйственной экспериментальной станции Артур Андерсон проводил довольно странные эксперименты: облучал банки мясных консервов высокими дозами гамма-излучения. Цель экспериментов была банальной — определить, можно ли использовать радиацию для холодной стерилизации продуктов. На первый взгляд, результат был предсказуем, но что-то пошло не так: образцы мясных консервов через непродолжительное время испортились, а исследование показало наличие в них бактерий.


Но бактерии эти были отнюдь не простыми: помимо того, что их не убивали высокие дозы ионизирующего излучения до 10 000 Гр, они были устойчивы к длительному воздействию ультрафиолетовых лучей, высушиванию, действию кислот, вакуума и замораживанию.

Когда даже экстремальные условия не помеха Копипаста, Медач, Интересное, Познавательно, Наука, Микробиология, Бактерии, Радиация, Длиннопост
Показать полностью 1
  •  
  • 363
  •  

Новость №678: Мускатный орех стали использовать 3,5 тысячи лет назад

http://short.nplus1.ru/TA41WnWcSmM

Новость №678: Мускатный орех стали использовать 3,5 тысячи лет назад Образовач, Наука, История, Археология
  •  
  • 1069
  •  

Новость №677: Телескоп «Хаббл» перешел в безопасный режим из-за неисправности в системе ориентации

http://short.nplus1.ru/1JGksSBXPM

Новость №677: Телескоп «Хаббл» перешел в безопасный режим из-за неисправности в системе ориентации Образовач, Наука, Космос, Телескоп Хаббл
  •  
  • 922
  •  

Новость №676: Ученые разобрались в причинах трипофобии

http://short.nplus1.ru/MOvnSJuuaFQ

Новость №676: Ученые разобрались в причинах трипофобии Образовач, Наука, Цены, Фобия, Страх, Еда
  •  
  • 745
  •  

Как получить скидку 50% на умную технику REDMOND и выиграть iPhone X? Инструкция — здесь!

Умная техника со скидкой 50% по промокоду — сама себя не купит! Айфон Хэ сам себя не выиграет!

Как получить скидку 50% на умную технику REDMOND и выиграть iPhone X? Инструкция — здесь!

Чтобы получить эти две уникальные и быстро заканчивающиеся плюшки, сейчас берем себя в руки, и делаем два движения:


1. Скачиваем БЕСПЛАТНОЕ приложение для управления умной техникой REDMOND — Ready for Sky. Оно доступно как в AppStore (для iOs), так и в GooglePlay (для Android).

2. Регистрируемся в приложении.


Всё! Теперь вы получите от Ready for Sky:

1. Скидку 50% на покупку одного умного девайса REDMOND в любой момент — в приложении вас ждет уникальный личный промокод на скидку

2. Участие в розыгрыше iPhone X! Победитель определяется случайным образом (программа-рандомайзер) 19 октября 2018 года и будет оповещен на почту, указанную при регистрации в Ready for Sky.


Просто, как чайку с умным диско-чайником REDMOND SkyKettle заварить: быстро, точно до градуса, легко и оооочень удобно. Хочется айфончик бесплатно и скидос? Тогда — скорее качать приложение Ready for Sky!

  •  
  •