Умные танцы: ученые наглядно демонстрируют суть своих диссертаций

Продолжая тему того, что учёные тоже люди и им тоже нравится дурачиться на работе, предлагаем вам познакомится с… танцами. Да, вы прочли верно, танцами!

 

Есть такой конкурс «Dance your PhD» — Станцуй свою диссертацию — учрежденный Американской ассоциацией содействия развитию науки, известной в первую очередь благодаря выпускаемому ей журналу «Science». Суть конкурса максимально сложна: нужно через танец объяснить суть свой научной диссертации. Да, именно! Мало того, что необходимо раскрыть суть научной диссертации что уже само по себе задача не лёгкая, так это нужно еще и в танце сделать! Истинное безумие!

 

Но… весело же. Такие конкурсы напоминают нам, что учёные, молодые и не очень, это не только товарищи в белых халатах зарастающие пылью в своих лабораториях. Ученые — это люди, умные и весьма креативные, не лишенные чувства юмора и самоиронии. Поэтому станцевать свою диссертацию это весьма забавный вызов и тут все средства хороши: балет, мюзикл, брейкданс, косплей Шаг Вперед — всё ради того, что бы объяснить крайне сложные темы и концепции в химии, физике, математике, биологии и множеств других научных дисциплин!

 

Ну что, начнем?

Победитель в категории «Социальные науки»

 

Тема: «Движение как способ обучения базовым концепциям физики»
Автор: Рони Зохар, Институт Вейцмана (Израиль)

 

Начнем пожалуй с наших любимых социальных наук. Победитель в этой категории в некотором смысле уникален, ведь танец и танцевальные движения, это не только форма представления своей диссертации на конкурсе, но и непосредственно тема диссертации доктора Рони Зохара. Ученый стремится продемонстрировать, что посредством физических упражнений и танцев можно обучать школьников, наглядно демонстрируя им такие состояния, как устойчивое и неустойчивое равновесие, а также лично почувствовать такие силы как центробежное ускорение, а так же связь между угловой и линейной скоростью. Центральной идеей здесь выступает простая мысль — «сперва опыт, а после его осмысление».

Через конкурсный танец, Рони Захар показывает, как студенты (школьники) с помощью танца изучают состояние устойчивого равновесия, благодаря чему на собственном опыте познают такие вещи как опора и центр масс. После, они экспериментируют с положением своего тела, выясняя важное условие механического равновесия — центр масс тела находится над плоскостью опоры.

 

Ко всему прочему, школьники еще и пытаются выполнить задание учителя — выстроившись в прямую линию обойти по кругу бутылку воды таким образом, чтобы прямая линия в которой они стоят не была искривлена. А ведь это оказывается интересной и динамичной задачей, ведь тем ученикам, кто стоит дальше от оси вращения, приходится бежать, чтобы сохранить линию прямой, а тем, кто стоит прямо рядом с осью, необходимо двигаться крайне и крайне медленно, что бы их одноклассники успевали преодолеть необходимое расстояние.

Победитель в категории «Биология»

 

Тема: «Измерение уровня сознания после серьезных травм мозга с помощью стимуляции мозга»
Автор: Оливия Госсери, Университет Льежа (Бельгия)

 

Оливия Госсери затронула весьма интересную и щепетильную тему состояния комы. Кома — термин знакомый многим — это вид бессознательного состояния, возникающий в следствии травм и\или других нарушений функционирования организма. Пациенты находящие в коме как правило способны лишь на базовые рефлекторные реакции (например, сужение зрачков из-за яркого света). Кома может длится разное время, в конце концов известны случаи когда пациенты проводили в коме десятилетия. После чего пациент может открывать глаза, переходя в вегетативное состояние, однако его реакции остаются лишь рефлекторными. Одной из следующих стадий реабилитации от комы — состояние минимального сознания.

 

К чему мы тут рассказываем про кому и прочие страшные вещи? Дело в том, что самый значимый параметр, который определяет прогноз для пациента в коме — это уровень сознания, а оценить его крайне сложно. Для оценки уровня сознания разработаны специальные методики, например, проверка способен ли пациент откликаться на свое имя, следить глазами за предметами и т.д. Однако, по мнению Оливии Госсери и ее научной группы, эти методики достаточно неэффективны и могут неверно оценивать уровень сознания почти в половине случаев (!) и как следствие давать негативный прогноз пациенту.

При помощи танца ученые показывают, что можно определить уровень сознания пациента с помощью транскраниальной магнитной стимуляции и ЭЭГ. Суть в том, что пациенты с низким уровнем сознания в ответ на стимуляцию формируют в небольшой области мозга простой и достаточно локальный отклик, который быстро затухает. В то время как высокий уровень сознания демонстрирует сложный отклик, который распространяется по всему мозгу и длится долго.

 

Оливия Госсери и ее коллеги предложили определенную метрику для определения степени сложности отклика — так называемый «индекс сложности возмущений» — и определили некоторое предельное значение, ниже которого пациент признается впавшим в бессознательное состояние. По мнению Госсери, ряд пациентов для которых используемые сегодня методики показывали низкий уровень сознания, на деле, через транскраниальное магнитное стимулирование демонстрировали высокий индекс сложности отклика. В последствии, для этих пациентов восстановление протекало лучше, чем для аналогичных пациентов с низким индексом.

Победитель в категории «Химия»

 

Тема: «Перколяционная теория — проводящие пластики»

Автор: Шари Финнер, Технологический университет Эйндховена (Нидерланды)

 

Танец электронов. Что может быть интереснее и залипательнее чем этот замысловатый танец. Автор работы решил отойти от любимой многими учёными темы движения электронов в сверхпроводниках и продемонстрировать ровно обратное — их движение в пластике, материале, чрезвычайно плохо проводящем электрический ток.

Танец рассказывает о том, как можно сделать обыкновенный пластик проводящим ток, не меняя при этом его оптических свойств (например, прозрачности). Для этого у химиков возникла идея добавить в полимер старые добрые углеродные нанотрубки, которые, в отличии от пластика, очень хорошо проводят электрический ток. Хаотически расположенные нанотрубки вдруг оказываются рядом друг с другом и образуют проводящую сеть, по которой устремляются электроны.

 

Однако, тут же возникает проблема с прозрачностью, ведь углеродные нанотрубки черные и непрозрачные и как следствие, их добавка сделает пластик непрозрачным. Поэтому для учёных было важно определить ту минимальную концентрацию углеродных нанотрубок, делающую полимер проводящим, но при этом прозрачным. Также важно было учитывать и то, что большинство полимеров получают путем протягивания через сопло — экструдер,  из-за чего, все нанотрубки укладываются строго вдоль одного направления, а не хаотично, что естественно уменьшает шанс на формирование проводящей сети. Ну а тут всё как по учебнику, нет сети —> электроны не могут «перепрыгивать» с одного проводника на другой —> нет проводимости в полимере.

 

Шари Финнер с коллегами разработали теоретическую модель, предсказывающую будет ли образована проводящая сеть из нанотрубок в зависимости от их концентрации добавленного проводника. Так же важно отметить, что ученые обнаружили, что если добавлять в полимер нанотрубки разных размеров,  то шанс образования проводящей сети выше!

Победитель

Тема: «Нелокальная электродинамика в сверхпроводниках: приложения к шумам потока и индуктивности»
Автор: Прамод Сенарат Япа, Университет Альберты (Канада)

 

Ну и наконец, лучшая работа конкурса по мнению жюри, которая при помощи танца, наиболее доступно объясняющая суть диссертации — работа канадского физика Прамода Сенарата Япы. Это, мать его, целый мюзикл, который доступно демонстрирует, как в веществе возникает состояние сверхпроводимости, а так же причину, почему магнитные примеси по-разному влияют на разные сверхпроводники.

Для начала пояснение: Сверхпроводимость — это уникальное состояние некоторых материалов, при котором те способны проводить электричество совершенно без потерь, в отличие от обычных проводов. Обычно его можно пронаблюдать только при крайне низких температурах, близких к абсолютному нулю (-273,15 °С или —459,67° по Фаренгейту).  Самое значимое отличие сверхпроводимости от обычной проводимости в том, что частицами, которые переносят заряд в сверхпроводниках, выступают так называемые куперовские пары электронов.

 

Простыми словами, в обычной ситуации, при температуре 15-25 °С , пара отрицательно заряженных электронов отталкивается и не имеет возможности образовать устойчивую связь. В некотором смысле можно утверждать, что поодиночке все они движутся хаотично. Когда к материалу приложена разность потенциалов (т.е. подключены «плюс» и «минус» от батарейки), то электроны начинают двигаться в одном направлении, в результате чего возникает самый обычный электрический ток. Об этом через танец Прамод рассказывает в начале мюзикла.

 

Если же сильно понизить температуру, то электроны начнут взаимодействовать друг с другом через атомы кристаллической решетки материала, в которой они двигаются —именно так и образуются упомянутые выше куперовские пары, способные двигаться без рассеяния и при этом, все они перемещаются вблизи поверхности материала.

 

Расстояние же, на котором находятся те самые электроны в куперовской паре, могут быть весьма разными — от единиц до сотен нанометров — и определяется это расстояние длиной когерентности. Чем больше эта длина, тем глубже оказывается сверхпроводящий ток под поверхностью материала.

 

Ну и наконец финал мюзикла посвящен тому, как же влияют различные магнитные примеси на течение сверхпроводящего тока (их роль кстати сыграли панки, хорошая аллюзия на культурные смещения). Магнитные примеси при этом бывают разными — начиная от посторонних атомов в кристаллической решетке материала до адсорбированных на поверхность сверхпроводника молекул кислорода. Исследование Прамод Санарата Япа показывает, что чем больше длина когерентности, тем сильнее магнитные примеси нарушают течение сверхпроводящего тока, а это в свою очередь невероятно важный нюанс при подборе материалов для сверхпроводящих кубитов квантовых компьютеров!

 

В общем и целом, в этом году победа за сверхпроводниками, они сейчас главные звезды в научной среде!

Поделиться этой записью: