Кожны год Амерыканская асацыяцыя садзейнічання развіццю навукі, вядомая як арганізацыя, якая выпускае часопіс Science, праводзіць незвычайны конкурс – Dance your PhD. Аспіранты з усяго свету спрабуюць як мага больш зразумела расказаць пра тэме сваёй дысертацыі з дапамогай танца. Балеты, спартыўныя і бальныя танцы, мюзіклы і іншыя харэаграфічныя стылі і жанры дапамагаюць растлумачыць складаныя канцэпцыі з вобласці фізікі, хіміі, біялогіі і грамадскіх навук. Сёння сталі вядомыя пераможцы конкурсу 2018-2019 года.
Галоўны прыз
«Нелакальная электрадынаміка у звышправадніках: прыкладанні да шумоў патоку і індуктыўнасці»
Прамод Сенарат Япа, Універсітэт Альбэрты (Канада)
Лепшай з пункту гледжання харэаграфіі і якая найбольш зразумела выкладае асноўныя ідэі дысертацыі , эксперты назвалі працу канадскага фізіка Прамод Сенарата Япы. Гэта цэлы мюзікл, які тлумачыць, як у рэчыве ўзнікае звышправодны стан і чаму магнітныя прымешкі па-рознаму ўплываюць на розныя звышправаднікі.
Звышправоднасць – гэта асаблівы стан некаторых матэрыялаў, калі тыя здольныя праводзіць электрычнасць зусім без страт, у адрозненне ад звычайных медных (ці нават срэбных) правадоў. Звычайна яно назіраецца толькі пры вельмі нізкіх тэмпературах, блізкіх да абсалютнага нуля. Самае важнае адрозненне звышправоднасці ад звычайнай праводнасці ў тым, што часціцамі, якія пераносяць зарад у звышправадніка, выступаюць купераўскія пары электронаў.
У звычайнай сітуацыі, скажам пры пакаёвай тэмпературы, пара адмоўна зараджаных электронаў, вядома ж, адштурхваецца і не можа ўтварыць ўстойлівую сувязь. Можна лічыць, што ўсе яны хаатычна рухаюцца паасобку. Калі да матэрыялу прыкладзеная рознасць патэнцыялаў (падлучаныя «плюс» і «мінус» ад батарэйкі), электроны пачынаюць рухацца ў адным кірунку, узнікае звычайны электрычны ток. Гэтаму прысвечаны пачатак мюзікла.
Пры моцным паніжэнні тэмпературы электроны пачынаюць ўзаемадзейнічаць адзін з адным праз атамы крышталічнай рашоткі матэрыялу, у якой яны рухаюцца, – так утвараюцца купераўскія пары, здольныя рухацца без рассейвання. Яны перамяшчаюцца зблізку паверхні матэрыялу.
Адлегласці, на якіх знаходзяцца электроны ў купераўскай пары, могуць быць рознымі – ад адзінак да сотняў нанаметраў. Яна вызначаецца даўжынёй кагерэнтнасці, пра якую распавядае другая частка мюзікла. З павелічэннем гэтай даўжыні звышправодзячых ток аказваецца глыбей пад паверхняй матэрыялу.
Трэцяя частка мюзікла прысвечана таму, як уплываюць магнітныя прымешкі на працягу звышправоднага току. Іх ролю гуляюць панкі, якія з’яўляюцца сярод танцуючых парамі электронаў. Магнітныя прымешкі бываюць рознымі – ад старонніх атамаў у крышталічнай рашотцы матэрыялу да адсарбаваных на паверхню звышправадніка малекул кіслароду. Аказваецца, што чым больш даўжыня кагерэнтнасці, тым мацней магнітныя прымешкі парушаюць цячэнне звышправоднага току. Гэта заўвага вельмі важна для падбору матэрыялаў для звышправодзячых кубітаў квантавых кампутараў.
Арыгінальны артыкул, які тлумачыць танец, можна знайсці на arxiv.org, ён прыняты да публікацыі ў Physical Review Applied. Цікава, што кансультантамі пры распрацоўцы відэа выступілі ў тым ліку і супрацоўнікі D-wave, кампаніі – вытворцы звышправодзячых вылічальнікаў для алгарытмаў квантавага адпалу.
Прыз у катэгорыі «Біялогія»
«Вымярэнне ўзроўню свядомасці пасля сур’ёзных траўмаў мозгу з дапамогай стымуляцыі мозгу»
Алівія Госсэры, Універсітэт Льежа (Бельгія)
Стан комы – гэта адзін з відаў несвядомых станаў, якія надыходзяць у выніку траўмы ці іншых парушэнняў. Пацыенты ў несвядомым стане здольныя толькі на рэфлекторныя водгукі (напрыклад, звужэнне зрэнак ў адказ на яркае святло). Стадыя комы доўжыцца ад некалькіх дзён да тыдняў. Затым пацыент адкрывае вочы і пераходзіць у вегетатыўнае стан – і зноў яго водгукі застаюцца толькі рэфлекторнымі. Наступны магчымая стадыя рэабілітацыі ад комы – стан мінімальнага свядомасці.
Ключавой параметр, які вызначае прагноз для пацыента – узровень свядомасці. Яго вельмі складана ацаніць – для гэтага ёсць спецыяльна распрацаваныя працэдуры, напрыклад, праверка ці здольны пацыент адгукацца на сваё імя, сачыць вачыма за прадметамі, выконваць указанні, гаварыць. Але, як сцвярджае навуковая група, у якую ўваходзіць Алівія Госсери, гэтыя методыкі могуць недаацэньваць ўзровень свядомасці амаль у палове выпадкаў, а значыць, даваць негатыўны прагноз.
З дапамогай танца навукоўцы паказваюць, як можна вызначыць узровень свядомасці з дапамогай транскраніальнай магнітнай стымуляцыі і ЭЭГ. Пацыенты з нізкім узроўнем свядомасці развіваюць у адказ на стымуляцыю ў невялікай вобласці мозгу просты і лакальны водгук, які хутка згасае. Гэта адпавядае рухам танцораў ў відэа. Высокі ўзровень свядомасці адпавядае складанага водгуку, які распаўсюджваецца па ўсім мозгу і доўжыцца даволі доўга
Навукоўцы прапанавалі метрыку для вызначэння складанасці водгуку – індэкс складанасці абурэнняў – і вызначылі крытычную велічыню, ніжэй якой пацыент прызнаецца паўпадалым ў несвядомы стан. Па словах Госсэры, некаторыя пацыенты, для якіх класічныя тэсты паказвалі нізкі ўзровень свядомасці, валодалі высокім індэксам складанасці абурэнняў ад транскранільной магнітнай стымуляцыі. Для іх аднаўленне працякала лепш, чым для аналагічных пацыентаў з нізкім індэксам.
Прыз у катэгорыі «Хімія»
«Перкаляцыйная тэорыя – праводзячыя пластыкі»
Шары Фінэр, Тэхналагічны універсітэт Эйндховена (Нідэрланды)
Гэта відэа збольшага нагадвае танец звышправоднасці, які перамог у конкурсе ў гэтым годзе. Тут зноў танчаць электроны, але замест таго, каб перамяшчацца ў ідэальных умовах звышправадніка, яны аказваюцца ў пластыцы – матэрыяле, надзвычай дрэнна які праводзіць электрычны ток.
Танец прысвечаны таму, як можна зрабіць звычайны праводзячы пластык, не змяняючы яго аптычных уласцівасцяў (напрыклад, празрыстасці). Для гэтага хімікі прапануюць дадаць у палімер вугляродныя нанатрубкі, якія вельмі добра праводзяць электрычны ток. Хаатычна размешчаныя нанатрубкі аказваюцца побач адзін з адным і ўтвараюць праводзячую сетку, па якой і цякуць электроны.
Пры гэтым узнікае праблема з празрыстасцю – самі па сабе вугляродныя нанатрубкі чорныя і непразрыстыя, а значыць, іх дабаўка можа зрабіць і сам пластык непразрыстым. Таму важна вызначыць мінімальную канцэнтрацыю вугляродных нанатрубак, якая робіць палімер праводзячым. Таксама важна ўлічваць, што большасць палімераў атрымліваюць шляхам працягвання праз сопла – экструдар. З-за гэтага ўсе нанатрубкі ўкладваюцца ўздоўж аднаго кірунку, а не хаатычна, што памяншае шанцы сфармаваць праводзячую сетку. А калі сеткі няма, то электроны не могуць «пераскочыць» з аднаго правадыра на іншы і праводнасць ў палімеры будзе адсутнічаць.
Фінэр і яго калегі распрацавалі тэарэтычную мадэль, якая дазваляе прадказаць, ці будзе ўтварацца праводзячая сетка з нанатрубак ў залежнасці ад канцэнтрацыі дададзенага правадыра. Сярод іншага аказалася, што калі дадаваць у палімер нанатрубкі розных памераў, а не строга аднолькавых, то шанец адукацыі праводнай сеткі вышэй пры той жа канцэнтрацыі вуглярода.
Прыз у катэгорыі «Сацыяльныя навукі»
«Рух як спосаб навучання базавым канцэпцыям фізікі»
Роні Зохар, Інстытут Вейцмана (Ізраіль)
Пераможца ў гэтай катэгорыі – танец і танцавальныя руху, якія самі па сабе з’яўляюцца тэмай дысертацыі Роні Зохар. Праз фізічныя практыкаванні педагог прапануе школьнікам даведацца падрабязней пра такія станы, як устойлівая і няўстойлівая раўнавага, а таксама на ўласным прыкладзе адчуць цэнтрабежнае паскарэнне і сувязь паміж вуглавой і лінейнай хуткасцю. Галоўны прынцып, пакладзены ў аснову методыкі, – «спачатку вопыт, потым яго асэнсаванне».
Першая частка відэа паказвае, як школьнікі з дапамогай танцавальных рухаў даследуюць стан ўстойлівай раўнавагі, знаёмяцца з паняццем апоры і цэнтра мас. Затым, эксперыментуючы з становішчам свайго цела, вучні высвятляюць ўмовы механічнай раўнавагі – цэнтр мас цела знаходзіцца над плоскасцю апоры.
Другая частка распавядае пра тое, як школьнікі спрабуюць выканаць заданне настаўніка – выстраіцца ў прамую лінію і, не перакрыўляючы яе, абыйсці па крузе кропку (бутэльку вады), пастаўленую з аднаго з канцоў шарэнгі. Тым, хто стаіць далей ад восі кручэння, прыходзіцца бегчы, каб захаваць лінію прамой, а тым, хто стаіць прама побач з воссю, неабходна рухацца вельмі павольна, каб іх аднакласнікі паспелі прабегчы адпаведную адлегласць.
Уладзімір Каралёў
https://nplus1.ru/material/2019/02/15/superdance-PhD
