Znajdź zawartość

Po raz pierwszy udało się utworzyć i zmierzyć postulowany od dawna stan powiązania pomiędzy atomami. Naukowcy z Wiednia i Innsbrucku wykorzystali laser do spolaryzowania atomów tak bardzo, że z jednej strony miały ładunki dodatnie, z drugiej ujemne. Dzięki temu mogli związać atomy ze sobą. Oddziaływania pomiędzy nimi były znacznie słabsze niż pomiędzy atomami w standardowej molekule, ale na tyle silne, że można było mierzyć ich wartość. W atomie jądro o ładunku dodatnim otoczone jest przez chmurę elektronów o ładunku ujemnym. Całość jest obojętna. Jeśli teraz włączymy zewnętrzne pole elektryczne, rozkład ładunków nieco się zmieni. Ładunki dodatnie przemieszczą się w jednym kierunku, ujemne w w drugim i atom będzie posiadał stronę dodatnią i ujemną, stanie się spolaryzowany, mówi profesor Philipp Haslinger. Taką polaryzację atomu można uzyskać też za pomocą światła, które jest szybko zmieniającym się polem elektromagnetycznym. Gdy liczne atomy znajdują się blisko siebie, światło polaryzuje je w ten sam sposób. Więc dwa sąsiadujące ze sobą atomy będą zwrócone do siebie przeciwnymi ładunkami, co spowoduje, że będą się przyciągać. To bardzo słabe oddziaływanie, zatem eksperyment trzeba prowadzić bardzo ostrożnie, by móc zmierzyć siłę oddziaływania. Gdy atomy mają dużo energii i szybko się poruszają, to przyciąganie natychmiast znika. Dlatego też użyliśmy podczas eksperymentów ultrazimnych atomów, wyjaśnia Mira Maiwöger z Wiedeńskiego Uniwersytetu Technologicznego. Naukowcy najpierw złapali atomy w pułapkę i je schłodzili. Następnie pułapka została wyłączona, a uwolnione atomy rozpoczęły swobodny spadek. Taka chmura opadających atomów była niezwykle zimna, jej temperatura była niższa niż 1/1 000 000 kelwina, ale miała na tyle dużo energii, że podczas spadku rozszerzała się. Jeśli jednak na tym etapie atomy zostaną spolaryzowane za pomocą lasera i pojawi się pomiędzy nimi przyciąganie, rozszerzanie się chmury zostaje spowolnione. W ten właśnie sposób można zmierzyć siłę oddziaływania pomiędzy atomami. Polaryzowanie indywidualnych atomów za pomocą lasera nie jest niczym nowym. Kluczowym elementem naszego eksperymentu było jednoczesne spolaryzowanie w sposób kontrolowany wielu atomów i stworzenie mierzalnych oddziaływań pomiędzy nimi, dodaje Matthias Sonnleitner, który opracował teoretyczne założenia eksperymentu. Autorzy eksperymentu zwracają uwagę, że zmierzone przez nich oddziaływanie może odgrywać ważną rolę w astrofizyce. W pustce kosmosu małe siły mogą odgrywać duża rolę. Po raz pierwszy wykazaliśmy, że promieniowanie elektromagnetyczne może tworzyć oddziaływania pomiędzy atomami, co może rzucić nowe światło na niewyjaśnione obecnie zjawiska astrofizyczne, dodaje Haslinger. « powrót do artykułu

Poszukiwanie zjawisk fizycznych wykraczających poza Model Standardowy często wymaga dostępu do potężnych narzędzi, jak Wielki Zderzacz Hadronów, podziemnych wykrywaczy neutrin, ciemnej materii i egzotycznych cząstek. Urządzenia takie są niezwykle kosztowne w budowie i utrzymaniu, ich konstruowanie trwa przez wiele lat i jest ich niewiele, przez co ustawiają się do nich długie kolejki naukowców. Teraz dzięki naukowcom z Holandii może się to zmienić. Opracowali oni bowiem technikę więzienia i badania ciężkich molekuł w warunkach laboratoryjnych. Ciężkie molekuły są świetnym obiektem do badań nad elektrycznym momentem dipolowym elektronu. Jednak dotychczas stosowane metody nie pozwalały na ich uwięzienie w warunkach niewielkiego laboratorium. Standardowe techniki poszukiwania elektrycznego momentu dipolowego elektronu (eEDM) wykorzystują wysoce precyzyjną spektroskopię. Jednak by ją zastosować konieczne jest najpierw spowolnienie molekuł i schwytanie ich w pułapkę laserową lub elektryczną. Problem w tym, że do odkrycia zjawisk wykraczających poza Model Standardowy konieczne może okazać się przechwycenie molekuł zbyt ciężkich, by mogły uwięzić je lasery. Z kolei pułapki elektryczne pozwalają na przechwycenie ciężkich jonów, ale nie obojętnych elektrycznie molekuł. Naukowcy z Uniwersytetu w Groningen, Vrije Universiteit Amsterdam oraz instytutu Nikhef rozpoczęli swoją pracę od stworzenie molekuł fluorku strontu (SrF), które powstały w wyniku reakcji chemicznych zachodzących w kriogenicznym gazie w temperaturze około 20 kelwinów. Dzięki niskiej temperaturze molekuły te mają początkową prędkość 190 m/s, podczas gdy w temperaturze pokojowej wynosi ona ok. 500 m/s. Następnie molekuły wprowadzane są do 4,5-metrowej długości spowalniacza Stark, gdzie zmienne pola elektryczne najpierw je spowalniają, a następnie zatrzymują. Molekuły SrF pozostają uwięzione przez 50 milisekund. W tym czasie można je analizować za pomocą specjalnego systemu indukowanego laserem. Pomiary takie pozwalają badać właściwości elektronów, w tym elektryczny moment dipolowy, dzięki czemu możliwe jest poszukiwanie oznak asymetrii. Model Standardowy przewiduje istnienie eEDM, jednak ma on niezwykle małą wartość. Dlatego też dotychczas właściwości tej nie zaobserwowano. Obserwacja i zbadanie eEDM mogłyby wskazać na istnienie fizyki wykraczającej poza Model Standardowy. Molekuły SrF, którymi zajmowali się Holendrzy, mają masę około 3-krotnie większą niż inne molekuły badane dotychczas podobnymi metodami. Naszym kolejnym celem jest uwięzienie jeszcze cięższych molekuł, jak np. fluorku baru (BaF), który ma macę 1,5 raza większą od SrF. Taka molekuła byłaby jeszcze lepszym celem do pomiarów eEDM, mówi Steven Hoekstra, fizyk z Uniwersytetu w Groningen. Im bowiem cięższa molekuła, tym dokładniejszych pomiarów można dokonać. Jednak możliwość uwięzienia ciężkich molekuł przyda się nie tylko do badania elektrycznego momentu dipolowego elektronu. Można dzięki temu przeprowadzać też zderzenia ciężkich molekuł przy niskich energiach, symulując warunki w przestrzeni kosmicznej. To zaś przyda się podczas badań interakcji na poziomie kwantowym. Hoekstra mówi, że wraz ze swoimi kolegami będą też pracowali nad zwiększeniem czułości pomiarów poprzez zwiększenie intensywności strumienia molekuł. Spróbujemy też uwięzić bardziej złożone molekuły, jak BaOH czy BaOCH3. Dodatkowo wykorzystamy naszą technikę do badania asymetrii w molekułach chiralnych, zapowiada. « powrót do artykułu

VCSEL to najpopularniejszy typ laserów. Znajdziemy je w smartfonach, sieciach komputerowych czy urządzeniach medycznych. Emitują światło z kwantowych studni lub kropek umieszczonych pomiędzy lustrami. Studnie i kropki są niezwykle małe, ich wielkość mierzy się w ułamkach mikrometrów. To z jednej strony zaleta, pozwalająca na miniaturyzację i dużą prędkość pracy, jednak z drugiej strony rozmiar ogranicza moc lasera. Teraz, po dziesięcioleciach prac, udało się opracować rozwiązanie, które pozwoli zwiększyć moc VCSEL, znajdą więc one zastosowanie tam, gdzie stosowane dotychczas być nie mogły. Przez dekady naukowcy próbowali zwiększyć moc VCSEL (vertical cavity surface emitting laser) poprzez wymuszenie na nich pracy grupowej. Chcieli połączyć wiele laserów w jeden, o zwielokrotnionej mocy. Niestety, minimalne niedokładności w procesach produkcyjnych powodowały, że lasery takie pracowały w niewielkich niezależnych od siebie grupach, których emisja nie była ze sobą zsynchronizowana. Niemożliwe było wiec uzyskanie spójnego promienia laserowego. Dopiero teraz naukowcy pracujący pod kierunkiem Sebastiana Klembta z Uniwersytetu w Würzburgu i Mordechaia Segeva z Izraelskiego Instytutu Technologii Technion, opracowali metodę na wymuszanie spójnej pracy 30 VCSEL. Udało im się to dzięki ułożeniu laserów tak, by geometria całości była zgodna z tym, czego uczeni dowiedzieli się z badań nad izolatorami topologicznymi. Izolatory topologiczne to niezwykłe materiały. Są jednorodne, a mimo to wewnątrz są izolatorami, podczas gdy ich powierzchnia jest przewodnikiem. Materiały takie odkryto dawno, ale historia ich zastosowania w laserach liczy sobie zaledwie 8 lat gdy Segev i naukowcy z Uniwersytetu w Rostocku zaprezentowali pierwszy fotoniczny izolator topologiczny. W laserze tym światło wędrowało wzdłuż krawędzi dwuwymiarowej macierzy falowodów i nie było zakłócane przez ich niedoskonałości. Kilka lat później Segev wraz z inną już grupą współpracowników pokazał, że możliwe jest zmuszenie wielu takich laserów do współdziałania. Jednak system miał poważne ograniczenia. Światło krążyło w płaszczyźnie układu, który je generował. To zaś oznaczało, że moc systemu była ograniczona przez wielkość urządzenia do emisji światła. Naukowcy porównują to do elektrowni, z której wychodzi tylko jedno gniazdko do podłączenia urządzenia. Nowa topologiczna macierz VSCEL składa się z dwóch typów macierzy w kształcie plastra miodu, na wierzchołkach których umieszczono nanoskalowe kolumienki. Jednym z typów macierzy jest macierz rozciągnięta, drugim – ściśnięta. Uczeni stworzyli specjalny interfejs pomiędzy nimi. Gdy ma on odpowiednie parametry, otrzymujemy topologiczny interfejs, w którym światło musi przepływać pomiędzy laserami. Taki ciągły topologicznie chroniony przepływ światła powoduje, że światło każdego z laserów musi dotrzeć do wszystkich innych laserów, dzięki czemu otrzymujemy spójną wiązkę, wyjaśnia Segev. Obecnie więc światło krąży w całej macierzy, ale jest też emitowane przez każdy z laserów, wchodzących w jej skład. Topologiczne założenia naszego lasera będą działały dla wszystkich długości fali i różnych materiałów. To, ile mikrolaserów możemy połączyć w macierz zależy wyłącznie od tego, jak mają być stosowane. Możemy stworzyć wielką macierz i powinna ona emitować spójne światło dla dużej liczby laserów. To wspaniałe, że topologia, która w przeszłości była wyłącznie dziedziną matematyki, staje się rewolucyjnym narzędziem pozwalającym na kontrolowanie i udoskonalanie laserów, cieszy się profesor Klembt. Nasza praca to przykład potęgi topologicznego transportu światła. Niewielkie sprzężenie na płaszczyźnie wystarczy, by wymusić na macierzy indywidualnych źródeł emisji działanie w roli pojedynczego źródła, czytamy na łamach Science. « powrót do artykułu

Na szczycie Mount Säntis w Alpach Szwajcarskich zainstalowano potężny laser, za pomocą którego naukowcy chcą sprawdzić, czy systemy laserowe mogą kontrolować i przekierowywać pioruny. Prototypowa instalacja – ważący pięć ton laser o długości dziewięciu metrów – została umieszczona przy 123-metrowej wieży telekomunikacyjnej. Naturalne wyładowania atmosferyczne to wciąż poważny problem. W samych tylko Stanach Zjednoczonych powodowane nimi straty – związane głównie z zakłóceniami ruchu lotniczego, uszkodzeniami samolotów i linii wysokiego napięcia – sięgają 5 miliardów dolarów rocznie. Tymczasem wciąż korzystamy z opracowanego w 1752 roku piorunochronu pomysłu Benjamina Franklina. Nie jest to optymalne rozwiązanie. Piorunochronów nie da się instalować wszędzie, chronią one tylko przed bezpośrednim uderzeniem, a prowadząc ładunek do ziemi mogą powodować kolejne problemy, jak interferencja magnetyczna czy skoki napięcia w różnych urządzeniach. Koncepcja „laserowego piorunochronu” pojawiła się całe dziesięciolecia temu, jednak środowisko naukowe było podzielone w kwestii jej przydatności. Przed czterema laty rozpoczęto finansowany przez Unię Europejską projekt badawczy Laser Lightning Rod (LLR). Owocem projektu jest zainstalowany niedawno na Mount Säntis wielki laser. LLR to obecnie jeden z najpotężniejszych laserów w swojej klasie, stwierdził inżynier Clemens Herkommer z firmy TRUMPF Scientiic Lasers, która była partnerem projektu. Terawatowy laser wystrzeliwuje w stronę chmur 1000 ultrakrótkich impulsów na sekundę. W ten sposób powstaje długi kanał zjonizowanego powietrza nazwany laserowym włóknem. Zjonizowane powietrze stawia mniejszy opór elektryczny, a że wyładowania przebiegają właśnie po trasie najmniejszego oporu, naukowcy mają nadzieję, że laserowe włókno będzie stanowiło dla pioruna preferowaną ścieżkę, gdy dojdzie do wyładowania. W ten sposób energia wyładowania atmosferycznego ma zostać przekierowana tam, gdzie może wyrządzić ono jak najmniej szkód. Wystrzeliwując w chmury tysiąc impulsów na sekundę, możemy bezpiecznie rozładować ładunek elektryczny i spowodować, że świat stanie się nieco bezpieczniejszy, mówi Herkommer. Szczyt Mount Säntis jest jednym z tych miejsc w Europie, gdzie dochodzi do najczęstszych uderzeń piorunów. Każdego roku doświadcza on około 100 takich wydarzeń, a większość z nich ma miejsce pomiędzy majem a sierpniem. Już wkrótce powinniśmy poznać wstępne wyniki działania LLR. Jeśli system się sprawdzi, nie można wykluczyć, że w przyszłości laserowe piorunochrony będą czuwały nad bezpieczeństwem lotnisk, elektrowni atomowych i innej krytycznej infrastruktury. « powrót do artykułu

Specjaliści z Niemieckiego Synchrotronu Elektronowego (DESY – Deutsches Elektronen-Synchrotron) i Uniwesytetu w Hamburgu osiągnęli ważny krok milowy na drodze do stworzenia akceleratora cząstek przyszłości. Po raz pierwszy w historii laserowy akcelerator plazmowy pracował bez przerwy dłużej niż przez dobę. Urządzenie LUX było uruchomione przez 30 godzin. To przybliża nas do momentu, gdy ten innowacyjny akcelerator cząstek będzie mógł pracować w trybie ciągłym. Najwyższy czas, by technologia ta wyszła z laboratorium i znalazła zastosowanie w praktyce, mówi dyrektor Wydziału Akceleratora w DESY, Wim Leemans. Przed kilku laty brał on udział w stworzeniu w USA wyjątkowego lasera BELLA. Fizycy mają nadzieję, że technologia laserowych akceleratorów plazmowych pozwoli na budowę kompaktowych akceleratorów o unikatowych właściwościach, które znajdą liczne zastosowania. W technologii tej impuls laserowy tworzy falę plazmy w cienkim zbiorniku kapilarnym. Plazma to gaz, którego molekuły zostały pozbawione elektronów. W LUX gazem tym jest wodór. Impulsy lasera żłobią sobie drogę w gazie, pozbawiając molekuły wodoru elektronów i usuwając je na bok. Wzbudzone impulsem światła elektrony uzyskują dużą energię i są niesione przez dodatnio naładowaną falę plazmy przed nimi, wyjaśnia Andreas Maier, który stał na czele grupy badawczej DESY. Technika ta pozwala na uzyskanie nawet 1000-krotnie większych przyspieszeń cząstek niż za pomocą najpotężniejszych tradycyjnych akceleratorów. Można więc przyspieszać je do olbrzymich prędkości na krótkich odcinkach. A to oznacza, że laserowe akceleratory plazmowe mogą być potężnymi kompaktowymi urządzeniami, które znajdą zastosowanie zarówno w naukach podstawowych jak i w medycynie. Technika wymaga jeszcze dopracowania i przed naukowcami jest sporo problemów technicznych do rozwiązania. Teraz, gdy możemy uruchamiać nasze wiązki przez dłuższy czas, łatwiej nam będzie rozwiązać te problemy, dodaje Maier. Podczas rekordowo długiej pracy naukowcom udało się uzyskać ponad 100 000 wiązek elektronów. Wiązka była generowana w mniej niż sekundę. Dzięki temu zdobyto olbrzymie ilości danych dotyczących pracy akceleratora. Teraz możemy na przykład precyzyjnie zidentyfikować, w którym miejscu lasera generowane są niepożądane fluktuacje wiązki. Wiemy więc, gdzie zacząć prace nad poprawą jej jakości. To zaś podstawa do opracowania aktywnych technik stabilizacji wiązki, podobnych do tych, jakie są wykorzystywane w tradycyjnych wielkich akceleratorach, stwierdza Leemans. Naukowcy mówią, że ich system już teraz mógłby pracować dłużej niż 30 godzin, ale celowo zatrzymali go po 30 godzinach. Po pierwszym takim udanym eksperymencie powtarzali go jeszcze trzykrotnie. To dowodzi, że laserowe akceleratory plazmowe mogą generować powtarzalny i kontrolowalny impuls. To pozwala na dalszy rozwój tej technologii, podsumowuje Leemans. O szczegółach można przeczytać na łamach Physical Review X. Zainteresowanie laserowymi akceleratorami plazmowymi szybko rośnie. Niedawno informowaliśmy, że europejskie konsorcjum EuPRAXIA chce zbudować praktyczny akcelerator plazmowy. Obecnie na świecie istnieje około 20 takich prototypowych urządzeń. « powrót do artykułu

Fizycy z MIT opracowali kwantowy „ściskacz światła”, który redukuje szum kwantowy w laserach o 15%. To pierwszy taki system, który pracuje w temperaturze pokojowej. Dzięki temu możliwe będzie wyprodukowanie niewielkich przenośnych systemów, które będzie można dobudowywać do zestawów eksperymentalnych i przeprowadzać niezwykle precyzyjne pomiary laserowe tam, gdzie szum kwantowy jest obecnie poważnym ograniczeniem. Sercem nowego urządzenia jest niewielka wnęka optyczna znajdująca się w komorze próżniowej. We wnęce umieszczono dwa lustra, z których średnia jednego jest mniejsza niż średnica ludzkiego włosa. Większe lustro jest zamontowane na sztywno, mniejsze zaś znajduje się na ruchomym wsporniku przypominającym sprężynę. I to właśnie kształt i budowa tego drugiego, nanomechanicznego, lustra jest kluczem do pracy całości w temperaturze pokojowej. Wpadające do wnęki światło lasera odbija się pomiędzy lustrami. Powoduje ono, że mniejsze z luster, to na wsporniku zaczyna poruszać się w przód i w tył. Dzięki temu naukowcy mogą odpowiednio dobrać właściwości kwantowe promienia wychodzącego z wnęki. Światło lasera opuszczające wnękę zostaje ściśnięte, co pozwala na dokonywanie bardziej precyzyjnych pomiarów, które mogą przydać się w obliczeniach kwantowych, kryptologii czy przy wykrywaniu fal grawitacyjnych. Najważniejszą cechą tego systemu jest to, że działa on w temperaturze pokojowej, a mimo to wciąż pozwala na dobieranie parametrów z dziedziny mechaniki kwantowej. To całkowicie zmienia reguły gry, gdyż teraz będzie można wykorzystać taki system nie tylko w naszym laboratorium, które posiada wielkie systemy kriogeniczne, ale w laboratoriach na całym świecie, mówi profesor Nergis Mavalvala, dyrektor wydziału fizyki w MIT. Lasery emitują uporządkowany strumień fotonów. Jednak w tym uporządkowaniu fotony mają pewną swobodę. Przez to pojawiają się kwantowe fluktuacje, tworzące niepożądany szum. Na przykład liczba fotonów, które w danym momencie docierają do celu, nie jest stała, a zmienia się wokół pewnej średniej w sposób, który jest trudny do przewidzenia. Również czas dotarcia konkretnych fotonów do celu nie jest stały. Obie te wartości, liczba fotonów i czas ich dotarcia do celu, decydują o tym, na ile precyzyjne są pomiary dokonywane za pomocą lasera. A z zasady nieoznaczoności Heisenberga wynika, że nie jest możliwe jednoczesne zmierzenie pozycji (czasu) i pędu (liczby) fotonów. Naukowcy próbują radzić sobie z tym problemem poprzez tzw. kwantowe ściskanie. To teoretyczne założenie, że niepewność we właściwościach kwantowych lasera można przedstawić za pomocą teoretycznego okręgu. Idealny okrąg reprezentuje równą niepewność w stosunku do obu właściwości (czasu i liczby fotonów). Elipsa, czyli okrąg ściśnięty, oznacza, że dla jednej z właściwości niepewność jest mniejsza, dla drugiej większa. Jednym ze sposobów, w jaki naukowcy realizują kwantowe ściskanie są systemy optomechaniczne, które wykorzystują lustra poruszające się pod wpływem światła lasera. Odpowiednio dobierając właściwości takich systemów naukowcy są w stanie ustanowić korelację pomiędzy obiema właściwościami kwantowymi, a co za tym idzie, zmniejszyć niepewność pomiaru i zredukować szum kwantowy. Dotychczas optomechaniczne ściskanie wymagało wielkich instalacji i warunków kriogenicznych. Działo się tak, gdyż w temperaturze pokojowej energia termiczna otaczająca system mogła mieć wpływ na jego działanie i wprowadzała szum termiczny, który był silniejszy od szumu kwantowego, jaki próbowano redukować. Dlatego też takie systemy pracowały w temperaturze zaledwie 10 kelwinów (-263,15 stopni Celsjusza). Tam gdzie potrzebna jest kriogenika, nie ma mowy o niewielkim przenośnym systemie. Jeśli bowiem urządzenie może pracować tylko w wielkiej zamrażarce, to nie możesz go z niej wyjąć i uruchomić poza nią, wyjaśnia Mavalvala. Dlatego też zespół z MIT pracujący pod kierunkiem Nancy Aggarval, postanowił zbudować system optomechaczniczny z ruchomym lustrem wykonanym z materiałów, które absorbują minimalne ilości energii cieplnej po to, by nie trzeba było takiego systemu chłodzić. Uczeni stworzyli bardzo małe lustro o średnicy 70 mikrometrów. Zbudowano je z naprzemiennie ułożonych warstw arsenku galu i arsenku galowo-aluminowego. Oba te materiały mają wysoce uporządkowaną strukturę atomową, która zapobiega utratom ciepła. Materiały nieuporządkowane łatwo tracą energię, gdyż w ich strukturze znajduje się wiele miejsc, gdzie elektrony mogą się odbijać i zderzać. W bardziej uporządkowanych materiałach jest mniej takich miejsc, wyjaśnia Aggarwal. Wspomniane wielowarstwowe lustro zawieszono na wsporniku o długości 55 mikrometrów. Całości nadano taki kształt, by absorbowała jak najmniej energii termicznej. System przetestowano na Louisiana State University. Dzięki niemu naukowcy byli w stanie określić kwantowe fluktuacje liczby fotonów względem czasu ich przybycia do lustra. Pozwoliło im to na zredukowanie szumu o 15% i uzyskanie bardziej precyzyjnego „ściśniętego” promienia. « powrót do artykułu

W październiku ubiegłego roku informowaliśmy, że Dziewiąta Planeta, hipotetyczny nieznany dotychczas obiekt wchodzący w skład Układu Słonecznego, może nie być planetą. Astronomowie Jakub Scholtz z Durham University i James Unwin z University of Illinois at Chicago zaproponowali hipotezę mówiącą, że to... pierwotna czarna dziura. Teraz Edward Witten z Princeton University zauważa, że takiego obiektu nie można by wykryć za pomocą teleskopów, jednak stwierdza, że można by go zauważyć wysyłając w kierunku jego domniemanego położenia setki lub tysiące niewielkich sond. Propozycja Wittena to modyfikacja projektu Breakthrough Starshot. Jak pisaliśmy, autorzy tego projektu proponują wysłanie do Alfa Centauri pojazdu napędzanego żaglem słonecznym. Pojazd taki zostałyby rozpędzony za pomocą światła lasera do prędkości 20% prędkości światła i dotarłby do Alfa Centauri w ciągu 20 lat. Witten oblicza zaś, że wykorzystując podobny system można by wysłać w podróż większy pojazd – o wadze około 100 gramów – dzięki czemu nie byłaby potrzebna tak wielka miniaturyzacja jak w Breakthrough Starshot. Pojazd taki, poruszając się z prędkością 0,001 (300 km/s) c mógłby w ciągu 10 lat przebyć odległość 500 jednostek astronomicznych. Wysyłając całą flotę w stronę, gdzie powinna znajdować się hipotetyczna czarna dziura krążąca w Układzie Słonecznym może zdarzyć się tak, że kilka z tych sond przeleci w odległości nie większej niż kilkadziesiąt jednostek astronomicznych. Oddziaływanie dziury spowodowałoby, że sondy by przyspieszyły. Jeśli wysyłałyby one regularne sygnały na Ziemię, oddziaływanie grawitacyjne czarnej dziury spowodowałyby wydłużenie interwału pomiędzy impulsami. Witten oblicza, że do wykrycia w ten sposób czarnej dziury potrzeba by było sygnałów, których opóźnienie lub przyspieszenie byłoby mniejsze niż 10-5 sekundy na rok. Taką dokładność można bez przeszkód uzyskać za pomocą współczesnych zegarów atomowych. Jednak trudno wyobrazić sobie umieszczenie zegara atomowego w pojeździe ważącym zaledwie 100 gramów. Witten przyznaje, że jego propozycja jest bardziej teoretyczna niż praktyczna. Nie wiem, ani czy taki pomysł da się zrealizować, ani czy – gdyby było to możliwe to realizacji – jest to najlepszy sposób. Na artykuł Wittena zareagowali Scott Lawrence i Zeeve Rogoszinski z University of Maryland, którzy zaproponowali rozwiązanie bez potrzeby używania zegarów atomowych. Ich zdaniem obecność czarnaj dziury można by stwierdzić wykrywając zaburzenia trajektorii ruchu sond wywołane przez jej oddziaływanie grawitacyjne. W przeciwieństwie do pomysłu Wittena, gdzie różnice w sygnałach są powodowane przyspieszeniem próbników w pobliżu czarnej dziury, pomysł Lawrence'a i Rogoszinskiego ma i tę zaletę, że zaburzenia orbity próbników kumulowałyby się przez wiele lat. Co po latach sondy zboczyłyby z toru lotu o 1000 kilometrów. Co prawda znajdowałyby się wówczas w odległości 500 j.a. od Ziemi, jednak – jak wyliczają naukowcy – zaburzenia trajektorii można by wykryć za pomocą interferometrii bazowej wykorzystującej wysokie częstotliwości radiowe. Tutaj jednak pojawiaj się inny problem techniczny. Sondy musiałyby albo emitować taki sygnał, albo przynajmniej go odbijać. Jednak być może obie propozycje należy wyrzucić do kosza. Jak bowiem zauważają w swojej pracy Theim Haong z Koreańskiego Instytutu Astronomii i Badań Kosmosu oraz Abraham Loez z Uniwersytetu Harvarda, autorzy dwóch wspomnianych pomysłów potraktowali sondy jako obiekty podlegające jedynie grawitacji. Tymczasem opory i oddziaływania elektromagnetyczne w nierównomiernie rozłożonej materii międzygwiezdnej również wpływałyby na trajektorię i prędkość sond, przykrywając wszelki wpływ czarnej dziury. Mike Brown z Caltechu, który wraz z Konstantinem Batyginem wysunęli hipotezę o istnieniu Dziewiątej Planety mówi, że podobają mu się te propozycje. Jednak uważam, że nie ma żadnych podstaw, by sądzić, że Dziewiąta Planeta jest w rzeczywistości czarną dziurą. Wciąż jej szukamy. Jeśli nie znajdziemy jej za pomocą obecnie dostępnych narzędzi, co myślę, że szybko zostanie ona zauważona dzięki Vera C Rubin Observatory. Nie wiem jednak, kiedy to nastąpi. « powrót do artykułu

Naukowcy z Uniwersytetu Stanforda i SLAC National Accelerator Laboratory stworzyli pierwszy na świecie akcelerator cząstek na chipie. Za pomocą podczerwonego lasera na długości ułamka średnicy ludzkiego włosa można cząstkom nadać energię, którą  mikrofale nadają im na przestrzeni wielu metrów. Akcelerator na chipie to prototyp, ale profesor Jelena Vuckovic, która kierowała zespołem badawczym, mówi, że zarówno projekt jak i techniki produkcyjne, można skalować tak, by uzyskać strumienie cząstek o energiach wystarczających do prowadzenia zaawansowanych eksperymentów chemicznych, biologicznych czy z nauk materiałowych. Akcelerator na chipie przyda się wszędzie tam, gdzie nie są wymagane najwyższe dostępne energie. Największe akceleratory są jak potężne teleskopy. Na świecie jest ich tylko kilka i naukowcy muszą przyjeżdżać do takich miejsc jak SLAC by prowadzić eksperymenty. Chcemy zminiaturyzować technologię akceleratorów, by stała się ona bardziej dostępnym narzędziem naukowym, wyjaśnia. Uczeni porównują swoje osiągnięcie do przejścia od potężnych mainframe'ów do posiadających mniejszą moc obliczeniową, ale wciąż użytecznych, pecetów. Fizyk Robert Byer mówi, że technologia accelerator-on-a-chip może doprowadzić do rozwoju nowych metod radioterapii nowotworów. Obecnie maszyny do radioterapii do wielkie urządzenia emitujące promieniowanie na tyle silne, że może ono szkodzić zdrowym tkankom. W naszym artykule stwierdzamy, że może być możliwe skierowanie strumienia cząstek precyzyjnie na guza, bez szkodzenia zdrowym tkankom, mówi uczony. Za każdym razem, gdy laser emituje impuls – a robi to 100 000 razy na sekundę – fotony uderzają w elektrony i je przyspieszają. Wszystko to ma miejsce na przestrzeni krótszej niż średnica ludzkiego włosa. Celem grupy Vukovic jest przyspieszenie elektronów do 94% prędkości światła, czyli nadanie im energii rzędu 1 MeV (milion elektronowoltów). W ten sposób otrzymamy przepływ cząstek o energii na tyle dużej, że będzie je można wykorzystać w medycynie czy badaniach naukowych. Stworzony obecnie prototyp układu zawiera 1 kanał przyspieszający. Do nadania energii 1 MeV potrzebnych będzie tysiąc takich kanałów. I, wbrew pozorom, będzie to prostsze niż się wydaje. Jako, że mamy tutaj w pełni zintegrowany układ scalony, znajdują się już w nim wszystkie elementy potrzebne do wykonania zadania. Vukovic twierdzi że do końca bieżącego roku powstanie chip w którym elektrony zyskają energię 1 MeV. Będzie on miał długość około 2,5 centymetra. Inżynier Olav Solgaard nie czeka na ukończenie prac nad chipem. Już teraz zastanawia się nad wykorzystaniem go w onkologii. Obecnie wysokoenergetyczne elektrony nie są używane w radioterapii, gdyż doprowadziłyby do oparzeń skóry. Dlatego też Solgaard pracuje rodzajem lampy elektronowej, którą wprowadzałoby się chirurgicznie w pobliże guza i traktowało chorą tkankę strumieniem elektronów generowanych przez akcelerator na chipie. Warto w tym miejscu przypomnieć o rewolucyjnym laserze BELLA (Berkeley Lab Laser Accelerator), o którym informowaliśmy przed kilku laty. To najpotężniejszy kompaktowy akcelerator na świecie. Na przestrzeni 1 metra nadaje on cząstkom energie liczone w gigaelektronowoltach (GeV). « powrót do artykułu

Fizyk z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Riverside przeprowadził obliczenia, z których wynika, że bąble wypełnione gazem zawierającym pozytonium są stabilne w ciekłym helu. Obliczenia przybliżają nas do powstania lasera emitującego promieniowanie gamma, który może mieć zastosowanie w obrazowaniu medycznym, napędzie kosmicznym i leczeniu nowotworów. Pozytonium to układ złożony z elektronu (e-) i jego antycząstki pozytonu (e+) krążących wokół wspólnego środka masy. Jego średni czas życia wynosi około 142 ns, a następnie pozyton i elektron ulegają anihilacji, podczas której emitowane jest promieniowanie gamma. Do stworzenia lasera gamma potrzebujemy pozytonium w stanie zwanym kondensatem Bosego-Einsteina. Z moich obliczeń wynika, że zanurzone w ciekłym helu bąble składające się z milionów pozytonium miałyby gęstość sześciokrotnie większą od powietrza i tworzyłyby kondensat Bosego-Einsteina, mówi autor badań, Allen Mills z Wydziału Fizyki i Astronomii. Praca Millsa ukazał się właśnie w Physical Review A. Hel, drugi najbardziej rozpowszechniony pierwiastek we wszechświecie, przybiera formę ciekłą jedynie w bardzo niskich temperaturach. Hel ma ujemne powinowactwo do pozytonium, więc w ciekłym helu powstają bąble, gdyż hel odpycha pozytonium. Mills, który stoi na czele Positron Laboratory w UC Riverside poinformował, że jego laboratorium rozpoczęło konfigurację swoich urządzeń tak, by uzyskać stabilne bąble pozytonium w ciekłym helu. Mogą one służyć jako źródło zbudowanego z pozytonium kondensatu Bosego-Einsteina. Chcemy w najbliższym czasie przeprowadzić eksperymenty z tunelowaniem pozytonium przez grafenową membranę, która nie przepuszcza zwykłych atomów, w tym atomów helu, oraz stworzenie lasera działającego dzięki pozytonium. Laser taki mógłby znaleźć zastosowanie w informatyce kwantowej, mówi Mills. « powrót do artykułu

Terapia przeciwnowotworowa, której celem było usunięcie guza bez potrzeby odwoływania się do radio- i chemioterapii czy chirurgii, pomyślnie przeszła kolejny etap badań klinicznych. Rok po leczeniu u 13 z 15 pacjentów cierpiących wcześniej na nowotwór prostaty, nie wykryto śladów choroby. Terapia, opracowana na Rice University, jest prawdopodobnie pierwszą fototermalną terapią przeciwnowotworową, której pozytywne wyniki zostały opublikowane w piśmie recenzowanym. Jej opis ukazał się na łamach PNAS. W badaniach wzięło udział 16 mężczyzn w wieku 58–79 lat ze zlokalizowanym rakiem prostaty stwarzającym niskie i średnie ryzyko wzrostu i przerzutowania. Terapia polegała na zlokalizowanej ablacji za pomocą nanocząstek złota. Piętnastu pacjentom pierwszego dnia dożylnie podano nanocząstki złota, a drugiego dnia przeprowadzono zabieg ablacji. Wszyscy tego samego dnia wrócili do domu. Po 3, 6 i 12 miesiącach po zabiegu przeprowadzono badania pod kątem występowania u nich nowotworu. Jedynie u 2 z 15 mężczyzn wykryto guza. Wstrzyknięcie nanosfer ze złota i krzemu pozwoliło na precyzyjne usunięcie guza i oszczędzenie reszty prostaty. W ten sposób uniknęliśmy niekorzystnych skutków ubocznych i poprawiliśmy komfort życia pacjentów, którzy po tradycyjnych zabiegach mogliby mieć m.in. problemy z erekcją czy utrzymaniem moczu, powiedział główny autor badań, profesor Ardeshir Rastinehad. Badania kliniczne wciąż trwają i dotychczas wzięło w nich udział 44 pacjentów leczonych Nowym Jorku, Teksasie i Michigan. Autorkami nowej terapii są inżynier Naomi Halas i bionżynier Jennifer West. Przed około 20 laty postanowiły one skupić się na terapii bazującej na nanocząstkach i od około roku 2000 nad takim rozwiązaniem pracowały. Same nanocząstki, krzemowe sfery pokryte złotem, zostały stworzone przez Halas w 1997 roku. Uczona wykazała, że zmieniając grubość warstwy złota można spowodować, że nanocząstki będą reagowały na światło o różnej długości fali. Około 2000 roku wraz z West opracowała sposób niszczenia komórek nowotworowych poprzez podgrzanie nanocząstek za pomocą lasera o niskiej mocy pracującego w bliskiej podczerwieni. Ten zakres fali światła penetruje tkanki nie czyniąc im krzywdy. Panie zyskały rozgłos i założyły firmę Nanospectra Biosciences, której celem było przystosowanie nowej terapii do zastosowań klinicznych. W tym samym czasie ojciec pani Halas zachorował na nowotwór prostaty i widząc, jak cierpi w wyniku skutków ubocznych leczenia, uczona zdecydowała, że będzie prowadziła badania nanocząstek pod kątem opracowania terapii bez skutków ubocznych. Prace trwały tak długo m.in. z tego powodu, że West i Halas stworzyły zupełnie nową technologię i Agencja ds. Żywności i Leków (FDA) nie wiedziała, jak się do niej odnieść. To były pierwsze nanocząstki, które rzeczywiście nadawały się do wprowadzenia do ludzkiego organizmu. Miałyśmy coś, co wyglądało jak kroplówka. FDA nie wiedziała, czy traktować je jak lek czy jako urządzenie. W pewnym momencie w FDA zastanawiano się nawet nad stworzeniem osobnego wydziału zajmującego się nanoterapiami, wspomina West. W końcu agencja zdecydowała się na regulowanie nowej terapii i uznanie jej za leczenie urządzeniem. Przed około 10 lat rozpoczęły się pierwsze testy kliniczne, których celem była ocena bezpieczeństwa terapii. Testy prowadzono na pacjentach z najbardziej zaawansowanymi stadiami rozwoju nowotworów głowy i szyi. W 2015 roku do obu pań dołączył doktor Rastinehad, który był jednym z autorów nowej techniki precyzyjnego obrazowania nowotworów prostaty. To on zaproponował wykorzystanie tej techniki – łączącej rezonans magnetyczny i ultradźwięki – jako platformy do minimalnie inwazyjnego precyzyjnego leczenia guzów prostaty za pomocą nanocząstek Halas i West. Ta praca pokazuje, jakie możliwości stoją za połączonymi siłami inżynierii i medycyny. Pozwalają one na praktyczne zastosowanie nowych technologii w medycynie klinicznej i poprawienie komfortu życia pacjentów, mówi West. « powrót do artykułu

W ramach prowadzonego przez Pentagon projektu Non-Lethal Weapons Program powstały... gadające kule plazmy. Naukowcy pracujący przy projekcie Laser Induced Plasma Effect wykorzystują lasery do zadawania bólu bez wywoływania oparzeń, generowania silnych dźwięków i rozbłysków oraz wydawania poleceń głosowych na odległość. Wykorzystywane promienie lasera mogą przejść przez szyby budynku, jednak nie penetrują jeszcze innych ciał stałych. Technologia znajduje się w początkowej fazie rozwoju. W przyszłości ma ona posłużyć ochronie baz wojskowych, różnego typu instalacji czy innych stałych elementów. Nie można jednak wykluczyć, że po opracowaniu odpowiedniego źródła zasilania urządzenia będzie można montować na samochodach i np. wykorzystywać je do kontroli tłumów czy ochrony konwojów. Podczas ostatniej rundy testów specjaliści skupili się na generowaniu ludzkiej mowy za pomocą lasera. Pomysł polega na wytworzeniu plazmy za pomocą jednej wiązki lasera, a następnie na potraktowaniu plazmy kolejnymi wiązkami tak, by wprawić ją w drgania o odpowiedniej częstotliwości i wygenerować ludzką mowę. Właśnie udało się to osiągnąć w warunkach laboratoryjnych. Dave Law, główny naukowiec w Non-Lethal Wapons Directorate mówi, że kolejnym celem jest wygenerowanie gadającej plazmy w laboratorium w odległości 100 metrów od laserów, później naukowcy będą chcieli przeprowadzić podobny eksperyment, ale na odległości liczonej w kilometrach. Law optymistycznie patrzy w przyszłość nowej technologii. Głównym problemem było bowiem opracowanie i dostrojenie algorytmu generującego mowę. Gdy już go rozwiązano, odległość przestaje być przeszkodą. Można to zastosować wszędzie. Odległość nie robi różnicy. Wystarczy wygenerować plazmę w pobliżu celu, modulować ją i wytworzyć mowę, mówi uczony. Jego zdaniem w ciągu 5 lat technologia będzie już na tyle dojrzała, że będzie można wyposażyć w nią oddziały wojskowe. Co więcej, ta sama technologia może zostać użyta jeszcze na dwa inne sposoby. Można za jej pomocą uzyskać efekt granatu hukowego. Pozwala bowiem na niemal nieprzerwane generowanie impulsów dźwiękowych o głośności 155 decybeli w pobliżu wyznaczonego celu. To znaczny postęp w porównaniu z granatem hukowym, który generuje maksymalnie dwa impulsy. Po drugie pozwala ona, za mocą bardzo krótkich impulsów laserowych, wytworzyć niewielką kulkę plazmy i skierować ją, przez ubranie, na skórę człowieka. Plazma wyżłobi w skórze miniaturowy otwór, zbyt mały by mówić o uszkodzeniu skóry, ale wystarczający, by wywołać odczucia bólowe. Można więc w ten sposób powstrzymywać napastnika czy rozpraszać tłum, nie robiąc ludziom krzywdy. Na załączonym poniżej filmie można posłuchać gadającej plazmy.   « powrót do artykułu

Międzynarodowy zespół naukowy opracował metodę przechowywania danych, która niemal nie zużywa energii. Cyfrowe dane są zapisane na nośniku magnetycznym, który nie potrzebuje zasilania. Cała metoda jest niezwykle szybka i rozwiązuje problem zwiększenia wydajności przetwarzania danych bez zwiększania poboru energii. Obecnie centra bazodanowe odpowiadają za 2–5 procent światowego zużycia energii. W czasie ich pracy generowane są olbrzymie ilości ciepła, które wymagają dużych ilości energii przeznaczonej na chłodzenie. Problem jest na tyle poważny, że np. Microsoft zatopił centra bazodanowe w oceanie, by je lepiej chłodzić i obniżyć koszty. Większość danych przechowywanych jest w formie cyfrowej, gdzie 0 i 1 są reprezentowane za orientacji domen magnetycznych. Nad materiałem magnetycznym przesuwa się głowica odczytująco/zapisująca. Teraz na łamach Nature dowiadujemy się o nowej metodzie zapisu, która wykorzystuje niezwykle krótkie, trwające bilionowe części sekundy, impulsy światła, które wysyłane są do anten umieszczonych na magnesach. Całość pracuje niezwykle szybko i niemal nie zużywa przy tym energii, gdyż temperatura magnesów nie rośnie. Autorzy nowej metody wykorzystali impulsy światła w zakresie dalekiej podczerwieni, w paśmie teraherców. Jednak nawet najpotężniejsze terahercowe źródła światła nie są na tyle mocne, by zmienić orientację pola magnetycznego. Przełom nadszedł, gdy uczeni opracowali wydajny mechanizm sprzęgania pomiędzy spinem pola magnetycznego i terahercowym polem elektrycznym. Następnie stworzyli miniaturowe anteny, które pozwalają skoncentrować, a zatem i wzmocnić pole elektryczne światła. Okazało się ono na tyle silne, że można za jego pomocą zmieniać spin w ciągu bilionowych części sekundy. Temperatura magnesu nie rośnie podczas pracy, gdyż cały proces zapisu wymaga jednego kwanta energii na spin. Rekordowo niski pobór energii czyni tę metodę skalowalną. Przyszłe systemy do składowania danych będą mogły wykorzystać również świetne zdefiniowanie przestrzenne anten, co pozwoli na stworzenie praktycznych układów pamięci magnetycznej o maksymalnej prędkości i efektywności energetycznej, mówi jeden z autorów badań, doktor Rościsław Michajłowskij z Lancaster University. Uczony planuje przeprowadzenie kolejnych badań, podczas których chce wykorzystać nowy ultraszybki laser z Lancaster University oraz akceleratory z Cockroft Institute zdolne do generowania intensywnych impulsów światła. Chce w ten sposób określić praktyczne i fundamentalne limity prędkości i energii dla zapisu magnetycznego. « powrót do artykułu

Praca amerykańskiego naukowca może pomóc w odtworzeniu zniszczonych elementów katedry Notre Dame. W 2015 roku Andrew Tallon, profesor sztuki z Vassar College wykorzystał lasery do stworzenia szczegółowej cyfrowej kopii kościoła. Uczony specjalizował się w badaniu architektury gotyku i próbował zrozumieć, w jaki sposób powstały wielkie katedry Europy. Podczas tworzenia cyfrowej kopii Notre Dame uczony dokonał ponad 2 miliardów pomiarów. Tallon zmarł w grudniu ubiegłego roku, jednak jego praca może okazać się nieocenioną pomocą, gdyż dokładnie pokazuje, jak katedra wyglądała przed pożarem, a że została wykonana w celach naukowych, to zawarto w niej wiele nieocenionych narzędzi, takich jak np. możliwość pomiarów odległości czy kątów pomiędzy wybranymi punktami. Jeśli pojawi się jakaś wątpliwość do co tego, jak dany element wyglądał, można skorzystać z cyfrowej wersji i wszystko dokładnie zmierzyć. Skany są niezwykle dokładne i zawierają szczegóły, o jakich kilka lat wcześniej nie można było marzyć, mówi Dan Edelson, dyrektor firmy STEREO specjalizującej się w modelowaniu informacji. Przez wieki Notre Dame była zmieniana, ozdabiana, przebudowywana i odnawiana. Jednak dzięki modelowi stworzonemu przez Tallona można było zauważyć szczegóły, które wcześniej pozostały ukryte. Na przykład okazało się,że wewnętrzne kolumny na zachodnim krańcu świątyni nie stoją w jednej linii. W czasie swojej pracy Tallon ustawił laser w ponad 50 miejscach katedry i dokonywał stamtąd szczegółowych pomiarów laserowych. Pomiarów dokonał z dokładnością do milimetrów, dzięki czemu możliwe będzie odtworzenie np. konstrukcji zawalonego dachu. Oczywiście sam model Tallona nie wystarczy. Podczas odbudowy specjaliści będą korzystali z zapisów dotyczących prac konserwatorskich z przeszłości, fotografii, rysunków czy opisów. Tymczasem z Paryża nadeszły dobre wieści. Jeden z członków Grupy Odbudowy Zabytków odnalazł w zgliszczach miedzianego koguta, który zdobił szczyt iglicy. Gdy iglica się zawaliła, los koguta wydawał się przesądzony. Rzeźba jest niezwykle ważną częścią Notre Dame. W jej wnętrzu umieszczono bowiem kolec z korony cierniowej, relikwie patronki Paryża św. Genowefy i patrona Francji św. Dionizego. Na razie brak informacji o stanie relikwii. Wiadomo też, że ocalały też wspaniałe organy katedry, na zdjęciach widoczne są całe rozety ze szkłem z XIII wieku, jeden ze znaków rozpoznawczych katedry. Wcześniej informowaliśmy zaś, że strażacy uratowali Koronę Cierniową i tunikę św. Ludwika. « powrót do artykułu

National Ignition Facility, najpotężniejszy na świecie zespół laserów, pobił swój kolejny rekord. Tym razem lasery dostarczyły do celu 2,15 megadżula energii. To o 15% więcej niż przewiduje specyfikacja NIF oraz ponad 10% więcej niż dotychczasowy rekord wynoszący 1,9 MJ, który ustanowiono w marcu 2012 roku. Użytkownicy NIF zawsze proszą nas o więcej energii do ich eksperymentów, gdyż im więcej energii, tym lepsze wyniki badań. Ostatnie osiągnięcie to ważny krok w kierunku zwiększania możliwości NIF. To pokazuje, że możemy pracować z wyższymi energiami niż przewidywano podczas projektowania NIF, mówi dyrektor Mark Herrmann. Celem ostatnich prac było przekonanie się, jak dużą ilość energii można uzyskać za pomocą obecnie zinstalowanego sprzętu i optyki. Maksymalizacja mocy NIF ma zasadnicze znaczenie dla głównego celu, dla którego ośrodek ten został powołany – badań nad fuzją jądrową. Ośrodek wykorzystuje 192 lasery i dziesiątki tysięcy komponentów optycznych, takich jak soczewki, lustra i kryształy. To jedne z najdoskonalszych elementów tego typu, jakie kiedykolwiek powstały. Prowadzone badania mają posłużyć też m.in. dalszemu udoskonalaniu elementów optycznych. NIF już zapisał się w historii nauki, jako pierwszy system, który dostarczył więcej niż megadżul energii. Teraz przekroczono barierę dwóch megadżuli. NIF ma jednak nie tylko rozpocząć epokę kontrolowanej reakcji termonuklearnej. Zakład posłuży do badań nad bronią jądrową. Stany Zjednoczone od ponad 20 lat nie wyprodukowały żadnej nowej głowicy jądrowej, a od 1992 roku nie przeprowadziły żadnej podziemnej próby z bronią jądrową. NIF pozwoli zachować starzejący się arsenał w dobrym stanie. W końcu trzecim z zadań National Ignition Facility będzie umożliwienie naukowcom badania tego, co dzieje się wewnątrz gwiazd. « powrót do artykułu

Około 70% powierzchni Ziemi jest pokryte przez wodę, a niemal wszystkie sejsmografy znajdują się na lądach. Dotychczas jedynym sposobem ne wykrywanie niewielkich trzęsień Ziemi pod powierzchnią oceanów było zatopienie kosztownego, zasilanego akumulatorami urządzenia i późniejsze go wydobycie lub też użycie sieci sejsmografów położonych blisko wybrzeża. Sejsmolodzy nie mieli możliwości badania trzęsień, które mają miejsce pod dnem i bywają przyczyną śmiercionośnych tsunami. Jednak wkrótce może się do zmienić. W online'owym wydaniu Science ukazał się artykuł, którego autorzy opisują technikę wykorzystującą niemal milion kilometrów kabli telekomunikacyjnych ułożonych na dnie oceanów. Zdaniem autorów artykułu, możliwe jest badanie trzęsień ziemi za pomocą analizy zmian w sygnale optycznym przekazywanym przez kable. Jedyne, czego potrzeba, do lasery na obu końcach kabla i dostęp do niewielkiej części jego przepustowości. Co ważne, nie jest potrzebne żadne modyfikowanie samego kabla, a cała technika nie zakłóca jego codziennej pracy. To potencjalny przełom, mówi Anne Sheenan, sejsmolog z University of Colorado, która nie była zaangażowana w opracowanie nowej techniki. Więcej obserwacji z obszarów oceanicznych może zapełnić poważne dziury w obecnej wiedzy, dodaje. Odkrycia nowej techniki dokonał Giuseppe Mara, metrolog z National Physical Laboratowy w Teddington w Wielkiej Brytanii. Zajmuje się on światłowodami, które łączą europejskie zegary atomowe. Mara testował kabel podmorski o długości 79 kilometrów, który łączy Teddington z Reading. Wibracje ze różnych źródeł, w tym z ruchu statków nad kablem, mogą zakłócać przekazywany sygnał, wydłużając drogę światła i powodując, że faza promienia ulegnie niewielkiemu przesunięciu. Mara był przyzwyczajony do obecności takich zakłóceń. Jednak gdy analizował dane z października 2016 roku zauważył zakłócenia, które odbiegały od standardowych. Okazało się, że zakłócenia te pochodzą od lokalnego trzęsienia ziemi, które nawiedziło Włochy. To była chwila olśnienia, mówi Mara, który zdał sobie sprawę, że podmorskie kable można by wykorzystać do wykrywania trzęsień Ziemi. Uczony postanowił sprawdzić swoje przypuszczenia na przykładzie dłuższego, głębiej zanurzonego kabla. Wraz z kolegami wybrali 96-kilometrowe łącze pomiędzy Maltą a Sycylią. Zarejestrowali dzięki niemu trzęsienie ziemi o sile 3,4 stopnia. Nie byli jednak w stanie zlokalizować jego epicentrum. Okazało się jednak, że gdy z obu końców kabla wysłali promienie lasera, mogli zbadać różnice w czasie dotarcia do celu sygnału przesuniętego w fazie, co pokazywało, w którym miejscu trzęsienie zaburzyło pracę kabla. Mając do dyspozycji trzy lub cztery kable w tym regionie można by dokładnie wskazać epicentrum trzęsienia. Zdaniem Charlotte Rowe, sejsmolog z Los Alamos National Laboratory, jeśli będziemy mieli możliwość śledzenia podmorskich trzęsień ziemi zyskamy znacznie lepszą wiedzę na temat struktury i tektoniki naszej planety. Ponadto, o ile kable podmorskie zdradzą też siłę trzęsienia, możemy w ten sposób udoskonalić systemy ostrzegania przed tsunami. Marra mówi, że nowa technika jest na tyle czuła, ze pozwoli na wykrywanie trzęsień nawet w szerokich na tysiące kilometrów basenach oceanicznych. Wszystko, czego trzeba, to dodanie na obu końcach kabla laserów i urządzeń optycznych, które w sumie będą kosztowały około 100 000 USD, oraz dostęp do jednego z setek kanałów przesyłowych znajdujących się w typowym kablu. Wynajęcie dedykowanego kanału kosztuje około 100 000 dolarów rocznie w przypadku kabla pacyficznego, a w przypadku kabli atlantyckich jest tańsze. Szczerze mówiąc, właściciel kabla może podarować taki kanał sejsmologom i odpisać to sobie od podatku. Udostępnienie niewykorzystanego kanału nic go nie kosztuje, mówi Stephen Lentz, który zajmuje się kablami oceanicznymi w ramach swoich obowiązków dyrektora ds. rozwoju sieci w firmie Ocean Specialists. Nową techniką jest bardzo zainteresowany Bruce Howe, oceanograf z University of Hawai. Howe stoi obecnie na czele grupy zadaniowej, której celem jest opracowanie metody wyposażenia kabli oceanicznych w czujniki sejsmiczne, czujniki ciśnienia i temperatury. Miałyby być one umieszczane na kablu co 50–100 kilometrów. Takie czujniki, kosztujące około 200 000 dolarów za zestaw, są tańszą alternatywą dla wspomnianych wcześniej czujników zatapianych na dnie oceanu. Problem jednak w tym, że właściciele kabli podmorskich niechętnie podchodzą do tego pomysłu, gdyż obawiają się, że czujniki będą zakłócały ich pracę. Nowa technika jest jeszcze tańsza i nie zakłóca pracy kabli. Howe nazywa ją „intrygującą” i chce wraz ze swoim zespołem przeprowadzić jej testy. « powrót do artykułu

Potężny laser rentgenowski został wykorzystany do podgrzania wody od temperatury pokojowej do 100 000 stopni Celsjusza w czasie krótszym niż 1/10 pikosekundy. W czasie eksperymentu powstał egzotyczny stan wody, a naukowcy mają nadzieję wykorzystać go do badań nad właściwościami życiodajnego płynu. Badanie tego typu będą miały też praktyczne przełożenie na techniki badania próbek biologicznych i innych materiałów za pomocą laserów z promieniowaniem X. Badania zostały przeprowadzone przez zespół Carla Calemana z DESY (Niemiecki Synchrotron Elektronowy) oraz szwedzkiego Uniwersytetu w Uppsali, który wykorzystał amerykański laser Linac Coherent Light Source (LCLS) ze SLAC National Accelerator Laboratory. Podczas eksperymentów w stronę strumienia wody wystrzeliwano ultrakrótkie intensywne promienie. To nie jest zwykły sposób podgrzewania wody. Normalnie, gdy podgrzewasz wodę jej molekuły trzęsą się coraz silniej i silniej, mówi Caleman. Z molekularnego punktu widzenia ciepło to ruch molekuł. Im wyższa temperatura tym szybszy ruch molekuł. Nasz sposób podgrzewania jest całkowicie różny. Intensywne promieniowanie X wyrzuca elektrony z molekuł wody i w ten sposób zaburza ich równowagę elektryczną. Więc nagle atomy odczuwają silny odrzut i zaczyna się gwałtownie poruszać, wyjaśnia uczony. W czasie krótszym niż 75 femtosekund (0,000000000000075 sekundy) woda przechodzi przemianę fazową z cieczy w plazmę, czy rodzaj elektrycznie naładowanego gazu. Jednak podczas tego przejścia woda wciąż ma gęstość ciekłej wody, gdyż jej atomy nie miały czasu, by się od siebie odsunąć, mówi współautor badań, Olof Jonsson z Uniwersytetu w Uppsali. Powstaje egzotyczny stan materii, który nie występuje na Ziemi. Ma on podobne cechy jak część plazmy w Słońcu czy w gazowym olbrzymie Jowiszu, ale ma mniejszą gęstość. Jednocześnie jest cieplejsza niż jądro Ziemi. Woda to dziwny płyn i gdyby nie to, że ma niezwykłe właściwości, wiele rzeczy na Ziemi nie byłoby takie, jakimi je znamy. Dotyczy to szczególnie życia, podkreśla Jonsson. Woda różni się od innych płynów gęstością, pojemnością cieplną czy przewodnictwem cieplnym. W przyszłości ten rozpowszechniony na Ziemi i jednocześnie tak niezwykły płyn będzie przedmiotem badań w planowym przez DESY Centrum Wiedzy o Wodzie. Najnowsze badania wykazały, że po uderzeniu bardzo silnym impulsem promieniowania przez 25 femtosekund w wodzie niemal nie zachodziły żadne zmiany strukturalne. Ale już po 75 femtosekundach zmiany takie były ewidentne. Naukowcy zauważają, że badania te pokazują, iż badanie za pomocą silnych laserów rentgenowskich wszystkiego, co nie jest kryształem, wiąże się ze zniszczeniem próbki. Trzeba brać to pod uwagę przy rozwijaniu technik obrazowania za pomocą laserów X pojedynczych molekuł i innych niewielkich próbek, dodaje Nicusor Timneanu z Uniwersytetu w Uppsali. « powrót do artykułu