Znajdź zawartość

Misja Psyche jeszcze nie dotarła do celu, a już zapisała się w historii podboju kosmosu. Głównym jej celem jest zbadanie największej w Układzie Słonecznym asteroidy Psyche. Przy okazji NASA postanowiła przetestować technologię, z którą eksperci nie potrafili poradzić sobie od dziesięcioleci – przesyłanie w przestrzeni kosmicznej danych za pomocą lasera. Agencja poinformowała właśnie, że z Psyche na Ziemię trafił 15-sekudowy materiał wideo przesłany z odległości 31 milionów kilometrów z maksymalną prędkością 267 Mbps. To niemal 2-krotnie szybciej niż średnia prędkość szerokopasmowego internetu w Polsce. To, czego właśnie dokonała NASA jest nie zwykle ważnym osiągnięciem. Pozwoli bowiem na znacznie sprawniejsze zbieranie danych z instrumentów pracujących w przestrzeni kosmicznej i zapewni dobrą komunikację z misjami załogowymi odbywającymi się poza orbitą Ziemi. Sygnał z Psyche potrzebował około 101 sekund, by dotrzeć do Ziemi. Dane, przesyłane przez laser pracujący w bliskiej podczerwieni trafiły najpierw do Hale Teelscope w Palomar Observatory w Kalifornii. Następnie przesłano je do Jet Propulsion Laboratory w Południowej Kalifornii, gdzie były odtwarzane w czasie rzeczywistym podczas przesyłania. Jak zauważył Ryan Rogalin, odpowiedzialny za elektronikę odbiornika w JPL, wideo odebrane w Palomar zostało przesłane przez internet do JPL, a transfer danych odbywał się wolniej, niż przesyłanie danych z kosmosu. Podziwiając tempo transferu danych nie możemy zapomnieć też o niezwykłej precyzji, osiągniętej przez NASA. Znajdujący się na Psyche laser trafił z odległości 31 milionów kilometrów w 5-metrowe zwierciadło teleskopu. Sam teleskop to również cud techniki. Jego budowę ukończono w 1948 roku i przez 45 lat był najdoskonalszym teleskopem optycznym, a jego zwierciadło główne jest drugim największym zwierciadłem odlanym w całości. Po co jednak prowadzić próby z komunikacją laserową, skoro od dziesięcioleci w przestrzeni kosmicznej z powodzeniem przesyła się dane za pomocą fal radiowych? Otóż fale radiowe mają częstotliwość od 3 Hz do 3 Thz. Tymczasem częstotliwość pracy lasera podczerwonego sięga 300 THz. Zatem transmisja z jego użyciem może być nawet 100-krotnie szybsza. Ma to olbrzymie znaczenie. Chcemy bowiem wysyłać w przestrzeń kosmiczną coraz więcej coraz doskonalszych narzędzi. Dość wspomnieć, że Teleskop Webba, który zbiera do 57 GB danych na dobę, wysyła je na Ziemię z prędkością dochodzącą do 28 Mb/s. Zatem jego systemy łączności działają 10-krotnie wolniej, niż testowa komunikacja laserowa. Zainstalowany na Psyche Deep Space Optical Communication (DSOC) uruchomiono po raz pierwszy 14 listopada. Przez kolejne dni system sprawdzano i dostrajano, osiągając coraz szybszy transfer danych i coraz większą precyzję ustanawiania łącza z teleskopem. W tym testowym okresie przesłano na Ziemię łącznie 1,3 terabita danych. Dla porównania, misja Magellan, która w latach 1990–1994 badała Wenus, przesłała w tym czasie 1,2 Tb. Misja Psyche korzysta ze standardowego systemu komunikacji radiowej. DSOC jest systemem testowym, a jego funkcjonowanie nie będzie wpływało na powodzenie całej misji. « powrót do artykułu

„Niemożliwy” unipolarny (jednobiegunowy) laser zbudowany przez fizyków z University of Michigan i Universität Regensburg może posłużyć do manipulowania kwantową informacją, potencjalnie zbliżając nas do powstania komputera kwantowego pracującego w temperaturze pokojowej. Laser taki może też przyspieszyć tradycyjne komputery. Światło, czyli promieniowanie elektromagnetyczne, to fala oscylująca pomiędzy grzbietami a dolinami, wartościami dodatnimi a ujemnymi, których suma wynosi zero. Dodatni cykl fali elektromagnetycznej może przesuwać ładunki, jak np. elektrony. Jednak następujący po nim cykl ujemny przesuwa ładunek w tył do pozycji wyjściowej. Do kontrolowania przemieszania informacji kwantowej potrzebna byłaby asymetryczna – jednobiegunowa – fala światła. Optimum byłoby uzyskanie całkowicie kierunkowej, unipolarnej „fali”, w której występowałby tylko centralny grzbiet, bez oscylacji. Jednak światło, jeśli ma się przemieszczać, musi oscylować, więc spróbowaliśmy zminimalizować te oscylacje, mówi profesor Mackillo Kira z Michigan. Fale składające się tylko z grzbietów lub tylko z dolin są fizycznie niemożliwe. Dlatego też naukowcy uzyskali falę efektywnie jednobiegunową, która składała się z bardzo stromego grzbietu o bardzo wysokiej amplitudzie, któremu po obu stronach towarzyszyły dwie rozciągnięte doliny o niskiej amplitudzie. Taka konstrukcja powodowała, że grzbiet wywierał silny wpływ na ładunek, przesuwając go w pożądanym kierunku, a doliny były zbyt słabe, by przeciągnąć go na pozycję wyjściową. Taką falę udało się uzyskać wykorzystując półprzewodnik z cienkich warstw arsenku galu, w którym dochodzi do terahercowej emisji dzięki ruchowi elektronów i dziur. Półprzewodnik został umieszczony przed laserem. Gdy światło w zakresie bliskiej podczerwieni trafiło w półprzewodnik, doszło do oddzielenia się elektronów od dziur. Elektrony poruszyły się w przód. Następnie zostały z powrotem przyciągnięte przez dziury. Gdy elektrony ponownie łączyły się z dziurami, uwolniły energię, którą uzyskały z impulsu laserowego. Energia ta miała postać silnego dodatniego półcyklu w zakresie teraherców, przed i po którym przebiegał słaby, wydłużony półcykl ujemny. Uzyskaliśmy w ten sposób zadziwiającą unipolarną emisję terahercową, w którym pojedynczy dodatni półcykl był czterokrotnie wyższy niż oba cykle ujemne. Od wielu lat pracowaliśmy nad impulsami światła o coraz mniejszej liczbie oscylacji. Jednak możliwość wygenerowania terahercowych impulsów tak krótkich, że efektywnie składały się z mniej niż pojedynczego półcyklu oscylacji była czymś niewyobrażalnym, cieszy się profesor Rupert Hubner z Regensburga. Naukowcy planują wykorzystać tak uzyskane impulsy do manipulowania elektronami w materiałach kwantowych w temperaturze pokojowej i badania mechanizmów kwantowego przetwarzania informacji. Teraz, gdy wiemy, jak uzyskać unipolarne terahercowe impulsy, możemy spróbować nadać im jeszcze bardziej asymetryczny kształt i lepiej przystosować je do pracy z kubitami w półprzewodnikach, dodaje doktorant Qiannan Wen. « powrót do artykułu

Krwawienie z naczyń krwionośnych podczas operacji neurochirurgicznych to poważny problem. Krew zasłania pole widzenia i konieczne jest jej usuwanie. Dlatego pole operacyjne, w którym nie pojawiałaby się krew czyniłoby cały zabieg bardziej precyzyjnym i bezpiecznym. Naukowcy z University of Texas w Austin i University of California, Irvine, opracowali właśnie laserową platformę do bezkrwawej resekcji tkanki mózgowej. Obecnie podczas zabiegów neurochirurgicznych, by zapewnić dobre pole widzenia, wykorzystuje się ultradźwiękowe aspiratory, po których stosuje się przyżeganie (elektrokauteryzację). Jako jednak, że obie metody stosowane są jedna po drugiej, wydłuża to operację. Ponadto przyżeganie może prowadzić do uszkodzenia części tkanki. Specjaliści z Teksasu i Kalifornii wykazali podczas eksperymentów na myszach, że ich nowy laser pozwala na bezkrwawą resekcję tkanki. Ich system składa się z urządzenia do koherencyjnej tomografii optycznej (OCT), które zapewnia obraz w mikroskopowej rozdzielczości, bazującego na iterbie lasera do koagulacji naczyń krwionośnych oraz wykorzystującego tul lasera do cięcia tkanki. Maksymalna moc lasera iterbowego wynosi 3000 W, a urządzenie pozwala na dobranie częstotliwości i długości trwania impulsów w zakresie od 50 mikrosekund do 200 milisekund, dzięki czemu możliwa jest skuteczna koagulacja różnych naczyń krwionośnych. Laser ten emituje światło o długości 1,07 mikrometra. Z kolei laser tulowy pracuje ze światłem o długości fali 1,94 mikrometra, a jego średnia moc podczas resekcji tkanki wynosi 15 W. Twórcy nowej platformy połączyli oba lasery w jednym biokompatybilnym włóknie, którym można precyzyjnie sterować dzięki OCT. Opracowanie tej platformy możliwe było dzięki postępowi w dwóch kluczowych dziedzinach. Pierwszą jest laserowa dozymetria, wymagana do koagulacji naczyń krwionośnych o różnych rozmiarach. Wcześniej duże naczynia, o średnicy 250 mikrometrów i większej, nie poddawały się laserowej koagulacji z powodu szybkiego wypływu krwi. Mój kolega Nitesh Katta położył podstawy naukowe pod metodę dozymetrii laserowej pozwalającej na koagulowanie naczyń o średnicy do 1,5 milimetra, mówi główny twórca nowej platformy, Thomas Milner. Drugie osiągnięcie to odpowiednia metodologia działań, która pozwala na osiągnięcie powtarzalnej i spójnej ablacji różnych typów tkanki dzięki głębiej penetrującym laserom. Jako, że laserowa ablacja jest zależna od właściwości mechanicznych tkanki, cięcia mogą być niespójne, a w niektórych przypadkach mogą skończyć się katastrofalną niestabilnością cieplną. Nasza platforma rozwiązuje oba te problemy i pozwala na powtarzalne spójne cięcie tkanki miękkiej jak i sztywnej, takiej jak tkanka chrzęstna. Na łamach Biomedical Optics Express twórcy nowej platformy zapewniają, że w polu operacyjnym nie pojawia się krew, jakość cięcia jest odpowiednia i obserwuje się jedynie niewielkie uszkodzenia termiczne tkanki. « powrót do artykułu

Łazik Perseverance wylądował na Marsie po trwającej ponad pół roku podróży. W tym czasie był narażony na oddziaływanie dużych dawek promieniowania kosmicznego, które dodatkowo mogło zostać gwałtownie zwiększone przez koronalne wyrzuty masy ze Słońca. Na takie właśnie szkodliwe dla zdrowia promieniowanie narażeni będą astronauci podróżujący na Marsa. W przeciwieństwie do załogi Międzynarodowej Stacji Kosmicznej nie będą oni chronieni przez ziemską magnetosferę. Dlatego też wszelkie metody skrócenia podróży są na wagę zdrowia i życia. Emmanuel Duplay i jego koledzy z kanadyjskiego McGill University zaprezentowali na łamach Acta Astronautica interesującą koncepcję laserowego systemu napędowy, który mógłby skrócić załogową podróż na Marsa do zaledwie 45 dni. Pomysł na napędzanie pojazdów kosmicznych za pomocą laserów nie jest niczym nowym. Jego olbrzymią zaletą jest fakt, że system napędowy... pozostaje na Ziemi. Jedną z rozważanych technologii jest wykorzystanie żagla słonecznego przymocowanego do pojazdu. Żagiel taki wykorzystywałby ciśnienie fotonów wysyłanych w jego kierunku z laserów umieszczonych na Ziemi. W ten sposób można by rozpędzić pojazd do nieosiągalnych obecnie prędkości. Jednak system taki może zadziałać wyłącznie w przypadku bardzo małych pojazdów. Dlatego Duplay wraz z zespołem proponują rozwiązanie, w ramach którego naziemny system laserów będzie rozgrzewał paliwo, na przykład wodór, nadając pęd kapsule załogowej. Pomysł Kanadyjczyków polega na stworzeniu systemu laserów o mocy 100 MW oraz pojazdu załogowego z odłączanym modułem napędowym. Moduł składałby się z olbrzymiego lustra i komory wypełnionej wodorem. Umieszczone na Ziemi lasery oświetlałby lustro, które skupiałoby światło na komorze z wodorem. Wodór byłby podgrzewany do około 40 000 stopni Celsjusza, gwałtownie by się rozszerzał i uchodził przez dyszę wylotową, nadając pęd kapsule załogowej. W ten sposób, w ciągu kilkunastu godzin ciągłego przyspieszania kapsuła mogłaby osiągnąć prędkość około 14 km/s czyli ok. 50 000 km/h, co pozwoliłoby na dotarcie do Marsa w 45 dni. Sam system napędowy, po osiągnięciu przez kapsułę odpowiedniej prędkości, byłby od niej automatycznie odłączany i wracałby na Ziemię, gdzie można by go powtórnie wykorzystać. Drugim problemem, obok stworzenia takiego systemu, jest wyhamowanie pojazdu w pobliżu Marsa. Naukowcy z McGill mówią, że można to zrobić korzystając z oporu stawianego przez atmosferę Czerwonej Planety, jednak tutaj wciąż jest sporo niewiadomych. « powrót do artykułu

Świat zmaga się z rosnącym kryzysem antybiotykooporności. Nadmierne używanie antybiotyków w medycynie, przemyśle spożywczym czy kosmetycznym, prowadzi do pojawiania się bakterii opornych na działanie antybiotyków. Przedostające się do środowiska antybiotyki, a w niektórych rzekach ich stężenie 300-krotnie przekracza bezpieczny poziom, wymuszają na patogenach ciągłą ewolucję w kierunku antybiotykooporności. Nawet w jelitach dzieci odkryto setki bakteryjnych genów antybiotykooporności. Bez nowych antybiotyków lub innych rozwiązań realny staje się scenariusz, w którym ludzie znowu zaczną umierać z powodu zwykłych zakażeń czy niegroźnych obecnie chorób. Jedną ze strategii spoza repertuaru środków chemicznych jest wykorzystanie metod fizycznych, jak światło ultrafioletowe, promieniowanie gamma czy ciepło. Metody są skuteczne w dezaktywowaniu patogenów, jednak prowadza do poważnych uszkodzeń tkanek, przez co nie mogą być stosowane w praktyce klinicznej. Dlatego też część naukowców zainteresowała się światłem widzialnym. W niskim natężeniu jest ono bezpieczne dla tkanek, a jednocześnie posiada zdolność dezaktywacji bakterii, wirusów i innych patogenów. Zajmujących się tym problemem specjalistów szczególnie interesują lasery femtosekundowe, emitujące ultrakrótkie impulsy światła, których czas trwania liczy się w femtosekundach (1 femtosekunda to 1/1 000 000 000 000 000 sekundy). Naukowcy z Washington University School of Medicine wykazali, że ultrakrótkie impulsy w zakresie światła widzialnego – o długości fali 415–425 nm – mogą być efektywną bronią przeciwko antybiotykoopornym bakteriom i ich przetrwalnikom. Naukowcy przetestowali laser na na metycylinoopornym gronkowcu złocistym (MRSA) oraz E. coli. Bakterie te są wysoce odporne na działanie licznych środków fizycznych i chemicznych. Laser testowano też na przetrwalnikach Bacillus cereus, które mogą powodować zatrucia pokarmowe i są w stanie przetrwać gotowanie. Testy wykazały, że laser dezaktywuje 99,9% bakterii poddanych jego działaniu. Naukowcy wyjaśniają, że przy pewnej mocy ich laser zaczyna dezaktywować wirusy. Po zwiększeniu mocy robi to samo z bakteriami. Jego światło pozostaje jednak bezpieczne dla ludzkich tkanek. Dopiero zwiększenie mocy o cały rząd wielkości zabija komórki. Zatem istnieje pewne okienko terapeutyczne, które pozwala na jego bezpieczne wykorzystanie. Ultrakrótkie impulsy laserowe dezaktywują patogeny, nie szkodząc ludzkim białkom i komórkom. Wyobraźmy sobie, że przed zamknięciem rany, operujący chirurg mógłby zdezynfekować ją za pomocą lasera. Myślę, że już wkrótce technologia ta może być wykorzystywana do dezynfekcji produktów biologicznych in vitro, a w niedalekiej przyszłości do dezynfekcji krwioobiegu. Pacjentów można by poddać dializie i jego krew przepuścić przez laserowe urządzenie ją dezynfekujące, mówi główny autor badań Shew-Wei Tsen. Tsen wraz z profesorem Samuelem Achilefu od lat badają zdolność ultrakrótkich impulsów laserowych do zabijania patogenów. Już wcześniej wykazali, że dezaktywują one wirusy i „zwykłe” bakterie. Teraz, we współpracy z profesor mikrobiologii Shelley Haydel z Arizona State University, rozszerzyli swoje badania na przetrwalniki oraz antybiotykooporne bakterie. Wirusy i bakterie zawierają gęsto upakowane struktury proteinowe. Laser dezaktywuje je wprowadzając te struktury w tak silne wibracje, że niektóre z wiązań w proteinach pękają. Taki pęknięty koniec stara się jak najszybciej z czymś połączyć i najczęściej łączy się z inną strukturą, niż ta, z którą był dotychczas powiązany. W ten sposób wewnątrz patogenu pojawiają się nieprawidłowe połączenia wewnątrz protein i pomiędzy nimi, co powoduje, że białka nie funkcjonują prawidłowo i patogen przestaje funkcjonować. Wszystko, co pochodzi od ludzi czy zwierząt może zostać zanieczyszczone patogenami. Wszelkie produkty krwiopochodne, zanim zostaną wprowadzone do organizmu pacjenta, są skanowane pod kątem obecności patogenów. Problem jednak w tym, że musimy wiedzieć, czego szukamy. Jeśli pojawiłby się nowy wirus krążący we krwi, jak np. miało to miejsce w latach 70. i 80. w przypadku wirusa HIV, to mógłby dostać się z takimi preparatami do krwioobiegu. Ultrakrótkie impulsy lasera to metoda, która pozwali upewnić się, że produkty krwiopochodne są wolne od patogenów. Zarówno tych znanych, jak i nieznanych, mówi Tsen. Więcej na temat badań grupy Tsena przeczytamy na łamach Journal Biophotonic. « powrót do artykułu

Najnowsze odkrycie naukowców z Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu dowodzi, że dotychczasowe podejście do korygowania błędów wynikających z opóźnienia wiązki laserowej w atmosferze było wadliwe.  Dlatego proponują zupełnie nowe rozwiązanie, dzięki któremu obserwacje m.in.: kształtu Ziemi, topniejących lodowców oraz zmian poziomu wód oceanicznych będą dokładniejsze. Pomiary laserowe opierają się na rejestracji różnicy czasu pomiędzy momentem wysłania impulsu laserowego na stacji a momentem powrotu tego samego impulsu po tym, gdy zostanie on odbity przez retroreflektor na satelicie lub Księżycu. Podczas pomiaru wiązka laserowa przechodzi dwukrotnie przez atmosferę ziemską, gdzie ulega ugięciu i opóźnieniu. Technologia detektorów laserowych pozwala na uzyskanie dokładności sub-milimerowych. Jednakże błędy wyznaczenia opóźnienia wiązki laserowej w atmosferze są wielokrotnie większe i stanowią główne źródło błędów w pomiarach laserowych do satelitów i Księżyca. Na czym polega nowatorstwo rozwiązania Polaków? Naukowcy z Instytutu Geodezji i Geoinformatyki Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu zaproponowali zupełnie nowe i innowacyjne podejście do korygowania opóźnienia wiązki laserowej w atmosferze. Podejście opiera się na uwzględnieniu grubości warstw atmosfery, przez które przechodzi laser. Do wyznaczenia wartości opóźnienia lasera wykorzystuje się odczyty meteorologiczne na stacji, do których wyliczana jest poprawka zależna od wysokości satelity nad horyzontem oraz od początkowej wartości opóźnienia wiązki lasera. W zaproponowanej metodzie analizuje się wszystkie pomierzone odległości na wszystkich stacjach i wylicza się dla każdej stacji poprawki, które są wprost proporcjonalne do opóźnienia wiązki lasera wynikającego z bezpośrednich pomiarów meteorologicznych i grubości atmosfery, którą musi pokonać laser. Poprawkę meteorologiczną wystarczy wyliczać raz na tydzień dla każdej stacji laserowej, dzięki czemu obliczenia pozostają stabilne nawet dla stacji z niewielką liczbą zarejestrowanych pomiarów laserowych do satelitów, a zarazem błąd wynikający z opóźnienia atmosferycznego zostaje prawie całkowicie usunięty. Metoda opracowana przez polski zespół pozwala na skuteczną eliminację od 75 do 90% błędów systematycznych w pomiarach laserowych wynikających z błędów opóźnienia atmosferycznego. Sposób redukcji błędów meteorologicznych już niedługo ma szansę stać się standardem w laserowych pomiarach odległości do satelitów zwiększając dokładność nawet historycznych obserwacji Księżyca i satelitów, dzięki swojej prostocie i uniwersalności. Pozwala również na wykrycie błędnych odczytów z barometrów, które wcześniej negatywnie wpływały na satelitarne obserwacje Ziemi i Księżyca. Przełoży się to na poprawę przyszłych oraz wcześniejszych obserwacji kształtu Ziemi, tzw. geoidy, zmiany centrum masy Ziemi i obserwacji nieregularności w ruchu obrotowym, obserwacji topniejących lodowców oraz zmian poziomu wód oceanicznych. Po co mierzymy odległości do satelitów? Dzięki pomiarom laserowym do sztucznych i naturalnego satelity Ziemi dowiedzieliśmy się, ile wynosi stała grawitacji i masa Ziemi, o ile zmienia się spłaszczenie Ziemi w czasie, możemy korygować i wyliczać poprawki pozycji satelitów Galileo i GLONASS oraz zidentyfikowaliśmy, gdzie znajduje się środek masy Ziemi i jak przemieszcza się w czasie za sprawą topniejących lodowców na Grenlandii. Pomiary laserowe do Księżyca pozwoliły odkryć, że Księżyc oddala się od Ziemi o 3,8 cm rocznie. Ponadto pozwoliły na dokładny opis wahań w ruchu Księżyca, czyli tzw. libracji oraz zrewidować pochodzenie srebrnego globu. Wrocławskie centrum obliczeniowe pomiarów laserowych Grupa badawcza kierowana przez profesora Krzysztofa Sośnicę od wielu lat zajmuje się rozwojem technik laserowych i mikrofalowych w geodezji satelitarnej, a także wyznaczaniem precyzyjnych orbit sztucznych satelitów i parametrów opisujących Ziemię. W Instytucie Geodezji i Geoinformatyki Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu od 2017 roku funkcjonuje Stowarzyszone Centrum Analiz Międzynarodowej Służby Pomiarów Laserowych do Sztucznych Satelitów i Księżyca (ang. International Laser Ranging Service, ILRS). Centrum odpowiada za monitorowanie jakości orbit satelitów Globalnych Nawigacyjnych Systemów Satelitarnych (GNSS): Galileo, GLONASS, BeiDou i QZSS z wykorzystaniem orbit opartych o obserwacje mikrofalowe i bezpośrednie pomiary laserowe. Jako jedyne na świecie, wrocławskie centrum specjalizuje się w kombinacji dwóch technik obserwacyjnych sztucznych satelitów: laserowej i mikrofalowej GNSS.  « powrót do artykułu

Naukowcy z International Centre for Radio Astronomy Research (ICRAR) i The University of Western Australia (UWA) we współpracy ze specjalistami z Francuskiego Narodowego Centrum Badań Kosmicznych (CNES) i laboratorium Systèmes de Référence Temps-Espace w Obserwatorium Paryskim ustanowili rekord świata dla najbardziej stabilnej transmisji światła laserowego przez atmosferę. Wykorzystano przy tym nowatorskie australijskie rozwiązania stabilizacji fazy w połączeniu z zaawansowanymi terminalami optycznymi. Dzięki temu przesłano światło lasera, które nie zostało zakłócone przez obecność atmosfery. "Jesteśmy w stanie korygować turbulencje w 3D, czyli w lewo-prawo, góra-dół oraz, co najważniejsze, wzdłuż trasy promienia. Nasza technologia działa tak, jakby atmosfera nie istniała. Dzięki temu możemy wysłać wysoce stabilny sygnały laserowe o wysokiej jakości", mówi główny autor badań, doktorant Benjamin Dix-Matthews z ICRAR i UWA. Wynikiem prac zespołu jest stworzenie najbardziej precyzyjnej metody pomiaru upływu czasu w dwóch różnych lokalizacjach. Doktor Sascha Schediwy w ICRAR-UWA mówi, że osiągnięcie to niesie ze sobą niezwykle ekscytujące możliwości. Jeśli będziemy mieli jeden z takich terminali optycznych na Ziemi, a drugi na satelicie krążącym wokół planety, to możemy zacząć badać podstawy fizyki. Będzie można z niedostępną wcześniej precyzją przetestować ogólną teorię względności Einsteina oraz sprawdzić, czy podstawowe stałe fizyczne podlegają zmianom w czasie. Jednak nowa technologia znajdzie też bardziej praktyczne zastosowania. Będzie można na przykład udoskonalić satelitarne pomiary zmiany poziomów wód czy odkrywać podziemne złoża minerałów, dodaje Schediwy. Nowy system posłuży też optycznej komunikacji. Nasza technologia może pozwolić na zwiększenie o wiele rzędów wielkości tempa komunikacji optycznej z satelitami. Przyszła generacja satelitów będzie mogła znacznie szybciej otrzymać potrzebne informacje z Ziemi, dodaje. Technologia, którą właśnie przetestowano, powstała na potrzeby projektu Square Kilometre Array – największego radioteleskopu na świecie. « powrót do artykułu

Australijscy teoretycy kwantowi wykazali, że możliwe jest przełamanie obowiązującej od 60 lat bariery ograniczającej koherencję światła laserowego. Koherencja, czyli spójność wiązki światła, może być w przypadku laserów opisana jako liczba fotonów wyemitowanych jeden po drugim w tej samej fazie. To element decydujący o przydatności lasera do różnych zastosowań. Obowiązujące poglądy na temat spójności światła laserowego zostały nakreślone w roku 1958 przez amerykańskich fizyków, Arthura Schawlowa i Charlesa Townesa. Obaj otrzymali zresztą Nagrodę Nobla za swoje prace nad laserami. Teoretycznie wykazali, ze koherencja wiązki lasera nie może być większa niż kwadrat liczby fotonów obecnych w laserze, mówi profesor Howard Wiseman z Griffith University. Stał on na czele grupy naukowej złożonej z Griffith University i Macquarie University. Poczynili jednak pewne założenia odnośnie ilości energii dostarczanej do lasera oraz sposobu, w jaki jest ona uwalniana, by uformować wiązkę. Ich założenia miały wówczas sens i wciąż są prawdziwe w odniesieniu do większości laserów. Jednak mechanika kwantowa nie potrzebuje takich założeń, dodaje Wiseman. W naszym artykule wykazaliśmy, że prawdziwa granica koherencji, nakładana przez mechanikę kwantową, to czwarta potęga liczby fotonów przechowywanych w laserze, dodaje profesor Dominic Berry. Naukowcy zapewniają, że taką koherencję można osiągnąć w praktyce. Przeprowadzili bowiem symulację numeryczną i stworzyli oparty na mechanice kwantowej model lasera, który może osiągnąć ten nowy teoretyczny poziom spójności wiązki. Wiązka taka, poza spójnością, jest identyczna z wiązką konwencjonalnego lasera. Trzeba będzie poczekać na pojawienie się takich laserów. Udowodniliśmy jednak, że używając nadprzewodników można będzie zbudować taki laser, którego granice będą wyznaczane przez zasady mechaniki kwantowej. Obecnie ta sama technologia jest wykorzystywana do budowy komputerów kwantowych. Nasz laser może właśnie w nich znaleźć zastosowanie, mówi doktorant Travis Baker. Profesor Wiseman dodaje zaś, że prace jego zespołu każą postawić interesujące pytanie o możliwość skonstruowania bardziej energooszczędnych laserów. To przyniosłoby duże korzyści. Mam nadzieję, że w przyszłości będziemy mogli zbadać tę kwestię. « powrót do artykułu

Przed tygodniem w National Ignition Facility (NIF) uzyskano rekordowo silny impuls lasera. W ramach badań nad nowymi źródłami energii 192 lasery wysłały jednocześnie ultrafioletowe impulsy świetlne w kierunku centralnej komory, w której uzyskano 1,875 megadżula. Każdy z impulsów trwał 23 miliardowe części sekundy i w sumie wygenerowały one moc 411 biliardów watów (TW) czyli 1000 razy większą niż potrzebna jest do zasilenia całych Stanów Zjednoczonych. To ważny krok w kierunku rozpoczęcia fuzji. Podczas przygotowań do uruchomienia NIF dokonywaliśmy wielu podobnych prób, podczas których uruchamiany był jeden laser czy też zestawy po cztery. Tym razem jednak jednocześnie wystrzeliły 192 lasery - mówi Edward Moses, dyrektor NIF. Moc laserów NIF wynosi w sumie 2,03 MJ, jednak zanim promienie dosięgną centralnej komory ich moc nieco spada ona podczas przechodzenia przez instrumenty diagnostyczne i optykę. NIF jest zatem pierwszym ośrodkiem, w którym lasery ultrafioletowe osiągnęły moc 2 MJ. To niemal 100-krotnie więcej niż możliwości innych podobnych ośrodków. Podczas testu osiągnięto też bardzo dużą precyzję produkcji energii. Odchylenie nie przekraczało 1,3%. Precyzja jest niezwykle ważna, gdyż to rozkład energii pomiędzy poszczególnymi promieniami będzie decydował o symetrii implozji w kapsułach zawierających paliwo niezbędne do rozpoczęcia fuzji. National Ignition Facility pracuje w ramach Lawrence Livermore National Laboratory. O otwarciu zakładu oraz jego zadaniach informowaliśmy w 2009 roku.

Grupa naukowców położyła fundamenty pod skonstruowanie niezwykle dokładnego zegara atomowego. Zegara, który może pomylić się o 1/10 sekundy w ciągu 14 miliardów lat. Takie urządzenie byłoby przydatne do nawiązywania bezpiecznej łączności oraz posłużyłoby do zbadania postaw fizyki. Obecnie najdokładniejszy zegar atomowy świata - brytyjski CsF2 - może wykazać odchylenie o 1 sekundę na 138 milionów lat. Obecnie używane zegary atomowe są wystarczająco dokładne do większości zastosowań. Są jednak takie dziedziny, w których posiadanie dokładniejszego zegara jest bardzo pożądane - mówi profesor Alex Kuzmich z Georgia Institute of Technology. Oprócz fizyków z Georgii w pracach zespołu brali udział naukowcy z australijskiego University of New South Wales oraz University of Nevada. Zegary atomowe do pomiaru czasu wykorzystują drgania elektronów w atomach wywoływane przez działanie laserów. Jednak elektrony są podatne na oddziaływanie pola elektrycznego i magnetycznego, co zaburza ich dokładność. Naukowcy z USA i Australii wpadli na pomysł, by zamiast elektronów wykorzystać neutrony, które są cięższe i gęściej upakowane, zatem mniej podatne na wpływy zewnętrzne. Zegar neutronowy powinien być zatem dokładniejszy od opartego na elektronach. W naszym artykule pokazaliśmy, że za pomocą lasera można tak wpłynąć na orientację elektronów, że będziemy mogli wykorzystać neutrony w roli wahadła odmierzającego czas. Jako, że neutrony są gęsto upakowane, czynniki zewnętrzne nie będą miały niemal żadnego wpływu na ich drgania - mówi Corey Campbell, główny autor artykułu. Uczeni proponują wykorzystać petahercowy (1015) laser do wzbudzenia jonu toru 229. Taki zegar będzie pracował tylko w bardzo niskich temperaturach, rzędu ułamków kelwina. Zwykle takie temperatury uzyskuje się za pomocą lasera, jednak tutaj będzie to stanowiło problem, gdyż laser jest wykorzystywany do wzbudzenia jonów. Naukowcy zaproponowali użycie jonu toru 232 obok toru 229. Tor 232 reaguje na inną częstotliwość światła lasera niż tor 229. Cięższy jon miałby zostać schłodzony i schłodzić cały system, bez wpływania na oscylacje toru 229.

Doktor Julian Allwood i doktorant David Leal-Ayala z Univeristy of Cambridge udowodnili, że możliwe jest usunięcie toneru z papieru, który został zadrukowany przez drukarkę laserową. W procesie usuwania papier nie zostaje poważnie uszkodzony, dzięki czemu tę samą kartkę można wykorzystać nawet pięciokrotnie. Niewykluczone, że w niedalekiej przyszłości powstaną urządzenia, które będą potrafiły zarówno drukować jak i czyścić zadrukowany papier. „Teraz potrzebujemy kogoś, kto zbuduje prototyp. Dzięki niskoenergetycznym skanerom laserowym i drukarkom laserowym ponowne użycie papieru w biurze może być opłacalne“ - mówi Allwood. Niewykluczone, że nowa technika nie tylko przyniesie korzyści finansowe firmom i instytucjom, ale również przyczyni się do ochrony lasów, redukcji zużycia energii i emisji zanieczyszczeń, do których dochodzi w procesie produkcji papieru i jego pozbywania się, czy to w formie spalania, składowania czy recyklingu. Naukowcy, dzięki pomocy Bawarskiego Centrum Laserowego, przetestowali 10 różnych konfiguracji laserów. Zmieniano siłę impulsów i czas ich trwania, używając laserów pracujących w ultrafiolecie, podczerwieni i w paśmie widzialnym. Podczas eksperymentów pracowano ze standardowym papierem Canona pokrytym czarnym tuszem z drukarki laserowej HP. Takie materiały i sprzęt są najbardziej rozpowszechnione w biurach na całym świecie. Po oczyszczeniu z druku, papier był następnie analizowany przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego, który pozwalał zbadać jego kolor oraz właściwości mechaniczne i chemiczne. Wstępne analizy wykazały, że rozpowszechnienie się techniki oczyszczania i ponownego wykorzystywania papieru może o co najmniej połowę obniżyć emisję zanieczyszczeń związaną z produkcją i recyklingiem papieru.

Naukowcy ze SLAC National Accelerator Laboratory wykorzystali najpotężniejszy na świecie laser działający w zakresie promieniowania rentgenowskiego stworzenia i zbadania próbki materii o temperaturze 2 milionów stopni Celsjusza. Eksperymenty tego typu pozwalają na zbadanie materii występującej wewnątrz gwiazd i olbrzymich planet. Mogą tez przydać się podczas badań nad procesem fuzji jądrowej. Laser Linac Coherent Light Source (LCLS) generuje impulsy promieni X, które są miliard razy jaśniejsze niż promieniowanie z jakiegokolwiek innego znanego nam źródła. Za pomocą takich impulsów rozgrzano kawałek folii aluminiowej, tworząc gorącą gęstą materię o temperaturze około 2 milionów stopni Celsjusza. Cały proces tworzenie plazmy trwał biliardowe części sekundy. Naukowcy od dawna potrafili uzyskiwać plazmę z gazów i badać ją za pomocą laserów. Dotychczas jednak nie istniało urządzenie, które byłoby w stanie tworzyć plazmę z ciała stałego. LCLS, dzięki wykorzystaniu ultrakrótkich fali X jest pierwszym, który potrafi penetrować gęste ciała stałe, tworzyć plazmę i jednocześnie ją badać - powiedział Bob Nagler, współautor badań.

Specjaliści z należącego do NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL), University of Maryland oraz Woods Hole Research Center stworzyli szczegółową mapę wysokości lasów. Pomoże ona zrozumieć rolę, jaką odgrywają lasy w zmianach klimatu oraz w jaki sposób ich wysokość wpływa na zamieszkujące je gatunki. Mapę stworzono za pomocą umieszczonego na orbicie lasera, który zbadał wysokość lasów wysyłając w ich kierunku 2,5 miliona impulsów świetlnych. Dane z odbicia światła były następnie szczegółowo analizowane i porównywane z informacjami uzyskanymi z 70 stacji naziemnych. Badania wykazały, że, ogólnie rzecz ujmując, wraz ze wzrostem szerokości geograficznej, spada wysokość drzew. Najwyższe rośliny znajdują się w tropikach, a im bliżej biegunów, tym są niższe. Znaczącym wyjątkiem jest roślinność Australii i Nowej Zelandii znajdująca się w okolicach 40. stopnia szerokości południowej. Rosną tam eukaliptusy, należące do najwyższych roślin na Ziemi. Najnowsze pomiary wykazują, że lasy na naszej planecie są wyższe, niż wcześniej szacowano. Dotyczy to w szczególności lasów w tropikach i tajgi. Niższe za to niż sądzono są lasy na obszarach górskich. Nasza mapa to jeden z najdokładniejszych dostępnych obecnie pomiarów wysokości lasów na Ziemi - mówi Marc Simard z JPL. Nawet jednak te pomiary nie są doskonałe. Na ich dokładność wpływa bowiem zarówno stopień w jakim człowiek na poszczególnych obszarach zniszczył lasy, jak i różnice w wysokości poszczególnych drzew. Dla niektórych części globu pomiary będą zatem znacznie bardziej dokładne niż dla innych.

Na University of California San Diego powstał najmniejszy na świecie laser pracujący w temperaturze pokojowej. Zbudowano też laser, który nie posiada żadnej wartości progowej. Głównymi zaletami obu urządzeń są ich minimalne zapotrzebowanie na energię oraz miniaturowe rozmiary. Każdy laser wymaga współdziałania układu pompującego o takiej mocy, która pozwala na przekroczenie progu akcji laserowej, czyli takiego poziomu wzbudzenia, w której większość emisji lasera stanowi uporządkowany stymulowany promień światła, przeważający nad emisją spontaniczną i nieuporządkowaną. Im mniejszy jest laser, tym większa energia konieczna do osiągnięcia progu. Aby poradzić sobie z tym problemem naukowcy zaprojektowali laser, który wykorzystuje kwantowy efekt elektrodynamiczny zachodzący we współosiowych nanownękach. Laserowa wnęka zawiera metalowy pręcik otoczony pierścieniem półprzewodnikowych kwantowych studni pokrytych metalem. Taka architektura pozwoliła też na stworzenie najmniejszego lasera pracującego w temperaturze pokojowej. Jest on o cały rząd wielkości mniejszy od dotychczasowego rekordzisty. Średnica lasera wynosi mniej niż pół mikrona, czyli jest mniej więcej 1200 razy mniejsza niż kropka na końcu tego zdania. Nanolasery mogą posłużyć do zbudowania komputerów optycznych, w których komunikacja, a być może i obliczenia, będą odbywały się za pomocą sygnałów świetlnych a nie elektrycznych. Jakby tego było mało, uczeni nie wykluczają, że ich lasery można skalować, co oznacza, iż możliwe będzie wyprodukowanie jeszcze mniejszych urządzeń. To pozwoliłoby np. na badanie materiałów, których struktury są znacznie mniejsze od długości fali, przez co nie można ich badać za pomocą współczesnych laserów.

Dwóch pracowników Sandia National Laboratories, prywatnie myśliwych, dyskutowało o swoim ulubionym zajęciu, a efektem ich rozmów jest... prototyp samosterującego pocisku do broni ręcznej. Kula może bez większego problemu trafić w oświetlony laserem cel z odległości około 2000 metrów. Mamy bardzo obiecującą technologię kierowania małymi pociskami, która może zostać szybko i tanim kosztem udoskonalona - mówi Red Jones, który wraz z Brianem Kastem opracował pocisk. Ich projekt to pocisk o długości 10 centymetrów, w którego czubku umieszczono czujnik optyczny, wykrywający światło lasera. Czujnik wysyła dane do ośmiobitowego procesora, a ten steruje ruchem elektromagnetycznych aktuatorów, które z kolei zarządzają niewielkimi brzechwami korygującymi tor lotu pocisku. Obecnie większość broni strzeleckiej korzysta z gwintowanych luf. Obecność gwintu nadaje pociskom ruch obrotowy, co stabilizuje je w czasie lotu. Nowe pociski wystrzeliwane są z broni gładkolufowej. Stabilność lotu zapewnia umiejscowienie środka ciężkości bliżej przodu pocisku oraz wspomniane wcześniej brzechwy. Początkowo pocisk znajduje się w plastikowej osłonie, która chroni brzechwy przed kontaktem z lufą. Komputerowe symulacje wykazały, że nowy pocisk jest znacznie bardziej celny od tradycyjnych rozwiązań. W warunkach polowych średnie odchylenie od celu znajdującego się w odległości 1000 metrów wynosi w przypadku tradycyjnego pocisku około 9 metrów. Nowy pocisk zmniejsza tę odległość do około 0,2 metra. Co więcej, projekt z Sandii nie wymaga stosowania układu mierzącego inercję, który znacznie zwiększyłby cenę pocisku. Częstotliwość kołysania się lecącego pocisku jest zależna od jego wielkości. Samosterujące rakiety są duże, zatem częstotliwość odchyleń jest niewielka, co powoduje konieczność stosowania bardzo precyzyjnych mechanizmów kontroli intercji, gdyż jest niewiele okazji do skorygowania toru lotu rakiety. W przypadku pocisku o rozmiarach opracowanych przez Jonesa i Kasta, dochodzi do 30 odchyleń w ciągu sekundy, a więc tyle razy na sekundę można skorygować jego lot. Przeprowadzone testy wykazały, że komercyjnie dostępny proch pozwala pociskowi na osiągnięcie prędkości 731 metrów na sekundę. Specjaliści uważają, że za pomocą specjalnie dobranego prochu można będzie zwiększyć jego prędkość. Podczas nocnych testów do pocisków mocowano diody LED i okazało się, że baterie i cała elektronika są w stanie przetrwać lot. Co więcej film wykonany kamerą o dużej prędkości pokazał zaskakującą rzecz. Im dłużej pocisk leci, tym wolniej opada, co oznacza, że jest bardziej celny na większe odległości. Nikt nigdy tego nie obserwował, ale mamy to nagrane - mówi Jones. Sandia szuka teraz prywatnej firmy, która będzie chciała prowadzić dalsze badania nad nowym pociskiem i rozpocząć w przyszłości jego produkcję.

Dotychczas zjawiska kwantowe były dostrzegalne tylko w skali mikro, ale dzięki pracom uczonych z University of Cambridge właśnie się to zmieniło. Na uczelni powstał układ scalony zamieniający elektrony w stan kwantowy, który podczas tej operacji emituje światło. Całość jest na tyle duża, że zjawisko można obserwować gołym okiem. Do wytworzenia stanów kwantowych wystarczy oświetlić układ za pomocą laserów. W ten sposób powstają olbrzymie polarytony o grubości ludzkiego włosa, które emitują światło. Po poddaniu ich działaniu lasera okazało się, że tworzony przez nie „płyn kwantowy“ zaczyna spontanicznie oscylować w przód i w tył, tworząc znane fizykom kwantowe wahadło. Od innych tego typu zjawisk odróżniają je tysiące razy większe rozmiary. Eksperyment przeprowadzili doktor Gab Christmann, profesor Jeremy Baumberg i doktor Natalia Berloff. Christmann wyjaśnia, że te polarytony w zdecydowanej większości poruszają się zgodnie ze sobą, co wskazuje na kwantowe splątanie. Uzyskany w ten sposób kwantowy płyn ma pewne szczególne właściwości. Próbuje np. odpychać poszczególne cząsteczki od siebie, powstają w nim wiry z określonej liczby cząsteczek, co oznacza, że wiry te tworzą regularny wzór. Uczeni dowiedli, że ich płyn kwantowy można kontrolować za pomocą laserów i tworzyć z niego wahadło oscylujące z częstotliwością liczoną w megahercach. Nie spodziewaliśmy się możliwości bezpośredniego zaobserwowania takiego zjawiska. To niezwykłe, jak doskonałe muszą być nasze próbki. Możemy w czasie rzeczywistym sterować przepływem strumieni polarytonów dzięki działaniu laserów, za pomocą których je stworzyliśmy - mówi Christmann. Co więcej, okazało się, że zwiększając liczbę laserów można tworzyć bardziej skomplikowane stany kwantowe. Celem badań jest opracowanie urządzenia, które stworzy stany kwantowe w temperaturze pokojowej i przy użyciu zasilania z baterii.

Badacze z organizacji Public Intelligence opublikowali informację dotyczącą broni, która nie zabija, a którą chce budować lub udoskonalać Pentagon. Taka broń ma posłużyć przede wszystkim do rozwiązywania konfliktów bez eskalowania przemocy i wywoływania niechęci czy nienawiści do żołnierzy. Analitycy twierdzą, że obecnie używana broń tego typu nie tylko pozwala na zażegnanie kryzysu, ale wywołuje też pozytywny oddźwięk u miejscowej ludności. Jednym z takich urządzeń jest Raytheon Active Denial System. To urządzenie mikrofalowe, które na krótki czas podgrzewa skórę. Temperatura jest na tyle wysoka, że „ostrzelany“ jest zmuszony do wycofania się, jednocześnie zaś broń ma nie powodować ran. Pentagon chce zwiększyć zasięg systemu tak, by niemożliwe było zbliżenie się do niego na odległość pozwalającą na ostrzelanie z małej broni ręcznej. Innym urządzeniem jest Distributed Sound and Light Array (DSLA). To połączenie laserów, świateł i systemu dźwiękowego, które ma zdezorientować tłum. Ma jednak tę wadę, że użyte z bliskiej odległości może uszkodzić uszy i oczy. W przyszłym roku Pentagon rozpocznie testy udoskonalonego granatu hukowego. Ma on oślepiać człowieka na 10 sekund i wystawiać go na działanie dźwięku o natężeniu 143 decybeli. Udoskonalona zostanie też gumowa amunicja. Wojskowi domagają się, by miała ona większy zasięg i została wyposażona w barwnik pozostawiający ślady na ubraniu i ciele ostrzelanego, by można było go później zidentyfikować. Jeśli zaś chodzi o broń, która jeszcze nie istnieje, to na „liście życzeń“ Pentagonu znalazły się dwa interesujące systemy. jeden z nich to Subsurface Non-Lethal Engagement-Impulse Swimmer Gun. Ma być to broń generująca pod wodą impuls dźwiękowy, który z odległości nawet 150 metrów będzie wywoływał zaburzenia orientacji oraz nudności u wrogich płetwonurków. Odmiana tego systemu będzie generowała nanosekundowy impuls elektryczny, powodujący utratę kontroli nad mięśniami. Pentagon nie wyklucza takiej modyfikacji tej broni, że możliwe będzie zatrzymywanie za jej pomocą samochodów lub statków, poprzez przeciążenie ich systemów elektronicznych. Najciekawszym pomysłem ma być jednak Laser Based Flow Modification. W zamierzeniach pomysłodawców tego systemu, pozwoli on na „ostrzelanie“ krawędzi natarcia skrzydła samolotu, dzięki czemu zmieni się siła nośna i maszyna zostanie zmuszona do lądowania.

W Niemczech zbudowano najmniejszy w historii silnik Stirlinga. To wynaleziony na początku XIX wieku silnik, który przetwarza energię cieplną w energię mechaniczną. Specjaliści z Uniwersytetu w Stuttgarcie i Instytutu Systemów Inteligentnych Maksa Plancka tak zmodyfikowali urządzenie, by uzyskać jak najmniejsze wymiary. Oryginalny silnik Stirlinga ma z jednej strony cylinder z gazem połączony ze źródłem ciepła, a z drugiej chłodnicę. Dwa tłoki przepychają gaz pomiędzy ciepłym i zimnym obszarem. W celu zmniejszenia rozmiarów silnika niemieccy uczeni zastąpili zbiornik gazu pojedynczą cząsteczką melaminy, którą zanurzono w wodzie. Całość umieszczono w zbiorniku o wysokości 4 mikrometrów. W roli tłoka wystąpił laser. Im większa była intensywność promienia, tym mniejszą swobodę ruchu miała molekuła. Zachowywała się ona zatem podobnie do molekuł gazu w oryginalnym projekcie. Drugi z laserów w czasie krótszym niż 10 milisekund podgrzewał wodę do temperatury 90 stopni Celsjusza, wywołując ruch melaminy. Wyłączenie lasera powodowało gwałtowne ochładzanie się wody. Pomimo tego, że udało się odtworzyć działanie silnika Stirlinga, mikroskopijne urządzenie jest mniej doskonałe niż pracujące w skali makro. W przeciwieństwie do makroskopowego silnika, który pracuje bardzo płynnie i całkowicie przewidywalny sposób, nasz silnik zacina się - mówi profesor Bechinger. Dzieje się tak dlatego, że molekuły wody bez przerwy uderzają w molekułę melaminy, co powoduje nierównomierne przepływy energii. W dużym silniku generowane jest tyle energii, że kolizje te nie mają znacznie, jednak w świecie mikro zaburzają one pracę urządzenia. Mimo to, naukowcy byli zadziwieni faktem, że średnia wydajność silnika była taka jak oryginału. Naukowcy podkreślają, że ich silnik nigdy nie znajdzie praktycznego zastosowania, jednak mają nadzieję, że badania nad nim posłużą do opracowania bardziej stabilnych źródeł napędu dla mikromaszyn.

Trzech naukowców z Goddard Space Fight Center otrzymało od NASA grant w wysokości 100 000 USD, który jest przeznaczony na rozwój technologii laserowego zbierania próbek. Ich bezdotykowe kolekcjonowanie eliminuje ryzyko zanieczyszczenia. Obecny w science-fiction, przede wszystkim w Star Treku, system laserowego zbierania próbek, znajduje się w zasięgu współczesnej technologii - stwierdził Paul Stysley. Wraz z Demetriosem Pouliosem i Barry'm Coyle'em próbowali oni stworzyć laserowe urządzenie służące do sprzątania orbity okołoziemskiej. Okazało się jednak, że lasery, przynajmniej obecnie, nie radzą sobie z tak dużymi obiektami jak np. szczątki satelitów. Mogą być jednak użyte do zbierania próbek. Stysley, Poulios i Coyle zajmą się badaniem trzech technologii. Pierwsza zakłada użycie dwóch przeciwległych promieni lasera. Jest ona już używana w ograniczonym zakresie do przesuwania cząsteczek, jednak wymaga istnienia atmosfery, przez co nie będzie się nadawała do wielu zastosowań. Druga technologia, przetestowana w laboratorium, korzysta z optycznego solenoidu. Jest on opisywany przez uczonych jako promienie, których intensywność osiąga maksimum spiralnie do osi rozprzestrzeniania się. Pozwala ona przesuwać cząsteczki w kierunku źródła światła. Wiadomo też, że działa w próżni, co pozwoli na wykorzystanie jej w przestrzeni kosmicznej. W końcu trzecia, obecnie czysto teoretyczna technologia, korzystająca z pola elektromagnetycznego opisywanego przez funkcję Bessela pierwszego rodzaju. Zakłada ona wytworzenie pól magnetycznych lub elektrycznych wokół cząsteczek i nadanie im w ten sposób przyspieszenia. Chcemy być pewni, że dobrze rozumiemy działanie tych technik. Mamy nadzieję, że jedna z nich spełni nasze oczekiwania. Dopiero zaczynamy nad tym pracować. To nowe zastosowanie, którym nikt się dotąd nie zajmował - mówi Coyle.

Naukowcy z California Institute of Technology (Caltech) we współpracy z uczonymi z Uniwersytetu Wiedeńskiego po raz pierwszy w historii schłodzili za pomocą lasera miniaturowy obiekt mechaniczny do najniższego możliwego stanu energetycznego. Osiągnięcie to umożliwi przeprowadzenie w przyszłości eksperymentów, które dotychczas nie były możliwe. Użyliśmy światła do wprowadzenia masywnego systemu mechanicznego - składającego się z miliardów atomów- w stan, w którym zachowuje się on zgodnie z prawami mechaniki kwantowej. W przeszłości można było tego dokonać tylko w przypadku pojedynczych jonów i atomów schwytanych w pułapki - powiedział główny autor badań, profesor Oskar Painter. Uczony i jego zespół najpierw stworzyli bardzo precyzyjną krzemową belkę o długości liczonej w mikrometrach i dobrali częstotliwość światła laserowego tak, by mogło ono dotrzeć do systemu i, po odbiciu, odebrać zeń energię cieplną. Dzięki niezwykłej precyzji wykonania każdego elementu oraz osłony izolującej całość od wpływów środowiska doprowadzili system do stanu podstawowego, w którym drgania mechaniczne są zredukowane do absolutnego minimum. W takim stanie można wykryć bardzo niewielkie siły i masy oddziałujące na system. Zwykle ich obecność jest maskowana drganiami. Nasz eksperyment otwiera drogę do przeprowadzenia bardzo interesujących badań z zakresu mechaniki kwantowej - stwierdził profesor Painter. Pozwoli to np. na sprawdzenie czy systemy mechaniczne mogą zostać wprowadzone w stan splątania kwantowego. Aby osiągnąć stan podstawowy, konieczne było schłodzenie belki do temperatury poniżej 100 milikelwinów. Dopiero wówczas udałoby się usunąć „szum" w postaci fononów, które w olbrzymiej ilości są tworzone w temperaturze pokojowej. Tradycyjne metody kriogeniczne mogły się nie sprawdzić, gdyż po pierwsze wymagają użycia bardzo drogiego sprzętu, a po drugie, nie można ich zastosować w każdym przypadku. Postanowiliśmy użyć fotonów do usunięcia fononów z systemu - powiedział Jasper Chan, jeden z naukowców biorących udział w eksperymencie. Uczeni wywiercili w krzemowej belce otwory, które po potraktowaniu światłem o określonej długości fali, zadziałały jak pułapki, w które złapało się światło. Doszło wówczas do silnej interakcji światła z drganiami mechanicznymi. Jako, że przesunięcie w częstotliwości światła jest wprost związane z ruchem termicznym obiektu, to światło, gdy już wydostanie się z pułapki, zabiera ze sobą takie informacje o systemie mechanicznym jak np. ruch i temperatura. W ten sposób powstał przetwornik optomechaniczny, który zamieniał informacje o systemie mechanicznym w światło. Taki przetwornik może zostać wykorzystany do łączenia różnych systemów kwantowych.

Odebranie na Ziemi zdjęć o wysokiej rozdzielczości wykonanych przez sondę fotografującą Marsa trwa około 90 minut. NASA chce w 2016 roku uruchomić laserowy system transmisji danych, dzięki któremu czas przesyłania zdjęć ulegnie skróceniu do kilku minut. Agencja zatwierdziła właśnie rozpoczęcie prac nad systemem Laser Communications Relay Demonstration (LCRD). Będzie on rozwijany przez specjalistów z Goddard Space Fligh Center i w fazie testów zostanie umieszczony na komercyjnych satelitach telekomunikacyjnych. Mimo, iż NASA opracowała już nowoczesne systemy przesyłania danych za pomocą wyższych częstotliwości radiowych, nowe metody kompresji danych i inne techniki, to nie będą one nadążały za ilością danych przekazywanych w przyszłości przez zaawansowane instrumenty oraz dalekie misje załogowe. Tak jak w pewnym momencie internet nie mógł już dużej polegać na dostępie wdzwanianym, tak NASA zbliża się do granic możliwości obecnie wykorzystywanych technologii - powiedział Dave Israel, główny naukowiec programu LCRD. Powstał więc pomysł rozszerzenia możliwości wykorzystywanych sieci radiowych, zarówno naziemnych jak i satelitarnych, o technologie optyczne. Powinno to zwiększyć przepustowość tych sieci od 10 do 100 razy. Prace potrwają wiele lat, ale odniesiemy z tego olbrzymie korzyści w postaci znacznie większej ilości danych, które będziemy mogli przesyłać w obie strony. Szczególnie będą one widoczne przy transmisji danych z dalszych regionów Układu Słonecznego i spoza niego - mówi James Reuther, jeden z dyrektorów w Biurze Głównego Technologa NASA. Podczas demonstracji możliwości nowego systemu dane zostaną zakodowane w promieniu lasera i wysłane ze stacji bazowej do satelity komunikacyjnego. Satelita zostanie wyposażony w teleskopy. lasery, lustra, czujniki, systemy śledzące, elektronikę kontrolną oraz dwa typy modemów. Jeden ich rodzaj będzie służył do komunikacji z pojazdami odbywającymi misje na krańcach Układu Słonecznego i poza nim oraz z niewielkimi satelitami znajdującymi się na niskiej orbicie Ziemi, które mają do dyspozycji niewiele energii. Drugi rodzaj modemów zostanie przystosowany do odbioru olbrzymiej ilości danych z pobliskich urządzeń. Israel mówi, że w przyszłości ten drugi rodzaj modemów może odbierać dziesiątki gigabitów w ciągu sekundy. Wspomniany satelita komunikacyjny, po odebraniu danych będzie przekazywał je do dwóch stacji znajdujących się na Hawajach i w Południowej Kalifornii. Testy nowego systemu potrwają 2-3 lata.

Na Michigan State University powstał laser, który wykrywa przydrożne bomby-pułapki. Są one największym zagrożeniem dla wojsk koalicyjnych w Afganistanie. Jako, że tego typu bomby są umieszczane często w zaludnionych obszarach, system, który je identyfikuje musi spełniać kilka szczególnych założeń. Przede wszystkim musi wykrywać je nie doprowadzając jednocześnie do eksplozji. Ponadto musi być w stanie odróżnić bombę od wielu innych znajdujących się w pobliżu obiektów. Identyfikacja musi być też wiarygodna, by uniknąć np. niepotrzebnego ewakuowania okolicznych mieszkańców wskutek błędnego rozpoznania niegroźnego obiektu jako materiału wybuchowego. Laser z Michigan ma moc porównywalną ze wskaźnikiem laserowym wykorzystywanym np. podczas prezentacji. Emituje on krótkie impulsy w kierunku podejrzanego obiektu, wybijając z niego molekuły i doprowadzając je do wibracji. Następnie emitowane są długie impulsy, które „nasłuchują" tych wibracji i na ich podstawie identyfikują każdą z molekuł. Cały system sprzężony jest z kamerami, co pozwala na badanie podejrzanego obszaru z bezpiecznej odległości. „Laser i jego sposób pracy powstał początkowo z myślą o zastosowaniu go w mikroskopach, ale udało się nam go przystosować do wykrywania materiałów wybuchowych" - mówi Marcos Bantus, profesor chemii i założyciel firmy BioPhotonic Solutions. Badania prowadzone przez jego firmę są częściowo finansowane przez Departament Bezpieczeństwa Wewnętrznego.

Richard Taylor, dyrektor Instytutu Materiałoznawstwa na University of Oregon, opublikował na łamach Physics World artykuł, w którym opisuje nowoczesne sposoby tworzenia kręgów zbożowych. Wg niego, staromodne liny, drewniane kłody i stołki barowe zastąpiły lasery, elementy kuchenek mikrofalowych oraz GPS-y. Części gadżetów naukowcy pewnie jeszcze w ogóle nie zidentyfikowali. Bez wątpienia jednego nie da się "wygniataczom" zbóż odmówić – pomysłowości. Pierwsze doniesienia o kręgach sięgają roku tysięcznego. Wtedy nazywano je kołami wilijnymi i uznawano za skutek nocnych tańców boginek. W latach 70. w południowej Anglii powstało bardzo dużo kręgów. W 1991 r. Doug Bower i Dave Chorley przyznali, że większość zapoczątkowujących nową agromodę kręgów była ich dziełem. Panowie pokazali nawet wykorzystywane przez siebie przyrządy. Mimo ich publicznej spowiedzi, fenomen nie zniknął, a wręcz przeciwnie – nadal się rozwijał. Z czasem kręgi stawały się coraz bardziej skomplikowane, obecnie niektóre składają się nawet z 2 tys. różnych kształtów. Pewne kręgi powstają w oparciu o wzory matematyczne. W zeszłym roku Lucy Pringle odkryła, że jeden z nich stworzono na bazie wzoru Eulera. Taylor sądzi, że za pomocą składowych mikrofalówki można sprawić, że źdźbła wyłożą się i ulegną wychłodzeniu w poziomie. Amerykanin uważa, że dzięki pospolitemu urządzeniu kuchennemu proces tworzenia kręgów zyskał na prędkości i pozwolił na uzyskiwanie bardzo drobnych szczegółów. Inni naukowcy twierdzą, że odtwarzali już wzory w zbożu i trawie, używając magnetronu, czyli lampy mikrofalowej, oraz 120-woltowej baterii. Jaką funkcję spełniają inne wymienione w artykule akademika z University of Oregon sprzęty? GPS-y pozwalają dokładnie wytyczyć i odtworzyć wzór, stanowią więc coś w rodzaju elektronicznej wersji linijki, ekierki i kątomierza, podczas gdy laser tnie roślinność niczym skalpel skrzyżowany z dłutem. Na witrynie Lucy Pringle można podziwiać zdjęcia naprawdę pięknych i złożonych kręgów. Badaczka znalazła ciekawy sposób na sfinansowanie swojej pasji: w sklepie internetowym oferuje puzzle przedstawiające najbardziej interesujące kręgi zbożowe, a także kalendarze z malowniczymi agrowzorami.

Grafen ma wiele zalet, ale też i jedną bardzo poważną wadę - nie występuje w nim pasmo wzbronione, bez którego jest nieprzydatny do zastosowań w elektronice. Dlatego też poszukiwana jest odpowiednia metoda tworzenia tego pasma. W półprzewodnikach występuje region energetyczny, zwany pasmem wzbronionym, gdzie nie są dostępne żadne stany elektroniczne [poziomy energetyczne - red.]. Mówi się, że gęstość nośnika wynosi tam zero. Jeśli mamy urządzenie podłączone do dwóch elektrod i występuje w nim pasmo wzbronione, to możemy spowodować, by płynął przez nie prąd o minimalnym napięciu. Brak pasma wzbronionego w grafenie oznacza, że nie można go „wyłączać". A to właśnie dzięki temu, iż możemy „włączać" i „wyłączać" prąd, możemy też kodować informacje w postaci 0 i 1. To wyjaśnia, dlaczego brak pasma wzbronionego to poważny wada, uniemożliwiające zastosowanie tego wyjątkowego materiału w wielu miejscach - mówi Foa Torres z Universidad Nacional de Cordoba w Argentynie. Torres i jego zespół, po przeanalizowaniu sposobu, w jaki laser wpływa na elektrony w grafenie, doszli do wniosku, że oświetlenie go światłem w średnich zakresach podczerwieni utworzy w nim pasmo wzbronione. Co więcej, jego właściwości można dobrać za pomocą polaryzacji światła. Wyobraźmy sobie elektron, który przesuwa się z lewej strony na prawą, w kierunku obszaru oświetlonego przez laser. Elektron wchodzi w interakcję z radiacją lasera, emitując lub absorbując fotony. Ta interakcja powoduje, że elektron jest odbijany lub rozpraszany, tak jakby trafił na ścianę - tutaj jest to pasmo wzbronione. W przeciwieństwie do normalnych pasm wzbronionych to jest tworzone dynamicznie - mówi Torres. Jego zdaniem interakcja pomiędzy strukturą grafenu a laserem daje nadzieję na uzyskanie egzotycznych stanów materii, takich jak izolatory topologiczne. Uczony uważa też, że wprowadzane laserowo pasmo wzbronione pozwoli na tworzenie nowych urządzenie optoelektronicznych. Tera Torres i jego współpracownicy chcą przeprowadzić eksperymenty, które mają zweryfikować prawdziwość ich założeń. Ich przeprowadzenie powinno być tym łatwiejsze, że z Argentyńczykami skontaktowały się już dwie znane grupy badawcze z USA i Hiszpanii, które są zainteresowane ich teorią. Drzwi zostały otwarte. Teraz wkraczamy na obiecującą terra incognita - mówi Torres.

Emily Brooke, studentka ostatniego roku projektowania przemysłowego z Uniwersytetu w Brighton, opracowała urządzenie o nazwie BLAZE, które rzutuje laserowo na drogę zielony znak informujący o obecności roweru, motocyklu lub skutera. Jej wynalazek został doceniony, dzięki czemu wygrała miejsce na kursie w prestiżowym Babson College w Massachusetts. BLAZE jest zasilany bateriami. Wystarczy go przymocować do rączek. Jaskrawozielony symbol roweru przemieszcza się przed pojazdem. Widać go nawet w świetle dziennym. Można też wykorzystać opcję migania, która znacznie zwiększa widoczność. Brooke podkreśla, że do większości wypadków z udziałem rowerów dochodzi z powodu niedostatecznej widoczności rowerów. Nawet oświetlony jak bożonarodzeniowa choinka, rower jest nadal niewidoczny w martwym punkcie autobusu. Z BLAZE widzisz rower przed cyklistą i myślę, że to dużo zmienia w przypadku kluczowych scenariuszy zagrażających rowerzystom na drogach. Konstruując BLAZE, studentka współpracowała z ekspertami ds. bezpieczeństwa, a także psychologami ruchu drogowego. Trzeba przyznać, że jej urządzenie pod każdym względem przewyższa naklejkę "Patrz w lusterka, motocykle są wszędzie".