Znajdź zawartość

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.

Naukowcy z Uniwersytetu Stanforda są pierwszymi, którzy uzyskali system składający się z „zaprojektowanych elektronów“. Pozwala to na dobranie właściwości elektronów, a w przyszłości umożliwi stworzenie nowych typów materiałów. Sercem wszystkich dzisiejszych technologii jest zachowanie się elektronów w materiale. Teraz jesteśmy w stanie dobrać podstawowe właściwości elektronów tak, by zachowywały się one w sposób rzadko spotykany w zwykłych materiałach - mówi profesor Hari Manoharan. Pierwszym stworzonym w ten sposób materiałem jest struktura w kształcie plastra miodu, zainspirowana grafenem. Naukowcy nazwali ją „molekularnym grafenem“. Uczeni za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego umieszczali pojedyncze molekuły tlenku węgla na idealnie gładkiej powierzchni miedzi. Węgiel odpychał wolne elektrony z atomów miedzi i zmuszał je do utworzenia heksagonalnej struktury, w której miały właściwości podobne do elektronów w grafenie, czyli zachowywały się tak, jakby nie miały masy. Aby odpowiednio dobrać ich właściwości uczeni przesuwali molekuły CO, co zmieniało symetrie przepływu elektronów. W pewnych ustawieniach zachowywały się one tak, jakby były wystawione na działanie pola elektrycznego bądź magnetycznego. Inne ułożenie molekuł umożliwiało np. na precyzyjne dobranie gęstości elektronów na powierzchni. Możliwe było też wyznaczenie obszarów, na których elektrony zachowywały się tak, jakby posiadały masę. Jedną z najbardziej niesamowitych rzeczy, którą osiągnęliśmy jest spowodowanie, by elektrony zachowywały się tak, jakby znajdowały się w silnym polu magnetycznym, podczas gdy w rzeczywistości nie ma żadnego pola - stwierdza Manoharan. Dzięki teorii opracowanej przez współautora badań, którym jest Francisco Guinea z Hiszpanii, naukowcy byli w stanie obliczyć, jak ułożyć atomy węgla, by elektrony zachowywały się jak zostały poddane polu magnetycznemu do 60 tesli. To nowe pole do badań dla fizyki. Grafen molekularny to pierwsza z wielu możliwych struktur. Sądzimy, że nasze badania pozwolą na stworzenie nowych przydatnych w elektronice materiałów - mówi Manoharan.

Wynikiem współpracy uczonych z Purdue University, University of New South Wales i University of Melbourne jest najmniejszy tranzystor na świecie. Urządzenie zbudowane jest z pojedynczego atomu fosforu. Tranzystor nie tyle udoskonali współczesną technologię, co pozwoli na zbudowanie zupełnie nowych urządzeń. To piękny przykład kontrolowania materii w skali atomowej i zbudowania dzięki temu urządzenia. Pięćdziesiąt lat temu gdy powstał pierwszy tranzystor nikt nie mógł przewidzieć, jaką rolę odegrają komputery. Teraz przeszliśmy do skali atomowej i rozwijamy nowy paradygmat, który pozwoli na zaprzęgnięcie praw mechaniki kwantowej do dokonania podobnego jak wówczas technologicznego przełomu - mówi Michelle Simmons z University of New South Wales, która kierowała pracami zespołu badawczego. Niedawno ta sama grupa uczonych połączyła atomy fosforu i krzem w taki sposób, że powstał nanokabel o szerokości zaledwie czterech atomów, który przewodził prąd równie dobrze, jak miedź. Gerhard Klimeck, który stał na czele grupy uczonych z Purdue prowadzących symulacje działania nowego tranzystora stwierdził, że jest to najmniejszy podzespół elektroniczny. Według mnie osiągnęliśmy granice działania Prawa Moore’a. Podzespołu nie można już zmniejszyć - powiedział. Prawo Moore’a stwierdza, że liczba tranzystorów w procesorze zwiększa się dwukrotnie w ciągu 18 miesięcy. Najnowsze układy Intela wykorzystują 2,3 miliarda tranzystorów, które znajdują się w odległości 32 nanometrów od siebie. Atom fosforu ma średnicę 0,1 nanometra. Minie jeszcze wiele lat zanim powstaną procesory budowane w takiej skali. Tym bardziej, że tranzystor zbudowany z pojedynczego atomu ma bardzo poważną wadę - działa tylko w temperaturze -196 stopni Celsjusza. Atom znajduje się w studni czy też kanale. Żeby działał jak tranzystor konieczne jest, by elektrony pozostały w tym kanale. Wraz ze wzrostem temperatury elektrony stają się bardziej ruchliwe i wychodzą poza kanał - wyjaśnia Klimeck. Jeśli ktoś opracuje technikę pozwalającą na utrzymanie elektronów w wyznaczonym obszarze, będzie można zbudować komputer działający w temperaturze pokojowej. To podstawowy warunek praktycznego wykorzystania tej technologii - dodaje. Pojedyncze atomy działające jak tranzystory uzyskiwano już wcześniej, jednak teraz po raz pierwszy udało się ściśle kontrolować ich budowę w skali atomowej. Unikatową rzeczą, jaką osiągnęliśmy, jest precyzyjne umieszczenie pojedynczego atomu tam, gdzie chcieliśmy - powiedział Martin Fuechsle z University of New South Wales. Niektórzy naukowcy przypuszczają, że jeśli uda się kontrolować elektrony w kanale, to będzie można w ten sposób kontrolować kubity, zatem powstanie komputer kwantowy.

Astronomowie z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles (UCLA) rozwiązali zagadkę wysokoenergetycznych elektronów znikających z pasów Van Allena. W latach 60. zauważono, że z niedawno odkrytych pasów Van Allena, czyli otaczających Ziemię obszarów intensywnego promieniowania, co jakiś czas znikają niemal wszystkie wysokoenergetyczne elektrony. Co dziwne, elektrony „ginęły“ w czasie zwiększonej aktywności słonecznej, gdy należało spodziewać się raczej, że zwiększone promieniowanie gwiazdy będzie powodowało wzrost liczby wysokoenergetycznych cząsteczek w okolicach Ziemi. Gdy mamy do czynienia z burzą geomagnetyczną, spowodowaną np. koronalnym wyrzutem masy, z pasów Van Allena na kilka godzin znikają niemal wysokoenergetyczne elektrony. Jedna z teorii mówiła, że elektrony są wystrzeliwane wówczas w przestrzeń międzyplanetarną. Badania zjawisk zachodzących w pobliżu Ziemi oraz wpływu pogody kosmicznej na okolice naszej planety odgrywają istotną rolę. Jesteśmy coraz bardziej uzależnieni od techniki kosmicznej, a tymczasem intensywne promieniowanie może uszkodzić satelity, skracając o całe lata ich przewidywany czas pracy. Ponadto może ono stanowić zagrożenie dla osób przebywających w przestrzeni kosmicznej. Dlatego też Drew Turner i jego zespół postanowili wykorzystać sieć satelitów THEMIS (Time History of Events and Macroscale Interactions durign Substorms) umieszczonych w różnych odległościach od Ziemi, by zbadać zagadkę znikających elektronów. Dodatkowe dane uzyskano z satelitów POES (Polar Operational Environmental Satellite) oraz GOES (Geostationary Operational Environmental Satellite). Badania wykazały, że o ile część wysokoenergetycznych elektronów jest kierowanych przez wiatr słoneczny w stronę Ziemi, to większość, wybita z pasów Van Allena przez oddziaływanie naszej gwiazdy, ucieka w przestrzeń międzyplanetarną. To jednak nie koniec badań. UCLA nawiązała współpracę z Uniwersytetem Moskiewskim, dzięki czemu wspólnie będą korzystali z danych satelity Łomonosow, który wiosną bieżącego roku zostanie wysłany na niską orbitę okołoziemską, by badać znajdujące się tam wysokoenergetyczne cząsteczki. To, co obecnie badamy, było pierwszym odkryciem epoki podboju kosmosu [pasy Van Allena odkrył w 1958 roku pierwszy amerykański satelita i jednocześnie pierwszy satelita naukowy, Explorer I - red.]. Wtedy to właśnie ludzie przekonali się, że wystrzeliwanie satelitów niesie nie tylko korzyści propagandowe, ale również naukowe - mówi Yuri Shprits, współautor badań.

Abdulaziz Alhaidari wraz ze współpracownikami z Saudyjskiego Centrum Fizyki Teoretycznej wysunęli hipotezę, że wśród niezwykłych cech grafenu znajduje się również... możliwość tworzenia masy. Jednym z najbardziej interesujących pomysłów dotyczących grafenu jest nadzieja, że materiał ten będzie mógł służyć do prowadzenia eksperymentów na gruncie fizyki relatywistycznej. Okazało się bowiem, że właściwości elektroniczne grafenu można dostosować tak, że elektrony i dziury poruszające się z prędkością miliona metrów na sekundę są matematycznym odpowiednikiem zachowania elektronów podróżujących w próżni z prędkością bliską prędkości światła. To oznacza, że elektrony nie podlegają konwencjonalnemu równaniu Schrodingera, ale równaniu Diraca, wykorzystywanemu w fizyce relatywistycznej. Równanie Diraca nie bierze pod uwagę masy, a zatem elektrony i dziury zachowują się tak, jakby nie miały masy. Spostrzeżenie takie jest niezwykle ważne dla badań, gdyż dotychczas relatywistyczne zachowanie elektronów mogli obserwować tylko ci naukowcy, którzy mieli dostęp do akceleratorów cząstek. Teraz badać je będzie mogło każde laboratorium dysponujące grafenem. Takie właściwości mogą też oznaczać powstanie urządzeń elektronicznych korzystających z zasad fizyki relatywistycznej. Uczeni rozważając czym jest masa spekulują, że występuje ona dlatego, że wszechświat ma dodatkowe wymiary, które istnieją tylko w najmniejszej skali. Wymiary te są uzwarcone. Takie wymiary mają niezwykły wpływ na mechanikę kwantową zmieniając dotyczące jej równania tak, że zawierają masę. Stąd, w teorii, bierze się masa. Alhaidari i jego zespół spekulują, że podobny efekt może występować w grafenie jeśli znajdujące się w nim wymiary zostaną uzwarcone (skompaktyfikowane). Grafen, jak wiemy, jest strukturą dwuwymiarową. Jeśliby zatem udało się zmniejszyć liczbę wymiarów grafenu z dwóch do jednego, wówczas równania opisujące zachowanie elektronów i dziur w grafenie - które, jak pamiętamy, nie biorą pod uwagę masy - zmieniłyby się w takie, które biorą pod uwagę masę. W wyniku tego, uzwarcenie wymiarów stworzyłoby masę. Saudyjscy uczeni wiedzą też, w jaki sposób można skompaktyfikować wymiary grafenu. To bardzo proste zadanie. Wystarczy płachtę grafenu zwinąć w rurkę. Z punktu widzenia elektronów i dziur taka struktura będzie jednowymiarowa. Wywody Abdulaziza Alhaidariego są niezwykłe. Jeśli bowiem uczony ma rację, będzie to oznaczało, że generowanie czy niszczenie masy może odbywać się za pomocą zwykłej zmiany geometrii grafenu. Z dokumentem Dynamical mass generation via space compactification in graphene [PDF] można zapoznać się w sieci.

Na niektórych bakteriach występują włosowate struktury komórkowe fimbrie, które jak wtyczka pozwalają im na podłączenie do dużych obwodów biologicznych. Odkrycie zespołu z Uniwersytetu Południowej Kalifornii sugeruje, że kolonie bakteryjne są w stanie przeżyć, komunikować się i dzielić się energią, wykorzystując przewodzące prąd włoski zwane inaczej nanoprzewodami (ang. bacterial/microbial nanowires). To pierwszy pomiar przewodzenia elektronów wzdłuż bakteryjnych nanoprzewodów – chwali się prof. Mohamed El-Naggar. Wiedza o zasadach funkcjonowania kolonii bakteryjnych, np. powstających na zębach biofilmów, jest kluczowa dla opracowania metod ich niszczenia (zwłaszcza że wiele z nich cechuje antybiotykooporność). Niektóre kolonie, np. wykorzystywane w ogniwach paliwowych, są jednak przydatne i tutaj warto z kolei mieć świadomość, w jaki sposób optymalizować warunki środowiskowe mikrobów. Przepływ elektronów w różnych kierunkach jest blisko związany z metabolicznym statusem poszczególnych części biofilmu. Bakteryjne nanoprzewody zapewniają niezbędne połączenia dla przeżycia mikrobiologicznego obwodu. Bakteryjne nanoprzewody (fimbrie) wyglądają jak długie wystające włosy. Podobnie jak ludzkie włosy, składają się głównie z białka. Amerykanie testowali przewodnictwo na kulturach Shewanella oneidensis MR-1. Bakterie te wytwarzają fimbrie w okresach rozmaitych niedoborów. Manipulując warunkami wzrostu, naukowcy uzyskali bakterie z wieloma włoskami. Następnie mikroorganizmy umieszczono na powierzchni usianej miniaturowymi elektrodami. Kiedy nanoprzewód znalazł się między dwiema elektrodami, zamykając obwód, zaczynał płynąć mierzalny prąd. Przewodnictwo było podobne do odnotowywanego w przypadku półprzewodników – umiarkowane, ale znaczące. Gdy członkowie zespołu El-Naggara przecinali fimbrię, przepływ prądu ustawał. Wcześniejsze badania wykazały, że elektrony mogą się przemieszczać wzdłuż nanoprzewodu bakterii, ale nie dowodziły, że fimbrie przewodzą prąd na całej swojej długości. Bakterie oddychają, przekazując elektron akceptorowi, w przypadku Shewanelli jest to żelazo Fe(III), które ulega zredukowaniu. Jeśli nie zapewnimy akceptora elektronów, mikroorganizm umiera. W części przypadków nanoprzewody są jedynym sposobem "pozbywania się" elektronów. Gdy w pobliżu nie ma zbyt wielu akceptorów, fimbrie pozwalają bakteriom na udzielanie pomocy i wysuwanie kolektywnych wypustek do odleglejszych źródeł. Badacze z Uniwersytetu Południowej Kalifornii zauważyli, że Shewanella podłączały się do akceptorów elektronów i do siebie nawzajem, dzięki czemu każdy z członków kolonii mógł oddychać za pośrednictwem sieci nanoprzewodów. Nanoprzewody, których nazwę ukuto nie tak dawno, bo w 2006 r., wydają się rozpowszechnione w świecie bakterii. Współautor najnowszego badania prof. Kenneth Nealson uważa, że transport elektronów wzdłuż nanoprzewodów stanowi szybszą i dogodniejszą formę komunikowania się bakterii niż opisywane dotąd stopniowe uwalnianie substancji sygnałowych.

Bakterie tlenowe żyjące na dnie morza tworzą mikroskopijne "linie energetyczne". Oznacza to, że najprawdopodobniej komunikują się one, przesyłając w tę i z powrotem elektrony. Lars Peter Nielsen, mikroekolog z Aarhus University, zastanawiał się, jak radzą sobie bakterie tlenowe z dna morza. Lokując się na szczycie wielu warstw osadów, mają dostęp do tlenu, ale już nie do cennych minerałów, znajdujących się ok. centymetra pod powierzchnią. Te mikroby, które żyją w dnie, mają co jeść, ale brakuje im tlenu. Jak więc jednym i drugim udało się przetrwać? By to sprawdzić, Duńczycy zaplanowali ciekawy eksperyment. Pobrali próbki z dna morskiego w zatoce Aarhus i okolicach. Następnie przenieśli je do zlewek i zaczęli usuwać z wody tlen. Gdyby bakterie rzeczywiście parały się barterem, te żyjące pod powierzchnią osadów powinny stopniowo zauważyć, że dostawy tlenu zanikają. Wtedy w odpowiedzi pojawiłyby się zmiany chemiczne, które można by wyłapać za pomocą czujników. Tyle teoria, w praktyce okazało się jednak, że zmiany zachodziły błyskawicznie, nie stopniowo. Niemal natychmiast, gdy mikroekolodzy zabrali się do usuwania tlenu, bakterie zamieszkujące muł przestały przetwarzać siarkowodór. Oznacza to, że zahamowanie procesu metabolicznego stanowiło odpowiedź na zmiany wykryte w oddalonym od nich środowisku. Naukowcy zauważyli też błyskawiczną zmianę pH wody. Jako że zmiany były tak szybkie, nie mogły być wynikiem wymiany chemicznej czy procesu molekularnego, np. osmozy. Dlatego też Nielsen uważa, że bakterie musiały się skomunikować, przesyłając między sobą elektrony. Na razie nie wiadomo, jak dokładnie wygląda mechanizm, za pośrednictwem którego się tak dzieje, ale szef zespołu podejrzewa, że dobrym wyjaśnieniem jest minilinia elektryczna, składająca się np. z ziaren metali, takich jak żelazo czy mangan z osadów. Jak są zbudowane takie mikrokable, jak podłączają się do komórek i do siebie nawzajem? Jeśli teoria się potwierdzi, trzeba to będzie sprawdzić w przyszłości. Wszystkie bakterie żyjące na i w osadach stanowią zapewne wielką linię energetyczną. Mieszkańcy wewnętrznych rejonów raczej nie dostają tlenu, naukowcy wykluczają to, zważywszy na grubość osadów, lecz energię w postaci elektronów. W zmian powinni się odwdzięczyć, wysyłając w górę składniki odżywcze.

Łączna długość nici DNA w komórkach człowieka wynosi niemal dwa metry, a mimo to komórkowa maszyneria enzymatyczna doskonale radzi sobie z wykrywaniem i naprawą uszkodzeń genomu. Jak to możliwe? Badacze z University of North Texas twierdzą, że poznali możliwe wyjaśnienie tego fenomenu. Zdaniem zespołu dr. Arkady'ego Krokhina, swoją niezwykłą zdolność do kontroli własnego stanu DNA zawdzięcza... właściwościom elektrycznym. Mówiąc ściślej, z przedstawionych przez nich danych wynika, że odcinki DNA zwane intronami, które należą do genów, lecz nie przenoszą informacji wykorzystanej np. podczas syntezy białka, wykazują stosunkowo niski poziom przewodnictwa elektrycznego. Dla porównania, eksony, czyli sekwencje kodujące, są stosunkowo dobrymi przewodnikami. Swoją zdolność do przewodzenia ładunków elektrycznych eksony zawdzięczają budowie chemicznej, umożliwiającej powstanie puli tzw. elektronów zdelokalizowanych. Oznacza to, że nie są one ściśle związane z żadnym atomem i posiadają znaczny zakres ruchliwości. Z fizycznego punktu widzenia ich ruch wzdłuż nici DNA nie różni się praktycznie od przepływu elektronów w typowym przewodzie elektrycznym. Badacze z Teksasu spekulują, że odkryte zjawisko może być wykorzystywane przez wewnątrzkomórkowe systemy wykrywania uszkodzeń DNA. Jeżeli bowiem charakterystyka przepływu ładunków w cząsteczce ulega zaburzeniu, może to oznaczać, że doszło w nim do uszkodzenia materiału genetycznego. Po wstępnym "namierzeniu" wady na miejsce mogłyby być przywoływane enzymy naprawcze, które zajęłyby się odbudową nici DNA. Dokonane odkrycie może także wyjaśniać, dlaczego jedne miejsca w genomie są bardziej podane na mutacje (czyli utrwalone uszkodzenia DNA przekazywane komórkom potomnym) od innych. Zdaniem dr. Krokhina może się tak dziać, ponieważ "pomiar" przewodnictwa elektrycznego niektórych odcinków nici DNA może być utrudniony. Trzeba przyznać, że hipoteza zaproponowana przez naukowców z Teksasu jest dość odważna. Nietrudno jednak zauważyć, że jest ona także bardzo spójna, zaś powtarzalność różnic pomiędzy eksonami i intronami rzeczywiście dają do myślenia. Ewentualne potwierdzenie lub odrzucenie teorii o "elektrycznym" wykrywaniu uszkodzeń DNA będzie jednak wymagało dalszych badań.

Północna i południowa zorza polarna nie zawsze są swoimi lustrzanymi odbiciami. Doktorzy Karl Laundal i Nikolai Østgaard z Uniwersytetu w Bergen dowodzą, że asymetryczne zorze to dowód istnienia nieobserwowanego dotąd zjawiska atmosferycznego (Nature). Zorza powstaje, gdy atomy i cząsteczki, przede wszystkim azotu i tlenu, emitują promieniowanie. Dochodzi do tego w wyniku zbombardowania przez elektrony i protony wysyłane podczas rozbłysków Słońca. Większość tych cząstek jest odbijana przez ziemską magnetosferę, lecz niektóre zostają przechwycone. Zaczynają się wtedy poruszać wzdłuż linii pola magnetycznego i wzbudzają cząsteczki w obszarach polarnych. Laundal i Østgaard wyjaśniają, że zakłada się, iż zorze północna i południowa będą swoimi lustrzanymi odbiciami, ponieważ protony i elektrony poruszają się wzdłuż symetrycznych linii pola magnetycznego. Norwegowie posłużyli się jednak zdjęciami satelitarnymi i odkryli asymetryczne zorze, których nie można wyjaśnić tylko i wyłącznie liniami pola magnetycznego. Naukowcy sądzą, że w grę wchodzą tzw. prądy międzypółkulowe, zjawisko opisane teoretycznie, lecz dotąd nieobserwowane. Prądy międzypółkulowe to przepływ elektronów generowany w jonosferze, zachodzący w różnych kierunkach na półkuli północnej i południowej.

Moda na żywność organiczną, tzn. powstającą bez stosowania sztucznych dodatków, opanowała już wiele krajów. Idea ta ma wiele zalet, lecz istotną wadą jest podwyższone ryzyko skażenia mikrobiologicznego. Aby uniknąć dodawania środków bójczych, naukowcy proponują bombardowanie pożywienia elektronami. Jeszcze kilka lat temu produkty organiczne były sprzedawane wyłącznie w małych sklepikach, a dostawcy tego typu pożywienia byli często uważani za ekscentryków. Z biegiem czasu okazało się jednak, że popyt na te produkty zaczął znacząco się rozrastać. Wraz z nadejściem mody na żywność bez dodatku syntetycznych środków ochrony roślin okazało się jednak, że zarówno na powierzchni pędów, jak i w głębi nasion przeżywa ogromna ilość mikroorganizmów. Część z nich jest potencjalnie szkodliwa dla człowieka, przez co poszukiwanie rozwiązania tego problemu było niemal konieczne. Z odpowiedzią na zapotrzebowanie przyszli naukowcy z Instytutu Wiązek Elektronowych i Technologii Plazmowej należącego do Instytutu Fraunhofera. Jak tłumaczy jeden z naukowców biorących udział w badaniach, dr Olaf Röder, jeśli plony zbóż poddają się chorobie, dzieje się tak zwykle z powodu mikroskopijnych grzybów i zarodników obecnych na zewnętrznej powierzchni oraz w łupinach nasion. Zamiast używać środków chemicznych w celu usunięcia tych zarodników, zastosowaliśmy przyśpieszone elektrony. Zasada opracowanej technologii jest prosta: wysyłane przez odpowiedni aparat cząstki mają wysoką energię kinetyczną, dzięki czemu potrafią niszczyć wiązania chemiczne wchodzące w skład cząsteczek należących do ciała grzyba. Co jest jednak ważne, dzieje się to bez podnoszenia temperatury dezynfekowanego materiału, dzięki czemu wpływ na smak produktu jest znacznie mniejszy, niż w przypadku dezynfekcji przez gotowanie. Naukowcy z Instytutu Fraunhofera wybudowali już prototypową stację oczyszczania żywności organicznej. Jest ona zdolna przyjąć trzydzieści ton nasion w ciągu godziny. Bardzo istotną zaletą stosowanego w niej procesu technologicznego jest precyzja. Dawka energii przenoszonej przez elektrony jest dobrana tak, by docierały one wyłącznie do zewnętrznych warstw nasion. Dzięki temu materiał siewny zachowuje pełną zdolność do kiełkowania, pozwalając nie tylko na jego spożywanie, ale także na wykorzystanie podczas kolejnego sezonu wegetacyjnego.

Pierwszy udany model teoretyczny atomu został zaproponowany przez Nielsa Bohra w 1913 roku. Duńczyk twierdził, że elektrony poruszają się wokół jądra jak planety okrążające swoją gwiazdę. Po 95 latach, jakie upłynęły od tej chwili, naukowcy z Rice University stworzyli milimetrowej wielkości atomy, które są najwierniejszą jak dotąd realizacją koncepcji noblisty (Physical Review Letters). Model Bohra pozwolił lepiej zrozumieć zarówno chemiczne, jak i optyczne właściwości atomów. Twierdził on, że elektrony poruszają się po ściśle wyznaczonych orbitach. Potem jednak w mechanice kwantowej do opisu ich położenia zaczęto stosować funkcję falową. W wystarczająco dużym układzie efekt kwantowy skali atomowej może się przekształcić w klasyczną mechanikę modelu planetarnego Bohra – podkreśla Barry Dunning, szef zespołu badawczego z Rice University. Amerykanie wykorzystali wysoce wzbudzone atomy rydbergowskie, czyli atomy, w których przynajmniej jeden elektron został wzbudzony do bardzo wysokich poziomów energetycznych. Naukowcy dokonali tego za pomocą lasera. Dzięki pulsującemu polu elektrycznemu (serię "pulsów" dokładnie zaplanowano) nakłoniono niemal punktowy w takich warunkach elektron do poruszania się po oddalonej od jądra orbicie. Eksperyment przeprowadzono na atomach potasu. Wg Dunninga, wyniki badań międzynarodowego zespołu znajdą zastosowanie w komputerach następnych generacji, a także przydadzą się podczas prac nad teoriami chaosów klasycznego i kwantowego. W projekcie wzięli udział nie tylko pracownicy Rice University, ale także kadra naukowa Oak Ridge National Laboratory oraz Politechniki Wiedeńskiej.

Najlepszym kształtem pojazdu kosmicznego, który zagwarantuje bezpieczeństwo załodze długodystansowych lotów, wcale nie jest rakieta, ale coś przypominającego jeżyka z grejpfruta z powbijanymi na wykałaczkach w skórkę wiśniami – twierdzi Ram Tripathi, inżynier z laboratorium badawczego NASA w Hampton. Ta futurystyczna forma ma uchronić astronautów przed nowotworami wywoływanymi promieniowaniem. Najważniejszym jego rodzajem jest galaktyczne promieniowanie kosmiczne (ang. galactic cosmic rays, GCR). Opisuje się je jako strumień naładowanych elektrycznie cząsteczek, m.in. elektronów, jonów metali ciężkich (choćby żelaza i uranu) oraz powstających wskutek aktywności Słońca protonów i jąder helu. Pokrywająca pojazd dodatkowa kapsuła z aluminium nie jest dobrym rozwiązaniem, ponieważ stanowiłaby nadmierne obciążenie, przyczyniające się do spalania dużych ilości paliwa. W artykule opublikowanym w czasopiśmie fachowym Advances in Space Reasearch Tripathi, John Wilson i Robert Youngquist stwierdzają, że prace nad ochroną przed szkodliwym promieniowaniem stanowią obecnie jeden z priorytetów NASA. Tylko po rozwiązaniu tego problemu można myśleć o podróżach na Marsa i dalej. Tripathi obmyślił następującą konstrukcję. Z głównej kapsuły wystawałyby podpory. Miałyby one ok. 50 m długości. Na nich umieszczono by naładowane dodatnio i ujemnie sfery, które odbijałyby naładowane cząsteczki GCR. Inżynier wyliczył, że ich średnica powinna wynosić 10-20 metrów. Ruch takich "wisienek" byłby dokładnie kontrolowany, aby jak najskuteczniej chronić załogę przed promieniowaniem. Sfery dają większą objętość przy jednocześnie mniejszej masie, a co najważniejsze, równomiernie rozmieszczają odbijane ładunki na swojej powierzchni. Tylko sfery byłyby wyprodukowane z glinu, podczas gdy główna część statku z najnowocześniejszego materiału kompozytowego: połączenia węglowych nanorurek z glinem. Jest on niezwykle lekki, ale zarazem wytrzymały, dlatego skutecznie odpierałby ataki jonów metali ciężkich. Naukowiec przekonuje, że idealne zabezpieczenie uwzględnia zarówno inteligentne materiały, jak i ekranowanie elektrostatyczne.

Współcześni naukowcy, np. Phillipe Walter z French Museums' Research and Restoration Centre w Paryżu, uważają, że moglibyśmy się wiele nauczyć o nanotechnologii od... fryzjerów ze starożytnej Grecji. Podczas farbowania włosów popularnym przed 2000 lat barwnikiem produkowanym na bazie ołowiu wewnątrz włókien włosa tworzą się kryształy siarczku ołowiu o średnicy 5 nanometrów. Przypominające włosy rusztowania można by wykorzystać do hodowli kropek kwantowych, nazywanych też niekiedy sztucznymi atomami. W ich wnętrzu "więzione" byłyby elektrony. Umożliwiłoby to wykorzystanie ich właściwości kwantowych, takich jak spin, w rozwijanych właśnie kwantowych systemach komputerowych. Dotychczasowe metody wytwarzania kropek kwantowych były źródłem błędów i wad. Prace Francuzów zostaną opisane w magazynie Nano Letters. Kropka kwantowa to fragment przestrzeni ograniczony w 3 wymiarach barierami potencjału. W jej wnętrzu zostaje uwięziona cząstka, np. elektron, o długości fali porównywalnej z rozmiarami kropki.