Znajdź zawartość

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.

Zoolodzy od dawna dywagują, czy żyrafa umie pływać. Z jednej strony duże zwierzęta zazwyczaj bardzo dobrze sobie radzą w wodzie, z drugiej nikt nigdy nie widział pływającej żyrafy. Stąd pomysł, by sprawdzić, jak się sprawy mają, na modelu wirtualnej długoszyjej. Doktor Donald Henderson z Royal Tyrrell Museum of Palaeontology nawiązał współpracę z Darrenem Naishem z Uniwersytetu w Portsmouth, który zaangażował się wcześniej w dyskusję na ten temat w Internecie. Co ważne, Henderson miał już pewne doświadczenie, gdyż w ramach poprzednich eksperymentów stworzył cyfrowy model żyrafy i testował pływalność różnych komputerowo generowanych zwierząt. Wyniki najnowszego studium opublikowano w piśmie Journal of Theoretical Biology. Autorzy wielu poprzednich badań utrzymywali, że żyrafy nie umieją pływać i unikają wody jak ognia, nawet w sytuacji zagrożenia. My postanowiliśmy jednak rozprawić się z tą teorią we właściwie kontrolowanych eksperymentach – opowiada Naish. Wbrew pozorom opracowanie cyfrowej żyrafy wcale nie było takie proste. Nie chodziło bowiem o proste odtworzenie wyglądu. Należało wziąć pod uwagę masę ciała, rozmiary, kształty, pojemność płuc oraz położenie środka ciężkości. Wszystkie te dane wykorzystano następnie do wyliczenia dynamiki rotacji, pływalności oraz powierzchni ciała żyrafy i zwierzęcia kontrolnego – konia. Koniec końców okazało się, że dorosła żyrafa zyskuje pływalność przy głębokości wody wynoszącej 2,8 m. W płytszych zbiornikach Giraffa camelopardalis może po prostu brodzić. Twierdzenie, że żyrafy są kiepskimi brodzącymi lub że nie przekraczają rzek, jest nieprawdziwe i nie ma oczywistych przyczyn, dla których mogłyby one być bardziej podatne na utonięcie od innych zwierząt – podkreśla Henderson, który jednocześnie dodaje, że po osiągnięciu pływalności żyrafy mogą być niestabilne przez swą imponującą szyję, długie i ciężkie nogi oraz stosunkowo krótkie ciało. Wszystko wskazuje na to, że G. camelopardalis pływają bardzo charakterystycznie. Skoro długie przednie nogi ściągają je w dół, szyja musi być ułożona poziomo, w dodatku większa jej część znajduje się pod wodą. Wskutek tego zwierzę trzyma głowę nad powierzchnią pod wyjątkowo niewygodnym kątem. Pływając, konie poruszają się bardzo podobnie jak na lądzie i przypomina to kłusowanie. Chodząc, żyrafy poruszają szyją w górę i w dół w tym samym rytmie, co kończynami. W wodzie nie da się tego zrobić, co sugeruje, że choć w ich przypadku pływanie jest możliwe, to na pewno mistrzowsko to nie wygląda. Brytyjsko-kanadyjski zespół wyliczył też, że powierzchnia ciała żyrafy jest, głównie przez długie nogi, o 13% większa niż u konia, co wiąże się z wyższym oporem. Dodatkowym utrudnieniem jest również fakt, że u dużych zwierząt skurcze mięśni są wolniejsze, dlatego żyrafie trudniej machać nogami w takim tempie, by przesunąć się do przodu.

Lekarze ze Szpitala Uniwersyteckiego w Getyndze ujawnili przypadek najmniejszego na świecie chłopca-wcześniaka, który przeżył, mimo że po urodzeniu w wyniku cesarskiego cięcia w czerwcu zeszłego roku ważył zaledwie 275 gramów. Tomcio Paluch, bo tak o nim mówią medycy, był mniejszy od kartki papieru (mierzył 27 cm) i dopiero w grudniu specjaliści orzekli, że jest stabilny, ponieważ osiągnął masę 3,7 kg, uznawaną w Niemczech za przeciętną wagę noworodka. Dziecko przyszło na świat w 25. tygodniu ciąży. Życie zawdzięcza najnowszym osiągnięciom medycyny neonatalnej. Jak ujawnia rzecznik szpitala Stefan Weller, chłopiec spędził pół roku na oddziale intensywnej terapii. Teraz ma 9 miesięcy i lekarze zezwolili rodzinie z Eighsfeld w Turyngii na powrót do domu. Eksperci z Getyngi przejrzeli historie przedwczesnych porodów z całego świata i stwierdzili, że nie ma danych o mniejszym zdolnym do życia chłopcu. Odnaleziono przypadki 3 mniejszych dziewczynek (jednej z USA, której masa urodzeniowa wynosiła jedynie 244 g), ale najdrobniejszy chłopiec ważył 297 g.

Podczas spotkania Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego uczeni z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) zaprezentowali wyniki swoich najnowszych badań dotyczących wielkości Drogi Mlecznej. Okazało się, że nasza galaktyka nie jest mniejszą siostrą galaktyki Andromedy. Jej masa jest o około 50% większa, niż dotychczas sądziliśmy i obraca się o 161 000 kilometrów na godzinę szybciej. Nasz system słoneczny znajduje się w odległości około 28 000 lat świetlnych od centrum Drogi Mlecznej. Ze zwiększoną masą wiążą się jednak niekorzystne zjawiska. Cięższa galaktyka wywiera silniejsze oddziaływanie grawitacyjne na swoje sąsiedztwo, a to z kolei zwiększa prawdopodobieństwo kolizji z inną galaktyką. Badając Drogę Mleczną, naukowcy dowiedzieli się też więcej o formowaniu się gwiazd i planet. Thayne Currie z CfA poinformowała, że duże planety, takie jak Jowisz, musiały tworzyć się bardzo szybko. Prawdopodobnie proces ten trwał mniej niż 5 milionów lat. Badania grupy gwiazd NGC 2362 wykazały bowiem, że gwiazdy tej liczącej sobie właśnie 5 milionów lat grupy utraciły dyski protoplanetarne, a więc duże planety nie mogą się już formować. Proces tworzenia się wielkich planet jest więc bardzo szybki. Z kolei Elizabeth Humphreys z CfA przedstawiła dane świadczące o tym, że w pobliżu centrum Drogi Mlecznej mogą tworzyć się gwiazdy, pomimo istnienia tam czarnej dziury o masie 4 miliony razy większej, niż masa Słońca. Dotychczas sądzono, że w pobliżu tej dziury nie uformowały się żadne gwiazdy, jednak Humphreys we współpracy ze specjalistami z Instutut Maxa Plancka odkryła dwie protogwiazdy w odległości 7 i 10 lat świetlnych od centrum galaktyki. Podczas pomiarów wielkości galaktyki naukowcy skupili się na tzw. kosmicznych maserach, czyli obszarach, w których formują się gwiazdy, a molekuły gazu w naturalny sposób wzmacniają fale radiowe. Za pomocą radioteleskopu VLBA obserwowano te obszary gdy Ziemia była po przeciwnych stronach swojej orbity. Nowy sposób prowadzenia obserwacji Drogi Mlecznej przez VLBA pozwolił na dokładne zmierzenie odległości i ruchu. Metoda pomiarowa korzysta z tradycyjnej triangulacji i nie jest zależna od żadnych założeń, takich jak np. jasność gwiazd - mówi Karl Menten z Instututu Maxa Plancka. Nowe wyniki w znaczący sposób różniły się od wyników dotychczasowych, niebezpośrednich pomiarów. Okazało się, że odległości pomiędzy niektórymi obiektami są dwukrotnie większe, niż sądzono. Jako że regiony wykorzystane w roli maserów to po prostu ramiona galaktyki, można było dokładniej określić dzielące je odległości oraz prędkość obrotową. Menten podkreśla, że trudno jest badać kształt Drogi Mlecznej. Na inne galaktyki można po prostu spojrzeć i określić ich kształt. Jednak, jako że znajdujemy się wewnątrz Drogi Mlecznej, jej kształt możemy poznać tylko dzięki pomiarom i tworzeniu na ich podstawie map. Jako że VLBA może bardzo precyzyjnie "zakotwiczyć" swoje obserwacje w określonym punkcie nieboskłonu, możliwe jest wykrycie ruchu obiektów i zmierzenie ich prędkości dzięki badaniu różnicy w częstotliwości fal radiowych z maserów. Uczeni stworzyli na tej podstawie trójwymiarową mapę, z której dowiedzieli się, że większość obszarów, w których tworzą się gwiazdy, obraca się wolniej niż inne obszary, a ich orbita nie jest kołowa, a eliptyczna. Kolejna niespodzianka czekała naukowców, gdy mierzyli odległości do poszczególnych obszarów w ramionach galaktyki. Okazało się, że składa się ona nie z dwóch, a najprawdopodobniej czterech głównych ramion. Co zaskakujące, tylko w dwóch z nich zaobserwowano stare gwiazdy. Naukowcy nie potrafią na razie wyjaśnić, dlaczego nie ma ich w pozostałych ramionach.

Fizycy z Francji, Niemiec i Węgier, pracujący pod przewodnictwem Laurenta Lelloucha we francuskim Centrum Fizyki Teoretycznej, potwierdzili słynne równanie Einsteina E=mc2. Specjaliści wykorzystali potężne superkomputery, dzięki którym wyliczyli masę protonów i neutronów w jądrze atomu. Najsłynniejsze równanie świata sprawdzało się już wielokrotnie. Przez lata służyło do zbadania, jak wiele energii uzyskamy, zmieniając w nią daną ilość masy. Najbardziej znanym przypadkiem jego wykorzystania było użycie go do stworzenia bomby atomowej. Dotychczas jednak nikomu nie udało się przeprowadzić dowodu na prawdziwość E=mc2 w skali subatomowej. Tylko hipotetycznie przypuszczano, że równanie Einsteina sprawdzi się też na polu chromodynamiki kwantowej. Zgodnie z obecnie obowiązującymi teoriami, protony i neutrony zbudowane są z kwarków "zlepionych" za pomocą gluonów. Masa gluonów wynosi 0, a kwarków to zaledwie 5% masy jądra. Tak więc brakuje 95% masy. Naukowcom udało się obecnie udowodnić to, co teoretycznie wiedzieliśmy z równania E=mc2 - reszta masy jest zamieniana w energię oddziaływań pomiędzy kwarkami a gluonami. Dotąd była to jedynie hipoteza. Teraz, po raz pierwszy, została udowodniona - oświadczyło francuskie Narodowe Centrum Badań Naukowych.

Znamy szereg chorób prionowych zwierząt i ludzi, np. chorobę szalonych krów (gąbczastą encefalopatię bydła) czy chorobę Creutzfelda–Jacoba. Problem polega na tym, że trudno wykryć priony, zanim nie pojawią się już objawy samej choroby. Badacze z Uniwersytetu Cornella opracowali jednak ciekawy czujnik. Jest to miniaturowy kamerton, czyli nanorezonator, który zmienia wydawany dźwięk, gdy przyłączy się do niego prion. Połączenie z prionem zwiększa jego masę, stąd zmiana częstotliwości drgań. Podobne urządzenia wykorzystuje się już do detekcji bakterii, ale priony stanowią większe wyzwanie, bo są dużo mniejsze, lżejsze, a ich stężenie we krwi mniejsze. Amerykanie pracujący pod przewodnictwem Harolda Craigheada pokryli nanorezonator przeciwciałami, które przywierają do prionów. Następnie włożyli urządzenie do solanki z patologicznymi białkami. Priony przyłączały się do przeciwciał, ale ze względu na nikłą masę, niemal nie zmieniały tonu wydawanego przez kamerton. Aby "podkręcić" efekt, naukowcy zanurzali diapazon w drugim roztworze. Tym razem zawierał on kolejne przeciwciała, które przywierały do prionów związanych już z rezonatorem. Potem przychodziła kolej na roztwór tlenków metali. W ten sposób na tyle zwiększano wagę, że zauważalnie zmieniało to częstotliwość drgań nanorezonatora. Pojęcie prionu zostało wprowadzone przez Stanleya Prusinera w 1981 roku (w 1997 otrzymał za swoje odkrycie Nagrodę Nobla). Prion jest białkiem zbudowanym z ok. 250 aminokwasów. Występuje w zdrowych komórkach i jest powiązane z błoną komórkową (oznacza się je symbolem PrPc). Gdy geny kodujące te białka ulegną mutacji, powstają białka o zmienionej konformacji. Są to tzw. białka prionowe patologiczne PrPsc. PrPsc kumuluje się wewnątrz komórki, prowadząc ostatecznie do jej śmierci. Białko prionowe patologiczne tworzy się nie tylko z powodu zmian genetycznych, lecz także w obecności patologicznych białek prionowych (dlatego mówi się, że choroby prionowe są równocześnie zakaźne i dziedziczne). Kiedyś jedyną metodą wykrycia prionów było pobranie krwi od osoby, u której podejrzewało się chorobę prionową, i wstrzyknięcie jej zwierzęciu. Po kilku miesiącach uśmiercano je i pobierano próbkę tkanki mózgowej. Trafność takiej metody była bardzo niska i wynosiła 31%. Eksperci sądzą, że część populacji to nosiciele chorób prionowych i w przyszłości może nastąpić wzrost liczby zachorowań. Ulepszona metoda skryningu przyda się np. w bankach krwi, gdzie można by wyeliminować skażone zapasy. Ostatnimi czasy naukowcy opracowali metodę zwiększania liczby prionów w próbkach krwi pobranych od zarażonych chomików. Dzięki temu zabiegowi łatwiej je było wykryć. Wynaleziono też żywicę, która wiązała wadliwe białka i pozwalała je usunąć. Nie wiadomo jednak, czy technika ta sprawdzi się w przypadku ludzkich prionów. Metoda z nanorezonatorem daje natychmiastowe wyniki. Trzeba ją jednak ulepszyć. Urządzenie powinno działać nie w solance, ale po zetknięciu z krwią. Znajdują się w niej białka i inne związki chemiczne gospodarza. Nie będzie więc łatwo spowodować, by przeciwciała wiązały tylko priony.

Dysponując niewielką zaawansowaną technicznie wagą, badacze mogą teraz zważyć żywe bakterie i komórki układu odpornościowego. Tradycyjna metoda oceny wagi polega na umieszczeniu cząsteczki w warunkach próżniowych na silikonowej płytce. Płytka drga z naturalną dla siebie częstotliwością. Zmienia się ona nieznacznie pod wpływem ciężaru cząsteczki. Oceniając wielkość zmiany, oblicza się masę molekuły. Rzecz jasna żywe komórki nie mogą przetrwać w próżni i muszą być zanurzone w płynie. Może on wpływać na wyniki pomiaru, gdy płytka również się w nim zanurzy. Grupa naukowców z MIT rozwiązała ten problem, wprowadzając ciecz z komórkami za pośrednictwem mikrokanału wydrążonego w samej szalce. Waga podaje odczyty z dokładnością do femtograma (1 fg, czyli 10-18 kg), co odpowiada masie jednej bakterii E. coli! Naukowcy twierdzą, że tania miniwaga pomoże np. w zliczeniu komórek CD4 u pacjentów zakażonych wirusem HIV, a to z kolei pozwoli ocenić postępy choroby.

Dietetycy często odradzają picie pełnotłustego mleka, okazuje się jednak, że dorośli, którzy je wybierają, mniej tyją. Szwedzcy badacze wykazali, że wśród ponad 19 tys. kobiet w średnim wieku (40-55 lat) te konsumujące przynajmniej jedną porcję pełnotłustego mleka lub sera dziennie przytyły w ciągu 9 lat mniej niż kobiety, które spożywały te pokarmy rzadziej (American Journal of Clinical Nutrition). Znaczną zmianę wagi definiowano jako pojawienie się w ciągu roku dodatkowego kilograma lub więcej. Rolą odgrywaną przez nabiał w kontroli wagi zajęto się dopiero niedawno, gdy wyniki części badań zasugerowały, że mleko, jogurt i inne produkty mleczne mogą pomagać regulować ilość tkanki tłuszczowej. Uzyskano sprzeczne rezultaty, dlatego konieczne są dalsze studia. W szwedzkim badaniu mleko pełnotłuste wydawało się zabezpieczać przed przybraniem na wadze, jednak efekt zaobserwowano tylko u pań, których waga z początku eksperymentu znajdowała się w granicach normy. Dr Magdalena Rosell z Karolinska Institute uważa, że istnieje możliwość, iż nabiał nie wpływa bezpośrednio na wagę. Nawyki żywieniowe stanowią bowiem odzwierciedlenie prowadzonego stylu życia, a kobiety preferujące pełnotłusty nabiał mogą mieć także inne zwyczaje oddziałujące na masę ciała. Niewykluczone też, że panie odnotowujące zwiększanie się wagi zaczynają wybierać odtłuszczone mleko. Byłoby ono więc markerem wzrostu wagi, a nie przyczyną tycia. Wpływ nabiału na spadek wagi wyjaśniano na kilka sposobów. Uznaje się m.in., że wapń przyczynia się do regulowania ilości tłuszczu w organizmie. Wiele badań obaliło jednak tę teorię. W dodatku ostatnio pojawiły się nowe wątpliwości, ponieważ okazało się, że odtłuszczone mleko nie wpływa pozytywnie na wagę (nie zmniejsza jej ani nie pozwala utrzymać na stałym poziomie). Rosell uważa, że w kontroli wagi pomaga specyficzny rodzaj tłuszczu występujący w nabiale. Chodzi mianowicie o sprzężony kwas linolowy (CLA, conjugated linoleic acid).