Udało się manipulować dwoma bitami w pojedynczym atomie
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Technologia
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
W latach 1993–2010 ludzie wypompowali tak olbrzymią ilość wód podziemnych, że doprowadziło to do... przesunięcia osi Ziemi i biegunów o niemal 80 centymetrów. Spowodowane działalnością człowieka zmiany w nachyleniu osi planety są takie, jak zmiany spowodowane w tym samym czasie przez topnienie lodów Grenlandii.
Oś Ziemi to prosta, która jest osią obrotu własnego planety. Wyznacza ona bieguny geograficzne. Ruch obrotowy naszej planety jest bardzo skomplikowany. Obejmuje kwestię zarówno ruchu osi obrotu Ziemi w przestrzeni, w jej wnętrzu, nakładają się na to zmiany prędkości obrotowej, zjawisko precesji oraz nutacji, czyli kołysania się chwilowej osi obrotu. Jednym z najważniejszych elementów tego kołysania się jest nutacja swobodna o okresie Chandlera wynoszącym ok. 1,2 roku. W tym czasie oś obrotu Ziemi przesuwa się średnio o około 9 metrów. I właśnie na to przesunięcie miała wpływ ostatnia działalność człowieka.
Naukowcy z Korei Południowej, Australii, Chin i USA oszacowali, że w latach 1993–2010 ludzie wypompowali spod ziemi 2150 gigaton – czyli 2 biliony 150 miliardów ton – wody, a związany z tym wzrost poziomu oceanu wynosił ok. 0,3 mm/rok. Z przeprowadzonych przez nich obliczeń wynika, że te zmiany rozkładu masy na naszej planecie spowodowały przesuwanie się osi Ziemi, a zatem i biegunów, o 4,36 cm na rok, czyli w sumie o 78,48 cm w badanym okresie. Wypompowana woda odpowiadała za 6,24 mm wzrostu poziomu oceanów. Clark Wilson z University of Texas w Austin mówi, że szczególnie silny wpływ ma to, co dzieje się z wielkimi podziemnymi zbiornikami wody na średnich szerokościach geograficznych. Jednym czynnikiem, który wpływa na wspomniane przesunięcia biegunów bardziej, niż zmiany w podziemnych zasobach wody są wciąż trwające ruchy izostatyczne, czyli unoszenie się mas skalnych uwolnionych od ciężaru lodu po ostatnim zlodowaceniu.
Obliczenia pokazują, jak wiele wody ludzie wypompowują spod ziemi. Same cyfry nie są zbyt istotne. Istotny jest fakt, że masa przemieszczanej przez człowieka wody jest tak gigantyczna, iż ma wpływ na zmianę biegunów geograficznych planety.
Warto przy tym pamiętać, że pod powierzchnią Ziemi znajduje się znacznie więcej wody, niż do niedawna sądzono.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Po raz pierwszy udało się zmierzyć spin elektronu w materiale. Osiągnięcie uczonych z Uniwersytetów w Bolonii, Wenecji, Mediolanie, Würzburgu oraz University of St. Andrews, Boston College i University of Santa Barbara może zrewolucjonizować sposób badania i wykorzystania kwantowych materiałów w takich dziedzinach jak biomedycyna, energia odnawialna czy komputery kwantowe. Pomiar spinu w kontekście topologii materiału, w którym był mierzony, był możliwy dzięki wykorzystaniu promieniowania synchrotronowego oraz nowoczesnym technikom modelowania zachowania materii.
Profesor Domenico di Sante z Uniwersytetu w Bolonii wyjaśnia: Na zachowanie elektronów w materiałach mają wpływ pewne właściwości kwantowe, determinujące ich spin w materiale, w którym się znajdują. Tak jak na tor ruchu światła we wszechświecie ma wpływ obecność gwiazd, ciemnej materii czy czarnych dziur, które zaginają czasoprzestrzeń.
Właściwości elektronu znamy od dawna, jednak dotychczas nikt nie bezpośrednio nie zmierzył „topologicznego spinu” elektronu. Uczeni z Włoch, Niemiec, Wielkiej Brytanii i USA wykorzystali efekt znany jako dichroizm kołowy. Zjawisko to polega na różnej absorpcji przez substancje światła spolaryzowanego kołowo prawo- i lewoskrętnie. W swoich badaniach skupili się na metalach kagome. To materiały, w których atomy tworzą – znany z tradycyjnego japońskiego koszykarstwa kagome – wzór składający się z sieci trójkątów o wspólnych wierzchołkach. Ta nietypowa geometria atomów powoduje, że elektrony zachowują się w takim materiale w sposób nietypowy, co pozwala badać niezwykłe zjawiska kwantowe. Metale kagome służą m.in. do badań nad nadprzewodnictwem wysokotemperaturowym. Pierwsze eksperymenty z nimi przeprowadzono w USA w 2018 roku.
Teraz dwuwarstwowe metale kagome XV6Sn6 – gdzie X oznacza pierwiastek ziem rzadkich, tutaj były to terb, skand i holm – posłużyły do badania topologicznego spinu elektronu. Było to możliwe dzięki połączeniu eksperymentu z analizą teoretyczną. Teoretycy przeprowadzili najpierw złożone symulacje kwantowe na potężnych superkomputerach i poinstruowali eksperymentatorów, w którym miejscu materiału powinni mierzyć dichroizm kołowy, wyjaśnia Di Sante.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Naukowcom po raz pierwszy udało się zaprezentować przełącznik wykonany z pojedynczej molekuły fullerenu. Dzięki precyzyjnie dostrojonemu laserowi międzynarodowy zespół uczonych był w stanie wykorzystać molekułę fullerenu do zmiany drogi elektronu w przewidywalny sposób. Przełącznik, w zależności od impulsów lasera, działał od 3 do 6 rzędów wielkości szybciej niż przełączniki wykorzystywane obecnie w układach scalonych.
Dzięki fullerenom mogą zatem powstać komputery znacznie szybsze niż to, co można osiągnąć za pomocą współczesnej elektroniki. Można je będzie wykorzystać też do obrazowania medycznego o niedostępnej obecnie rozdzielczości.
Wiele dziesięcioleci temu fizycy odkryli, że w obecności pól elektrycznych oraz światła molekuły emitują elektrony. Współautor najnowszych badań, Hirofumi Yanagisawa w Uniwersytetu Tokijskiego wraz z zespołem, najpierw stworzył hipotezę dotyczącej emisji elektronów przez wzbudzone fullereny w zależności od rodzaju wzbudzającego je impulsu laserowego. Następnie międzynarodowa grupa naukowa dowiodła jej słuszności.
Za pomocą krótkiego impulsu czerwonego lasera uzyskaliśmy kontrolę nad sposobem kierowania przez molekułę nadchodzącego elektronu. W zależności od impulsu, elektron może pozostać na swoim kursie, lub też zmienić trasę w przewidywalny sposób. [...] Sądzimy, że możemy osiągnąć tutaj milion razy krótszy czas przełączania niż za pomocą klasycznego tranzystora. To zaś może przełożyć się na zwiększenie wydajności komputerów. Jednak równie ważne byłoby dostrojenia lasera tak, by molekuła fullerenu mogła działać jednocześnie jak wiele przełączników. Uzyskalibyśmy w ten sposób odpowiednik wielu tranzystorów w pojedynczej molekule. To zwiększyłoby złożoność systemu bez zwiększania jego fizycznych rozmiarów, wyjaśnia Yanagisawa.
Fullereny to cząsteczki składające się z parzystej liczby atomów węgla, tworzące zamkniętą, pustą w środku bryłę. O ich potencjalnym zastosowaniu w informatyce pisaliśmy już przed 15 laty. Jak się okazuje, możliwe jest precyzyjne manipulowanie orientacją fullerenów za pomocą precyzyjnych ultrakrótkich impulsów laserowych, decydując w ten sposób, jak dojdzie do emisji elektronu. To technika podobna do tego, jak w mikroskopii fotoelektronów (PEEM) uzyskuje się obrazy. Jednak rozdzielczość PEEM sięga maksymalnie około 10 nanometrów, czyli 10 miliardowych części metra. Fullerenowy przełącznik pozwoliłby na osiągnięcie rozdzielczości około 300 pikometrów, czyli 300 bilionowych części metra, dodaje Yanagisawa.
Autorzy badań dodają, że jeśli udałoby się spowodować, by pojedyncza molekuła fullerenu działała jak wiele przełączników jednocześnie, to niewielka sieć takich molekuł przeprowadzałaby obliczenia znacznie szybciej niż dzisiejsze procesory. Jednak do pokonania jest wiele przeszkód, jak np. odpowiednie zminiaturyzowanie laserów. Tak czy inaczej mogą minąć lata, zanim fullerenowe przełączniki trafią do układów scalonych.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Tysiące kilometrów pod naszymi stopami znajduje się wewnętrzne jądro Ziemi. To struktura o średnicy ponad 1200 km zbudowana z żelaza w formie stałej. Dwoje badaczy z Uniwersytetu w Pekinie stwierdziło właśnie, że dosłownie przed kilkunastu laty ruch obrotowy jądra niemal ustał, a następnie zaczęło się ono obracać w drugą stronę i obecnie obraca się w kierunku przeciwnym do ruchu obrotowego Ziemi.
Wciąż niewiele wiemy o samym jądrze oraz jego ruchu, a wiedzę tę zdobywamy badając fale sejsmiczne przechodzące przez środek planety. Yi Yang i Xiaodong Song z Pekinu najpierw przeanalizowali dane pochodzące z początku lat 90. XX wieku, a następnie porównali je danymi zbieranymi od 1964 roku. Z ich analiz wynika, że w 2009 roku ruch obrotowy jądra wewnętrznego niemal się zatrzymał, a następnie zaczęło się ono obracać w przeciwnym kierunku.
Sądzimy, że jądro wewnętrzne obraca się raz w jedną, raz w drugą stronę, względem powierzchni Ziemi, mówią naukowcy. Ich zdaniem cały cykl trwa około 70 lat, co oznacza, że do zmiany kierunku ruchu obrotowego jądra dochodzi co 35 lat. Z badań wynika, że poprzednia zmiana miała miejsce na początku lat 70. XX wieku, a kolejna zajdzie w połowie lat 40. XXI wieku.
Inni eksperci przestrzegają jednak, przed wyciąganiem zbyt pochopnych wniosków. Przypominają, że wiele rzeczy dotyczących budowy wnętrza Ziemi jest dla nas tajemnicą i istnieją liczne hipotezy dotyczące tej kwestii. To bardzo dobre badania przeprowadzone przez świetnych naukowców. Użyli oni wielu danych, ale – moim zdaniem – żaden z modeli nie pasuje dobrze do wszystkich danych, jakimi dysponujemy, mówi John Vidale, sejsmolog z University of Southern California. Vidale sam jest autorem ubiegłorocznej pracy, w której stwierdza, że jądro zmienia kierunek ruchu co sześć lat. W swoich badaniach opierał się on na falach sejsmicznych wygenerowanych podczas dwóch eksplozji jądrowych z końca lat 60. i początku lat 70. Uczony przypomina też, że istnieją dane sugerujące, iż jądro obracało się w latach 2001–2013, a obecnie jest niemal nieruchome. Z kolei Hrvoje Tkalcic z Australijskiego Uniwersytetu Narodowego jest autorem badań mówiących, że cały cykl zmiany ruchu obrotowego jądra trwa 20–30 lat.
Geofizycy porównują swoje próby zbadania wnętrza Ziemi do próby badania wnętrza organizmu bez możliwości rozcięcia pacjenta czy przeprowadzenia obrazowania tomografem. Niektórzy mówią, że jądro wewnętrzne może zawierać jeszcze jedno jądro. Coś tam się dzieje i w końcu się tego dowiemy. Ale może to zająć kolejną dekadę, stwierdza Vidale.
Yang i Song na łamach swojej pracy stwierdzają, że zaobserwowane przez nich zmiany kierunku ruchu obrotowego jądra są zgodne z innymi obserwacjami, szczególnie tymi dotyczącymi długości dnia i pola magnetycznego planety. Ich zdaniem to dowód, że wszystkie warstwy planety są ze sobą połączone dynamicznymi interakcjami, zachodzącymi prawdopodobnie za pośrednictwem sprzężenia grawitacyjnego i zachowania momentu pędu.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Teleskop Webba (JWST) od kilku tygodni przysyła wspaniałe zdjęcia przestrzeni kosmicznej. JWST może pracować nawet przez 20 lat i w tym czasie będzie badał też egzoplanety. Dzięki olbrzymiej czułości, dostarczy niedostępnych dotychczas informacji o świetle docierającym z ich atmosfer, co pozwoli określenie ich składu, historii i poszukiwanie śladów życia. Jednak, jak się okazuje, teleskop jest tak doskonały, że obecnie stosowane narzędzia mogą niewłaściwe interpretować przesyłane dane.
Grupa naukowców z MIT opublikowała na łamach Nature Astronomy artykuł, w którym informuje, że obecnie używane przez astronomów narzędzia do interpretacji danych ze światła mogą dawać niewłaściwe wyniki w przypadku JWST. Chodzi konkretnie o modele nieprzezroczystości, narzędzia opisujące, jak światło wchodzi w interakcje z materią w zależności od jej właściwości. Mogą one wymagać znacznych zmian, by dorównać precyzji danym z JWST. Jeśli nie zostaną odpowiednio dostosowane to – jak ostrzegają autorzy badań – informacje dotyczące takich właściwości atmosfer egzoplanet jak temperatura, ciśnienie i skład mogą różnić się od rzeczywistych o cały rząd wielkości.
Z punktu widzenia nauki istnieje olbrzymia różnica, czy np. woda stanowi 5% czy 25% składu. Obecne modele nie są w stanie tego odróżnić, stwierdza profesor Julien de Wit. Obecnie używany przez nas model interpretujące dane ze spektrum światła nie przystaje precyzją i jakością do danych, jakie napływają z Teleskopu Webba. Musimy rozwiązać ten problem, wtóruje mu student Prajwal Niraula.
Nieprzezroczystość określa, na ile łatwo foton przechodzi przez badany ośrodek, jak jest absorbowany czy odbijany. Interakcje te zależą też od temperatury i ciśnienia ośrodka. De Wit mówi, że obecnie używany najdoskonalszy model badania nieprzezroczystości bardzo dobrze się sprawdził w przypadku takich instrumentów jak Teleskop Hubble'a. Teraz jednak weszliśmy na kolejny poziom precyzji danych. Wykorzystywany przez nas sposób ich interpretacji nie pozwoli nam wyłapać drobnych subtelności, które mogą decydować np. o tym, czy planeta nadaje się dla życia czy nie.
Uczeni z MIT po analizie najpowszechniej używanego obecnie modelu nieprzezroczystości stwierdzili, że jego wykorzystanie do danych z Webba spowoduje, iż trafimy na „barierę precyzji”. Model ten nie będzie na tyle dokładny, by stwierdzić, czy temperatura na planecie wynosi 27 czy 327 stopni Celsjusza, a stężenie jakiegoś gazu w atmosferze to 5 czy 25 procent.
Wit i jego zespół uważają, że aby poprawić obecnie używane modele konieczne będzie przeprowadzenie więcej badań laboratoryjnych, obliczeń teoretycznych oraz poszerzenie współpracy pomiędzy specjalistami z różnych dziedzin, szczególnie astronomami i ekspertami od spektroskopii.
Możemy wiele zrobić, jeśli będziemy dobrze rozumieli, jak światło wchodzi w interakcje z materią. Dobrze rozumiemy warunki panujące wokół Ziemi. Jednak tam, gdzie mamy do czynienia z innymi typami atmosfery, wszystko się zmienia. A teraz dysponujemy olbrzymią ilością danych o coraz lepszej jakości, więc istnieje ryzyko błędnej interpretacji, wyjaśnia Niraula.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.