Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Naukowcom udało się poznać niektóre właściwości einsteinu

Recommended Posts

W Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) udało się dokonać pierwszych pomiarów długości wiązania atomowego einsteinu. To jedna z podstawowych cech interakcji pierwiastka z innymi atomami i molekułami. Mimo, że einstein został odkryty przed 70 laty, to wciąż niewiele o nim wiadomo. Pierwiastek jest bowiem bardzo trudny do uzyskania i wysoce radioaktywny.

Einstein został odkryty w 1952 roku przez Alberta Ghiorso w pozostałościach po wybuchu bomby termojądrowej. W czasie eksplozji jądro 238U wychwytuje 15 neutronów i powstaje 253U, który po emisji 7 elektronów zmienia się w 253Es.

Zespół naukowy pracujący pod kierunkiem profesor Rebeki Abergel z LBNL i Stosha Kozimora z Los Alamos National Laboratory, miał do dyspozycji mniej niż 250 nanogramów pierwiastka. Niezbyt wiele wiadomo o einsteinie. To spore osiągnięcie, że udąło się nam przeprowadzić badania z zakresu chemii nieorganicznej. To ważne, gdyż teraz lepiej rozumiemy zachowanie tego pierwiastka, co pozwoli nam wykorzystać tę wiedzę do opracowania nowych materiałów i nowych technologii. Niekoniecznie zresztą z udziałem einsteinu, ale również z użyciem innych aktynowców. Lepiej poznamy też tablicę okresową pierwiastków, mówi Abergel.

Badania prowadzono w nowoczesnych jednostkach naukowych: Molecular Foundry w Berkeley Lab i Stanford Synchrotron Radiation Lightsource w SLAC National Accelerator Laboratory. Wykorzystano przy tym spektroskopię luminescencyjną i absorpcję rentgenowską.

Jednak zanim przeprowadzono badania trzeba było pozyskać sam einstein. To nie było łatwe. Pierwiastek został wytworzony w High Flux Isotope Reactor w Oak Ridge National Laboratory. To jedno z niewielu miejsc na świecie, gdzie można produkować einstein. Wytwarza się go bombardując kiur neutronami. Wywołuje to cały łańcuch reakcji chemicznych. I tutaj pojawił się pierwszy problem. Próbka była mocno zanieczyszona kalifornium. Uzyskanie odpowiedniej ilości czystego einsteinu jest bowiem niezwykle trudne.

Zespół naukowy musiał więc zrezygnować z pierwotnego planu wykorzystania krystalografii rentgenowskiej, czyli techniki uznawanej za złoty standard przy badaniu struktury wysoce radioaktywnych próbek. Technika to wymaga bowiem otrzymania czystej metalicznej próbki. Konieczne stało się więc opracowanie nowej techniki badawczej, pozwalającej na określenie struktury einsteinu w zanieczyszczonej próbce. Z pomocą przyszli naukowcy z Los Alamos, który opracowali odpowiedni instrument utrzymujący próbkę.

Później trzeba było poradzić sobie z rozpadem einsteinu. Uczeni wykorzystywali 254, jeden z bardziej stabilnych izotopów, o czasie półrozpadu wynoszącym 276 dni. Zdążyli wykonać tylko część zaplanowanych eksperymentów, gdy doszło do wybuchu pandemii i laboratorium zostało zamknięte. Gdy naukowcy mogli do niego wrócić, większość pierwiastka zdążyła już ulec rozpadowi.

Mimo to udało się zmierzyć długość wiązań atomowych oraz określić pewne właściwości einsteinu, które okazały się odmienne od reszty aktynowców. Określenie długości wiązań może nie brzmi zbyt interesująco, ale to pierwsza rzecz, którą chcą wiedzieć naukowcy, badający jak metale łączą się z innymi molekułami. Jaki rodzaj interakcji chemicznych się pojawia, gdy badany atom wiąże się z innymi, mówi Abergel.

Gdy już wiemy, jak będą układały się atomy w molekule zawierającej einstein, możemy poszukiwać interesujących nas właściwości chemicznych takich molekuł. Pozwala to też określać trendy w tablicy okresowej pierwiastków. Mając do dyspozycji takie dane lepiej rozumiemy jak zachowują się wszystkie aktynowce. A mamy wśród nich pierwiastki i ich izotopy, które są przydatne w medycynie jądrowej czy w produkcji energii, wyjaśnia profesor Abergel.

Odkrycie pozwoli też zrozumieć to, co znajduje się poza obecną tablicą okresową i może ułatwić odkrycie nowych pierwiastków. Teraz naprawdę lepiej zaczynamy rozumieć, co dzieje się w miarę zbliżania się do końca tablicy okresowej. Możemy też zaplanować eksperymenty z użyciem einsteinu, które pozwolą nam na odkrycie kolejnych pierwiastków. Na przykład pierwiastki, które poznaliśmy w ciągu ostatnich 10 lat, jak np. tenes, były odkrywane dzięki użyciu berkelu. Jeśli będziemy w stanie uzyskać wystarczająco dużo czystego einsteinu, możemy wykorzystać ten pierwiastek jako cel w eksperymentach, w czasie których wytwarza się nowe pierwiastki. W ten sposób zbliżmy się do – teoretycznie wyliczonej – wyspy stabilności.

Ta poszukiwana wyspa stabilności to teoretycznie wyliczony obszar tablicy okresowej, gdzie superciężkie pierwiastki mogą istnieć przez minuty, a może nawet dni, w przeciwieństwie do obecnie znanych superciężkich pierwiastków istniejących, których czas półrozpadu liczony jest w mikrosekundach.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Woda to niezwykły płyn. Niezbędny i najbardziej powszechny, a jednocześnie najmniej ją rozumiemy. Ma wiele niezwykłych właściwości, których wciąż nie potrafimy wyjaśnić. Na przykład większość płynów staje się coraz gęstszych w czasie schładzania. Tymczasem woda jest najgęstsza w temperaturze około 4 stopni Celsjusza. Ta jej właściwość powoduje, że lód unosi się na powierzchni, dzięki czemu może istnieć życie. Gdyby bowiem tonął, organizmy w oceanach nie przetrwałyby zimy.
      Woda ma też niezwykle duże napięcie powierzchniowe, dzięki czemu owady mogą po niej chodzi oraz olbrzymią zdolność przechowywania ciepła, co stabilizuje temperaturę oceanu.
      Teraz naukowcy ze SLAC National Accelerator Laboratory, Uniwersytet Stanforda i Uniwersytetu w Sztokholmie przeprowadzili pierwsze bezpośredni obserwacje, które pokazały, jak wzbudzone laserem atomy wodoru w molekułach wody ciągną i pchają sąsiednie molekuły wody. Badania, których wyniki opublikowano na łamach Nature, opisują zjawiska, które mogą leżeć u podstaw niezwykłych właściwości wody. Ich zbadania może pomóc nam w zrozumieniu, w jaki sposób woda pomaga białkom spełniać ich rolę w organizmach żywych.
      Jeden z członków zespołu badawczego, profesor Anders Nilsson z Uniwersytetu w Sztokholmie przypomina, że już od pewnego czasu przypuszczano, iż za wiele właściwości wody mogą odpowiadać te tzw. jądrowe efekty kwantowe. Nasz eksperyment to pierwsze obserwacje tych efektów. Pytanie brzmi, czy rzeczywiście są one zaginionym ogniwem teoretycznych modeli opisujących niezwykłe właściwości wody, mówi uczony.
      W każdej molekule wody znajdziemy jeden atom tlenu i dwa atomy wodoru. Istnieje też cała sieć wiązań wodorowych pomiędzy dodatnio naładowanymi atomami wodoru w jednej molekule i ujemnie naładowanymi atomami tlenu w sąsiednich molekułach. Ta siec utrzymuje całość razem. Dopiero jednak teraz udało się zaobserwować, jak molekuły wody – za pośrednictwem tej sieci – wchodzą w interakcje.
      To pierwsze badania, w których bezpośrednio wykazano, że reakcja sieci wiązań wodorowych na impuls energii w postaci światła lasera zależy od rozkładu atomów wodoru w przestrzeni, który jest z kolei determinowany zasadami mechaniki kwantowej. Od dawna uważano, że to właśnie ona nadaje niezwykłe właściwości wodzie i jej sieci wiązań wodorowych, stwierdza Kelly Gaffney ze SLAC.
      Obserwacje tego typu zjawisk są niezwykle trudne, gdyż ruchy wiązań atomowych są bardzo szybkie i odbywają się w bardzo małej skali. Amerykańsko-szwedzki zespół naukowy poradził sobie z tym problemem dzięki MeV-UED, superszybkiej „kamerze elektronowej“ ze SLAC, która wykrywa niewielki ruchy molekuł rozpraszając na nich strumień elektronów.
      Naukowcy najpierw wygenerowali strumienie wody o średnicy zaledwie 100 nanometrów. To około 1000-krotnie mniej niż średnica włosa. Następnie za pomocą podczerwonego lasera wprawili w drgania molekuły wody tworzące te strumienie. Wtedy do dzieła przystąpił MeV-UED, ostrzeliwując wodę krótkimi wysokoenergetycznymi impulsami elektronów. W ten sposób uzyskano obraz o wysokiej rozdzielczości, który wyglądał jak poklatkowy film, szczegółowo pokazujący, jak molekuły reagują na światło.
      Obraz skupiał się na grupach, na które składały się po trzy molekuły. Dzięki temu naukowcy mogli zaobserwować, jak najpierw atomy wodoru przyciągają do siebie atomy tlenu z sąsiednich molekuł, by za chwilę – dzięki energii uzyskanej z lasera – mocno je odepchnąć, zwiększając odległości pomiędzy molekułami.
      To naprawdę otwiera nowe możliwości w dziedzinie badań nad wodą. W końcu możemy zobaczyć poruszające się wiązania wodorowe. Chcielibyśmy teraz powiązać te ruchy z szerszym obrazem, który może rzucić światło na to, w jaki sposób woda przyczyniła się do powstania i przetrwania życia na ziemi. Możemy też dzięki temu udoskonalić metody pozyskiwania energii odnawialnej, stwierdził Xijie Wang ze SLAC.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Inżynierowie z California Institute of Technology (Caltech) i Jet Propulsion Laboratory (JPL) stworzyli inspirowany kolczugami materiał, który pod wpływem przyłożonego napięcia zmienia się z miękkiego i giętkiego w sztywny. Materiał taki może przydać się do tworzenia egzoszkieletów czy rusztowań zmieniających swoją sztywność w miarę gojenia się ran. Być może posłuży też do budowy... mostów, które można będzie przywieźć na miejsce w rolce, rozwinąć i usztywnić.
      Chcieliśmy stworzyć materiał, który zmienia sztywność na żądanie, mówi profesor Chiara Daraio. Naszym celem było uzyskanie tkaniny, która z miękkiej w kontrolowany sposób staje się sztywna, dodaje. Takie materiały spotykaliśmy dotychczas w literaturze. Dość przypomnieć tutaj kolczugę z mithrilu, którą Frodo otrzymał od Bilba czy pelerynę Batmana z filmu Batman Begins.
      W życiu codziennym dość często spotykamy się z materiałami, których sztywność została zmieniona. Wystarczy przypomnieć sobie np. paczkę próżniowo zapakowanej kawy. Jest sztywna i twarda, jednak natychmiast po przebiciu opakowania całość staje się miękka. Takie struktury jak kawa czy piasek mają złożone kształty, nie są ze sobą połączone i mogą usztywniać się tylko pod wpływem kompresji. Z kolei kolczuga, złożona z połączonych metalowych pierścieni może stawać się sztywna zarówno gdy ją ściśniemy, jak i gdy ją rozciągniemy. I to właśnie ta jej właściwość zainspirowała naukowców. Przetestowaliśmy wiele różnych cząstek, by sprawdzić, które są zarówno elastycznej, jak i można nadać im sztywność. Okazało się, że te, które zyskują sztywność tylko podczas jednego z rodzajów przyłożonej siły (ściskania lub rozciągania) nie sprawują się najlepiej, mówi profesor Daraio.
      Uczeni sprawdzili więc całą gamę kształtów, od połączonych pierścieni, poprzez połączone sześciany po połączone ośmiościany foremne, które przypominają dwie piramidy złączone podstawami. W modelowaniu interakcji tego typu struktur brał udział profesor Jose E. Andrade, specjalista od modelowania zachowania materiałów ziarnistych.
      Materiały ziarniste to piękny przykład złożonego systemu, w którym proste interakcje na poziomie poszczególnych ziaren mogą przekładać się na złożone zmiany strukturalne całości, mówi Andrade. Naukowcy prowadzili symulacje komputerowe oraz wytwarzali za pomocą drukarek 3D obiecujące struktury i testowali je w laboratorium.
      Podczas testów materiały albo ściskano w komorach próżniowych albo zrzucano na nie ciężary. W jednym przypadku taka „kolczuga” utrzymała masę 50-krotnie większą od własnej masy. Testy wykazały, że strukturami o największych zmianach właściwości mechanicznych pomiędzy stanem elastycznym a sztywnym, były struktury o największej średniej liczbie punktów stycznych pomiędzy tworzącymi je elementami.
      Tego typu tkaniny mają największy potencjał. Mogą być lekkie, miękkie i wygodne w użyciu, a pod wpływem przyłożonej siły stają się sztywną strukturą, która może wspierać i chronić właściciela, wyjaśnia Yifan Wang, jeden z autorów badań.
      Jak już wspomnieliśmy, taki materiał może posłużyć również do budowy mostów. Jak więc spowodować, by coś, co zostało przywiezione w rolce utrzymało ludzi czy pojazdy? Profesor Daraio mówi, że przez taki materiał można np. przeciągnąć liny, za pomocą których materiał zostanie ściśnięty i usztywniony. Te liny będą działały tak, jak troczki, za pomocą których ściągamy np. kaptur, wyjaśnia.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Pulsary to szybko obracające się obiekty, które mieszczą nawet ponad 140% masy Słońca w kuli o średnicy zaledwie 20 kilometrów. Mają one niezwykle silne pole magnetyczne i emitują fale radiowe na każdym z biegunów magnetycznych. Jako, że ich rotacja jest niezwykle stabilna, impulsy z wirujących pulsarów docierają do Ziemi z regularnością zegara atomowego. Olbrzymia masa, niewielkie rozmiary i precyzja zegara atomowego to cechy, dzięki którym naukowcy mogą wykorzystać pulsary do testowania ogólnej teorii względności Einsteina.
      Teoria ta przewiduje, że czasoprzestrzeń jest zaginana w pobliżu masywnych obiektów. Jednym z teoretycznie przewidywanych skutków takiego zagięcia czasoprzestrzeni jest jej wpływ na precesję pulsarów w układzie podwójnym. Wpływ ten bierze się z przesunięcia wektorów wirujących pulsarów w stosunku do całkowitego wektora momentu obrotowego układu podwójnego. Prawdopodobnie przyczyna tkwi w asymetrycznej eksplozji supernowych. Powstają w ten sposób zaburzenia precesji, które możemy obserwować, testować i sprawdzać, czy zgadzają się one ze zjawiskami opisanymi przez teorię Einseina.
      Naukowcy z Instytutu Radioastronomii im. Maxa Plancka poinformowali właśnie o wieloletnich wynikach obserwacji pulsaru PSR J1906+0746. Gdy obiekt ten został odkryty w 2004 roku wyglądał jak każdy inny pulsar. Można było obserwować dwa spolaryzowane impulsy wysyłane z obu biegunów przy każdym obrocie. Gdy jednak naukowcy kilka miesięcy po odkryciu przyjrzeli się mu po raz drugi okazało się, że do Ziemi dociera tylko jeden impuls. Rozpoczęto więc badania, które trwały od roku 2004 do 2018, a które prowadził zespół Gregory'ego Desvignesa.
      Okazało się, że zniknięcie jednego z sygnałów było związane z precesją pulsaru. PSR J1906+0746 wykonuje pełen obrót co 144 milisekundy, a co 4 godziny obiega towarzyszący mu pulsar. Niemieccy badacze zauważyli, że początkowo przy każdym obrocie do Ziemi docierały dwa impulsy „północny” i „południowy”. Z czasem impuls „północny” zanikł. Szczegółowe badania polaryzacji impulsów pozwoliły naukowcom na stworzenie modelu, który prognozuje właściwości docierających do Ziemi impulsów na przestrzeni najbliższych 50 lat. Gdy model, oparty na ogólnej teorii względności Einsteina, porównano z danymi obserwacyjnymi, okazało się, że wszystko idealnie do siebie pasuje, a oparte na nim przewidywania są obarczone mniejszym błędem niż te opierające się na obecnym modelu referencyjnym. Wszystko zaś zgadza się z przewidywaniami Einsteina.
      Pulsary pozwalają nam badać grawitację w unikatowy sposób. To piękny przykład takich badań, mówi Ingrid Stairs z University of British Columbia.
      Opracowany model pozwala też przewidzieć pojawiania się i zanikanie „północnego” i „południowego” impulsu z PSR J1906+0746. Impuls „południowy” zniknie nam z pola widzenia około roku 2028 i będzie widoczny ponownie w latach 2070–2090. Z kolei impuls „północny” będzie można obserwować w latach 2085–2105.
      PSR J1906+0746 znajduje się w odległości 25 000 lat świetlnych od Ziemi, w Gwiazdozbiorze Orła.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy z amerykańskiego Narodowego Instytutu Standardów i Technologii (NIST) przeprowadzili najdokładniejszy test podstawowego założenia ogólnej teorii względności Einsteina, które to założenie opisuje powiązanie grawitacji z czasem i przestrzenią. Test wykonano porównując różne typy zegarów atomowych, a jego przeprowadzenie było możliwe dzięki temu, że urządzenia te są ciągle udoskonalane. Podczas testu uzyskano rekordowo niski wynik dla słynnego eksperymentu myślowego Einsteina ze spadającą windą. Einstein teoretyzował, że wszystkie obiekty znajdujące się w takiej windzie będą jednakowo przyspieszały tak, jakby znajdowały się w jednorodnym polu grawitacyjnym lub jakby grawitacja na nie nie oddziaływała. Innymi słowy, względne właściwości takich obiektów wobec siebie pozostaną takie same podczas swobodnego spadku windy.
      Uczeni z NIST wykorzystali Układ Słoneczny, a ich windą była Ziemia spadająca w polu grawitacyjnym Słońca. W celu zbadania względnych właściwości obiektów porównali dane z dwóch typów zegarów atomowych na przestrzeni 14 lat ich pracy, by sprawdzić, czy pozostawały one ze sobą zsynchronizowane, nawet w obliczu zmian oddziaływania grawitacyjnego Słońca na Ziemię. Dane pochodziły z lat 1999-2014 z 12 zegarów. Cztery z nich to wodorowe masery, których właścicielem jest NIST, a 8 kolejnych to najdokładniejsze na świecie cezowe zegary atomowe znajdujące się w laboratoriach w USA, Wielkiej Brytanii, Francji, Niemczech i Włoszech.
      Podczas jednego z takich pomiarów porównywano częstotliwości promieniowania elektromagnetycznego zegarów. Pomiary wykazały naruszenie einsteinowskiej zasady rzędu 0,00000022 (±0,00000025). To najmniejszy uzyskany dotychczas wynik, oznaczający brak naruszenia. Oznacza to ni mniej ni więcej, że stosunek częstotliwości wodoru do częstotliwości cezu pozostawał identyczny w swobodnie spadającej windzie. Tym samym NIST pobił swój własny rekord pomiaru z 2007 roku. Niepewność obecnego pomiaru jest 5-krotnie mniejsza niż wówczas.
      Jak powiedział Bijunath Patla z NIST, osiągnięcie takie było możliwe dzięki coraz dokładniejszym zegarom cezowym udoskonaleniu procesu transferu danych pomiędzy zegarami, dzięki czemu mogą one porównywać swoje sygnały oraz dokładniejszemu obliczeniu pozycji i prędkości Ziemi.
      Naukowcy uważają, że mało prawdopodobne jest, by udało się dokładniej przetestować założenia Einsteina za pomocą zegarów wodorowych i cezowych. Będzie to możliwe za pomocą przyszłych generacji zegarów optycznych. NIST już posiada takie zegary bazujące na atomach iterbu i strontu.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Kazachscy urzędnicy ze zdumieniem odkryli, że w ich kraju mieszka kobieta, która za dwa dni będzie obchodziła... 130 urodziny. Wszystko wskazuje na to, że pani Sahan Dosowa jest najstarszym żyjącym człowiekiem.
      Wiek mieszkanki Karagandy potwierdzają trzy dokumenty. Najważniejszy z nich, to spis powszechny z roku 1926, w którym znajdziemy informację, że Dosowa ma 47 lat. Kobieta jest również posiadaczką dokumentu tożsamości z czasów ZSRR oraz dowodu osobistego wydanego przez władze Kazachstanu. Możemy się z nich dowiedzieć, że urodziła się 27 maja 1879 roku.
      Dotychczas staruszka była znana w swoim mieście, a urzędy trafiły na jej ślad podczas dokonywanego właśnie spisu powszechnego.
      Pani Dosowa mówi, że nigdy nie była u lekarza, jest uzależniona od koziego sera, a długie życie zawdzięcza pogodnemu usposobieniu.
      Nailia Dosajewa, kierowniczka wydziału społecznego i demograficznego w Karagandzie mówi, że nie ma żadnych wątpliwości co do wieku Dosowej. Posiadane przez nią dokumenty tożsamości nie budzą zastrzeżeń, a jej obecność w spisie z 1926 roku tylko to potwierdza.
      Sakhan Dosowa jest więc rówieśnicą żarówki, Trockiego, Stalina i Einsteina, urodziła się w roku, w którym wybuchła wojna pomiędzy Zulusami a Wielką Brytanią, a Arthur Conan Doyle opublikował swoją pierwszą powieść. Jest jedynie o 11 lat młodsza od ostatniego cara Rosji.
      Gdy miała 10 lat urodził się Adolf Hitler. W wieku 38 lat doświadczyła komunistycznej rewolucji, a na emeryturę przeszła w roku wybuchu drugiej wojny światowej.
      Niektórzy urzędnicy wątpią jednak w wiek Dosowej, zauważając, że kilkoro ze swoich 10 dzieci musiałaby urodzić po ukończeniu 60. roku życia. Mówią też, że XIX-wieczne kazachskie dokumenty są pełne luk.
      Oficjalnie najstarszą żyjącą osobą jest Amerykanka Edna Parker, która liczy sobie 114 lat. 
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...