Opracowany w Krakowie Model Wymiany Gluonów kładzie kres koncepcji istnienia dikwarków
-
Similar Content
-
By KopalniaWiedzy.pl
Naukowcy z Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa rozszyfrowali, w jaki sposób działa białko YiiP, które zapobiega śmiertelnemu nagromadzeniu cynku wewnątrz bakterii. Zrozumienie ruchów YiiP pozwoli zaprojektować leki modyfikujące zachowanie 8 ludzkich białek ZnT - przypominają one YiiP i odgrywają ważną rolę w wydzielaniu hormonów oraz sygnalizacji między neuronami.
Warto przypomnieć, że pewne mutacje ZnT8 powiązano ze zwiększoną podatnością na cukrzycę typu 2. Mutacje, które uniemożliwiają funkcjonowanie tej proteiny, mają zaś, jak się wydaje, działanie ochronne.
Cynk jest niezbędny do życia [bierze np. udział w aktywacji genów, natomiast wysokie jego stężenia występują w pakietach insuliny produkowanych w komórkach beta wysp trzustkowych]. By dostać się i wydostać z komórki, gdzie wykonuje swoje zadanie, potrzebuje białek transportujących. Przy nieprawidłowym działaniu transportera stężenie cynku może osiągnąć toksyczny poziom. To studium pokazuje nam, jak działają białka usuwające ten pierwiastek - opowiada dr Dax Fu.
YiiP jest częściowo osadzone w błonie komórkowej E. coli. We wcześniejszym badaniu zespół Fu zmapował atomową strukturę YiiP i odkrył, że w jego centrum znajduje się kieszeń wiążąca cynk. Amerykanin podkreśla jednak, że tajemnicą pozostawało, w jaki sposób pojedyncza kieszeń może transportować cynk z jednej strony błony na drugą. Wiedząc, że za każdym razem, gdy na zewnątrz wydostaje się kation cynku, do środka komórki wnika proton, ekipa podejrzewała, że istnieje ukryty kanał, który pozwala na wymianę jonów.
Testując tę hipotezę i sprawdzając, jakie wewnętrzne elementy YiiP tworzą kanał, badacze z Uniwersytety Johnsa Hopkinsa nawiązali współpracę ze specjalistami z Brookhaven National Laboratory, którzy oświetlali zanurzone w wodzie białko promieniami X. Woda rozpadła się na atomy wodoru i rodniki hydroksylowe, a gdy ukryty kanał się otwierał, rodniki wiązały się z odsłoniętymi fragmentami białka. Dodatkowo YiiP pocięto enzymami na części i przeprowadzono analizę.
Koniec końców autorzy artykułu z Nature ustalili, że na zewnątrz błony cytoplazmatycznej znajduje się dużo protonów. Jako że w jej wnętrzu jest ich mniej, powstaje gradient stężenia. Protony dążą do jego wyrównania, dlatego kiedy centralna kieszeń transportera jest otwarta na zewnątrz, zaczynają się z nią wiązać. Gdy protony przemieszczają się z miejsca wysokiego stężenia do stężenia niższego, generują siłę jak spadająca woda. Białko wykorzystuje ją do zmiany swojego kształtu, odcinając dostęp do środowiska zewnętrznego i otwierając się na wnętrze. Tam proton kontynuuje swoje spadanie, oddzielając się od kieszeni. Po uwolnieniu protonu kieszeń może się związać z cynkiem. Powtórne wiązanie znowu zmienia kształt YiiP, odcinając dostęp ze środka i otwierając drogę z zewnątrz.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Dzięki badaniom przeprowadzonym w ISIS, brytyjskim źródle neutronów i mionów, naukowcy mogli określić stan... gospodarki Imperium Rzymskiego za rządów trzech cesarzy. Niedestrukcyjnym badaniom poddano trzy monety, wybite za czasów Tyberiusza (cesarz w latach 14–37), Hadriana (117–138) i Juliana II (361–363). Gdy bowiem w grę wchodzą cenne zabytki, naukowcy prowadzą badania metodami niedestrukcyjnymi. Oznacza to np. że z zabytku nie można pobrać próbek. A to z kolei znacznie ogranicza możliwości badawcze. Na szczęście obecnie w sukurs przychodzą takie narzędzia jak ISIS.
Naukowcy z University of Oxford i University of Warwick postanowili sprawdzić skład wspomnianych monet. Sprawdzenie, czy ich powierzchnia nie została sztucznie wzbogacona lub czy do metali bardziej szlachetnych nie dodano zbyt dużo tańszych metali może wiele powiedzieć o społeczeństwie i stanie gospodarki z czasów, gdy monety wybito.
Już wcześniej było wiadomo, że powierzchnia monet to w dużej mierze czyste złoto. Jednak badania takie ograniczały się do ułamków milimetra grubości monety. Istniało więc uzasadnione podejrzenie „a co, jeśli?”. Wiemy, że Rzymianie celowo wzbogacali powierzchnię swoich srebrnych monet, by ukryć fakt, że wewnątrz są one pełne miedzi. Mieliśmy więc pełne podstawy, by uważać, że coś podobnego mogli robić ze złotymi monetami. Dzięki ISIS mogliśmy dotrzeć do samego środka monet w sposób całkowicie niedestrukcyjny. Przekonaliśmy się, że wysoki odsetek czystego złota, z jakim mamy do czynienia na powierzchni monet, pozostaje stały na całej grubości monety, mówi główny autor badań, doktor George Green z University of Oxford.
Z jednej strony to potwierdzenie dobrego stanu rzymskiej gospodarki z czasów wybicia monet. Z drugiej zaś, jak zapewnia Green, upewnienie się, że w przypadku rzymskich złotych monet, to, co widać na powierzchni, znajduje się też we wnętrzu.
Spektroskopia z użyciem mionów ma i tę zaletę, że nie wymaga wcześniejszego oczyszczenia badanego obiektu, co pozwala na zmniejszenie kosztów, zaoszczędzenie czasu oraz – często – uchronienie zabytku, który może prowadzić do jego uszkodzenia. Dlatego też technika taka jest szczególnie użyteczna przy badaniu np. obiektów wydobytych z wraków.
Metoda ta polega na wystrzeleniu strumienia mionów w kierunku badanego obiektu. Są one przechwytywane przez atomy w monetach, w wyniku czego dochodzi do emisji promieniowania unikatowego dla pierwiastków, z których ono pochodzi.
Uzyskane wyniki pokazują, jak wielki potencjał drzemie w tej metodzie badawczej. To technika niedestrukcyjna, która pozwala na zajrzenie pod powierzchnię zabytków. Nie wymaga ona specjalnego przygotowania próbki i nie powoduje, że badany obiekt staje się radioaktywny. Jest zatem idealnym narzędziem do badań zabytków. Pozwala ona nie tylko sprawdzić skład monet pod ich powierzchnią, ale określić m.in. głębokość korozji, zidentyfikować unikatowe zmiany składu chemicznego związane z konkretnym procesem produkcyjnym, czy też przekonać się, czy nie mamy do czynienia z fałszywką, dodaje doktor Adrian Hillier, odpowiedzialny w ISIS za badania z użyciem mionów.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Fizycy z Thomas Jefferson National Accelerator Facility (TJNAF – Jefferson Lab) zmierzyli z niezwykłą dokładnością grubość neutronowej „skórki” tworzącej otoczkę jądra ołowiu. Na łamach Physical Review Letters poinformowali, że grubość ta wynosi 0,28 milionowych części nanometra. A ich pomiary mają duże znaczenie dla określenia struktury i rozmiarów... gwiazd neutronowych.
Jądro każdego pierwiastka składa się z protonów i neutronów. To m.in. one określają właściwości pierwiastków i pozwalają nam je od siebie odróżnić. Fizycy od dawna badają jądra atomowe, by dowiedzieć się, w jaki sposób protony i neutrony oddziałują ze sobą. W Jefferson Lab prowadzony jest Lead Radius Experiment (PREx), którego celem jest dokładne zbadanie rozkładu protonów i neutronów w jądrze ołowiu.
Pytanie brzmi, gdzie w jądrze znajdują się neutrony. Ołów to ciężki pierwiastek. Posiada dodatkowe neutrony. Jeśli jednak bierzemy pod uwagę wyłącznie oddziaływanie sił jądrowych, które wiążą protony i neutrony w jądrze, to lepiej sprawdza się model, w którym jądro ołowiu posiada równą liczbę protonów i neutronów, mówi profesor Kent Paschke z University of Virginia, rzecznik prasowy PREx.
W lekkich jądrach, zawierających niewiele protonów, zwykle rzeczywiście liczba protonów i neutronów jest równa. Jednak im cięższe jądro, tym potrzebuje więcej neutronów niż protonów, by pozostać stabilnym. Wszystkie stabilne jądra pierwiastków, które zawierają ponad 20 protonów, mają więcej neutronów niż protonów. Ołów zaś to najcięższy pierwiastek o stabilnych izotopach. Jego jądro zawiera 82 protony i 126 neutronów. A do zrozumienia, jak to wszystko trzyma się razem, musimy wiedzieć, w jaki sposób w jądrze rozłożone są dodatkowe neutrony.
Protony w jądrze ołowiu ułożone są w kształt sfery. Neutrony tworzą większą sferę otaczającą mniejszą. Tę większą sferę nazwaliśmy skórką neutronową, wyjaśnia Paschke. Tę skórkę po raz pierwszy zauważono właśnie w Jefferson Lab w 2012 roku. Od tamtej pory naukowcy starają się mierzyć jej grubość z coraz większą precyzją.
Neutrony trudno jest badać, gdyż wiele narzędzi, które mają do dyspozycji fizycy, rejestruje oddziaływania elektromagnetyczne, które są jednymi z czterech podstawowych sił natury. Eksperyment PREx do pomiarów wykorzystuje inną z podstawowych sił – oddziaływania słabe. Protony posiadają ładunek elektryczny, który możemy badań za pomocą oddziaływań elektromagnetycznych. Neutrony nie posiadają ładunku elektrycznego, ale – w porównaniu z protonami – generują potężne oddziaływania słabe. Jeśli więc jesteś w stanie to wykorzystać, możesz określić, gdzie znajdują się neutrony, dodaje Paschke.
Autorzy nowych badań wykorzystali precyzyjnie kontrolowany strumień elektronów, który został wystrzelony w stronę cienkiej warstwy ołowiu schłodzonej do temperatur kriogenicznych. Elektrony obracały się w kierunku ruchu wiązki i wchodziły w interakcje z protonami i neutronami w atomach ołowiu. Oddziaływania elektromagnetyczne zachowują symetrię odbicia, a oddziaływania słabe nie. to oznacza, że elektron, który wchodzi w interakcję za pomocą sił elektromagnetycznych, robi to niezależnie od kierunku swojego spinu. Natomiast jeśli chodzi o interakcje za pomocą oddziaływań słabych, to widoczna jest tutaj wyraźna preferencja jednego kierunku spinu. Możemy więc wykorzystać tę asymetrię do badania siły oddziaływań, a to pozwala nam określić obszar zajmowany przez neutrony. Zdradza nam zatem, gdzie w odniesieniu do protonów, znajdują się neutrony, mówi profesor Krishna Kumar z University of Massachusetts Amherst.
Przeprowadzenie eksperymentów wymagało dużej precyzji. Dość wspomnieć, że kierunek spinu elektronów w strumieniu był zmieniany 240 razy na sekundę, a elektrony, zanim dotarły do badanej próbki ołowiu, odbywały ponad kilometrową podróż przez akcelerator. Badacze znali relatywną pozycję względem siebie strumieni elektronów o różnych spinach z dokładnością do szerokości 10 atomów.
Dzięki tak wielkiej precyzji naukowcy stwierdzili, że średnica sfery tworzonej przez protony wynosi około 5,5 femtometrów. A sfera neutronów jest nieco większa, ma około 5,8 femtometrów. Skórka neutronowa ma więc 0,28 femtometra grubości. To około 0,28 milionowych części nanometra, informuje Paschke.
Jak jednak te pomiary przekładają się na naszą wiedzę o gwiazdach neutronowych? Wyniki uzyskane w Jefferson Lab wskazują, że skórka neutronowa jest grubsza, niż sugerowały niektóre teorie. To zaś oznacza, że do ściśnięcia jądra potrzebne jest większe ciśnienie niż sądzono, zatem samo jądro jest nieco mniej gęste. A jako, że nie możemy bezpośrednio badać wnętrza gwiazd neutronowych, musimy opierać się na obliczeniach, do których używamy znanych właściwości składowych tych gwiazd.
Nowe odkrycie ma też znaczenie dla danych z wykrywaczy fal grawitacyjnych. Krążące wokół siebie gwiazdy neutronowe emitują fale grawitacyjne, wykrywane przez LIGO. Gdy już są bardzo blisko, w ostatnim ułamku sekundy oddziaływanie jednej gwiazdy powoduje, że druga staje się owalna. Jeśli skórka neutronowa jest większa, gwiazda przybierze inny kształt niż wówczas, gdy skórka ta jest mniejsza. A LIGO potrafi zmierzyć ten kształt. LIGO i PREx badają całkowicie różne rzeczy, ale łączy je podstawowe równanie – równanie stanu materii jądrowej.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Możliwość uwięzienia cząstek i schłodzenia ich do temperatur bliskich zeru absolutnemu jest niezbędna do przeprowadzenia wielu badań fizycznych, w tym do badania problemu asymetrii pomiędzy materią a antymaterią. Naukowcy pracujący przy eksperymencie BASE (Baryon Antibaryon Symmetry Experiment) w CERN-ie poinformowali o pierwszym udanym schłodzeniu pojedynczego protonu za pomocą techniki chłodzenia sympatycznego.
Wszechświat powinien składać się z równej ilości materii i antymaterii. Jednak tak nie jest. Jednym z obiecujących sposobów na rozwiązanie tej zagadki jest badanie momentów magnetycznych protonu i antyprotonu. Tym właśnie zajmują się uczeni z BASE.
Specjaliści wykorzystują w tym celu bardzo zaawansowane urządzenie zwane pułapką Penninga. Jest ona w stanie przechwycić i utrzymać pojedynczą cząstkę, którą dzięki temu można badać. Dotychczas zespołowi BASE udało się zwiększyć precyzję pomiarów momentu magnetycznego protonu 30-krotnie, a w przypadku antyprotonu udoskonalono pomiar aż o trzy rzędy wielkości. Dzięki temu można testować symetrię materii i antymaterii z dokładnością do 1,5 części na miliard. Tym samym wykazali, że wartość momentów magnetycznych protonu i antyprotonu jest taka sama w przedziale dziewięciu cyfr znaczących.
Problem z tak precyzyjnymi pomiarami polega na tym, że aby ich dokonać, musimy utrzymać cząstki w temperaturze bliskiej zeru absolutnemu (-273,15 stopnia Celsjusza). Podczas swoich ostatnich prac uczeni z BASE wykorzystali schłodzoną laserem chmurę jonów berylu do schłodzenia protonu. Laserowego chłodzenia nie można użyć bezpośrednio na cząstkach subatomowych. Można natomiast, jak się okazuje, użyć chłodzenia sympatycznego do obniżenia temperatury protonów za pomocą schłodzonych jonów berylu.
Specjaliści z BASE pod kierunkiem Stefana Ulmera z japońskiego RIKEN przeprowadzili swój eksperyment w laboratorium Uniwersytetu w Moguncji. Wykorzystali w tym celu dwie pułapki jonowe Penninga, oddalone od siebie o 9 centymetrów. Pułapki były połączone za pomocą kriogenicznego obwodu rezonansowego (LC). W jednej znajdował się pojedynczy proton, a w drugiej chmura jonów berylu schłodzonych za pomocą lasera. Częstotliwość pracy obwodu LC zostaładobrana tak, by możliwy był transfer energii od protonu do jonów.
Uczeni dowiedli, że są w stanie obniżyć temperaturę protonu o 85%, do poziomu 17 kelwinów, a następnie obniżyli ją do 2,5 kelwina. Twierdzą, że w przyszłości, odpowiednio dobierając parametry swojego eksperymentu, w tym geometrię pułapek, będą w stanie w ciągu sekund obniżyć temperaturę protonu do dziesiątków milikelwinów. Dotychczas chłodzenie antyprotonów do 100 mK trwało około 10 godzin.
Dzięki uzyskaniu jeszcze niższych temperatur możliwe będą bardziej precyzyjne pomiary symetrii pomiędzy materią a antymaterią. Nie wiadomo jednak, jak bardzo precyzyjne byłyby to pomiary.
Już pojawiły się głosy, że technika ta może być przydatna do chłodzenia na dowolną odległość każdej cząstki posiadającej ładunek elektryczny, a być może nawet do wymiany bitów kwantowych informacji w sposób bardziej efektywny niż za pomocą światła.
« powrót do artykułu
-
-
Recently Browsing 0 members
No registered users viewing this page.