Szwajcarzy testują laserowy piorunochron. Laser ma przekierowywać pioruny w bezpieczne miejsce
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Technologia
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Rogówka to przezroczysta struktura w kształcie kopuły, która znajduje się z przodu oka. Jej celem jest skupianie światła na siatkówce. Jeśli kształt rogówki jest nieprawidłowy, prowadzi do zaburzeń widzenia. Tego typu problemy ma olbrzymia liczba osób i wiele z nich przechodzi zabieg LASIK, laserową korektę wzroku. Jak mówi profesor chemii Michael Hill z Occidental College, LASIK to tylko wyszukana forma tradycyjnej operacji. To wciąż wycinanie tkanki, tylko że przy użyciu lasera. Dlatego Hill we współpracy z profesorem chirurgii Brianem Wongiem z University of California w Irvine rozpoczęli prace nad korygowaniem kształtu rogówki bez potrzeby jej nacinania. O ich wynikach poinformowali podczas spotkania American Chemical Society.
Naukowcy nazwali swój proces kształtowaniem elektromechanicznym (EMR). Przyznają, że odkryli go przypadkiem. Przyglądałem się tkankom jako materiałowi podatnemu na formowanie i odkryłem cały zestaw chemicznych modyfikacji, mówi Wong. Wiele zawierających tkanek naszego organizmu, w tym rogówka, jest utrzymywanych przez przyciąganie się przeciwnie naładowanych elementów. Takie tkanki zawierają dużo wody. Jeśli przepuści się przez nie ładunki elektryczne, dochodzi do obniżenia pH, a więc zwiększenia kwasowości. To osłabia oddziaływania wewnątrz tkanki i sprawia, że staje się ona podatna na formowanie. Gdy następnie przywrócimy pierwotne pH, tkanka zostaje w takim kształcie, w jaki ją uformowaliśmy.
Hill i Wong prowadzili eksperymenty z różnymi tkankami, ale ich celem zawsze była rogówka. Skonstruowali więc platynowe „soczewki kontaktowe”, które stanowiły wzorzec dla pożądanego kształtu rogówki. Następnie nałożyli te „soczewki” na gałki oczne królika zanurzone w roztworze soli, który miał naśladować łzy. Platyna pełniła funkcję elektrody, umożliwiającej uzyskanie zmiany pH po przyłożeniu niewielkiego potencjału elektrycznego.
Po około minucie rogówka przybrała pożądany kształt. Zmianę kształtu uzyskano więc równie szybko, co za pomocą LASIK, ale bez potrzeby nacinania rogówki i za pomocą znacznie tańszych urządzeń. Co więcej, naukowcy wykazali, że ich metoda można też odwrócić część chemicznych skutków zmętnienia rogówki.
Wstępne eksperymenty wskazują, że EMR może być niezwykle obiecującą metodą leczenia wzroku. Jednak sami autorzy przyznają, że przed nimi jeszcze bardzo długa droga, zanim metoda taka będzie mogła zostać zastosowana na ludziach. Konieczne są liczne badania i eksperymenty, w tym na żywych zwierzętach, a na to najpierw muszą znaleźć się fundusze.
Jeśli jednak EMR zda egzamin, możemy zyskać tanią i łatwo dostępną metodę leczenia. Niewykluczone nawet, że EMR byłaby całkowicie odwracalna. W razie niepowodzenia zabiegu można by go powtarzać do osiągnięcia pożądanych rezultatów.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Ubiegłoroczna erupcja wulkanu Hunga Tonga była rekordowa pod wieloma względami. Była najpotężniejszą erupcją wulkaniczną obserwowaną bezpośrednio przez naukowców, w jej wyniku do atmosfery trafiło wyjątkowo dużo wody i doszło do początkowego wypiętrzenia oceanu na wysokość 90 metrów. Właśnie dowiedzieliśmy się o kolejnym rekordzie. Okazuje się bowiem, że erupcja wywołała najbardziej intensywne wyładowania atmosferyczne.
Pomimo tego, że kaldera znajdowała się na głębokości 150 metrów, wulkan wyrzucił gazy i pyły na wysokość 58 kilometrów. W tym pióropuszu doszło do gwałtownych wyładowań elektrycznych. Już doniesienia z pierwszych dni po erupcji mówiły o setkach tysięcy wyładowań. Teraz na łamach Geophysical Review Letters ukazał się artykuł obrazujący, jak bardzo intensywne były to wyładowania.
Naukowcy mogli je przeanalizować dzięki sieci naziemnych anten obserwujących wyładowania atmosferyczne oraz satelitom GOES-17 i Himawari-8. Okazało się, że w szczytowym momencie, o godzinie 4:53 czasu miejscowego doszło do 2615 wyładowań w ciągu minuty. Nigdy wcześniej nie obserwowano tak intenstywnych wyładowań. Dotychczasowy rekord wynosił 993 tego typu wydarzenia w ciągu minuty. To jednak nie jedyny rekord. Błyskawice obserwowano na wysokościach od 20 do 30 kilometrów. "Nigdy wcześniej nie widzieliśmy wyładowań tak intensywnych i mających miejsce na tak dużej wysokości", mówi jedna z autorek badań,
Alexa Van Eaton z US Geological Survey. Z obrazów satelitarnych wynika, że wyładowania nie były rozłożone przypadkowo w chmurze pyłu i gazu, ale skupiały się w licznych koncentrycznych pierścieniach.
Erupcja Hunga Tonga była dla naukowców niezwykłą okazją do lepszego poznania wulkanizmu. Tak wielkie erupcje freatomagmowe – eksplozywne interakcje pomiędzy wodą a magmą – obserwowano dotychczas jedynie w zapisach geologicznych.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Po raz pierwszy udało się utworzyć i zmierzyć postulowany od dawna stan powiązania pomiędzy atomami. Naukowcy z Wiednia i Innsbrucku wykorzystali laser do spolaryzowania atomów tak bardzo, że z jednej strony miały ładunki dodatnie, z drugiej ujemne. Dzięki temu mogli związać atomy ze sobą. Oddziaływania pomiędzy nimi były znacznie słabsze niż pomiędzy atomami w standardowej molekule, ale na tyle silne, że można było mierzyć ich wartość.
W atomie jądro o ładunku dodatnim otoczone jest przez chmurę elektronów o ładunku ujemnym. Całość jest obojętna. Jeśli teraz włączymy zewnętrzne pole elektryczne, rozkład ładunków nieco się zmieni. Ładunki dodatnie przemieszczą się w jednym kierunku, ujemne w w drugim i atom będzie posiadał stronę dodatnią i ujemną, stanie się spolaryzowany, mówi profesor Philipp Haslinger.
Taką polaryzację atomu można uzyskać też za pomocą światła, które jest szybko zmieniającym się polem elektromagnetycznym. Gdy liczne atomy znajdują się blisko siebie, światło polaryzuje je w ten sam sposób. Więc dwa sąsiadujące ze sobą atomy będą zwrócone do siebie przeciwnymi ładunkami, co spowoduje, że będą się przyciągać.
To bardzo słabe oddziaływanie, zatem eksperyment trzeba prowadzić bardzo ostrożnie, by móc zmierzyć siłę oddziaływania. Gdy atomy mają dużo energii i szybko się poruszają, to przyciąganie natychmiast znika. Dlatego też użyliśmy podczas eksperymentów ultrazimnych atomów, wyjaśnia Mira Maiwöger z Wiedeńskiego Uniwersytetu Technologicznego.
Naukowcy najpierw złapali atomy w pułapkę i je schłodzili. Następnie pułapka została wyłączona, a uwolnione atomy rozpoczęły swobodny spadek. Taka chmura opadających atomów była niezwykle zimna, jej temperatura była niższa niż 1/1 000 000 kelwina, ale miała na tyle dużo energii, że podczas spadku rozszerzała się. Jeśli jednak na tym etapie atomy zostaną spolaryzowane za pomocą lasera i pojawi się pomiędzy nimi przyciąganie, rozszerzanie się chmury zostaje spowolnione. W ten właśnie sposób można zmierzyć siłę oddziaływania pomiędzy atomami.
Polaryzowanie indywidualnych atomów za pomocą lasera nie jest niczym nowym. Kluczowym elementem naszego eksperymentu było jednoczesne spolaryzowanie w sposób kontrolowany wielu atomów i stworzenie mierzalnych oddziaływań pomiędzy nimi, dodaje Matthias Sonnleitner, który opracował teoretyczne założenia eksperymentu.
Autorzy eksperymentu zwracają uwagę, że zmierzone przez nich oddziaływanie może odgrywać ważną rolę w astrofizyce. W pustce kosmosu małe siły mogą odgrywać duża rolę. Po raz pierwszy wykazaliśmy, że promieniowanie elektromagnetyczne może tworzyć oddziaływania pomiędzy atomami, co może rzucić nowe światło na niewyjaśnione obecnie zjawiska astrofizyczne, dodaje Haslinger.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Poszukiwanie zjawisk fizycznych wykraczających poza Model Standardowy często wymaga dostępu do potężnych narzędzi, jak Wielki Zderzacz Hadronów, podziemnych wykrywaczy neutrin, ciemnej materii i egzotycznych cząstek. Urządzenia takie są niezwykle kosztowne w budowie i utrzymaniu, ich konstruowanie trwa przez wiele lat i jest ich niewiele, przez co ustawiają się do nich długie kolejki naukowców. Teraz dzięki naukowcom z Holandii może się to zmienić. Opracowali oni bowiem technikę więzienia i badania ciężkich molekuł w warunkach laboratoryjnych.
Ciężkie molekuły są świetnym obiektem do badań nad elektrycznym momentem dipolowym elektronu. Jednak dotychczas stosowane metody nie pozwalały na ich uwięzienie w warunkach niewielkiego laboratorium.
Standardowe techniki poszukiwania elektrycznego momentu dipolowego elektronu (eEDM) wykorzystują wysoce precyzyjną spektroskopię. Jednak by ją zastosować konieczne jest najpierw spowolnienie molekuł i schwytanie ich w pułapkę laserową lub elektryczną. Problem w tym, że do odkrycia zjawisk wykraczających poza Model Standardowy konieczne może okazać się przechwycenie molekuł zbyt ciężkich, by mogły uwięzić je lasery. Z kolei pułapki elektryczne pozwalają na przechwycenie ciężkich jonów, ale nie obojętnych elektrycznie molekuł.
Naukowcy z Uniwersytetu w Groningen, Vrije Universiteit Amsterdam oraz instytutu Nikhef rozpoczęli swoją pracę od stworzenie molekuł fluorku strontu (SrF), które powstały w wyniku reakcji chemicznych zachodzących w kriogenicznym gazie w temperaturze około 20 kelwinów. Dzięki niskiej temperaturze molekuły te mają początkową prędkość 190 m/s, podczas gdy w temperaturze pokojowej wynosi ona ok. 500 m/s. Następnie molekuły wprowadzane są do 4,5-metrowej długości spowalniacza Stark, gdzie zmienne pola elektryczne najpierw je spowalniają, a następnie zatrzymują. Molekuły SrF pozostają uwięzione przez 50 milisekund. W tym czasie można je analizować za pomocą specjalnego systemu indukowanego laserem. Pomiary takie pozwalają badać właściwości elektronów, w tym elektryczny moment dipolowy, dzięki czemu możliwe jest poszukiwanie oznak asymetrii.
Model Standardowy przewiduje istnienie eEDM, jednak ma on niezwykle małą wartość. Dlatego też dotychczas właściwości tej nie zaobserwowano. Obserwacja i zbadanie eEDM mogłyby wskazać na istnienie fizyki wykraczającej poza Model Standardowy.
Molekuły SrF, którymi zajmowali się Holendrzy, mają masę około 3-krotnie większą niż inne molekuły badane dotychczas podobnymi metodami. Naszym kolejnym celem jest uwięzienie jeszcze cięższych molekuł, jak np. fluorku baru (BaF), który ma macę 1,5 raza większą od SrF. Taka molekuła byłaby jeszcze lepszym celem do pomiarów eEDM, mówi Steven Hoekstra, fizyk z Uniwersytetu w Groningen. Im bowiem cięższa molekuła, tym dokładniejszych pomiarów można dokonać.
Jednak możliwość uwięzienia ciężkich molekuł przyda się nie tylko do badania elektrycznego momentu dipolowego elektronu. Można dzięki temu przeprowadzać też zderzenia ciężkich molekuł przy niskich energiach, symulując warunki w przestrzeni kosmicznej. To zaś przyda się podczas badań interakcji na poziomie kwantowym. Hoekstra mówi, że wraz ze swoimi kolegami będą też pracowali nad zwiększeniem czułości pomiarów poprzez zwiększenie intensywności strumienia molekuł. Spróbujemy też uwięzić bardziej złożone molekuły, jak BaOH czy BaOCH3. Dodatkowo wykorzystamy naszą technikę do badania asymetrii w molekułach chiralnych, zapowiada.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
VCSEL to najpopularniejszy typ laserów. Znajdziemy je w smartfonach, sieciach komputerowych czy urządzeniach medycznych. Emitują światło z kwantowych studni lub kropek umieszczonych pomiędzy lustrami. Studnie i kropki są niezwykle małe, ich wielkość mierzy się w ułamkach mikrometrów. To z jednej strony zaleta, pozwalająca na miniaturyzację i dużą prędkość pracy, jednak z drugiej strony rozmiar ogranicza moc lasera. Teraz, po dziesięcioleciach prac, udało się opracować rozwiązanie, które pozwoli zwiększyć moc VCSEL, znajdą więc one zastosowanie tam, gdzie stosowane dotychczas być nie mogły.
Przez dekady naukowcy próbowali zwiększyć moc VCSEL (vertical cavity surface emitting laser) poprzez wymuszenie na nich pracy grupowej. Chcieli połączyć wiele laserów w jeden, o zwielokrotnionej mocy. Niestety, minimalne niedokładności w procesach produkcyjnych powodowały, że lasery takie pracowały w niewielkich niezależnych od siebie grupach, których emisja nie była ze sobą zsynchronizowana. Niemożliwe było wiec uzyskanie spójnego promienia laserowego.
Dopiero teraz naukowcy pracujący pod kierunkiem Sebastiana Klembta z Uniwersytetu w Würzburgu i Mordechaia Segeva z Izraelskiego Instytutu Technologii Technion, opracowali metodę na wymuszanie spójnej pracy 30 VCSEL. Udało im się to dzięki ułożeniu laserów tak, by geometria całości była zgodna z tym, czego uczeni dowiedzieli się z badań nad izolatorami topologicznymi.
Izolatory topologiczne to niezwykłe materiały. Są jednorodne, a mimo to wewnątrz są izolatorami, podczas gdy ich powierzchnia jest przewodnikiem. Materiały takie odkryto dawno, ale historia ich zastosowania w laserach liczy sobie zaledwie 8 lat gdy Segev i naukowcy z Uniwersytetu w Rostocku zaprezentowali pierwszy fotoniczny izolator topologiczny. W laserze tym światło wędrowało wzdłuż krawędzi dwuwymiarowej macierzy falowodów i nie było zakłócane przez ich niedoskonałości. Kilka lat później Segev wraz z inną już grupą współpracowników pokazał, że możliwe jest zmuszenie wielu takich laserów do współdziałania. Jednak system miał poważne ograniczenia. Światło krążyło w płaszczyźnie układu, który je generował. To zaś oznaczało, że moc systemu była ograniczona przez wielkość urządzenia do emisji światła. Naukowcy porównują to do elektrowni, z której wychodzi tylko jedno gniazdko do podłączenia urządzenia.
Nowa topologiczna macierz VSCEL składa się z dwóch typów macierzy w kształcie plastra miodu, na wierzchołkach których umieszczono nanoskalowe kolumienki. Jednym z typów macierzy jest macierz rozciągnięta, drugim – ściśnięta. Uczeni stworzyli specjalny interfejs pomiędzy nimi. Gdy ma on odpowiednie parametry, otrzymujemy topologiczny interfejs, w którym światło musi przepływać pomiędzy laserami. Taki ciągły topologicznie chroniony przepływ światła powoduje, że światło każdego z laserów musi dotrzeć do wszystkich innych laserów, dzięki czemu otrzymujemy spójną wiązkę, wyjaśnia Segev. Obecnie więc światło krąży w całej macierzy, ale jest też emitowane przez każdy z laserów, wchodzących w jej skład.
Topologiczne założenia naszego lasera będą działały dla wszystkich długości fali i różnych materiałów. To, ile mikrolaserów możemy połączyć w macierz zależy wyłącznie od tego, jak mają być stosowane. Możemy stworzyć wielką macierz i powinna ona emitować spójne światło dla dużej liczby laserów. To wspaniałe, że topologia, która w przeszłości była wyłącznie dziedziną matematyki, staje się rewolucyjnym narzędziem pozwalającym na kontrolowanie i udoskonalanie laserów, cieszy się profesor Klembt.
Nasza praca to przykład potęgi topologicznego transportu światła. Niewielkie sprzężenie na płaszczyźnie wystarczy, by wymusić na macierzy indywidualnych źródeł emisji działanie w roli pojedynczego źródła, czytamy na łamach Science.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.