Podwójnie magiczne jądro ołowiu-208 nie jest idealną sferą. To wyzwanie dla teorii fizycznych
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Astronomia i fizyka
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Dzięki kombinacji laserów i wyjątkowej pułapki, w którą schwytano niezwykle zimne atomy, naukowcom z Lawrence Berkeley National Laboratory i University of California Berkeley udało się zmierzyć najmniejszą znaną nam siłę. Wynosi ona... 42 joktoniutony. Joktoniuton to jedna kwadrylionowa (10-24) niutona.
Przyłożyliśmy zewnętrzną siłę do centrum masy superzimnej chmury atomów i optycznie zmierzyliśmy jej ruch. […] czułość naszego pomiaru jest zgodna z teoretycznymi przewidywaniami i jest jedynie czterokrotnie mniejsza od limitu kwantowego, który wyznacza granicę najbardziej dokładnego pomiaru - mówi fizyk Dan Stamper-Kurn.
Prowadzenie tak dokładnych pomiarów jest niezbędne, jeśli chcemy potwierdzić istnienie fal grawitacyjnych. Dlatego też wiele zespołów naukowych stara się udoskonalać metody pomiarowe. Na przykład naukowcy w Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory próbują zmierzyć przesunięcie zaledwie o 1/1000 średnicy protonu.
Kluczem do sukcesu wszelkich superdokładnych pomiarów jest wykorzystanie mechanicznych oscylatorów, które przekładają zewnętrzną siłę, której oddziaływaniu został poddany obiekt, na jego ruch. Gdy jednak pomiary siły i ruchu staną się tak dokładne, że dotrzemy do limitu kwantowego, ich dalsze wykonywanie nie będzie możliwe, gdyż sam pomiar – zgodnie z zasadą nieoznaczoności Heisenberga – będzie zakłócany ruchem oscylatora. Naukowcy od dziesiątków lat próbują przybliżyć się do tego limitu kwantowego. Dotychczas jednak najlepsze pomiary były od niego gorsze o 6-8 rzędów wielkości. Zmierzyliśmy siłę z dokładnością najbliższą limitowi kwantowemu. Było to możliwe, gdyż nasz mechaniczny oscylator składa się z zaledwie 1200 atomów - stwierdził Sydney Schreppler. Oscylatorem wykorzystanym przez Schrepplera, Stampera-Kurna i innych były atomy rubidu schłodzone niemal do zera absolutnego. Pułapkę stanowiły dwa promienie lasera o długości fali wynoszącej 860 i 840 nanometrów. Stanowiły one równe i przeciwstawne siły osiowe oddziałujące na atomy. Ruch centrum masy został wywołany w gazie poprzez modulowanie amplitudy drgań promienia światła o długości fali 840 nanometrów.
Gdy do oscylatora przyłożyliśmy siłę zewnętrzną, było to tak, jakbyśmy uderzyli batem w wahadło i zbadali jego reakcję - mówi Schreppler.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Współczesne komputery kwantowe to bardzo skomplikowane urządzenia, które trudno jest budować, skalować, a do pracy wymagają niezwykle niskich temperatur. Dlatego naukowcy od dłuższego czasu interesują się optycznymi komputerami kwantowymi. Fotony łatwo przenoszą informację, a fotoniczny komputer kwantowy mógłby pracować w temperaturze pokojowej. Problem jednak w tym, że o ile wiadomo, jak budować pojedyncze kwantowe bramki logiczne dla fotonów, to olbrzymim wyzwaniem jest stworzenie dużej liczby bramek i połączenie ich tak, by możliwe było przeprowadzanie złożonych obliczeń.
Jednak optyczny komputer kwantowy może mieć prostszą architekturę, przekonują na łamach Optics naukowcy z Uniwersytetu Stanforda. Proponują oni wykorzystanie lasera do manipulowania pojedynczym atomem, który z kolei – za pomocą zjawiska teleportacji kwantowej – zmieni stan fotonu. Atom taki może być resetowany i wykorzystywany w wielu bramkach kwantowych, dzięki czemu nie ma potrzeby budowania różnych fizycznych bramek, co z kolei znakomicie uprości architekturę komputera kwantowego.
Jeśli chciałbyś zbudować komputer kwantowy tego typu, musiałbyś stworzyć tysiące kwantowych źródeł emisji, spowodować, by były nie do odróżnienia od siebie i zintegrować je w wielki obwód fotoniczny. Tymczasem nasza architektura zakłada wykorzystanie niewielkiej liczby dość prostych podzespołów, a wielkość naszej maszyny nie rośnie wraz z wielkością programu kwantowego, który jest na niej uruchamiany, wyjaśnia doktorant Ben Bartlett, główny autor artykułu opisującego prace fizyków ze Stanforda.
Nowatorska architektura składa się z dwóch głównych elementów. Pierścień przechowujący dane to po prostu pętla ze światłowodu, w której krążą fotony. Pełni on rolę układu pamięci, a każdy foton reprezentuje kubit. Badacze mogą manipulować fotonem kierując go z pierścienia do jednostki rozpraszania. Składa się ona z wnęki optycznej, w której znajduje się pojedynczy atom. Foton wchodzi w interakcję z atomem i dochodzi do ich splątania. Następnie foton wraca do pierścienia, a laser zmienia stan atomu. Jako, że jest on splątany z fotonem, zmiana stanu atomu skutkuje też zmianą stanu fotonu. Poprzez pomiar stanu atomu możesz badać stan fotonu. W ten sposób potrzebujemy tylko 1 atomowego kubitu, za pomocą którego manipulujemy wszystkimi fotonicznymi kubitami, dodaje Bartlett.
Jako że każda kwantowa bramka logiczna może zostać skompilowana w szereg operacji przeprowadzonych na atomie, teoretycznie można by w ten sposób uruchomić dowolny program kwantowy dysponując jednym atomowym kubitem. Działanie takiego programu polegałoby na całym ciągu operacji, w wyniku których fotony wchodziłyby w interakcje z atomowym kubitem.
W wielu fotonicznych komputerach kwantowych bramki są fizycznymi urządzeniami, przez które przechodzą fotony, zatem jeśli chcesz zmienić sposób działania swojego programu zwykle musisz zmienić konfigurację sprzętową komputera. W przypadku naszej architektury nie musisz zmieniać sprzętu. Wystarczy, że wyślesz do maszyny inny zestaw instrukcji, stwierdza Bartlett.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Naukowcy z National Superconducting Cyclotron Laboratory (NSCL) oraz Facility for Rare Isotope Beams (FRIB) na Michigan State University rozwiązali zagadkę brakującej masy cyrkonu-80. Zagadkę, na której trop sami zresztą wpadli. Przeprowadzone bowiem w NSCL eksperymenty wykazały, że jądro cyrkonu-80 – w którym znajduje się 40 protonów i 40 neutronów – jest znacznie lżejsze niż powinno być. Teraz teoretycy z FRIB przeprowadzili obliczenia, które dały odpowiedź na pytanie, co dzieje się z brakującą masą.
Związek pomiędzy teoretykami a eksperymentatorami jest jak skoordynowany taniec, mówi główny autor artykułu opublikowanego na łamach Nature Physics, Alec Hamaker. Czasem prowadzą teoretycy i wykazują coś jeszcze przed eksperymentalnym odkryciem, a czasem eksperymentatorzy odkrywają coś, czego teoretycy się nie spodziewali, dodaje Ryan Ringle.
Najnowsze osiągnięcie to dopiero przedsmak tego, czego mogą spodziewać się naukowcy z całego świata. Już NSCL, wiodące w USA miejsce badań nad rzadkimi izotopami, daje uczonym olbrzymie możliwości. Natomiast FRIB, którego uruchomienie przewidziano na przyszły rok, będzie miejscem absolutnie wyjątkowym. Naukowcy z całego świata będą mogli tworzyć tam izotopy niemożliwe do uzyskania nigdzie indziej. Takie miejsca jak FRIB nie tylko zwiększają naszą wiedzę o wszechświecie, ale pozwalają np. na udoskonalanie metod leczenia nowotworów. Ringle stwierdza, że dzięki FRIB możliwe będzie prowadzenie niedostępnych dotychczas badań, a ośrodek przez wiele dekad będzie dostarczał nowych odkryć.
Wróćmy jednak do naszego 80Zr. Powstał on w NSCL, a dzięki możliwościom tego ośrodka naukowcy byli w stanie zmierzyć jego masę z niedostępną wcześniej dokładnością. Już wcześniej mierzono masę tego pierwiastka, ale nigdy tak dokładnie. A te precyzyjne pomiary ujawniły wiele interesujących rzeczy. Kiedy bowiem możemy tak dokładnie określić masę, to tak naprawdę mierzymy masę, która zaginęła. Masa jądra atomowego nie jest bowiem równa sumie mas protonów i neutronów. Część zaginionej masy manifestuje się w postaci energii utrzymującej jądro razem, wyjaśnia Ringle.
Wszyscy pamiętamy słynne równanie Einsteina, E=mc2. Oznacza ono ni mniej ni więcej, że masa i energia są swoimi ekwiwalentami, są równoważne. Jednak widać to dopiero w ekstremalnych warunkach, np. panujących w jądrze atomu. Kiedy bowiem w jądrze mamy do czynienia z większą energią wiązań pomiędzy protonami a neutronami, gdy są one ze sobą ściślej powiązane, wówczas mamy do czynienia z większą ilością zaginionej masy. I tak właśnie jest w przypadku jądra cyrkonu-80. Nowe eksperymenty wykazały bowiem, że siły pomiędzy neutronami a protonami są większe, niż się spodziewano. A skoro tak, to teoretycy musieli znaleźć wyjaśnienie, dlaczego tak się dzieje.
Przyjrzeli się więc dotychczasowym teoriom na temat 80Zr. Mówią one m.in. o tym, że jądro to może być jądrem podwójnie magicznym. Czym są jądra magiczne i podwójnie magiczne wyjaśnialiśmy w tekście CERN bada magię liczby 32. Fizycy teoretyczni będą mieli problem.
Wcześniejsze eksperymenty sugerowały, że jądro cyrkonu-80 bardziej przypomina swoim kształtem piłkę do rugby, niż sferę. Ten kształt mógł, zdaniem teoretyków, przyczyniać się do podwójnej magiczności tego jądra. Teoretycy od ponad 30 lat sugerowali, że jądro cyrkonu-80 to zdeformowane jądro podwójnie magiczne. Eksperymentatorzy potrzebowali trochę czasu, by to udowodnić. A teraz, gdy dostarczyli dowodów na wsparcie teorii, teoretycy mogą wykonać kolejny krok, mówi Hamaker.
Uczeni z niecierpliwością czekają na uruchomienie FRIB i mają nadzieję, że dzięki temu ośrodkowi zdobędą więcej informacji o tak niezwykłych jądrach jak to cyrkonu-80.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
To prawdziwy przełom. Nie ma już więcej rekordów do pobicia. Padła ostatnia bariera rozdzielczości, mówi Holger Stark z Instytutu Fizyki Biochemicznej im. Maxa Plancka w Göttingen. Stał on na czele jednej z dwóch grup badawczych, które poinformowały o pierwszym w historii zobrazowaniu poszczególnych atomów w proteinie za pomocą mikroskopii krioelektronowej (cryo-EM).
Osiągnięcie to pokazuje, jak wielkie możliwością stoją przed mikroskopią krioelektronową i umacniają jej pozycję jako narzędzia do mapowania trójwymiarowych kształtów protein. Takie narzędzia pozwalają na dokładne zbadanie struktur białek, a co za tym idzie, lepsze zrozumienie ich funkcjonowania, co z kolei przełoży się na stworzenie lepszych leków o mniejszej liczbie skutków ubocznych.
Drugą grupą badawczą, które udało się zobrazować atomy w proteinach jest zespół pracujący pod kierunkiem Sjorsa Scheresa i Radu Aricescu z Medical Reasearch Council Laboratory of Molecular Biology (MRC-LMB) w Cambridge w Wielkiej Brytanii.
Prace Niemców i Brytyjczyków chwali John Rubinstein, biolog z University of Toronto. Rozdzielczość atomowa to prawdziwy przełom, mówi i dodaje, że pozostało jeszcze kilka problemów do rozwiązania, jak np. obrazowanie protein o małej elastyczności. Prace te pokazują, dokąd możemy dojść, jeśli rozwiążemy te problemy, stwierdza.
Mikroskopia krioelektronowa do licząca sobie dziesiątki lat technika, w której obrazuje się kształt zamrożonych próbek ostrzeliwując je elektronami i rejestrując ich odbicia. Około roku 2013 rozpoczęła się prawdziwa rewolucja. Dzięki coraz doskonalszym technikom wykrywania odbitych elektronów oraz coraz lepszemu oprogramowaniu do analizy, zaczęto uzyskiwać coraz lepszej jakości obraz.
Z czasem obraz uzyskany z cryo-EM niemal dorównywał jakości obrazowi uzyskiwanemu z rentgenografii strukturalnej. Niemal, więc naukowcy nadal musieli polegać na rentgenografii. Technika ta pozwala na badanie skrystalizowanych protein. Wykonanie analizy wymaga najpierw uzyskania możliwie jak najbardziej regularnego i doskonałego monokryształu badanego związku. Uzyskanie takich kryształów jest czasochłonne. Może trwać wiele miesięcy, a nawet lat. Ponadto wiele protein interesujących z punktu widzenia medycyny nie tworzy kryształów, które można by w ten sposób badać. Croy-EM ma tę zaletę, że wymaga jedynie umieszczenia proteiny w oczyszczonym roztworze.
Granicą, poza którą można mówić o rozdzielczości atomowej jest około 1,2 angstrema (1,2x10-10 metra). Oba zespoły naukowe, niemiecki i brytyjski, pracowały z apoferrytyną. To niezwykle stabilna proteina, za pomocą której testuje się cryo-EM. Poprzedni rekord obrazowania tej proteiny wynosił 1,54 angstrema.
Oba zespoły wykorzystały nieco inne techniki, osiągając podobne rezultaty. Niemcy uzyskali rozdzielczość 1,25 A, Brytyjczycy zaś 1,2 A. Stark ocenia, że połączenie obu technik może pozwolić na zwiększenie rozdzielczości do około 1 angstrema, ale to praktycznie nieprzekraczalna granica dla mikroskopii krioelektronowej. Obszar poniżej 1 angstroma jest niemal nieosiągalny dla cro-EM. Uzyskanie takiej rozdzielczości za pomocą najnowocześniejszych dostępnych obecnie urządzeń wymagałoby setek lat rejestracji danych, niewyobrażalnie wielkich mocy obliczeniowych i możliwości przechowywania danych, mówi Stark.
Scheres i Aricescu przetestowali też swoją technikę na receptorze GABAA. Jeszcze w ubiegłym roku udało im się obrazować ją w rozdzielczości 2,5 angstrema. Tym razem osiągnęli 1,7 A, chociaż w niektórych fragmentach obraz był jeszcze dokładniejszy. To było jak usunięcie przesłony z oczu. Przy tych rozdzielczościach każde pół angstroma otwiera zupełnie nowy wszechświat.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.