24 Ιουν 2013

Σωματίδιο με τέσσερα κουάρκ "είναι νέα μορφή ύλης"

Υποατομικό κουαρτέτο 

Δύο μεγάλες και ανεξάρτητες ερευνητικές ομάδες, μία στην Ιαπωνία και μία στην Κίνα, ανακοίνωσαν ότι ανίχνευσαν για πρώτη φορά σαφείς ενδείξεις για ένα υποατομικό σωματίδιο που αποτελείται από τέσσερα κουάρκ.
Το σωματίδιο, που πήρε την ονομασία Zc(3900), υπήρχε πιθανώς τις πρώτες στιγμές μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.
Τα κουάρκ (και τα αντι-κουάρκ που αποτελούν την αντιύλη) είναι τα θεμελιώδη σωματίδια της ύλης. Συγκροτούν τα μεγαλύτερα σωματίδια της ύλης, τα πρωτόνια και νετρόνια, τα οποία με τη σειρά τους απαρτίζουν τα άτομα. Μέχρι σήμερα, οι φυσικοί πιστεύουν ότι τα υποατομικά σωματίδια περιέχουν είτε τρία κουάρκ (όπως τα πρωτόνια και νετρόνια), είτε δύο (όπως τα πιόνια και τα καόνια που υπάρχουν στην κοσμική ακτινοβολία). 
Η Φυσική δεν απαγορεύει την ύπαρξη περισσότερων κουάρκ μέσα σε ένα σωματίδιο. Η ανακάλυψη ενός "κουαρτέτου" από κουάρκ ανοίγει πιθανώς το δρόμο για την ανακάλυψη και άλλων μορφών εξωτικής ύλης.
Το νέο σωματίδιο ανιχνεύθηκε έμμεσα στους επιταχυντές του ιαπωνικού εργαστηρίου Belle και του κινεζικού BESIII. Τα ευρήματα παρουσιάζονται σε δύο δημοσιεύσεις στο "Physical Review Letters".
Οι ερευνητές βρήκαν ενδείξεις για ένα νέο σωματίδιο με ενέργεια περίπου 3,9 γιγαηλεκτρονιοβόλτ (σχεδόν τετραπλάσια από το βάρος του πρωτονίου), το οποίο έχει φορτίο και αποτελείται από τέσσερα κουάρκ : ένα ζεύγος κουάρκ και ένα ζεύγος αντικουάρκ. 
"Η ανακάλυψη του σωματιδίου αποτέλεσε μεγάλη έκπληξη", δήλωσε ο φυσικός Ζιτσίνγκ Λίου του Ινστιτούτου Φυσικής Υψηλών Ενεργειών του Πεκίνου, μέλος του πειράματος Belle.
Σύμφωνα με τους επιστήμονες του ιαπωνικού πειράματος, οι οποίοι ανίχνευσαν 159 σωματίδια Zc(3900), η πιθανότητα στατιστικού λάθους στους υπολογισμούς τους είναι μικρότερη από μία στα 3,5 εκατομμύρια. Εξάλλου και το κινεζικό πείραμα BESIII εντόπισε 307 παρόμοια σωματίδια, οπότε η πιθανότητα λάθους απομακρύνεται περαιτέρω.
Ασαφής παραμένει ωστόσο η διάταξη των τεσσάρων κουάρκ μέσα στο νέο σωματίδιο. Μια πιθανότητα είναι ότι το Zc(3900) είναι στην πραγματικότητα ένα ζεύγος σωματιδίων (συγκεκριμένα μεσονίων, που το καθένα έχει ένα κουάρκ και ένα αντικουάρκ), ενωμένων μεταξύ τους σε μια δομή σαν μόριο.
Πιο σαφή στοιχεία αναμένονται από το νέο, ισχυρότερο επιταχυντή του πειράματος Belle, ο οποίος αναμένεται να έχει ολοκληρωθεί έως το 2015. 

Πηγή : in.gr

22 Ιουν 2013

Ασημένια... αντιβιοτικά ;

Η προσθήκη αργύρου στα αντιβιοτικά μπορεί να τα καταστήσει πολύ πιο αποτελεσματικά

Η προσθήκη αργύρου στα αντιβιοτικά μπορεί να τα κάνει 10 ως 10.000 φορές πιο αποτελεσματικά στην αντιμετώπιση των λοιμώξεων, σύμφωνα με νέα μελέτη.
Ο άργυρος χρησιμοποιείται ως αντιμικροβιακό επί αιώνες, ωστόσο, ωστόσο ελάχιστα ήταν γνωστά μέχρι σήμερα σχετικά με το πώς ακριβώς δρα. Η νέα μελέτη μαρτυρεί ότι η προσθήκη του στα υπάρχοντα αντιβιοτικά μπορεί να «πολεμήσει» την εκρηκτική αύξηση των φαρμακοανθεκτικών βακτηρίων που καταγράφεται παγκοσμίως.
Πειράματα σε ποντίκια έδειξαν ότι το μέταλλο παρεμβαίνει στις φυσιολογικές βιολογικές διεργασίες των βακτηρίων, κάνοντάς τα πιο «ευάλωτα» στα αντιβιοτικά, αναφέρουν αμερικανοί ερευνητές από το Ιατρικό Ινστιτούτο Howard Hughes στο Πανεπιστήμιο της Βοστόνης.
Ενάντια σε «δύσκολα» βακτήρια
Συγκεκριμένα το ασήμι δρα ενάντια στα Gram-αρνητικά βακτήρια που είναι άκρως δύσκολοι παθογόνοι οργανισμοί σε ό,τι αφορά την αντιμετώπισή τους.
Όπως αναφέρουν οι ερευνητές στην επιθεώρηση «Science Translational Medicine» «τα στοιχεία δείχνουν πως ο άργυρος μπορεί να χρησιμοποιηθεί με στόχο τη βελτίωση της δράσης των υπαρχόντων αντιβιοτικών ενάντια στα Gram-αρνητικά βακτήρια, επιτρέποντάς μας έτσι να ενισχύσουμε το ‘οπλοστάσιό’ μας σε ό,τι αφορά την αντιμετώπιση των βακτηριακών λοιμώξεων».
Ο επικεφαλής της μελέτης δρ Χοσέ Ρούμπεν Μορόνες-Ραμίρεζ σημείωσε ότι μελλοντικές μελέτες θα επικεντρωθούν στο πώς ο άργυρος θα μπορούσε να προστεθεί τόσο στις ενέσιμες αντιβιοτικές θεραπείες όσο και σε εκείνες σε μορφή χαπιού για χρήση από ασθενείς.

Πηγή : BHMAScience

17 Ιουν 2013

Μοναδικά πορτρέτα μορίων πριν και μετά τη χημική αντίδραση

Oι φωτογραφίες μιας αντίδρασης με ένα μικρoσκόπιο ρεύματος σήραγγας ακίδας (STM), στο κέντρο οι νέες φωτογραφίες με το μικροσκόπιο ατομικής δύναμης nc-AFM και κάτω κλασικά διαγράμματα μοριακής δομής
 (Πηγή Felix Fischer and Michael Crommie, UC Berkeley)

Για πρώτη φορά οι επιστήμονες κατόρθωσαν να φωτογραφίσουν τα μόρια μιας χημικής ουσίας ακριβώς προτού αυτά αντιδράσουν μεταξύ τους καθώς και αμέσως μετά την αντίδραση. Το «στιγμιότυπο», το οποίο όπως αναφέρεται στο σχετικό δελτίο Τύπου, αποτελεί «το όνειρο κάθε χημικού», επετεύχθη χάρη σε μια νέα τεχνική που ανέπτυξαν χημικοί και φυσικοί του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στο Μπέρκλεϊ.
Χρησιμοποιώντας ένα εξελιγμένο μικροσκόπιο ατομικής δύναμης (Non-contact atomic force microscope, εν συντομία nc-AFM) οι ερευνητές κατόρθωσαν να «συλλάβουν» κάθε άτομο ξεχωριστά καθώς και τους δεσμούς που σχηματίζονται μεταξύ των ατόμων, απεικονίζοντας ευκρινώς πώς αλλάζει η δομή ενός μορίου κατά της διάρκεια μιας χημικής αντίδρασης. Μέχρι τώρα οι επιστήμονες μπορούσαν να εξαγάγουν πληροφορίες αυτού του είδους μόνο μέσω της φασματοσκοπικής ανάλυσης – ποτέ κάποιος δεν τις είχε αποτυπώσει άμεσα «εν δράσει».
Ένα όνειρο βγαίνει αληθινό
«Αν και χειρίζομαι αυτές τις αντιδράσεις σε καθημερινή βάση, το γεγονός ότι μπορώ πραγματικά να δω αυτές τις εικόνες με αφήνει άναυδο» σχολίασε ο Φίλιξ Φίσερ, επίκουρος καθηγητής Χημείας στο πανεπιστήμιο του Μπέρκλεϊ. «Αυτό ήταν κάτι που οι δάσκαλοί μου έλεγαν ότι δυστυχώς δεν θα μπορέσουμε να δούμε ποτέ, και να που τώρα το βλέπουμε».
Η δυνατότητα απεικόνισης μοριακών αντιδράσεων κατ’ αυτόν τον τρόπο πέραν της εκπλήρωσης ενός ονείρου θα βοηθήσει ιδιαίτερα όχι μόνο τους φοιτητές Χημείας αλλά και τους ερευνητές που προσπαθούν να αναπτύξουν νέες δομές και υλικά – όπως π.χ. οι νανοδομές από γραφένιο.
«Το μικροσκόπιο ατομικής δύναμης μας δίνει νέες πληροφορίες σχετικά με τον χημικό δεσμό, κάτι το οποίο είναι απίστευτα χρήσιμο για την κατανόηση του πώς οι διάφορες μοριακές δομές συνδέονται μεταξύ τους και πώς εμείς μπορούμε να τις μετατρέψουμε από ένα σχήμα σε ένα άλλο» εξήγησε ο έτερος επικεφαλής της μελέτης, Μάικλ Κρόμι, καθηγητής Χημείας στο Πανεπιστήμιο του Μπέρκλεϊ. «Αυτό θα μας βοηθήσει να δημιουργήσουμε νέες νανοδομές, όπως δίκτυα ατόμων με δεσμούς μεταξύ τους τα οποία θα έχουν συγκεκριμένο σχήμα και δομή ώστε να χρησιμοποιηθούν σε ηλεκτρονικές συσκευές. Ανοίγει τον δρόμο προς τα εμπρός».
Η μελέτη δημοσιεύθηκε στην επιθεώρηση «Science».

Πηγή : in.gr

14 Ιουν 2013

Μια σπάνια ματιά στον εσωτερικό κόσμο του ατόμου

Απεικόνιση των κυματοσυναρτήσεων των ηλεκτρονίων σε άτομα υδρογόνου.
Οι κόκκινες περιοχές αντιστοιχούν σε μεγαλύτερες πυκνότητες ηλεκτρονίων
(Πηγή: Aneta Stodolna et al. / FOM)  

Πορτρέτο της κυματοσυνάρτησης 
Ερευνητές στην Ολλανδία κατάφεραν για πρώτη φορά να απεικονίσουν την κβαντική υπόσταση των ηλεκτρονίων που περιφέρονται γύρω από τον πυρήνα ενός ατόμου υδρογόνου - μια μελέτη που δεν είναι εντυπωσιακή μόνο λόγω του μεγέθους του ατόμου, αλλά και λόγω των φαινομενικά παράλογων περιορισμών που επιβάλλει η κβαντική μηχανική.
Οι κβαντικές ιδιότητες των ηλεκτρονίων και άλλων σωματιδίων καθιστούν ουσιαστικά αδύνατο τον προσδιορισμό της ακριβής τους θέσης. Το μόνο που διαθέτουν οι φυσικοί για να μπορούν να εκτιμήσουν πού μπορεί να βρίσκεται ένα ηλεκτρόνιο είναι η λεγόμενη κυματοσυνάρτηση: μια εξίσωση που δίνει την πιθανότητα να βρίσκεται το ηλεκτρόνιο σε μια οποιαδήποτε συγκεκριμένη θέση.
Ακόμα και η κυματοσυνάρτηση, όμως, είναι δύσκολο να μετρηθεί με ακρίβεια,  καθώς έχει την τάση να καταρρέει σε κάθε απόπειρα άμεσης παρατήρησης.
Τώρα, ερευνητές στο ολλανδικό Ίδρυμα Θεμελιώδους Έρευνας στην Ύλη αναφέρουν στην επιθεώρηση "Physical Review Letters" ότι κατάφεραν να απαθανατίσουν τις κυματοσυναρτήσεις των ηλεκτρονίων σε άτομα υδρογόνου.
H Δρ Ανέτα Στόντολνα και οι συνεργάτες της βομβάρδισαν με λέιζερ άτομα υδρογόνου έτσι ώστε τα ηλεκτρόνια να εκτιναχθούν μακριά, με ταχύτητες και οι κατευθύνσεις που εξαρτώνται από τις κυματοσυναρτήσεις τους. Αμέσως μετά, ένα ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο ανάγκασε τα ηλεκτρόνια να πέσουν πάνω σε έναν επίπεδο ανιχνευτή. Το πείραμα είχε σχεδιαστεί έτσι ώστε οι θέσεις στις οποίες προσέκρουσαν τα ηλεκτρόνια να εξαρτώνται από τις από τις αρχικές τους ταχύτητες, οι οποίες με τη σειρά τους εξαρτώνταν από τις κυματοσυναρτήσεις.
Οι θέσεις στις οποίες έπεφταν τα ηλεκτρόνια καταγράφηκαν σε μια φθορίζουσα οθόνη και φωτογραφήθηκαν σε υψηλή ανάλυση. Οι εικόνες που προκύπτουν, διαστάσεων 4 επί 4 χιλιοστά, δείχνουν ότι η κατανομή των ηλεκτρονίων στον ανιχνευτή ταιριάζει με τις κυματοσυναρτήσεις στις οποίες υπάκουαν τα ηλεκτρόνια τη στιγμή που εκτινάχθηκαν έξω από τα άτομα υδρογόνου.
Η μελέτη προσφέρει μια νέα τεχνική για την απεικόνιση της κυματοσυνάρτησης, σχολίασε στο δικτυακό τόπο του "Science" ο Τζεφ Λουντίν, φυσικός του Πανεπιστημίου της Οτάβα που έχει πραγματοποιήσει πειράματα στις κυματοσυναρτήσεις ενός άλλου σωματιδίου, του φωτονίου.
Επισημαίνει πάντως, ότι οι κυματοσυναρτήσεις των ηλεκτρονίων σε μεγαλύτερα άτομα θα μπορούσαν να διαφέρουν σημαντικά από τις παρατηρήσεις στο άτομο του υδρογόνου.
Εφόσον αποδειχθεί ότι είναι εφαρμόσιμη και σε άλλα άτομα, η νέα τεχνική θα μπορούσε μάλιστα να βρει στο μέλλον πρακτικές εφαρμογές σε "μοριακά καλώδια" που θα επιτρέψουν την περαιτέρω σμίκρυνση των ηλεκτρονικών κυκλωμάτων.
Ακόμα κι αν δεν συμβεί αυτό, πάντως, το πορτρέτο της κυματοσυνάρτησης θα μπορούσε να βελτιώσει τις γνώσεις μας για την ατομική φυσική που βρίσκεται σε δράση στις χημικές αντιδράσεις και τη νανοτεχνολογία.

Το άρθρο στο Physical Review Letters εδώ

13 Ιουν 2013

Ακτίνες λέιζερ μετατρέπουν τσιμέντο σε υγρό μέταλλο

Σαν μία εκδοχή σύγχρονων αλχημιστών, οι επιστήμονες του Εθνικού Εργαστηρίου Αργκόν στο Ιλινόις των Ηνωμένων Πολιτειών και του Ερευνητικού Ινστιτούτου Ακτινοβολίας Σύνκοτρον της Ιαπωνίας ανέπτυξαν μια μέθοδο για τη μετατροπή του τσιμέντου σε ένα υγρό μεταλλικό ημιαγωγό.
Η διαδικασία που ακολούθησαν ήταν αρκετά εντυπωσιακή και ανορθόδοξη, καθώς συνδυάζει έναν ειδικό εξοπλισμό σαν αεροδυναμικό ανυψωτή και μία ακτίνα λέιζερ διοξειδίου του άνθρακα. Ο ανυψωτής χρησιμοποιεί πίεση αερίου για να κρατάει το υλικό από το να έρχεται σε επαφή με την επιφάνεια του δοχείου που το περιέχει. Η ακτίνα λέιζερ διοξειδίου του άνθρακα στη συνέχεια θερμαίνει το υλικό σε θερμοκρασία 2000 βαθμών Κελσίου.
Το εν λόγω υλικό ονομάζεται μαγενίτης, ένα κυβικά συμμετρικό δυαδικό οξείδιο αργιλίου και ασβεστίου που αποτελεί μέρος του τσιμέντου "alumina". Το υλικό τοποθετήθηκε στον αεροδυναμικό ανυψωτή και θερμάνθηκε μέχρι να λιώσει. Κατόπιν αφέθηκε να κρυώσει σε μία υαλώδη κατάσταση. Η μέθοδος αυτή οδήγησε σε ένα υλικό που παγιδεύει ηλεκτρόνια και επιτρέπει την αγωγιμότητα, μετατρέποντας με επιτυχία το τσιμέντο σε έναν ημιαγωγό που συμπεριφέρεται σαν μέταλλο.
Για να καταγράψουν τις λεπτομέρειες της διαδικασίας αυτής, οι επιστήμονες συνδύασαν πολλές πειραματικές τεχνικές και ανέλυσαν τα δεδομένα χρησιμοποιώντας έναν υπερυπολογιστή. Στη συνέχεια επιβεβαίωσαν τα ευρήματα χρησιμοποιώντας διάφορες τεχνικές ακτίνων-Χ.
"Αυτό το νέο υλικό έχει πολλές εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένων των ιδιαίτερα λεπτών αντιστάσεων που χρησιμοποιούνται σε οθόνες υγρών κρυστάλλων, ουσιαστικά σαν την επίπεδη οθόνη υπολογιστή από την οποία πιθανώς διαβάζετε αυτή τη στιγμή", δήλωσε ο φυσικός Κρις Μπένμορ του Εργαστηρίου Αργκόν την περασμένη Δευτέρα.
Το υλικό μπορεί να βρει εφαρμογές μεταξύ άλλων σε υπολογιστές, τηλεοράσεις και smartphones, ενώ η ίδια τεχνική ανύψωσης και θέρμανσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μετατροπή και άλλων υλικών σε ημιαγωγούς, σύμφωνα με την επιστημονική ομάδα.
Ένα άλλο πλεονέκτημα του υλικού είναι ότι είναι πολύ πιο ανθεκτικό στη διάβρωση από ότι τα παραδοσιακά μέταλλα και σαφώς λιγότερο εύθραυστο από το συνηθισμένο γυαλί.

12 Ιουν 2013

Κοκτέιλ χημικών επιτρέπει στο ήπαρ να αναγεννάται

Ο μύθος του Προμηθέα του οποίου το συκώτι αναγεννιόταν κάθε νύχτα, κρύβει μια μεγάλη επιστημονική αλήθεια. Οι επιστήμονες γνωρίζουν πλέον ότι το ήπαρ μπορεί να αναγεννηθεί αν αφαιρεθεί ένα τμήμα του. 
Ωστόσο πέρα από τη θεωρία, στην πράξη ο δρόμος είναι μακρός: οι ερευνητές που έχουν μέχρι σήμερα προσπαθήσει να εκμεταλλευθούν την αναγεννητική ικανότητα του ήπατος με στόχο να δημιουργήσουν ηπατικό ιστό εργαστηρίου έχουν αποτύχει επανειλημμένως. Και αυτό διότι τα ώριμα ηπατικά κύτταρα χάνουν γρήγορα τη φυσιολογική λειτουργία τους όταν απομακρυνθούν από τον οργανισμό. 
"Το γεγονός αυτό είναι παράδοξο καθώς γνωρίζουμε ότι τα ηπατικά κύτταρα είναι ικανά να αναπτύσσονται και να πολλαπλασιάζονται, ωστόσο δεν μπορούμε να τα κάνουμε να αναπτυχθούν εκτός του σώματος" αναφέρει η καθηγήτρια Επιστημών Υγείας και Τεχνολογίας καθώς και της Επιστήμης των Υπολογιστών στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης (ΜΙΤ) δρ Σανγκίτα Μπατία. 
Οι ουσίες-"κλειδιά" 
Τώρα η δρ Μπατία και οι συνεργάτες της από το ΜΙΤ μαζί με ειδικούς από το Ινστιτούτο Broad, την Ιατρική Σχολή του Χάρβαρντ καθώς και το Πανεπιστήμιο του Ουισκόνσιν έκαναν ένα σημαντικό βήμα προς τον στόχο της αναγέννησης του ήπατος. Όπως ανέφεραν με δημοσίευσή τους στην επιθεώρηση «Nature Chemical Biology», εντόπισαν περισσότερες από δέκα χημικές ουσίες οι οποίες μπορούν να βοηθήσουν τα ηπατικά κύτταρα να διατηρήσουν τη φυσιολογική λειτουργία τους μέσα στο εργαστήριο αλλά και να πολλαπλασιαστούν ώστε να παραγάγουν νέο ιστό. 
Κύτταρα που θα αναπτύσσονται με τέτοιον τρόπο εντός του εργαστηρίου θα μπορούν να βοηθήσουν τους επιστήμονες να δημιουργούν ιστούς, ικανούς να θεραπεύσουν πολλά από τα τουλάχιστον 500 εκατομμύρια άτομα που πάσχουν σήμερα παγκοσμίως από ηπατικές νόσους, όπως η ηπατίτιδα C, σημειώνουν οι ερευνητές. 

Δείτε τη συνέχεια του άρθρου στο ΒΗΜΑScience