Νίκολα Στάρτζεον: Συνελήφθη η πρώην πρωθυπουργός της Σκωτίας για τα οικονομικά του κόμματος. Στην Ελλάδα δεν συλλαμβάνεται κανένας πρωθυπουργός και ας χρωστάει το κόμμα του δισεκατομμύρια στις τράπεζες.
Η πρώτη ακτινογραφία ενός μεμονωμένου ατόμου
Για πρώτη φορά μελετήθηκε ένα και μόνο άτομο με ακτίνες Χ
Μια ομάδα φυσικών καθοδηγούμενη από τον Saw Wai Hla συνέλαβε την ΥΠΟΓΡΑΦΗ ενός μόνο ατόμου, κάτι που κανείς μέχρι σήμερα δεν είχε καταφέρει. Αυτό το πρωτοποριακό επίτευγμα θα μπορούσε να φέρει επανάσταση στον τρόπο με τον οποίο οι επιστήμονες ανιχνεύουν τα υλικά. Σύμφωνα με την εργασία τους [Characterization of just one atom using synchrotron X-rays] που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature, χρησιμοποίησαν μια τεχνική που συνδυάζει την φασματοσκοπία ακτίνων Χ με τη μικροσκοπία σάρωσης σήραγγας (STM=Scanning Tunneling Microscope) για να ταυτοποιήσουν δύο διαφορετικά μεμονωμένα άτομα.
Αφότου ανακαλύφθηκαν οι ακτίνες Χ από τον Roentgen το 1895, χρησιμοποιούνται παντού, από τα ακτινολογικά ιατρεία μέχρι τους ελέγχους ασφαλείας στα αεροδρόμια. Ακόμη και το Curiosity, το διαστημικό όχημα της NASA στον πλανήτη Άρη, είναι εξοπλισμένο με μια συσκευή ακτίνων Χ που εξετάζει την σύνθεση των βράχων στον Άρη.
Η τεχνική της φασματοσκοπίας ακτίνων Χ μπορεί όχι μόνο να ανιχνεύσει τα «δακτυλικά αποτυπώματα» συγκεκριμένων χημικών στοιχείων σε ένα δείγμα, αλλά επίσης να αποκαλύψει πληθώρα πληροφοριών σχετικά με τις χημικές καταστάσεις και τη δομική διάταξη των ατόμων στο δείγμα. Όμως, μέχρι τώρα χρειάζονταν χιλιάδες άτομα ή μάζα ενός attogram (10−18gr, περίπου 10.000 άτομα) δείγματος, για να ληφθεί ένα αρκετά καθαρό σήμα. Ο Saw-Wai Hla και η ομάδα του από το Πανεπιστήμιο του Ohio και του Εθνικού Εργαστηρίου Argonne στο Illinois μπόρεσε, για πρώτη φορά, να μετρήσει τα φάσματα ακτίνων Χ μεμονωμένων ατόμων. Η ανακάλυψη επιτεύχθηκε με μια τεχνική που συνδυάζει τη φασματοσκοπία ακτίνων Χ με την κορυφαία τεχνική ανάλυσης ενός ατόμου – μικροσκοπία σάρωσης σήραγγας (STM).
Συνήθως τα άτομα μπορούν να απεικονιστούν με μικροσκόπια σάρωσης σήραγγας, αλλά χωρίς τις ακτίνες Χ κανείς δεν μπορεί να τα αναγνωρίσει. Σύμφωνα με τον Hla τώρα μπορούμε να ανιχνεύσουμε ακριβώς τον τύπο ενός συγκεκριμένου ατόμου, ένα άτομο κάθε φορά, και μπορούμε να μετρήσουμε ταυτόχρονα τη χημική του κατάσταση. Μπορούμε να ανιχνεύσουμε τα υλικά μέχρι το τελικό όριο ενός μόνο ατόμου. Αυτό θα έχει τεράστιο αντίκτυπο στις περιβαλλοντικές και ιατρικές επιστήμες – θα μπορούσε να αλλάξει τον κόσμο!
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν στα πειράματά τους ένα άτομο σιδήρου και ένα άτομο τερβίου, τα οποία εισήχθησαν σε αντίστοιχους μοριακούς ξενιστές. Για την ανίχνευση του σήματος ακτίνων Χ ενός ατόμου, η ερευνητική ομάδα βελτίωσε τους συμβατικούς ανιχνευτές ακτίνων Χ με έναν εξειδικευμένο ανιχνευτή κατασκευασμένο από μια μεταλλική αιχμή τοποθετημένη σε εξαιρετικα μικρή απόσταση από το δείγμα για την συλλογή διεγερμένων ηλεκτρονίων από ακτίνες Χ – μια τεχνική γνωστή ως μικροσκοπία συγχρότρου σάρωσης με ακτίνες Χ ή SX-STM, η οποία χρησιμοποιείται στην άμεση αναγνώριση του στοιχειακού τύπου των
Σύμφωνα με τους Hla et al, τα φάσματα που λαμβάνονται με τη μέθοδο αυτή είναι σαν τα δακτυλικά αποτυπώματα – το καθένα είναι μοναδικό. Η χρήση ακτίνων Χ για την ανίχνευση και τον χαρακτηρισμό μεμονωμένων ατόμων θα μπορούσε να φέρει επανάσταση στην έρευνα και να γεννήσει νέες τεχνολογίες σε τομείς όπως για παράδειγμα η κβαντική πληροφορία ή η ανίχνευση ιχνοστοιχείων στην περιβαλλοντική και ιατρική έρευνα. Αυτό το επίτευγμα ανοίγει επίσης το δρόμο για προηγμένα όργανα της επιστήμης υλικών.
«Έχουμε ανιχνεύσει τις χημικές καταστάσεις μεμονωμένων ατόμων επίσης», λέει ο Hla. Με την σύγκριση των χημικών καταστάσεων ενός ατόμου σιδήρου και ενός ατόμου τερβίου εντός των αντίστοιχων μοριακών ξενιστών, διαπιστώνουμε ότι το άτομο τερβίου, ένα μέταλλο σπανίων γαιών, είναι μάλλον απομονωμένο και δεν αλλάζει τη χημική του κατάσταση, ενώ το άτομο σιδήρου αλληλεπιδρά έντονα με το περιβάλλον του.
Πολλά υλικά σπανίων γαιών χρησιμοποιούνται σε καθημερινές συσκευές, όπως κινητά τηλέφωνα, υπολογιστές και τηλεοράσεις, για να αναφέρουμε μερικά, και είναι εξαιρετικά σημαντικά για τη δημιουργία και την πρόοδο της τεχνολογίας. Με τη νέα μέθοδο οι επιστήμονες μπορούν πλέον να αναγνωρίσουν όχι μόνο τον τύπο του στοιχείου αλλά και τη χημική του κατάσταση, κάτι που θα τους επιτρέψει να χειριστούν καλύτερα τα άτομα μέσα σε διαφορετικούς ξενιστές υλικών και να καλύψουν τις συνεχώς μεταβαλλόμενες ανάγκες σε διάφορους τομείς. Επιπλέον, έχουν αναπτύξει μια νέα μέθοδο που ονομάζεται X-ERT (X-ray excited resonance tunneling), που τους επιτρέπει να ανιχνεύουν πώς τα τροχιακά ενός μόνο μορίου προσανατολίζονται σε μια επιφάνεια υλικού χρησιμοποιώντας ακτίνες Χ συγχρότρου.
Το επίτευγμα των Hla et al ανοίγει πολλές συναρπαστικές ερευνητικές κατευθύνσεις, συμπεριλαμβανομένης της έρευνας για τις κβαντικές ιδιότητες (σπιν) ενός μόνο ατόμου.
διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες:
1. Samantha Pelham, ‘Scientists report world’s first X-ray of a single atom in Nature‘
2. Matteo Rini, ‘X-Ray Spectroscopy of a Lone Atom‘
ΖΗΝΩΝ ΠΑΠΑΖΑΧΟΣ
Πώς ήταν το σύμπαν 1 δευτερόλεπτο μετά την Μεγάλη Έκρηξη;
ΑπάντησηΔιαγραφήhttps://physicsgg.me/2023/05/09/%CF%80%CF%8E%CF%82-%CE%AE%CF%84%CE%B1%CE%BD-%CF%84%CE%BF-%CF%83%CF%8D%CE%BC%CF%80%CE%B1%CE%BD-1-%CE%B4%CE%B5%CF%85%CF%84%CE%B5%CF%81%CF%8C%CE%BB%CE%B5%CF%80%CF%84%CE%BF-%CE%BC%CE%B5%CF%84%CE%AC-%CF%84/
Ο Σάββας Δημόπουλος εξετάζει την δυνατότητα κατασκευής ενός «τηλεσκοπίου αρχέγονων νετρίνων» που θα μας αποκαλύψει την εικόνα του σύμπαντος ένα δευτερόλεπτο μετά την Μεγάλη Έκρηξη.
Το «κοσμικό υπόβαθρο νετρίνων (Cosmic Neutrino Background ή CνB)» είναι ένα κοσμολογικό κατάλοιπο ανάλογο με το κοσμικό υπόβαθρο της μικροκυματικής ακτινοβολίας (Cosmic Microwave Background ή CMB) και περιέχει πληροφορίες για το σύμπαν έως ένα δευτερόλεπτο μετά την Μεγάλη Έκρηξη. Το αρχέγονο σύμπαν περιείχε ηλεκτρόνια, ποζιτρόνια, φωτόνια και νετρίνα σε θερμική ισορροπία μεταξύ τους. Όμως, καθώς το σύμπαν διαστελλόταν και η θερμοκρασία του μειωνόταν, ένα δευτερόλεπτο μετά την Μεγάλη Έκρηξη, τα νετρίνα έπαψαν να συμμετέχουν στις σωματιδιακές αντιδράσεις και αποδεσμεύτηκαν από την ύλη, όταν το σύμπαν βίωνε την λεγόμενη εποχή της ακτινοβολίας σε θερμοκρασία 10 δισεκατομμυρίων βαθμών Κελσίου (οC). Σήμερα εξαιτίας της διαστολής και της αντίστοιχης ψύξης του σύμπαντος η θερμοκρασία στην οποία αντιστοιχούν τα αρχέγονα νετρίνα είναι περίπου -271,2 οC ή 1,95 K και η μέση πυκνότητά τους είναι 340 νετρίνα ανά κυβικό εκατοστό ή 56 νετρίνα του ηλεκτρονίου ανά κυβικό εκατοστό.
Ο Σάββας Δημόπουλος είναι καθηγητής φυσικής στοιχειωδών σωματιδίων στο πανεπιστήμιο του Στάνφορντ. Γεννήθηκε το 1952 στην Κωνσταντινούπολη, αλλά πολύ γρήγορα μετακόμισε στην Αθήνα εξαιτίας του οργανωμένου πογκρόμ εναντίον της ελληνικής μειονότητας, που κατέληξε στην τουρκική νύχτα των κρυστάλλων της 6ης Σεπτεμβρίου 1955 από τον καθοδηγούμενο όχλο (Σεπτεμβριανά).
Σε συνέντευξή του στην Καθημερινή είχε πεί: «Όταν ήμουν παιδί, άκουγα τις γνώμες πολιτικών που αν και ήταν εντελώς αντίθετες μου φαίνονταν εξίσου λογικές, άρχισε να με ενδιαφέρει η έννοια της αντικειμενικής αλήθειας. Έτσι, από 13 χρόνων αποφάσισα να σπουδάσω φυσική, η οποία συνδυάζει την καθολική βεβαιότητα των μαθηματικών με το πείραμα, δηλαδή την επαλήθευση μιας υπόθεσης από την ίδια τη φύση». Ο Σάββας Δημόπουλος σπούδασε ως προπτυχιακός φοιτητής στο πανεπιστήμιο του Χιούστον. Πήγε στο πανεπιστήμιο του Σικάγου και έκανε επιστημονικές μελέτες κοντά στον Γιοϊσίρο Νάμπου για την διδακτορικής του διατριβή. Μετά από την ολοκλήρωση του διδακτορικού του το 1979, πήγε για λίγο διάστημα στο πανεπιστήμιο Κολούμπια πριν αναλάβει μια έδρα στο πανεπιστήμιο του Στάνφορντ το 1980. Κατά τη διάρκεια του 1981 και του 1982 εργάστηκε επίσης και με το Πανεπιστήμιο του Μίτσιγκαν, το πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ και το πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας. Από το 1994 ως το 1997 εργάστηκε στο Κέντρο Πυρηνικών Μελετών και Ερευνών CERN. Το 1981 πρότεινε μαζί με τον Howard Georgi την υπερσυμμετρική θεωρία MSSM (Minimal Supersymmetric Standard Model), καθώς επίσης μαζί με τους Nima Arkani-Hamed και Gia Dvali τη θεωρία των μεγάλων επιπλέον διαστάσεων (LED). Για την επιστημονική του συνεισφορά στο πεδίο της θεωρητικής φυσικής σωματιδίων τιμήθηκε με το βραβείο Sakurai το 2006.
Η ανάκλαση αυτών των αρχέγονων νετρίνων από την επιφάνεια της Γης δημιουργεί μια σημαντική τοπική ασυμμετρία νετρίνων-αντινετρίνων σε ένα κέλυφος πάχους επτά μέτρων γύρω από την Γη. Αυτή η ασυμμετρία υπερβαίνει κατά πολύ την αναμενόμενη αρχέγονη ασυμμετρία λεπτονίων.
Στο βίντεο που ακολουθεί (https://youtu.be/F3iADciEQoA) παρακολουθούμε την ομιλία του Σάββα Δημόπουλου με τίτλο: «The Cosmic Neutrino Background CνB: Its Distribution on the Surface of the Earth and its Manipulation by Laboratory-Scale Diffraction Gratings»
όπου περιγράφει την κατανομή των αρχέγονων νετρίνων του κοσμικού υποβάθρου νετρίνων (CνB) γύρω από την επιφάνεια της Γης, και κυρίως τις δυνατότητες πειραματικής του ανίχνευσης. Η οποία αν πραγματοποιηθεί θα θεωρηθεί ως ένα από τα σημαντικότερα επιστημονικά επιτεύγματα στην ιστορία της ανθρωπότητας.
Ζ.Π.