Recent oamnenii de ştiinţă au descoperit o nouă stare a materiei

Recent cercetătorii au descoperit dovezi a unei noi stări misterioase a materiei într-o substanţă reală.

Starea este cunoscută sub numele de ‘lichid cu spin cuantic’ şi aceasta provoacă electronii, unul din indivizibilele blocuri fundamentale a materiei,  să se separe în cvasiparticule  mai mici.

Pentru prima oară oamenii de ştiinţă au prezis existenţa acestei stări a materiei în anumite materiale magnetice, încă 40 de ani în urmă, dar în ciuda multor indicii a prezenţei sale, ei nu au fost în stare să o detecteze în natură.

Astfel, este destul de interesant faptul că ei acum au aruncat o privire asupra lichidului cu spin cuantic şi a fermionilor bizari care-i însoţesc, într-un material bidimensional, similar cu grafenul.

 

„Aceasta este o nouă starea a materiei, care a fost prezisă, dar nu a fost văzută până acum”, a declarat unul din cercetători, Johannes Knolle, de la Universitatea Cambridge din Marea Britanie.

Ei au fost în măsură identifice prezenţa lichidului cu spin cuantic în substanţă, observând una din cea mai interesantă  proprietate a sa, fracţionalizarea electronilor şi rezultatul acesteia, fermioni Majorana, care apar atunci când electronii într-o stare de spin cuantic se separă.

Aceşti fermioni Majorana prezintă un interes mare, deoarece ar putea fi folosiţi ca blocuri de construcţie ale calculatoarelor cuantice.

 

Pentru ca să fie clar, electronii nu sunt de fapt divizaţi în particule mai mici, care, desigur, ar putea fi o mare realizare (care ar însemna noi particule!).

Ceea ce se întâmplă într-adevăr, este o stare nouă a materiei, literalmente electroni rupţi în cvasiparticule.

Acestea, de fapt, nu sunt particule reale, dar sunt concepte folosite de fizicieni pentru a explica şi calcula comportamentul straniu al particulelor.

Iar starea lichidă cu spin cuantic este cu siguranţă o stare care face electronii să acţioneze ciudat, într-un material tipic magnetic electronii se comportă ca mici bare de magneţi.

Deci, când materialul este răcit până la o temperatură suficient de scăzută, aceşti electroni-magneţi se dispun de-a lungul, astfel încât toţi polii magnetici nord sunt aranjaţi în aceeaşi direcţie.

Dar, într-un material care conţine o stare lichid cu spin cuantic, chiar dacă materialul magnetic este răcit până la zero absolut, electronii nu se alinează, dar în schimb formează o supă încurcată, cauzată de fluctuaţiile magnetice.

„Până nu demult, noi măcar nici nu ştiam cum vor arăta aceste amprente experimentale ale unui lichid cu spin cuantic”, a declarat unul din cercetători, Dmitry Kovrizhin.

Pentru a-şi da seama ce se întâmplă, cercetătorii au lucrat alături de o echipă de la Laboratorul Naţional Oak Ridge din Tennesse şi au folosit tehnici de împrăştiere a neutronilor pentru a găsi dovezi ale fracţionalizării electronilor în clorura de alfa-ruteniu, un material care structural se aseamănă cu grafenul.

Acest lucru, de asemenea, le-a permis să măsoare pentru prima dată „semnăturile” fermionilor Majorana prin iluminarea materialului cu neutroni şi apoi a observa modelul de ondulaţii care neutronii le produc atunci când sunt împrăştiaţi pe probă.

Aceste modele au fost exact ceea ce ei au aşteptat să vadă, bazându-se pe modelul teoretic principal al lichidului cu spin cuantic, confirmând, pentru prima dată evidenţe ale existenţei sale într-o substanţă.

„Acesta este un nou adaos în lista scurtă a stărilor cuantice ale materiei, cunoscute la moment „, a spus Knole.

„Acesta este un pas important în înţelegerea noastră a materiei cuantice”, a adăugat Kovrizhin.

„Este distractiv de a avea o altă nouă stare cuantică pe care nu a mai văzut-o până acum, ea oferă noi posibilităţi pentru a încerca lucruri noi”.

Unele dintre aceste lucruri noi implică calculatoarele cuantice, care ar fi exponenţial mai rapide decât computerele obişnuite, astfel încât, chiar dacă aceasta sună destul de teoretic, ele ar putea avea de fapt, un potenţial cu adevărat interesant.

 

O invenţie realizată de români ar putea ajuta NASA într-o misiune considerată până acum imposibilă

O echipă de inventatori români, printre care şi unul care lucrează la o companie din SUA, a proiectat o navă spaţială dotată cu motoare magnetoplasmodinamice de foarte mare putere, capabilă să transporte pasageri sau cantităţi mari de materiale dincolo de Marte.

Constantin Sandu, proiect manager în cadrul echipei de inventatori de la Institutul Naţional de Cercetare Dezvoltare Turbomotoare Bucureşti, a declarat, miercuri, presei, că proiectul a fost prezentat în cadrul Salonului Pro Invent de la Universitatea Tehnică Cluj-Napoca (UTCN) şi urmează să se ia legătura cu NASA şi Agenţia Spaţială Europeană pentru a se vedea în ce măsură acestea ar fi dispuse să investească în acest proiect.

Invenţia se referă la un nou tip de navă spaţială dotată cu motoare magnetoplasmodinamice de foarte mare putere, capabilă să transporte un mare număr de pasageri sau cantităţi mari de materiale dincolo de Marte, în alte planete din sistemul solar, inclusiv sateliţii naturali ai planetelor. Aceste motoare sunt cele mai puternice create până acum, care folosesc o energie electrică foarte mare care nu poate fi livrată de nicio centrală.

Noi creăm un fascicul de lumină concentrată, pe care o dirijăm spre navă, iar astfel motorul poate fi alimentat cu putere electrică de ordinul megawaţilor. Se pot obţine nave spaţiale dotate cu motoare magnetoplasmodinamice foarte puternice care pot asigura călătorii în sistemul solar. Proiectul este patentat şi a fost prezentat la o conferinţă spaţială în Olanda în toamna anului trecut, iar acum la Pro Invent şi urmează să luăm legătura cu NASA şi Agenţia Spaţială Europeană, să vedem dacă sunt interesate să investească în acest proiect”, a spus Sandu.

Potrivit acestuia, nava spaţială este alcătuită dintr-o oglindă parabolică mică protejată de un scut termic, o oglindă parabolică mare placată cu celule solare pe faţa convexă, ambele oglinzi fiind fixate de corpul navei prin intermediul unor suporţi astfel ca focarele celor două oglinzi parabolice să coincidă.

Oglinzile şi scutul termic sunt confecţionate din plăci pe bază de fibre grafit acoperite pe feţele reflectorizante cu foiţă de aur. În afară de acestea, nava mai este compusă dintr-un dispozitiv de admisie, rezervoare, injectoare de propelant şi motorul magnetoplasmodinamic. Prin intermediul oglinzii parabolice mari nava primeşte un fascicul de lumină solară concentrată de foarte mare putere, creat de un sistem spaţial plasat pe o orbită circumsolară. 20% din lumina solară primită de oglinda parabolică mare este transformată de celulele solare în energie electrică de mare putere pentru alimentarea motorului magnetoplasmodinamic”, a explicat acesta.

Constantin Sandu a subliniat că alimentarea cu energie electrică în cosmos se face prin intermediul unor celule fotovoltaice care concentrează lumină de la Soare, dezavantajul fiind faptul că, cu cât are loc depărtarea de Soare, energia luminoasă transmisă scade.

„Noi, trimiţând o rază concentrată de lumină, facem ca energia să nu se mai reducă, ci să rămână constantă de la sursă până la navă”, a afirmat Sandu.

Acesta a menţionat că finanţarea cercetării unui asemenea proiect se ridică la circa un milion de euro, dar sumele pentru realizarea navei vor fi foarte mari, de ordinul miliardelor de euro.

„Proiectul navei spaţiale a durat cam doi-trei ani şi am beneficiat de sprijinul unui cunoscut expert din SUA, Dan Braşoveanu, cu care am lucrat la această idee. Nava spaţială prezintă, ca avantaje, simplitate constructivă, costuri de fabricaţie reduse, costuri de exploatare reduse, rază foarte mare de acţiune, produce la bord şi alimentează cu puteri electrice foarte mari, de la un megawatt la zeci de megawaţi, sistemul de propulsie magnetoplasmodinamic, tehnologie simplă şi uşor de aplicat”, a mai spus Constantin Sandu.

Salonul Pro Invent, unde sunt prezentate peste 300 de invenţii din diverse domenii, se desfăşoară de miercuri până vineri la UTCN, la final urmând să fie premiate cele mai importante invenţii.

 

Secretul inteligenţei umane, descoperit de savanţi. Este fascinant

Creşterea spectaculoasă a inteligenţei umane, prin care omul se deosebeşte atât de mult de restul regnului animal, s-ar putea datora unei singure gene, care duce la sporirea numărului de celule dintr-o regiune-cheie a creierului, au descoperit oamenii de ştiinţă.

Capacităţile cognitive ale omului, prin care acesta se distanţează mult chiar şi de cele mai apropiate rude actuale ale sale din regnul animal – maimuţele antropoide – s-ar putea datora unei singure gene, absolut specifică oamenilor, arată un studiu recent.

Gena a fost identificată la omul modern (Homo sapiens), la omul de Neanderthal şi la o altă specie umană dispărută, numită omul din Denisova (sau denisovan), dar nu şi la cimpanzei.

Gena a permis dezvoltarea zonei numite neocortex, care a ajuns să conţină, la om, mult mai mulţi neuroni decât la orice altă specie, inclusiv maimuţele antropoide.

Studiul a fost condus de Marta Florio, specialist în biologie celulară şi moleculară la Institutul Max Planck pentru studiul biologiei moleculare, celulare şi al geneticii din Dresda, Germania. Această genă pare să fie responsabilă de dezvoltarea creierului uman până la parametrii actuali şi de evoluţia prin care s-a ajuns de la maimuţe antropoide primitive la omul actual, înzestrat cu un limbaj şi o cultură complexe – un proces care a durat milioane de ani.

Acum cca. 3,8 milioane de ani, Australopithecus afarensis, un strămoş primitiv al omului, avea un creier cu volumul de numai 500 cm cubi, aproximativ o treime din volumul cerebral al omului actual.

Acum 1,8 milioane de ani, Homo erectus avea un creier cu volum dublu faţă de cel al australopitecului şi trăia în grupuri sociale mai complexe, folosea unelte şi întrebuinţa focul.

Oamenii moderni (în sens anatomic) Homo sapiens şi „verii” lor dispăruţi, omul de Neanderthal şi omul din Denisova, aveau creiere cu volumul de aproximativ 1.400 cm cubi, cea mai mare creştere înregistrându-se în zona numită neocortex, care conţine un număr foarte mare de neuroni şi este sediul unor funcţii avansate precum limbajul şi gândirea logică.

Autorii studiului au analizat un tip de celule progenitoare neuronale, o categorie de celule stem din care se formează, în cursul dezvoltării embrionare, neuronii.

La şoareci, de exmplu, aceste celule se divid o singură dată şi apoi se transformă în neuroni. În schimb, la om, aceleaşi celule se divid de multe ori înainte de transformarea lor finală, rezultând astfel un număr imens de neuroni.

Cercetătorii au analizat genele care erau activate, la şoareci şi la oameni, în stadiul cel mai intens al dezvoltării creierului.

Au descoperit că o anumită genă, numită ARHGAP11B, era puternic activată în celulele progenitoare neuronale de om, dar nu era prezentă şi în cele de şoarece.

Acest fragment de ADN făcea cândva parte dintr-o genă mult mai mare, dar, cumva, a fost duplicat (au apărut copii ale sale), iar fragmentul duplicat a fost inserat în genomul uman.

Cercetătorii au inserat şi activat acest fragment de ADN în creierul şoarecilor. Deşi aceste animale au în mod normal un neocortex neted (fără circumvoluţiuni) şi slab dezvoltat, la şoarecii la care a fost inserată gena umană neocortexul s-a dezvoltat mai mult, conţinând un număr mai mare de neuroni şi prezentând chiar o tendinţă de a forma circumvoluţiuni („cutele” sau „încreţiturile” caracteristice creierului animalelor mai evoluate, ca şi omului – o configuraţie care permite acumularea mai multor neuroni într-un volum mic de spaţiu). Cercetătorii nu au testat inteligenţa şoarecilor, pentru a vedea dacă a sporit, dar aceasta este o potenţială direcţie de cercetare pentru viitor, a declarat Marta Florio.

Comparând genoamele mai multor specii de mamifere, cercetătorii au confirmat că gena ARHGAP11B, existentă la omul actual, era prezentă şi la neaderthalieni şi denisovani, dar că ea nu există la alte mamifere, precum şoarecii şi cimpanzeii.

Această constatare sugerează că gena a apărut curând după ce ramura evolutivă a oamenilor s-a desprins de cea a cimpanzeilor şi că tocmai această genă a netezit drumul spre dezvoltarea rapidă a creierului uman.

Totuşi, această schimbare genetică probabil nu explică pe deplin inteligenţa superioară a omului modern, spun cercetătorii. Şi alte specii de oameni – precum neanderthalienii – aveau creiere mari, dar inteligenţa remarcabilă a speciei Homo sapiens ar putea fi legată mai curând de modul în care celulele creierului îşi formează şi desfiinţează conexiunile neuronale, în decursul timpului.