Τρίτη, 16 Σεπτεμβρίου 2014

O ήχος ενός ατόμου. The sound of an atom has been captured

Δεξιά, ένα «άτομο» παράγει ηχητικά κύματα – κυματισμούς στην επιφάνεια ενός στερεού. Ο ήχος, γνωστός ως επιφανειακό ακουστικό κύμα (Surface Acoustic WaveSAW) ανιχνεύεται αριστερά από ένα «μικρόφωνο». Σύμφωνα με τη θεωρία, ο ήχος συνίσταται από ένα ρεύμα κβάντων. To τεχνητό άτομο όπως αυτό που χρησιμοποίησαν οι ερευνητές είναι ένα παράδειγμα ηλεκτρικού κυκλώματος, το οποίο μπορεί να φορτιστεί με ενέργεια και στη συνέχεια να την εκπέμψει με τη μορφή σωματιδίων. On the right, an artificial atom generates sound waves consisting of ripples on the surface of a solid. The sound, known as a surface acoustic wave (SAW) is picked up on the left by a "microphone" composed of interlaced metal fingers. According to theory, the sound consists of a stream of quantum particles, the weakest whisper physically possible. The illustration is not to scale. Credit: Philip Krantz, Krantz NanoArt.

Επιστήμονες του Πολυτεχνείου Chalmers χρησιμοποίησαν για πρώτη φορά ηχητικά κύματα για την επικοινωνία με τεχνητά άτομα. Με τη μέθοδό τους κατάφεραν να αναπαράγουν κβαντικά φαινόμενα στα οποία ο ήχος αντικατέστησε το φως, το συνήθη δηλαδή ύποπτο στα φαινόμενα του μικρόκοσμου.

Researchers at Chalmers are first to show the use of sound to communicate with an artificial atom. They can thereby demonstrate phenomena from quantum physics with sound taking on the role of light. The results are published by the journal Science. The researchers by the cryostat used for the measurements. From left to right: Per Delsing, Thomas Aref, Göran Johansson, Martin Gustafsson, Maria Ekström, Anton Frisk Kockum. Photo: David Niepce

«Ανοίξαμε μία νέα πόρτα που οδηγεί στον κβαντικό κόσμο, μιλώντας στα άτομα και ακούγοντάς τα», εξηγεί ο Περ Ντέλσινγκ ο οποίος ηγήθηκε της ομάδας των πειραματικών και θεωρητικών φυσικών που δημοσιεύει τα αποτελέσματά της στο επιστημονικό περιοδικό Science. «Στο μέλλον σκοπεύουμε να εκμεταλλευτούμε τους νόμους της κβαντομηχανικής και να δημιουργήσουμε ισχυρότερους υπολογιστές. Αυτό μπορούμε να το κάνουμε κατασκευάζοντας κβαντικά ηλεκτρικά κυκλώματα τα οποία για την ώρα μελετάμε και μαθαίνουμε να ελέγχουμε», συνέχισε ο Ντέλσινγκ.

Εικόνα μικροσκοπίου: Το τεχνητό άτομο, γκρι-μπλε πάνω δεξιά, μπορεί να εκπέμπει και να απορροφά τον ήχο που κινείται κατά μήκος της επιφάνειας ενός μικροτσίπ. Η γκρι-μπλε δομή κάτω αριστερά είναι ο συνδυασμός ηχείο / μικρόφωνο που χρησιμοποιείται για την ακουστική επικοινωνία με το άτομο. Από τη στιγμή που ο ήχος ταξιδεύει με ταχύτητα πολύ μικρότερη από αυτή του φωτός, οι επιστήμονες έχουν όλο το χρόνο ώστε να αποκτήσουν τον πλήρη έλεγχο του συστήματος που μελετούν. Microscope image: The artificial atom, in grey-blue to the upper right, can emit and absorb sound that moves across the surface of a microchip. The grey-blue structure to the lower left is the combined loudspeaker/microphone used to communicate acoustically with the atom. Credit: Martin Gustafsson and Maria Ekström

Ένα τεχνητό άτομο όπως αυτό που χρησιμοποίησαν οι ερευνητές είναι ένα παράδειγμα ενός ηλεκτρικού κυκλώματος, το οποίο μπορεί να φορτιστεί με ενέργεια και στη συνέχεια να την εκπέμψει με τη μορφή σωματιδίων. Συνήθως τα σωματίδια αυτά είναι φωτόνια, όμως στην προκειμένη περίπτωση το άτομο ήταν σχεδιασμένο ώστε να απορροφά και να εκπέμπει ενέργεια στη μορφή ηχητικών κυμάτων.

Σύμφωνα με τη θεωρία, ο ήχος από το άτομο χωρίζεται κι εκείνος σε κβαντικά σωματίδια, το καθένα από τα οποία αντιπροσωπεύει τον ασθενέστερο ήχο που μπορεί να ανιχνευθεί. Από τη στιγμή που ο ήχος ταξιδεύει με ταχύτητα πολύ μικρότερη από αυτή του φωτός, οι επιστήμονες έχουν όλο το χρόνο ώστε να αποκτήσουν τον πλήρη έλεγχο του συστήματος που μελετούν, κάτι που ανοίγει νέες δυνατότητες στη μελέτη αυτών των διατάξεων.

H 100.000 φορές χαμηλότερη ταχύτητα του ήχου σε σχέση με το φως, υπονοεί επίσης και ένα μικρότερο μήκος κύματος, κάτι που σημαίνει πως τα άτομα με τα οποία αλληλεπιδρούν τα ηχητικά κύματα μπορούν να είναι επίσης μεγαλύτερα, δίνοντας περισσότερες επιλογές στους επιστήμονες που θέλουν να επιτύχουν απόλυτο έλεγχο της συμπεριφοράς των συστημάτων αυτών.

Εικόνα μικροσκοπίου: Ζουμ στο «άτομο» (με μωβ χρώμα το Superconducting Quantum Interference Device – SQUID). Microscope image: Zoom-in of the artificial atom, with its integrated Superconducting Quantum Interference Device (SQUID) in violet. The SQUID gives the atom its quantum properties, and the fingers sticking up to the left provide the coupling to sound waves. Credit: Martin Gustafsson and Maria Ekström

Στο συγκεκριμένο πείραμα χρησιμοποιήθηκαν ήχοι με συχνότητα 4.8 GHz, κοντά δηλαδή στη συχνότητα των μικροκυμάτων, ή αλλιώς 20 οκτάβες πιο υψηλές συχνότητες από την πιο ψηλή νότα που μπορεί να παραγάγει ένα πιάνο. Σε μία τέτοια συχνότητα, το μέγεθος του ατόμου που ήλεγξαν οι ερευνητές ήταν της τάξης των 0.01 χιλιοστών του μέτρου, πολύ μεγαλύτερο δηλαδή σε σχέση με τα συνήθη άτομα.

Έλληνας ερευνητής: Ο Άρης δεν αποκλείεται να φιλοξενεί ζωή. Martian meteorite yields more evidence of the possibility of life on Mars

Σημαντικά ευρήματα σε βράχο που αποσπάστηκε από τον Κόκκινο Πλανήτη και έπεσε στη Γη ως μετεωρίτης το 1911. Is there, or was there once, life on Mars? A tiny fragment of Martian meteorite 1.3 billion years old is helping to make the case for the possibility of life on Mars, say scientists. The finding are of a 'cell-like' structure, which investigators now know once held water. Credit: NASA/JPL/MSSS

Ένας βράχος που αποσπάστηκε πριν από 1,3 δισεκατομμύρια χρόνια από τον Άρη και έπεσε στη Γη ως μετεωρίτης το 1911 περιέχει ενδείξεις ότι ο γειτονικός πλανήτης δεν αποκλείεται να φιλοξενούσε ζωή, υποστηρίζει ελληνο-βρετανική μελέτη. Ακόμα και σήμερα, λένε οι ερευνητές, μικρόβια θα μπορούσαν να επιβιώνουν σε θερμές περιοχές του υπεδάφους όπου υπάρχει υγρό νερό. Είναι όμως μια μάλλον προκλητική υπόθεση, η οποία δύσκολα μπορεί να αποδειχθεί με τα σημερινά δεδομένα.

Η ανακάλυψη

Αυτή η ύποπτη κοιλότητα στο μετεωρίτη πρέπει να περιείχε κάποτε υγρό νερό, λένε οι ερευνητές. UK and Greece researchers have re-examined a meteorite that fell to Earth more than a century ago. They say the Nakhla meteorite contains possible evidence of life on Mars. The meteorite has an egg-shaped structure (scanning electron microscope image shown) that resembles a 'fossilised biological cell' on our planet. Credit: Elias Chatzitheodoridis, Sarah Haigh and Ian Lyon

Ο Ηλίας Χατζηθεοδωρίδης, επίκουρος καθηγητής Γεωλογίας στο ΕΜΠ, ανακάλυψε έναν ύποπτο σχηματισμό σε θραύσμα του διάσημου μετεωρίτη του Νάκλα, ο οποίος έπεσε το 1911 κοντά στην Αλεξάνδρεια της Αιγύπτου και αποδείχθηκε αργότερα ότι προέρχεται από τον Άρη. Οι πρώτες ενδείξεις για ίχνη βιολογικής δραστηριότητας στον μετεωρίτη χρονολογούνται στο 1999, μέχρι σήμερα όμως η θεωρία της βιολογενούς προέλευσης παραμένει αναπόδεικτη.

The Nakhla meteorite (fragments shown) fell to Earth in pieces on 28 June 1911 in Egypt. The feature on the meteorite could also be further evidence that there is water under the surface of Mars. 'Life as we know it, in the form of bacteria, for example, could be there,' said Professor Lyon from Manchester University.

Η τελευταία μελέτη, η οποία έγινε εξώφυλλο τον Αύγουστο στην επιθεώρηση «Astrobiology», εξετάζει μια δομή «σαν κύτταρο» που βρέθηκε μέσα σε θραύσμα του αργιλώδους μετεωρίτη. Ο σχηματισμός δεν φαίνεται να είναι απολιθωμένο κύτταρο, πρέπει όμως να περιείχε κάποτε νερό, αναφέρει ο Δρ Χατζηθεοδωρίδης και οι συνεργάτες του στο Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ, οι οποίοι μελέτησαν το θραύσμα με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης.

Τα πεδία

The feature may also be evidence of an asteroid hitting Mars (mosaic image with water-ice clouds shown), which itself would suggest the conditions were once favourable for life - or still are. This is because organisms need heat to survive and evolve.

Το συμπέρασμα είναι ότι η μικροσκοπική κοιλότητα στον μετεωρίτη περιείχε κάποτε νερό σε υψηλή θερμοκρασία. Σήμερα, νερό πιστεύεται ότι υπάρχει στον Άρη μόνο στη μορφή πάγου στο υπέδαφος και τους πόλους του πλανήτη.

Η ερευνητική ομάδα διατυπώνει την υπόθεση ότι το νερό της κοιλότητας θερμάνθηκε ως αποτέλεσμα πρόσκρουσης αστεροειδή. Τα ευρήματα «έρχονται να προστεθούν στις προηγούμενες ενδείξεις ότι μεγάλοι αστεροειδείς χτύπησαν τον Άρη στο παρελθόν και δημιούργησαν μακρόβια υδροθερμικά πεδία που θα μπορούσαν να συντηρήσουν ζωή» αναφέρει ανακοίνωση του Πανεπιστημίου του Μάντσεστερ τη Δευτέρα. Όπως ανέφερε ο Ίαν Λάιον του πανεπιστημίου, μέλος της ερευνητικής ομάδας, «η ζωή όπως την γνωρίζουμε, για παράδειγμα στη μορφή βακτηρίων, θα μπορούσε να υπάρχει στον Άρη, αν και δεν την έχουμε βρει ακόμα».

Δείτε περισσότερα: http://www.eliasch.metal.ntua.gr/?page_id=186