30 χρόνια από την ανίχνευση του μποζονίου W, Carrying the weak force: Thirty years of the W boson

Στις 25 Ιανουαρίου 1983 το CERN ανακοίνωσε την ανακάλυψη του μποζονίου W. Από αριστερά προς τα δεξιά: Carlo Rubbia, Simon van der Meer, Herwig Schopper, Erwin Gabathuler, Pierre Darriulat. On 25 January 1983 CERN announced the discovery of the W boson. Left to right: Carlo Rubbia, Simon van der Meer, Herwig Schopper, Erwin Gabathuler, Pierre Darriulat (Image: CERN)

Το μποζόνιο W± είναι ένα από τα πέντε σωματίδια που είναι υπεύθυνα για την διάδοση των δυνάμεων της φύσης.

Πρόκειται για ένα ηλεκτρικά φορτισμένο στοιχειώδες σωματίδιο (εμφανίζεται με θετικό ή αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο) που μαζί με το ηλεκτρικά ουδέτερο Z μποζόνιο είναι υπεύθυνα για τη τη δύναμη που είναι γνωστή ως ασθενής πυρηνική.

Το μποζόνιο W είναι υπεύθυνο για δύο από τις πιο εκπληκτικές ανακαλύψεις του 20ου αιώνα -ότι η φύση έχει προτίμηση προσανατολισμού δεξιά-αριστερά (“χειραλικότητα”) και ότι η φυσική της αντι-ύλης είναι ανεπαίσθητα διαφορετική από τη φυσική του κόσμου που βλέπουμε γύρω μας και που αποτελείται από ύλη.

Το σωματίδιο W είναι πολύ βαρύ, πράγμα που σημαίνει ότι οι επιδράσεις του έχουν πολύ μικρό βεληνεκές και ότι είναι πολύ ασθενείς στη κλίμακα ενεργειών της καθημερινής ζωής.

Συνεπώς, η επίδραση αυτών των σωματιδίων είναι δυσδιάκριτη αλλά σημαντική! Για παράδειγμα, το σωματίδιο W μπορεί να αλλάξει τη φύση ενός αλληλεπιδρώντος σωματιδίου, μετατρέποντας ένα ηλεκτρόνιο σε νετρίνο ή ένα «κάτω» κουάρκ σε ένα «άνω» κουάρκ .

Αυτό είναι σημαντικό για την πυρηνική σύντηξη, που δίνει ενέργεια στον ήλιο, αφού αυτή εμπεριέχει την μετατροπή πρωτονίων σε νετρόνια. Τέλος, το σωματίδιο W παρέχει το μόνο κατοχυρωμένο μηχανισμό που επιτρέπει τη διαφορετική εξέλιξη της ύλης και της αντιύλης.

Όταν W μποζόνια παράγονται σε επιταχυντές σωματιδίων, ζουν μόνο για περίπου 10-25 δευτερόλεπτα, αλλά μας παρέχουν πολύ σημαντικές πληροφορίες για τον έλεγχο του Καθιερωμένου Προτύπου της σωματιδιακής φυσικής.

Μεταφέροντας την ασθενή αλληλεπίδραση. The positive and negative W bosons carry out the charge changing weak interactions, while the neutral Z boson carries out the neutral current weak interactions.

Η ανακάλυψη έγινε μετά από τρία χρόνια έρευνας στο CERN με το Super Proton Synchrotron (SPS) – μια μηχανή που αρχικά σχεδιάστηκε για να επιταχύνει δέσμες πρωτονίων – και λειτούργησε ως ο πρώτος στον κόσμο επιταχυντής πρωτονίων-αντιπρωτονίων.

Το 1976 οι φυσικοί Carlo Rubbia, Peter McIntyre και David Cline πρότειναν την τροποποίηση του SPS, από έναν επιταχυντή με μια δέσμη, σε επιταχυντή με δύο δέσμες – μια δέσμη πρωτονίων με μια δέσμη αντιπρωτονίων – αυξάνοντας έτσι κατά πολύ ενέργεια σύγκρουσης δυγκριτκά με έναν επιταχυντή μιας δέσμης που προσπίπτει σε σταθερό στόχο.

O Simon van der Meer (δεξιά) με τον Carlo Rubbia στο CERN.

Παρότι ο Simon van de Meer  στο CERN, ήδη είχε εφεύρει έναν τρόπο παραγωγής και αποθήκευσης ισχυρών δεσμών πρωτονίων ή αντιπρωτονίων, η μετατροπή του SPS ήταν μια πρωτότυπη και τολμηρή κίνηση.

Δύο μετακινούμενοι ανιχνευτές, UA1 και UA2, χρησιμοποιήθηκαν για την ανίχνευση των «υπογραφών» των σωματιδίων W, ανάμεσα στα προϊόντα της σύγκρουσης πρωτονίων-αντιπρωτονίων. Η λήψη δεδομένων άρχισε το 1981.

Το πρώτο γεγονός που αντιστοιχούσε σε μποζόνιο W βρέθηκε τον Νοέμβριο του 1982 και ανακοινώθηκε σε συνέδριο σχετικά με συγκρούσεις πρωτονίων-αντιπρωτονίων, στη Ρώμη τον Ιανουάριο του 1983.

In a seminar on 20 January 1983, CERN physicist Carlo Rubbia announces six candidate W events for the UA1 experiment (Video: CERN/BBC )

Σε ένα σεμινάριο στις 20 Ιανουαρίου 1983, ο Carlo Rubbia ανακοίνωσε έξι γεγονότα που αντιστοιχούσαν στο μποζόνιο W που ανιχνεύθηκαν στον UA1.

Ο Luigi Di Lella ανακοίνωσε άλλα 4 γεγονότα που ανίχνευσε ο UA2 σε ένα κατάμεστο αμφιθέατρο του CERN το επόμενο απόγευμα. Στις 25 Ιανουαρίου, το CERN ανακοίνωσε την ανακάλυψη στο κοινό.

Η ανακάλυψη ήταν τόσο σημαντικό γεγονός που ένα χρόνο αργότερα ο Carlo Rubbia, ο εμπνευστής της μετατροπής του επιταχυντή και υπεύθυνος του πειράματος UA1, μοιράστηκε το βραβείο με τον Simon van der Meer, του οποίου η τεχνολογία ήταν ζωτικής σημασίας για τη λειτουργία του επιταχυντή.

Το πρωτόνιο συρρικνώθηκε, Shrunken Proton Baffles Scientists

The proton's three quarks are (mostly) confined within a region 0.87 femtometers wide — or is it 0.84? Image: Flickr/Argonne National Laboratory

Η ακτίνα φορτίου του πρωτονίου υπολογίστηκε μικρότερη σε νέες μετρήσεις φέρνοντας πονοκέφαλο στους επιστήμονες

Το μήκος της ακτίνας του πρωτονίου – ή, πιο συγκεκριμένα, της ακτίνας του φορτίου του – έχει αναδειχθεί τα τελευταία χρόνια σε έναν από τους μεγάλους πονοκεφάλους των φυσικών. Μετρήσεις που είχαν γίνει το 2010 και επαναλήφθηκαν πρόσφατα με μια ακριβέστερη μέθοδο βρίσκουν το σωματίδιο σημαντικά μικρότερο από ό,τι εθεωρείτο ως τώρα.

Η ανακάλυψη φέρνει τα πάνω κάτω στις υπάρχουσες θεωρίες καθώς επιδέχεται διάφορες ερμηνείες – από την πιο «βολική», που αφορά μια όπως φαίνεται όχι και τόσο σπάνια αλληλεπίδραση των υποατομικών σωματιδίων, ως την πιο «ριζοσπαστική», που απαιτεί αναθεώρηση του Kαθιερωμένου Μοντέλου.

«Άπιαστο» μέτρο

Measurements with lasers have revealed that the proton may be a touch smaller than predicted by current theories. PSI / F. Reiser

Αντίθετα με το ηλεκτρόνιο, το οποίο είναι ένα μεμονωμένο σημείο, το πρωτόνιο, το οποίο αποτελείται από τρία γλουόνια, έχει ένα πεπερασμένο μέγεθος – το ηλεκτρικό και το μαγνητικό φορτίο του κατανέμονται σε έναν συγκεκριμένο όγκο και άρα το καθένα από αυτά έχει μια ακτίνα με συγκεκριμένο μήκος. Το μήκος των ακτίνων αυτών, το οποίο προσδιορίζει και το μέγεθος του πρωτονίου, είναι ωστόσο αδύνατον να μετρηθεί άμεσα. Μπορεί να υπολογιστεί μόνο με έμμεσο τρόπο.

Οι «παραδοσιακές» μέθοδοι εξήγαν το μήκος της ακτίνας του ηλεκτρικού φορτίου του πρωτονίου μελετώντας τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ ηλεκτρονίων και πρωτονίων. Συγκεκριμένα μετρούσαν τις αποστάσεις της τροχιάς του πρώτου από το δεύτερο – οι οποίες υποδηλώνουν μεταπτώσεις σε διαφορετικά ενεργειακά επίπεδα – συνήθως στο απλούστερο άτομο, αυτό του υδρογόνου.

Οι μετρήσεις του είδους είχαν υπολογίσει την ακτίνα του ηλεκτρικού φορτίου του πρωτονίου περίπου στα 0,877 φεμτόμετρα (λιγότερο από ένα τρισεκατομμυριοστό του χιλιοστού).

Βόμβα φεμτομέτρων

Η ακτίνα φορτίου του πρωτονίου υπολογίστηκε μικρότερη σε νέες μετρήσεις φέρνοντας πονοκέφαλο στους επιστήμονες.

Το 2010 μια διεθνής ομάδα ερευνητών με επικεφαλής τον Ράντολφ Πολ του Ινστιτούτου Κβαντικής Φυσικής Μαξ Πλανκ στο Γκάρχινγκ της Γερμανίας χρησιμοποίησε μια καινούργια τεχνική. Οι ερευνητές δημιούργησαν στον επιταχυντή «εξωτικά» άτομα υδρογόνου όπου τα ηλεκτρόνια είχαν αντικατασταθεί από μιόνια. Τα μιόνια έχουν ίδιο φορτίο με τα ηλεκτρόνια αλλά μεγαλύτερο μέγεθος από αυτά, επιτρέποντας κατά 200 φορές ακριβέστερες μετρήσεις.

Η νέα μέθοδος «κατέβασε» το μήκος της ακτίνας του πρωτονίου στα 0,8418 φεμτόμετρα. Η διαφορά, της τάξης του 4%, στον μικρόκοσμο της Σωματιδιακής Φυσικής είναι κάτι παραπάνω από υπολογίσιμη και η δημοσίευση της μελέτης στην επιθεώρηση «Nature» είχε προκαλέσει τότε πραγματικό σκάνδαλο. Κάποιοι είχαν αμφισβητήσει τη μέθοδο του κ. Πολ ενώ άλλοι μιλούσαν για επανάσταση που αμφισβητεί το Καθιερωμένο Μοντέλο.

Τώρα ο κ. Πολ και οι συνεργάτες του επανέλαβαν τις μετρήσεις τους, πάλι σε μιονικά άτομα υδρογόνου, αλλά με μια άλλη προσέγγιση η οποία επιτρέπει ακόμη μεγαλύτερη ακρίβεια – κατά 1,7 φορές – από εκείνη του 2010. Οι νέοι υπολογισμοί, οι οποίοι δημοσιεύθηκαν στην επιθεώρηση «Science», έδωσαν μια τιμή πολύ κοντά στην προηγούμενη – περίπου 0,8408 φεμτόμετρα.

Οι πιθανές ερμηνείες

Aldo Antognini and Franz Kottmann in PSI's large experimental hall. (Credit: Image courtesy of Paul Scherrer Institut)

Η δημοσίευση επανέφερε στο προσκήνιο τη διαμάχη που είχε ξεκινήσει πριν από τρία χρόνια. Μιλώντας στο περιοδικό «New Scientist», ο κ. Πολ δήλωσε ότι τα αποτελέσματά του μπορεί να έχουν τρεις πιθανές ερμηνείες. Η πρώτη είναι το πείραμά του να έχει πραγματικά κάποια λάθη, κάτι το οποίο δεν είναι και τόσο πιθανό. Η δεύτερη είναι το πείραμα να έχει πέσει εντελώς έξω, κάτι το οποίο, όπως τόνισε, «θα ήταν υπερβολικά πληκτικό».

Η τρίτη και πιο συναρπαστική εξήγηση σύμφωνα πάντα με τον επιστήμονα, είναι ότι ενδεχομένως τα μιόνια αλληλεπιδρούν με τα πρωτόνια με διαφορετικό τρόπο από ό,τι τα ηλεκτρόνια – κάτι το οποίο προϋποθέτει την «παρεμβολή» σωματιδίων τα οποία είναι αυτή τη στιγμή άγνωστα αλλά ενδεχομένως θα μπορούσαν να λύσουν πολλά μυστήρια, όπως αυτό της σκοτεινής ύλης.

Ο Τζέραρντ Μίλερ του Πανεπιστημίου της Γουόσινγκτον στο Σιάτλ, ο οποίος δεν μετείχε στο πείραμα, προτείνει ωστόσο στο ίδιο περιοδικό μια πιο «πεζή» εκδοχή, η οποία μπορεί να εξηγήσει παλιές και νέες μετρήσεις χωρίς να χρειάζεται άγνωστα σωματίδια. Όπως επισημαίνει, σύμφωνα με την κβαντική ηλεκτροδυναμική δυο φορτισμένα σωματίδια μπορούν να αλληλεπιδρούν μεταξύ τους ανταλλάσσοντας ένα φωτόνιο – «σαν να πετάνε το ένα στο άλλο μια μπάλα του μπάσκετ». Η θεωρία όμως προβλέπει και ένα άλλο είδος αλληλεπίδρασης, όπου τα σωματίδια ανταλλάσσουν δυο φωτόνια – «σαν ζογκλέρ». Ως τώρα κάτι τέτοιο εθεωρείτο εξαιρετικά σπάνιο, ίσως όμως τελικά και να μην είναι τόσο.

Η απάντηση αναμένεται να δοθεί μέσα στα επόμενα χρόνια, με νέα και πιο εξελιγμένα πειράματα που εκτιμάται ότι θα ρίξουν περισσότερο φως στο ζήτημα.

Φυλή στην Τουρκία μιλάει αρχαία ελληνικά. Jason and the argot: land where Greek's ancient language survives

Researchers have found an isolated community on the coast of Turkey who speak a dialect of Greek very close to ancient Greek. Romeyka, a variety of Pontic Greek, has grammar and vocabulary that are otherwise only found in ancient forms of the language, but it has no alphabet. The community of 5,000 is extremely insular, with unique customs and music, and rarely intermarries with outsiders. Researchers do not know how the community got there or came to speak Romeyka. They may be the descendants of ancient colonists, or they may have been an indigenous tribe forced to learn the language.

Μπορεί οι περισσότεροι νεοέλληνες να γνωρίζουν ελάχιστα ή να αγνοούν παντελώς την αρχαία ελληνική γλώσσα όχι όμως και μία απομονωμένη κοινότητα στις ακτές της Μαύρης Θάλασσας, στη βορειοανατολική Τουρκία.

Σύμφωνα με δημοσίευμα του Βρετανικού Independent, περίπου 5.000 άνθρωποι φαίνεται ότι μιλούν μία διάλεκτο που πλησιάζει εκπληκτικά στην αρχαία ελληνική γλώσσα.

Όπως επισημαίνουν ειδικοί γλωσσολόγοι μέσω αυτής της διαλέκτου μπορούν να εξάγουν πολύ σημαντικά συμπεράσματα για τη γλώσσα του Σωκράτη και του Πλάτωνα, καθώς και το πώς αυτή εξελίχθηκε.

Οικισμός ελληνόφωνης περιοχής Κατωχωρίου Τραπεζούντος.

Η κοινότητα ζει σε ένα σύμπλεγμα χωριών κοντά στην τουρκική πόλη της Τραπεζούντας, όπου κάποτε ήταν η αρχαία περιοχή του Πόντου.

Οι γλωσσολόγοι διαπίστωσαν ότι η διάλεκτος, Romeyka, μια ποικιλία από ποντιακά ελληνικά, έχει δομικές ομοιότητες με την αρχαία ελληνική που δεν παρατηρούνται σε άλλες μορφές της γλώσσας που ομιλείται σήμερα. Επίσης η Romeyka παρουσιάζει και πολλές ομοιότητες με το αρχαίο λεξιλόγιο.

An endangered Greek dialect which is spoken in north-eastern Turkey has been identified by researchers as a "linguistic goldmine" because of its startling closeness to the ancient language, as Cambridge researcher Dr Ioanna Sitaridou explains.

Όπως λέει η λέκτορας Φιλολογίας Ιωάννα Σιταρίδου του Πανεπιστημίου του Cambridge «η χρήση του απαρεμφάτου έχει χαθεί στα νέα ελληνικά. Όμως, στα Romeyka έχει διατηρηθεί».

Μια πιθανότητα είναι ότι οι ομιλητές αυτής της διαλέκτου είναι οι απευθείας απόγονοι των αρχαίων Ελλήνων που ζούσαν κατά μήκος των ακτών της Μαύρης Θάλασσας πριν από τον 6ο ή 7ο αιώνα π.Χ., όταν η περιοχή αποικίστηκε αρχικά.

Αλλά είναι επίσης πιθανό να είναι απόγονοι αυτόχθονων πληθυσμών ή μίας μεταναστευτικής φυλής οι οποίοι αναγκάστηκαν να μιλούν τη γλώσσα των αρχαίων ελληνικών αποικιών.

Οι κάτοικοι της συγκεκριμένης περιοχής είναι ευσεβείς μουσουλμάνοι, γι΄ αυτό και είχαν το δικαίωμα να παραμείνουν στην Τουρκία μετά τη Συνθήκη της Λωζάννης του 1923.

         Romeyka             Αρχαία Ελληνικά

·          ipìne                        ειπείν     

·          pathίne                  παθείν

·          apothanίne             αποθανείν

·          piίne                        πιείν

·          iδίne                        ιδείν

·          fiίne                         φυγείν

·          evrίne                     ευρείν

·          kamίne                    καμείν

·          faίne                       θαγείν

·          mathίne                 μαθείν

·          erthéane               ελθείν     

·          menίne                  μενείν

·          katevine                καταβήναι

·          embine                  εμβήναι 

·          evjine                    εκβήναι

·          epiδeavine             αποδιαβήναι

·          kimethine               κοιμηθήναι

·          xtipethine               κτυπηθήναι

·          evrethine                ευρεθήναι

·          vrasine                    βρχήναι

·          raine                       ραγήναι

Καρέ καρέ η εξέλιξη ενός σουπερνόβα, Witness a star explode over 58 years

GK Persei 1901 – view of the ejecta a century after the nova explosion. Credit: Adam Block/NOAO/AURA/NSF

To 1901 οι αστρονόμοι εντόπισαν μια πολύ ισχυρή αστρική έκρηξη. Ο υπερκαινοφανής αστέρας (σουπερνόβα) GK Persei ή Nova Persei 1901 βρίσκεται σε απόσταση 1.300 ετών φωτός από τη Γη και προς έκπληξη των επιστημόνων συνεχίζει ακόμη να «μεγαλώνει».

Ομάδα ειδικών με επικεφαλής τον Μιγκέλ Σανταντέρ του Εθνικού Αστεροσκοπείου της Ισπανίας συγκέντρωσαν εικόνες και δεδομένα του σουπερνόβα από διάφορα τηλεσκόπια και με βάση τα όσα γνώριζαν για αυτό δημιούργησαν έναν τρισδιάστατο χάρτη της έκρηξης και της εξέλιξής της μέσα στον χρόνο. H έρευνα δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «Astrophysical Journal».

Όπως αναφέρουν οι ερευνητές το «ωστικό κύμα» της έκρηξης συνεχίζει να διογκώνεται. Η ταχύτητα της διαστολής του σουπερνόβα υπολογίστηκε ότι είναι περίπου 1.000 χλμ/δευτ. Το βίντεο που δόθηκε στη δημοσιότητα καταγράφει την πορεία του στον χρόνο. Καθώς διαστέλλεται ο GK Persei μοιάζει με ένα κοσμικό πυροτέχνημα.

In 1901, the star GK Persei, 1,300 Lights Years from Earth, exploded. Images of the remnant (Nova Persei 1901) by the Isaac Newton Telescope and the Nordic Optical Telescope in Spain spliced together allow a 3-D model to be created.

Άστρο με διχασμένη προσωπικότητα, Chameleon Star Baffles Astronomers

Καλλιτεχνική απεικόνιση του «διχασμένου» πάλσαρ. This illustration shows a pulsar with glowing cones of radiation stemming from its magnetic poles – a state referred to as 'radio-bright' mode. Pulsars were discovered in 1967 as flickering sources of radio waves and soon after interpreted as rapidly rotating and strongly magnetised neutron stars. There is a general agreement about the origin of the radio emission from pulsars: it is caused by highly energetic electrons, positrons and ions moving along the field lines of the pulsar's magnetic field. When they are accelerated to very high energies, particles radiate at radio wavelengths. The radio emission is concentrated in cones that stem from the pulsar's magnetic poles, and we see it pulsate because the rotation and magnetic axes are misaligned. Many pulsars exhibit a rather erratic behaviour: in the space of a few seconds, their radio emission becomes weaker or even disappears for a while, then returns to the previous level after some hours. The mechanisms causing this switch between what are usually referred to as 'radio-bright' and 'radio-quiet' states are still largely unknown. Observations of the five-million year-old pulsar known as PSR B0943+10, performed simultaneously with ESA's XMM-Newton X-ray observatory and ground-based radio telescopes, revealed that this source exhibits variations in its X-ray emission that mimic in reverse the changes seen in radio waves. No current model is able to predict what could cause such sudden and drastic changes to the pulsar's entire magnetosphere and result in such a curious emission. (Credit: ESA/ATG medialab)

Πονοκέφαλο στους επιστήμονες έχει προκαλέσει ο εντοπισμός ενός άστρου νετρονίου (πάλσαρ) το οποίο «συμπεριφέρεται» με έναν τρόπο που δεν έχει παρατηρηθεί ποτέ μέχρι σήμερα. Τα πάλσαρ εκπέμπουν από τους πόλους τους δέσμες ενός είδους ακτινοβολίας - είτε ραδιοκύματα, είτε ακτινοβολία γ, είτε ακτίνες Χ. Αστρονόμοι του Ινστιτούτου Διαστημικής Έρευνας στην Ουτρέχτη εντόπισαν ένα άστρο που εκπέμπει δύο είδη ακτινοβολίας. Οι ειδικοί αναφέρουν ότι το πάλσαρ αυτό έχει «διχασμένη προσωπικότητα» και προσπαθούν να βρουν απαντήσεις.

Το φαινόμενο

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι το πάλσαρ αυτό εκπέμπει ραδιοκύματα αλλά εντελώς ξαφνικά σταματά και για λίγες ώρες αρχίζει να εκπέμπει ακτίνες Χ. Στη συνέχεια , ο ίδιο ξαφνικά και χωρίς να υπάρχει κάποια ορατή μεταβολή (π.χ αλλαγή στη κίνησή του) το πάλσαρ επιστρέφει στην εκπομπή ραδιοκυμάτων. «Είναι η πρώτη φορά που εντοπίζεται αυτή η μεταβλητότητα» αναφέρει ο Βιμ Χέμσεν, μέλος της ερευνητικής ομάδας που έκανε την ανακάλυψη.   Η έρευνα δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «Science».

Τα πάλσαρ

Pulsars are a type of neutron star.

Τα άστρα νετρονίου που είναι πιο γνωστά με τον όρο «πάλσαρ» είναι σώματα υψηλής πυκνότητας και σχηματίζονται από άστρα τα οποία έχουν ολοκληρώσει τον κύκλο της ζωής τους και καταρρέουν. Όλα τα πάλσαρ εκπέμπουν τις δέσμες ακτινοβολίας από τους πόλους τους και καθώς περιστρέφονται, γίνονται ορατά από τη Γη ως περιοδικές, σύντομες λάμψεις. Τα πάλσαρ εκπέμπουν την ακτινοβολία με σταθερό ρυθμό. Ορισμένοι μάλιστα τα περιγράφουν ως «κοσμικούς ραδιοφάρους».

Σαίξπηρ, Μάρτιν Λούθερ Κινγκ και DNA. Synthetic double-helix faithfully stores Shakespeare's sonnets

Το έργο του Σαίξπηρ, μπορεί να διατηρηθεί καλύτερα σε βάσεις δεδομένων DNA. Humanity's legacy, including Shakespeare's sonnets, may be best preserved in DNA databases. NATHAN BENN / ALAMY

Είναι μια από τις πιο συμβολικές ομιλίες όλων των εποχών η οποία τώρα πια περνά στην αθανασία με τον πιο ασυνήθιστο τρόπο. Ένα τμήμα της διάσημης ομιλίας «Έχω ένα όνειρο» την οποία έδωσε ο Μάρτιν Λούθερ Κινγκ το 1963 αποθηκεύτηκε μέσα στην «αλφάβητο» του DNA.

Σε έναν κόκκο άμμου!

Ο Νικ Γκόλντμαν από το Ευρωπαϊκό Ινστιτούτο Βιοπληροφορικής στο Χίνξτον της Βρετανίας και οι συνεργάτες του συνέθεσαν DNA με τρόπο ώστε να κωδικοποιούνται πληροφορίες στις τέσσερις βάσεις που αποτελούν τη διπλή του έλικα (αδενίνη, θυμίνη, κυτοσίνη, γουανίνη).

Ο Κινγκ δίνει την ομιλία "Έχω ένα όνειρο". Civil Rights March on Washington, D.C. [Dr. Martin Luther King, Jr., President of the Southern Christian Leadership Conference, and Mathew Ahmann, Executive Director of the National Catholic Conference for Interrracial Justice, in a crowd.]

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν, όπως αναφέρουν με δημοσίευσή τους στην επιθεώρηση «Nature», αυτά τα «γράμματα» του γενετικού υλικού προκειμένου να αποθηκεύσουν ακουστικό υλικό διάρκειας 26 δευτερολέπτων από τον λόγο του Μάρτιν Λούθερ Κινγκ, το σύνολο των 154 σονέτων του Σέξπηρ, μια ψηφιακή φωτογραφία του εργαστηρίου τους, το διάσημο άρθρο με το οποίο το 1953 οι Τζέιμς Γουότσον και Φράνσις Κρικ περιέγραψαν για πρώτη φορά τη διπλή έλικα του DNA καθώς και έναν φάκελο ο οποίος περιέχει όλο το σύστημα κωδικοποίησης των πληροφοριών που χρησιμοποίησαν. Όλες αυτές οι πληροφορίες χώρεσαν σε ποσότητα DNA που δεν ήταν μεγαλύτερη από έναν κόκκο άμμου και ήταν στη συνέχεια δυνατόν να διαβαστούν με ακρίβεια της τάξεως του 100%.

Η διαδικασία

Η φωτογραφία του Εργαστηρίου στο Ευρωπαϊκό Ινστιτούτο Βιοπληροφορικής που αποθηκεύτηκε μεταξύ άλλων στο DNA.

Πώς όμως γίνεται η κωδικοποίηση των πληροφοριών; Το σύστημα των ειδικών από τη Βρετανία χρησιμοποιεί τα ίδια τέσσερα «γράμματα» του γενετικού υλικού αλλά σε μια εντελώς διαφορετική «γλώσσα» από αυτή που «αντιλαμβάνεται» η ζωή.

Προκειμένου να αντιγραφεί ένας φάκελος, όπως ένα κείμενο, τα δυαδικά ψηφία (0 και 1) τα οποία θα αντιπροσώπευαν αυτές τις πληροφορίες σε έναν σκληρό δίσκο πρέπει αρχικώς να μεταφραστούν στον κώδικα που έχει φτιάξει η ομάδα. Στη συνέχεια μια μηχανή σύνθεσης DNA παράγει την αντίστοιχη αλληλουχία.

Δεν πρόκειται όμως για ένα μόνο μακρύ μόριο αλλά για πολλαπλά αντίγραφα τμημάτων DNA – το κάθε τμήμα φέρει πληροφορίες προκειμένου να «ξέρει» πού ακριβώς πρέπει να λάβει θέση στην αλληλουχία. Το γεγονός αυτό προσφέρει αφθονία στο σύστημα: σε περίπτωση που κάποια τμήματα χαθούν, τα στοιχεία δεν θα χαθούν μαζί τους.

Παράλληλα χρησιμοποιείται ο συμβατικός εξοπλισμός των εργαστηρίων μοριακής βιολογίας που «διαβάζει» το DNA των οργανισμών, προκειμένου να διαβαστούν οι πληροφορίες που είναι αποθηκευμένες στο DNA και να μπορούν να προβάλλονται σε οθόνη υπολογιστή.

Το τέλειο μέσο ψηφιακής αποθήκευσης

To DNA αποδεικνύεται ότι είναι το τέλειο μέσο ψηφιακής αποθήκευσης.

Το DNA θεωρείται ως το τέλειο μέσο ψηφιακής αποθήκευσης αρχείων καθώς μπορεί να έχει διάρκεια ζωής χιλιάδων ετών, δεν απαιτεί ηλεκτρισμό για να λειτουργήσει, ενώ δεν χρειάζεται παράλληλα να συντηρείται σε ειδικές συνθήκες (‘αγαπά’ πάντως να βρίσκεται σε σκοτεινά, κρύα και ξηρά σημεία). Όπως εξήγησε ο δρ Γιούαν Μπίρνι που συμμετείχε στην ερευνητική ομάδα «εάν διατηρήσουμε το DNA σε κρύο, ξηρό και σκοτεινό μέρος διαρκεί για πολύ μεγάλο διάστημα. Αυτό το γνωρίζουμε επειδή συχνά αποκωδικοποιούμε DNA μαμούθ πολλών χιλιάδων ετών το οποίο έχει διατηρηθεί από τύχη σε τέτοιου είδους συνθήκες».

Θεωρητικώς το DNA μπορεί να κωδικοποιήσει τεράστιους όγκους δεδομένων. Σε ένα γραμμάριο του γενετικού υλικού χωρούν περίπου δύο petabytes (1 petabyte = 1.125.899.906.842.624 bytes) – το αντίστοιχο τριών εκατομμυρίων CD. Αυτό σημαίνει ότι μπορεί να αποτελέσει μια πολύ καλή αποθήκη για τη φύλαξη τεράστιων ποσοτήτων πληροφοριών όπως αυτές που παράγονται σε καθημερινή βάση στο CERN ή σε άλλα μεγάλα επιστημονικά ιδρύματα.

Απαγορευτικά ακριβή διαδικασία

Οι ερευνητές παραδέχονται βέβαια ότι το κόστος σύνθεσης του DNA στο εργαστήριο καθιστά αυτή τη στιγμή την όλη διαδικασία απαγορευτικά ακριβή, υποστηρίζουν ωστόσο ότι μελλοντικά η πρόοδος της τεχνολογίας θα κάνει την προσέγγιση πιο φθηνή αποδεικνύοντας την τεράστια αξία της για την αρχειοθέτηση στοιχείων για μεγάλο διάστημα.

Δεν είναι πάντως η πρώτη φορά που το DNA χρησιμοποιείται ως αποθηκευτικό μέσο πληροφοριών. Για παράδειγμα πέρυσι ομάδα ερευνητών στις ΗΠΑ δημοσίευσε στην επιθεώρηση «Science» τα αποτελέσματα ενός παρόμοιου πειράματος στο πλαίσιο του οποίου οι ειδικοί από τη Βοστώνη αποθήκευσαν σε DNA ένα ολόκληρο βιβλίο.

Οι κολασμένες «πλεξίδες» του Ήλιου. NASA Telescope Captures Sharpest Images of Sun's Corona

NASA's High Resolution Coronal Imager telescope, or Hi-C, captured this high-resolution shot of the sun's outer atmosphere during a 10-minute suborbital spaceflight on July 11, 2012. CREDIT: NASA

Τα πρώτα εντυπωσιακά δείγματα γραφής του έδωσε το διαστημικό τηλεσκόπιο Hi-C (High-resolution Coronal Imager) που εκτοξεύθηκε τον περασμένο Ιούλιο με αποστολή την παρατήρηση των φαινομένων που λαμβάνουν χώρα στον Ήλιο και ειδικά στο στέμμα (το ανώτερο στρώμα) του μητρικού μας άστρου.

Μια από τις εντυπωσιακές εικόνες της τρομερής έκρηξης που κατέγραψε το Hi-C στον Ήλιο.

Το τηλεσκόπιο καταγράφει εικόνες υψηλής ανάλυσης και πιο συγκεκριμένα πέντε φορές υψηλότερης ανάλυσης από αυτές που έχουμε στη διάθεση μας μέχρι σήμερα από τον Ήλιο. Η NASA έδωσε στη δημοσιότητα εικόνες που κατέγραψε το Hi-C από μια πολύ ισχυρή έκρηξη που έγινε στον Ήλιο και παρήγαγε εντυπωσιακά φαινόμενα.

Παράγουν τρομερές θερμοκρασίες

Η μελέτη των νέων εικόνων από επιστήμονες της NASA αποδεικνύει την ύπαρξη στο στέμμα του Ήλιου των λεγόμενων «μαγνητικών πλεξίδων». Αυτές οι «πλεξίδες» δημιουργούνται όταν μικρές δέσμες του μαγνητικού πεδίου του Ήλιου τυλίγονται μεταξύ τους εξαιτίας του πλάσματος που στροβιλίζεται στην επιφάνεια του Ήλιου. Οι ειδικοί πιστεύουν ότι οι μαγνητικές πλεξίδες αυξάνουν τη θερμοκρασία στο στέμμα - υπολογίζουν ότι κατά τη διάρκεια του φαινομένου αγγίζει τους 4 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου! Στις εικόνες που κατέγραψε το τηλεσκόπιο οι «πλεξίδες» έφτασαν σε ύψος περίπου 150 χλμ. Η μελέτη δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «Nature».