Archive for the ‘fizica’ Tag

Spre viata „artificiala” – un pas mai departe   14 comments

Afirmam si in alte posturi aceasta evidenta: Viata – doar chimie si fizica !  Fiintele reprezinta un fenomen perfect natural, consecinta a cresterii complexitatii (locale, in conditii propice) materiei, pe traseul: supa de quarci, fotoni, atomi usori (H si He), stele de generatia 1, stele de generatia 2 + sistemele planetare, planete cu conditii favorabile, Viata.

Echilibrul fortelor nucleare si distributia particulara a electronilor in jurul diverselor nuclee atomice fac posibile un numar colosal de combinatii chimice, iar din unele din acele combinatii am evoluat noi. Caci toate fiintele sunt o colectie mai mare sau mai mica de substante aflate in permanente reactii chimice – facand schimburi de materie cu mediul si alimentate cu energie direct sau indirect de Soare sau alte astre.

Inteligenta umana (sa recunoastem, achizitie foarte recenta la scara evolutionista) a facut pasi importanti in deslusirea fenomenelor care „anima” o fiinta vie, principalele obstacole fiind multitudinea de procese bio-chimice si, mai ales, scara infinitezimala la care acestea se produc – scara la care nivelul nostru tehnologic abia acum a ajuns. Si pentru ca o problema cheie este sistemul de „asamblare” a fiintei din substante chimice comune, numeroase studii s-au axat pe studiul ADN.

Ce inseamna inca 2 baze ADN

In aceste domenii s-au facut progrese imense, dar sa nu uitam ca ABIA in 1953 a fost pus in evidenta ADN-ul ! De atunci am deslusit ca acesta este un lant dublu al unui polimer tinut legat de legaturile de Hidrogen ale unor „trepte”. In mod curios, aceste „trepte” sunt formate din doar 4 tipuri de baze azotate, celebrele Adenina, Citozina, Guanina si Timina. Si pentru ca acestea se pot lega chimic doar doua cate doua (A cu T si viceversa, G cu C si viceversa), rezulta ca dubla elice a ADN-ului este legata cu doar DOUA tipuri de perechi de substante chimice – legaturi care contribuie decisiv la procesul de duplicare exacta a ADN-ului in procesul de multiplicare a celulei.

Ei bine, dupa marele succes al lui Craig Venter – care a reusit sa anime o bacterie inlocuindu-i ADN-ul original cu unul „artificial” asamblat in vitro din segmente disparate, o echipa de cercetatori de la Scripps Research Institute (SUA) au anuntat in revista Nature ca au introdus cu succes o a TREIA pereche de baze azotate in ADN-ul unei bacterii Escherichia coli (aceeasi E-coli care produce infectii intestinale si urinare), iar bacteria s-a reprodus si a functionat normal cu codul modificat !

Mai exact, reusise  introducerea acestor noi baze azotate inca de acum cativa ani, dar mecanismele celulare de intretinere nu reparau si aceste „exo-trepte”, astfel incat ele dainuiau putin si nu erau transmise urmasilor. Problema a fost solutionata prin scufundarea celulei intr-o solutie continand noile baze si adaugarea unei substante cu rol de caraus intra-celular – intocmai cum se intampla in procesul natural. In aceste conditii, ADN modificat a fost reparat si duplicat corect, singurul motiv pentru care nu era transmis pe termen lung urmasilor fiind cel evolutionist: nu exista si SCOPUL biologic pentru care bacteria sa mentina aceasta modificare ! Caci se stie, secventele ADN au rolul principal de a codifica fabricarea unor proteine necesare organismului.
De aceea, urmatoarea tinta a cercetatorilor este aceea de „a upgrada” modificarile ADN astfel incat acesta sa produca proteine utile organismului, iar de aici se intrevede o uriasa gama de aplicatii medicale, industriale, protectia mediului, etc.

Ca sa zugravim realist situatia, trebuie sa subliniem ca mai avem pana la a „produce” o fiinta vie de la zero, in aceasta etapa invatam sa manipulam „softul unui computer”, n-am construit si computerul ! Deocamdata, experientele asupra ADN folosesc ca echipament de testare si replicare mecanismele celulare naturale – care la randul lor prezinta un grad mare de complexitate. Dar ideea este ca se apropie momentul in care vom „fabrica” o fiinta de la zero, din substante chimice banale. Si iata, nu numai copiind o solutie naturala/terestra, ci INVENTAND unele noi !

Sa abordam si acest punct de vedere – ingineria ADN merge spre fundamentele microscopice ale Vietii si exista voci tematoare care ridica probleme de etica si securitate biologica, cerand o legislatie mai restrictiva. Parerea mea este ca ORICE ESTE POSIBIL SE VA INTAMPLA, orice poate fi descoperit va fi descoperit,  indiferent cate baraje legale incerci sa ridici. De aceea, cred ca este mai constructiv ca cercetarea sa ramana „la vedere”, pentru a asigura macar respectarea normelor generale de biosecuritate.

Mica Modificare

Bun, acest pas inainte spre deslusirea mecanismelor celulare conduce la cateva concluzii:

1. Cum am mai spus, si aceasta comunicare stiintifica demonstreaza ca deslusirea functionarii unui organism viu este pur si simplu o chestiune tehnica, inginerie biochimica ! Nu este nimic misterios, va veni negresit ziua cand vom stii TOT despre aceste mecanisme biologice, si inca va veni repede. Un organism este o „adunatura” de substante chimice asezate la locul potrivit, iar odata puse acolo functioneaza „de la sine” datorita legilor Universului ! 

Negresit, aceste cunostinte deschid o cutie a Pandorei, dar ca si in cazul altor descoperiri (vezi energia nucleara) totul depinde de cum sunt utilizate, iar progresul stiintific nu poate fi oprit. De pilda, poate ca ar trebui sa ne bucuram ca nu traim vremea cand orice scolar poate crea un virus letal in laboratorul scolii, dar poate sa ne para si rau ca nu am apucat acele vremuri cand durata medie a vietii va fi de 300 de ani ! 🙂

2. Mai exista o perspectiva: ne gandim ca Natura terestra s-a „chinuit” 3,5 MILIARDE de ani sa „produca” o fiinta inteligenta, plus multitudinea celorlalte minunate adaptari naturale. Dar iata ca NOI, stim deja sa construim lucruri mai performante decat cele naturale ! E adevarat ca de multe ori solutiile naturale ne-au fost model si Natura „ne da inca lectii”, dar sa privim viitorul, creatiile noastre vor depasi limitele biotopului terestru (daca nu o si fac deja), vor depasi limitele programate prin ADN !  Evolutia biologica nu mai este de ajuns pentru noi – trecem la evolutia tehnologica  – si cate oare nu se vor schimba radical ?! (amendament: o evolutie tehnologica poate fi privita ca o etapa extinsa a evolutiei biologice).

3.  In al treilea rand, sa observam ca acest succes arata ca Viata – asa cum o stim noi de pe Terra – nu este o solutie unica, ci admite diverse variante constructive (din ce stim pana acum, se pare ca toate fiintele terestre functioneaza cu acelasi mecanism ADN, de la elefant la cea mai mica bacterie – dovada ca toate au evoluat din aceeasi bacterie). In mediul terestru, probabil din motive de abundenta, ADN-ul contine doar doua perechi de perechi de baze azotate. Dar iata ca se poate si cu 3 si probabil cu mult mai multe baze. Poate ca exista Viata si fara baze, poate si fara ADN, poate si fara multiplicare, etc. Iar acest lucru ne arata, brrrr,  cat de raspandita trebuie sa fie Viata in Univers si multitudinea uriasa de posibilitati ! Iar pe mine unul, zau ca aceasta concluzie nu ma entuziasmeaza deloc, daca stim un lucru sigur despre Viata, stim ca ea este un fenomen foarte competitiv …

 

Reclame

Premii Nobel 2012: Fizica   2 comments

Francezul Serge Haroche, reprezentand „Collège de France/ École Normale Superieure” din Paris, Franţa, si americanul David J. Wineland reprezentand „National Institute of Standards and Technology (NIST)/ University of Colorado Boulder”,  USA – ambii în vârstă de 68 de ani – sunt laureatii pe 2012 ai Premiului Nobel, pentru dezvoltarea unor metode revolutionare care permit masurarea si manipularea sistemelor cuantice individuale.

Principiul experimentului Wineland

Si acum, haideti sa deslusim un pic ce va sa insemne asta:

– primul lucru de subliniat este ca vorbim de misterioasa lume cuantica – adica de structura intima a Lumii, a Universului. Universul in care traim, care este construit ca un joc de Lego din niste piese infinitezimale ale caror comportamente sunt inca putin cunoscute ! Se pare ca TOTUL este construit din piese discrete, chiar si spatiul-timp – desi el pare continuu la scara noastra de observatie !

principala problema in studierea lumii cuantice este dimensiunea infinitezimala a caramizilor componente, caramizi despre care s-a stabilit ca au simultan caracteristici de corpuscul si de unda – fara sa fie de fapt nici una nici alta in termenii fizicii clasice. Pentru a putea masura fenomenele cuantice este nevoie de un instrument – numai ca instrumentul (oricare ar fi el, fie si ochiul uman) este format la randul lui din colectii de particule cuantice care vor interfera inevitabil cu fenomenul cuantic studiat ! Aceasta este problema pe care au reusit sa o depaseasca in mare masura cei doi premianti Nobel !

– ca lucrurile sa fie si mai complicate, se adauga strania caracteristica a particulelor cuantice de a se afla in mai multe stari simultan (superpozitie cuantica – vibratie intre stari), situatie in care fizicienii evalueaza fenomenele cuantice utilizand probabilitati. Chestiunea asta este foarte greu de transpus in acceptiunea curenta a realitatii tangibile cu care suntem obisnuiti, iar un exemplul celebru este Pisica lui Schroedinger – care vibreaza si ea intre doua stari posibile, fiind in acelasi timp vie si moarta, iar daca deschidem cutia sa o observam producem asa-numitul colaps al functiei de unda (si a probabilitatii corespunzatoare), interferand cu procesul cuantic observat. Evitarea acestui efect nedorit a fost preocuparea celor doi fizicieni amintiti.

Foarte pe scurt, iata care sunt principiile tehnicilor pe care le-au utilizat cei doi fizicieni pentru a masura caracteristicile unor particule de dimensiuni cuantice fara a le perturba:

Principiul experimentului Haroche

 1.Wineland a capturat ioni de beriliu intr-o capcana electromagnetica , asigurand conditii de vid si temperaturi apropiate de zero absolut (prag imposibil de atins, atunci chiar si vibratiile particulelor inceteaza). Utilizand fascicule laser de mare precizie pentru a suprima vibratia termica a ionilor, echipa lui Wineland a adus particulele fix intre doua stari energetice, in superpozitie/suprapunere cuantica (probabilitati egale de a ocupa cele doua stari energetice), efectuand masuratori asupra acestora fara a le deranja starea cuantica.

Cu metoda folosită de Wineland s-ar putea construi un ceas extrem de precis, folosind oscilatia a 2 atomi capturati in capcana pusa la punct de cercetatorul american; unul dintre ioni ar fi folosit ca mecanism de ceas iar celalalt, prin cuplaj cuantic, ar fi folosit ca cititor al ceasului. Acest orologiu cuantic s-ar abate cu doar 5 secunde in masurarea timpului scurs de la Big Bang pana astazi, fiind de o suta de ori mai precis decat ceasurile cu cesiu pe care le folosim la ora actuala.

Masurarea ultraprecisa a timpului nu este un moft, ci are aplicatii extrem de importante in determinarea caracteristicilor spatiului-timp, cum sunt de pilda efectele relativiste si undele gravitationale – ultimele inca nedepistate experimental.

2. Haroche si echipa sa au capturat fotoni intre doua super-oglinzi de niobiu supraracite pana in apropiere de zero absolut. Fotonii au suferit reflexii repetate timp de o zecime de secunda (record absolut) inainte de a fi pierduti sau absorbiti de materialul oglinzilor, timp in care parcurg 40.000 de km ! Aceasta „gaselnita” tehnologica ofera timpul necesar cercetatorilor pentru a masura caracteristicile fotonului, utilizand ca „traductor” atomi de un tip special (atomi Rydberg) cu stare cuantica cunoscuta. In situatia in care acestia s-au ciocnit cu fotonul, se produce o modificare in starea cuantica a atomului, deci pot fi masurate caracteristicile fotonului fara a-l distruge, asa cum se intampla in multe din experimentele cuantice anterioare.

Una din cele mai importante aplicatii ale experimentelor lui Haroche ar putea fi perfectionarea promitatorului computer cuantic – o sa dezvolt ideea in alt post, dar cel mai important este ca deschide poarta masuratorii obscurelor fenomene cuantice.

In incheiere, as vrea sa-mi manifest satisfactia ca experimentele celor doi cercetatori mi-au confirmat o impresie personala – interferentele care produc colapsul functiei de unda (iesirea din superpozitie) sunt de natura fizica si n-au nimic ezoteric, cum vehiculau diversi exaltati pe unele forumuri. A bantuit o vreme ideea caraghioasa ca cica „constiinta” observatorului uman ar produce colapsul functiei de unda – mai fratilor, „constiinta” asta nu este ceva absolut, este doar o proiectie a functiilor creierului uman, iar noi suntem doar o biata creatura primitiva locuind o stanca pierduta intr-o periferie a Universului !

Corifei ai stiintei – Niels Bohr   Leave a comment

Azi il sarbatorim pe Niels Bohr – unul din fizicienii care au influentat decisiv secolul 20.  Haideti sa punctam cateva momente biografice:

Omagiu filatelic

– Nascut in 1885, in Copenhaga/Danemarca, fiul al lui Ellen Adler (dintr-o familie de evrei bogati) si Christian (luteran – profesor de psihologie).

– Initial student in filozofie si matematica al Universitatii din Copenhaga, la 20 de ani vireaza catre fizica – in care obtine doctoratul (1911) lucrand in celebrul laborator Cavendish din Cambridge cu Joseph John Thompson – descoperitorul electronului.

– In anul 1916 devine profesor al Universitatii din Copenhaga iar in 1921 fondeaza cunoscutul Institut de Fizica Teoretica din Copenhaga – pe care l-a condus pana la moartea sa survenita in 1962. Acest Institut a devenit Mecca cercetarilor europene interbelice, multi oameni de stiinta trecand pe acolo in diferite perioade.

In acest punct trebuie sa facem referire la contextul stiintific referitor la inceputurile mecanicii cuantice;

–  La acel moment istoric exista un impas – in conditiile in care lumina era considerata a avea caracter exclusiv electromagnetic nu putea fi explicata distributia spectrala a radiatiei corpului negru.  Planck arata in 1900 ca aceasta dificultate poate fi depasita daca se admite ca schimburile de energie intre materie si radiatie se fac in mod discret, in cuante de energie cu valori prestabilite. Confirmarea vine in 1905 din partea lui Einstein – care explica caracterul cuantic al efectului fotoelectric. Acesta este inceputul mecanicii cuantice;

– Una din preocuparile majore ale acelor ani era structura atomului. In 1911, Rutherford (prieten al lui Bohr) propune primul model al atomului cu similitudini planetare – aratand ca exista un nucleu de mici dimensiuni in jurul carora se invarteau circular electronii. Numai ca modelul lui nu explica de ce electronii nu cad in cele din urma pe nucleu si isi mentin orbitele stabile (intrebare naiva care apare si astazi des pe net 🙂 si nici spectrul energetic in benzi emis de fiecare element chimic).

Fiul lui Niels Bohr, Aage – Laureat al premiului Nobel

Niels Bohr este acela care a aplica pentru prima data teoria cuantica la nivelul atomului (1913), explicand ca electronii pot avea orbite circulare stabile in jurul nucleului in conditiile in care au anumite valori ale energiei – niveluri/benzi energetice care conduc in final la liniile spectrale dovedite experimental (generate atunci cand electronii sar de pe o banda pe alta), electronul mentinandu-se pe orbita prin egalarea a doua forte opuse cunoscute din mecanica clasica : atractia electrostatica si forta centrifuga. Modelul Bohr avea imperfectiuni, explicand exact doar atomii/ionii care aveau numai un singur electron.

– Fizicianul german Arnold Sommerfeld perfectioneaza in 1915 modelul Bohr si arata ca orbitele pot fi si eliptice, nu numai circulare – in fapt fiecarei orbite circulare cu numar cuantic „n” revenindu-i „n-1” orbite eliptice cu excentricitati („turtire”) diferite. Nici acest model nu putea explica caracteristicile tuturor atomilor – fiind o amestecatura de mecanica clasica cu mecanica cuantica. Schrodinger este cel care face pasul decisiv in 1926, demonstrand caracterul ondulatoriu al miscarii electronului in atom, energia totala a oricarei particule in miscare fiind suma dintre energia cinetica si cea potentiala – din ecuatia rezultata reiesind exact valorile energetice ale orbitelor starilor stationare.

Sa revenim la biografia lui Niels Bohr:

– In 1912 se casatoreste cu Margrethe Norlund care-i daruieste sase fii (!!), al patrulea, Aage urmandu-si tatal la Institut si primind in 1975 premiul Nobel impreuna cu alti doi fizicieni – pentru contributiile la studiul nucleului atomic.

– In 1922 Bohr primeste premiul Nobel pentru fizica „Pentru serviciul în studiul structurii atomilor și a radiațiilor emanate de aceștia.” Tot in acea perioada, Bohr si colegii cautau elementul lipsa cu numarul atomic 72 pe baza predictiilor lui Bohr asupra caracteristicilor elementelor din tabelul periodic in viziunea noului model atomic. In 1923 teoria se confirma in practica, descoperind noul element si numindu-l „HAFNIU” – numele latin al Copenhagai.

Bohr si Einstein la discutii

– Lucrand chiar la Institut, in 1927 Heisenberg emite principiul incertitudinii cuantice iar Bohr enunta principiul complementaritatii – baze ale „interpretarii Copenhaga” valabila si astazi. Desi prieteni, Bohr a avut in acei ani o celebra disputa cu Einstein. Sustinand incertitudinea cuantica ca si caracteristica a naturii, Bohr a primit celebra replica a lui Einstein (care nega vehement aceasta posibilitate si care l-a acuzat de misticism stiintific) – „- Bohr, Dumnezeu nu joaca zaruri !„. Acesta a replicat in felul urmator: „-Einstein, nu-i spune tu lui Dumnezeu ce sa faca !„. In paranteza fie spus, aceasta dilema nu este rezolvata deplin nici pana in ziua de astazi ! (o sa revin cu un post la subiect).

– In 1938, fizicienii germani Otto Hahn si Fritz Strassmann descopera experimental fisiunea atomului de Uraniu – initiind Era atomica ! Explicatia teoretica avea sa fie data si confirmata experimental curand de doi fizicieni austrieci – Meitner si Frisch care lucrau la Institut.  Bohr a anticipat imediat posibilitatea construirii unei bombe atomice si era foarte ingrijorat privind progresele fizicienilor germani sub conducerea nazista (chiar si Heisenberg lucra pentru nazisti !).

– In 1940 Danemarca este ocupata de nemti, dar Bohr refuza sa plece din sentimente nationaliste, desi era curtat de englezi si americani – chiar numindu-l „las” pe Einstein, ajuns deja in SUA. In 1943 guvernul colaborationist danez refuza sa mai colaboreze cu fortele de ocupatie, situatia deteriorandu-se brusc. In aceste conditii, Bohr fuge impreuna cu familia sa in Suedia si apoi ajunge la aliati. Convins de necesitatea realizari bombei atomice ca mijloc de echilibrare a fortelor in razboi, lucreaza cateva saptamani la Los Alamos.

– Revenit dupa razboi acasa, Bohr este intampinat ca un erou si primeste o importanta medalie. Urmand logica descurajarii nucleare, Bohr considera ca toate puterile lumii (in special Rusia – ramasa in urma in acei ani) trebuie sa cunoasca principiile bombei atomice – in acest sens facand demersuri la ONU, la presedintele american si la prim-ministrul britanic – dar nu face decat sa fie privit ca suspect.

– In anii care au urmat a condus in continuare Institutul si a fost implicat in dezvoltari stiintifice in Danemarca (Institutul Nordic de Fizica Atomica-Nordita, Centrul de cercetare nucleara Riso, Roskilde). Pe plan international, remarcam contributia lui la initierea CERN -Centrul European pentru Fizica Experimentala cu Particule – Geneva, Elvetia.

Incredibil – Ministerul Invatamantului colaboreaza cu Discovery Channel !   Leave a comment

Am citit pe Agerpres o stire incredibila, Funeriu a incheiat un protocol de colaborare cu Discovery Network privind utilizarea optionala in scoala a unor cursuri televizate ! Iata textul intreg :

Discovery Channel - lumina stiintei

Discovery Channel - lumina stiintei

Ministrul Educaţiei, Daniel Funeriu, a prezentat duminică proiectul „Şcoala Discovery„, dezvoltat în România de Discovery Networks, în parteneriat cu Ministerul Educaţiei. Acest proiect constă în prezentarea, începând cu data de 16 ianuarie, pe Discovery Channel, de la ora 14,00, zilnic, a câte unui program educaţional.

 Luni va fi prezentat programul de matematică, marţi cel de chimie, miercuri de biologie, joi de fizică, iar vineri, alte ştiinţe.

„Fiind eu însumi un om de ştiinţă, ştiu foarte bine din experienţă cât de important este să prezinţi într-un mod atractiv lucruri care puse pe tablă pot să pară foarte aride. Susţin în mod evident un astfel de program. Scopul parteneriatului pe care îl anunţăm astăzi este diversificarea resurselor de învăţare pentru profesori şi elevi. Această diversificare este menită să întărească efectul mijloacelor tradiţionale ale învăţării şi nu să se substituie lor”, a spus Funeriu.

El a adăugat că prin forţa imaginilor prezentate pe Discovery Channel şi prin calitatea deosebită a conţinuturilor prezentate elevii vor fi sprijiniţi să înveţe mai bine şi să-şi facă lecţiile mai uşor.

„Astăzi este pentru prima dată când Ministerul Educaţiei intră în parteneriat cu o reţea globală de televiziune dispusă să îşi ofere resursele pentru atingerea unui obiectiv comun, susţinerea educaţiei ştiinţifice şi utilizarea resurselor de tip nou în şcoli. Acest parteneriat nu implică niciun cost pentru Ministerul Educaţiei”, a mai spus ministrul Educaţiei.

Programele sunt adaptate pentru clasele V-XII, iar conţinuturile sunt special gândite pentru România, astfel încât să existe congruenţă între ceea ce fac elevii la şcoală, lecţiile propriu-zise şi ceea ce vor vedea pe ecran.Ministrul Funeriu a afirmat că se va specifica pentru fiecare program în parte pentru ce clasă este adaptată emisiunea. 

O altă componentă a proiectului este site-ul scoala.discovery.ro unde se vor găsi toate materialele complementare fiecărei emisiuni necesare profesorilor, elevilor, dar şi părinţilor.

Funeriu a precizat că există în acest moment 110 şcoli din România, din toate judeţele, în care, într-o primă fază, profesorii vor fi formaţi pentru utilizarea resurselor de pe site-ul şcoala.discovery.ro şi pentru metodele de predare aferente.

„În cele 110 şcoli vom monitoriza creşterea rezultatelor elevilor la ştiinţe în urma aplicării acestei program. Utilizarea la clasă a acestui program este opţională pentru profesori şi elevi, dar ministerul recomandă directorilor şi profesorilor să beneficieze de această alocare a resurselor. Lecţiile prezentate pot fi vizionate acasă sau la şcoală, în funcţie de cum hotărăşte unitatea de învăţământ. Programul va evolua în permanenţă în funcţie de reacţiile profesorilor şi elevilor”, a mai spus Funeriu.

Ministrul Educaţiei a spus că mesajul său către Discovery este „ştiinţa este cool„, iar programul lansat duminică este destinat „să incite elevii şi profesorii să meargă către ştiinţe”.

Domnule ministru, aveti o bila alba de la mine, dar ca sa va votez la anul mai trebuie sa faceti o mica modificare in programa vis-a-vis de disciplina „Religie” : fie sa se faca doar la cererea expresa a parintilor, fie sa se prezinte o Istorie a Religiilor – domeniu in care il avem pe marele Eliade.

Latul se strange pentru bosonul Higgs !   Leave a comment

In cadrul unui seminar stiintific tinut la CERN – Geneva saptamana trecuta, au fost anuntate ultimele rezultate ale febrilei vanatori ale particulei-Dumnezeu, identificarea particulei Higgs ar fi de o importanta comparabila cu relativitatea lui Einstein !

Bosonul Higgs joaca un rol important si in cosmogonie, se pare ca el ar fi cauza "slabiciunii" fortei gravitatiei fata de celelalte 3 forte !

Am mai scris pe aceasta tema, punctez ideile principale:

– preconizata teoretic inca din 1964 de fizicianul scotian Peter Higgs, aceasta particula are cel putin doua semnificatii colosal de importante – valideaza actuala viziune asupra sistemului particulelor fundamentale al Modelului Standard si explica un fenomen pe cat de comun pe atat de misterios- de ce materia are masa !

-se pare ca aceste particule formeaza un camp atotcuprinzator similar unei panze de paianjen, celelalte particule fiind incetinite de interactiunea cu bosonii Higgs – astfel aparand efectul de masa !

– pana de curand, tehnologia umana nu atinsese performanta necesara depistarii acestei particule, fiind necesare ciocniri la acceleratii foarte apropiate de viteza luminii, de pilda acceleratorul american TEVATRON n-a urcat decat pana la 120 GeV. Dar de cativa ani avem colosalul experiment international de la CERN, care in 2011 a urcat usor-usor spre domeniile energiilor unde ar fi trebuit sa apara fantomaticul Higgs.

Iata care este stadiul actual al experimentelor:

– in cursul anului 2011, la CERN, in cadrul experimentelor paralele ATLAS si CMS s-au cules date considerate ca „promitatoare„, date care au intrat in etapa de analiza statistica. Trebuie stiut ca tehnologia utilizata este la limita superioara, aceste particule fiind efemere si extrem mici, practic nefiind inregistrate direct ci indirect, prin intermediul efectelor lor ! La aceasta sensibilitate uriasa apar inerent si semnale false, care trebuie filtrate prin diverse tehnici, in final precizia rezultatelor trebuind sa se incadreze in limite statistice acceptabile.

Acul din carul cu fan: care din aceste traiectorii este cea a particulei Higgs ?

– cu ocazia seminarului de care vorbeam la inceput, s-a comunicat ca experimentul ATLAS a depistat „evenimente” in intervalul 116-130 GeV, iar experimentul CMS a depistat evenimente in intervalul 115-127 GeV – fapt imbucurator, caci arata ca rezultatele ambelor experimente sunt convergente – indicand o masa a bosonului Higgs in jur de 125 GeV !

– problema este ca precizia rezultatelor obtinute nu a crescut suficient pentru a trage concluzii definitive, fiind necesare inca aproximativ 6-12 luni pentru rezultate mai precise !

Trebuie apreciat pana la ce culmi a ajuns inteligenta umana in asa putin timp, fiind foarte aproape sa deslusim din ce este compus Universul la nivel fundamental – adica la nivelul particulelor cu adevarat indivizibile si al fortelor fundamentale ! In ritmul acesta, nu ne mai trebuie decat cel mult 100 de ani pentru a afla si raspunsul la intrebarea ultima: „Ce fenomen a nascut Universul?”

Pe de alta parte, in secolul XXI inca mai mor oameni in numele unor false zeitati, luna trecuta, in Arabia Saudita a mai fost executata o „vrajitoare„!

In context, m-am plictisit de ignoranta „jurnalistilor” de la principalele portaluri de stiri care tot mai folosesc in articole sintagma „Particula lui Dumnezeu”! Bai fratilor, va mai spun o data povestea, poate ca o sa va aflati si voi cum stau lucrurile:

Bosonul Higgs a fost numit „particula-dumnezeu” (si NU  „particula lui dumnezeu” !) de către laureatul premiului Nobel, Leon Lederman. De fapt, in textul trimis spre publicare el a folosit expresia „‘the goddamn particle” (=aceasta particula blestemata ! ) – aluzie la faptul ca aceasta particula era atat de greu de identificat – dar editorul lui l-a „cenzurat” scriind „god-particle” (=particula-dumnezeu) ! Acest lucru a fost relatat de insusi Peter Higgs ! Dupa cum se vede, termenul n-are nicio conotatie religioasa, fiind doar o exclamatie de naduf a carei forma neaosa n-a putut fi publicata ca atare in scortosul mediu academic britanic !

Va sfarsi lumea in foc sau gheata ?   Leave a comment

Viitorul alternativ al Universului

Saptamana trecuta s-au acordat niste Nobeluri (il stiti, premiul cetateanului-dinamita care s-a pocait la batranete), as vrea sa vorbim un pic despre premiile pentru fizica, chimie si medicina.

1. Prin anii ’20 ai secolului trecut, Edwin Hubble (confirmat si de alti astronomi) a constatat ca spectrul radiatiei provenind de la galaxii se deplaseaza spre rosu. Conform efectului Doppler, a rezultat o concluzie uluitoare pentru acele vremuri: aproape toate galaxiile se departeaza de noi ! Mai mult, a demonstrat ca exista o proportionalitate intre variatia spectrului electromagnetic al unei anumite galaxii și departarea acesteia de planeta noastra – rezultand ceea ce numim astazi „constanta lui Hubble(v = H x d, unde v=viteza, H= constanta si d=distanta). Consecinta a fost colosala pentru intelegerea realitatii: mergand inapoi in timp, Universul era din ce in ce mai mic – pana la singularitatea care a erupt in Big-Bang !

Bun, cunoastem trecutul, dar viitorul ? Va incetini oare vreodata expansiunea Universului si, inversandu-si sensul, vom pieri intr-un fierbinte Big Crunch ? Sau expansiunea va continua la infinit, Universul devenit tot mai intunecat si rece, va sfarsi inghetat pe vesnicie ? Raspunsul la aceasta intrebare ar fi destul de simplu de calculat daca am cunoaste precis compozitia/densitatea Universului.

De la descoperirea lui Hubble, tehnica a avansat si astronomii au inceput sa calculeze viteza de expansiune a unor galaxii din ce in ce mai indepartate.  Incepand din 1998 grupurile de cercetare High-z Supernova Search Team si Supernova Cosmology Project a publicat masuratorile facute pentru cateva supernove extrem de departate – rezultand o concluzie extrem de importanta: Galaxiile departate sunt accelerate mai mult decat prevedea legea lui Hubble, Universul este cuprins de o dilatare accelerata !

Acest fenomen nu concorda cu observatiile de pana atunci. In ultimii ani, chiar se descoperise o noua forma misterioasa a materiei din univers – „materia intunecata„, cea care, desi invizibila optic, „strange” galaxiile si care, ca orice forma a materiei, are  efect de franare a expansiunii !

Castigatorii Premiului Nobel de anul acesta, Brian Schmidt, Adam Riess si Saul Perlmutter au lansat ideea „energiei intunecate” – o forma stranie de energie, care nu a fost inca observata direct, dar care explica efectul de expansiune accelerata a Universului. Pana nu se va lamuri care este continutul real al Universului nu se va putea raspunde cu certitudine la intrebarea din titlu, dar va promit daca se afla o sa va anunt daca este cazul sa va pregatiti subele sau costumele de baie 🙂 ! Cei trei cercetatori isi pregatesc precis costumele de baie, pentru ca au impartit (25:25:50) 1, 44 milioane de dolari !

Model cvasicristal

2. In dimineaţa zilei de 8 aprilie 1982, Daniel Shechtman (profesor la Institutul de tehnologie al Israelului) a observat sub microscopul electronic o imagine care parea ca incalca legile cunoscute ale naturii. Pana atunci, se stia ca atomii dintr-un cristal sunt asezati in modele simetrice, repetate periodic. Shechtman a descoperit un cristal ai carui atomi erau asezati simetric, dar nu exista un model repetitiv ! (cam cum arata fractalii !) . Distanta dintre atomii cvasicristalelor lui Shechtman respecta raportul de aur, „fi”, primul numar irational descoperit in istorie (de Euclid). Cine isi mai aduce aminte de clasele gimnaziale stie ca acest numar are un numar infinit de zecimale care nu se repeta niciodata (neperiodic) !

Oamenii de stiinta sunt formati sa fie sceptici definitoriu (bine fac !) si initial au respins afirmatiile lui Shechtman. Ulterior, au fost nevoiti sa-si ceara scuze,  fiind create si alte tipuri de cvasicristale in laborator. Apoi au fost descoperit cvasicristale naturale într-un rau din Rusia, iar o compania suedeză a descoperit cvasicristale intr-un anumit tip de otel cu caracteristici extrem de dure. Cercetarile sunt in plin avant, aplicatiile cvasicristalelor fiind nenumarate !! Pentru serviciile aduse umanitatii, Daniel Shechtman a primit Premiul Nobel pentru Chimie, o diploma insotita de 1,44 milioane de dolari !

Un manual pentru multe generatii de studenti !

3. Bruce A. Beutler, Jules A. Hoffmann si Ralph M. Steinman, laureatii Nobelului pentru medicina de anul acesta au revolutionat intelegerea sistemului imunitar, relevand noi principii privind raspunsul acestuia la atacurile „inamice” si „prietene”.  Beutler si Hoffmann au fost premiati pentru cercetari referitoare la activarea imunitatii innascute, iar Ralph M. Steinman pentru descoperirea celulei dendritice si a rolului ei in imunitatea adaptiva.

Se stia deja ca omul are doua sisteme imunitare, cel innascut si cel adaptiv. Cel innascut nu este personalizat si nu are memorie dar este rapid si puternic, actionand pentru blocarea infectiei, provocand, de pilda, tumefieri,  inrosiri si cresterea temperaturii.

Daca microorganismele trec de acest baraj, intra in functiune un al doilea sistem imunitar, mai lent dar foarte inteligent, care „citeste” invadatorii prin intermediul unor celule dendritice, producand apoi anticorpii adecvati prin intermediul celulelor de tip T si B.

Acest al doilea sistem are memorie, iar organismul va reactiona a doua oara mult mai repede (pe acest principiu bazandu-se vaccinurile).

Pentru ca omul nu este un mecanism perfect (inca o dovada ca nu are o natura „divina”, fiind rezultatul unui experiment mai mult sau mai putin reusit al naturii), problemele apar cand aceste sisteme reactioneaza prea slab (provocand infectii mortale, metastaze cancerigene, etc) sau excesiv (nerecunoscand si atacand celule „prietene” – cum se intampla in cazul astmului, poliartritei reumatoide si maladiei lui Crohn). Cercetarile laureatilor de anul acesta au deschis noi directii in dezvoltarea preventiei si tratarii infectiilor, a cancerului si a bolilor inflamatorii autoimune – reprezentand practic 3 sferturi din bolile de care sufera omul.

Premiul Nobel pentru medicina are o valoare de 10 milioane de coroane suedeze (1,08 milioane de euro), jumatate din suma fiind impartita de Beutler si Hoffmann, cealalta jumatate revenindu-i lui Steinman.

Din pacate, Ralph Steinman a trecut in nefiinta la varsta de 68 de ani, cu numai 3 zile inainte de a afla vestea obtinerii Premiului Nobel. Potrivit regulamentului, premiul nu se acorda postum, dar anul acesta Comisia a facut o exceptie, numele lui adaugandu-se la cele ale altor titani ai stiintei premiati din 1901 incoace.

PS: Se mira un amic: nu exista viata dupa moarte ? Atunci care mai este scopul vietii ?  Scopul natural programat este dainuirea speciei din care faci parte, in particular si a vietii ca sistem de organizare a materiei/energiei, la modul general. Muncind pentru tine, pentru familia ta, pentru tara ta si pentru umanitate – nu faci decat sa-ti indeplinesti acest rol ! Exact ce fac si aceste varfuri, au muncit pentru ei si pentru Umanitate, iar Umanitatea i-a recompensat prin intermediu unui premiu lasat mostenire de alt cercetator – care imbogatit dintr-un compus distrugator (dinamita), a considerat de cuviinta sa construiasca post-mortem.

Morala de final imi aduce aminte de o gluma din vremea socialismului biruitor: intr-un schimb de experienta romano-japonez, conationalul nostru era foarte nedumerit de sarguinta excesiva a japonezului:

– Da’ pentru cine lucrezi tu ca un disperat ?, il intreaba pe asta mic, galben si cu ochii oblici.
– Pai, pentru mine, pentru patron, pentru Imparat si pentru Japonia !
– Aaaa, pai tu esti un fraier ma, eu lucrez doar pentru mine – caci patron n-avem, imparat n-avem si de ce mi-ar pasa mie de Japonia ?!?

A fost descoperit Bosonul Higgs ?   Leave a comment

Revenit dintr-un „segment” de vacanta, trebuie sa va semnalez un eveniment stiintific important, care ne-ar putea schimba conceptia despre lumea in care traim..

Dupa cum anticipam si in alt post, ne aflam in proximitatea unei descoperiri epocale, comparabila cu legile atractiei universale sau descoperirea electronului, ba poate chiar si mai importanta decat atat !
Vineri 22 iulie 2011, două echipe separate de cercetatori care lucrează cu LHC la CERN (Geneva) cu detectori diferiti (un fel de aparate foto de rezolutie si viteza uriase) au anuntat emotionati obtinerea unui mare volum de „evenimente” concentrat in intervalul 130 – 150 GeV. Noile date obtinute ar putea contine dovada existentei obiective a unei particule fundamentale (sau a mai multora !) preconizata teoretic inca din 1964 de fizicianul scotian Peter Higgs – particula care constituie o cheie de bolta a Modelului Standard –  actuala viziune a fizicii particulelor !

Interval energetic asteptat pentru bosonul Higgs (credit: wikipedia.org)

Cercetatorii mai au inca de lucru pentru a verifica daca datele experimentale obtinute corespund mecanismelor teoretice asteptate sau ar putea exista o alta explicatie – se estimeaza un necesar de 18 luni. Miza este enorma, demonstrarea existentei bosonului Higgs ar completa elegant actualul esafodaj al fizicii particulelor si ar explica diverse fenomene fundamentale, printre care si cauza pentru care materia are masa ! Dar si demonstratia inexistentei acestei particule ar fi de importanta colosala, ar „zgaltai” din temelii actuala fizica nucleara – care ar trebui regandita fundamental diferit…

Pentru cine nu are clar cu ce se ocupa mii de fizicieni in subteranele CERN (cheltuind miliarde de euro in plina criza economica), o sa incerc sa explic in doua cuvinte. Incepand cu ultima parte a secolului al XIX-lea, oamenii de stiinta au dezvaluit structura atomului (candva socotit indivizibil) – descoperind intai electronul, apoi constituentii nucleului atomului – protonii si neutronii. Dar, surpriza, in 1961 s-a descoperit ca protonii si neutronii sunt si ei divizibili (in diferite tipuri de quarci) – astfel a inceput cursa pentru identificarea particulelor cu adevarat fundamentale.

Ei bine, aceasta nu este deloc o misiune usoara, cel putin din urmatoarele motive:

-aceste particule sunt infinitezimal de mici si nu pot fi vazute direct, sunt puse in evidenta doar urmele traiectoriilor lor in asa- numitele „camere cu ceata„. Odata obtinute aceste imagini ale unor ciocniri multiple, trebuie analizate teoretic pentru a verifica respectarea legilor fundamentale – de pilda cum este cea a conservarii energiei. Treaba asta necesita computere puternice si foarte multa munca – analiza rezultatelor unui experiment putand sa dureze luni si ani!

Traseele ciocnirilor particulelor subnucleare

– apoi, pentru ca aceste particule sa fie „extrase” din atomi, trebuie invinse forte nucleare foarte puternice la aceste niveluri minuscule- cum este forta nucleara „tare”. Cum se face asta ? Simplu, CA LA BILIARD ! Se ciocnesc particule cu antiparticule (de pilda proton- antiproton) la viteze extrem de mari, apropiate de viteza luminii (de obicei accelerate in campuri magnetice – cum este la CERN). Cu cat viteza particulelor compuse este mai mare, cu atat ciocnirea este mai violenta – rezultand particule cu energii mai inalte. De aceea a fost nevoie de o constructie imensa ca cea de la CERN, pentru a se obtine vitezele si energiile uriase necesare ! Ca sa va dati seama ce realizare este acest CERN (=cel mai mare experiment stiintific al omenirii !) trebuie sa stiti ca in natura asemenea procese nu exista decat in centrul marilor stele si in „gaurile negre” – ca si odinioara, in momentul creatiei Universului (BIG BANG).

– si nu in ultimul rand, multe din particulele fundamentale sunt instabile, cu viata solitara extrem de scurta, recombinandu-se imediat in alte particule. Rezulta ca este nevoie de „camere foto” extrem de precise (rezolutii optice extrem de mari) si foarte rapide – pentru a surprinde fenomenele dorite. Aceasta este o limitare tehnologica a stiintei – de aceea in acest domeniu de varf multe particule au fost mai intai demonstrate teoretic si mult mai tarziu au fost puse in evidenta experimental !

Acum, cateva cuvinte despre particula mult-cautata – Bosonul Higgs:

– intai si intai, ce este un „boson” ? Pe scurt, Bosonii sunt o categorie speciala de particule subatomice cu spin intreg, elementare sau nu, care respecta repartitia Bose-Einstein (pot ocupa aceeasi stare cuantica – spre deosebire de fermioni, care respecta repartitia Fermi-Dirac si nu pot ocupa aceeasi stare cuantica). Cei mai importanti bosoni sunt cei elementari, pentru ca SUNT VECTORII FORTELOR FUNDAMENTALE DIN NATURA: fotonul pentru forta electromagnetica, bosonii W si Z pentru forta nucleara slaba, gluonul pentru forta nucleara tare si gravitonul pentru forta gravitationala (ultimul previzionat teoretic). Bosonul Higgs constituie o speta aparte, este particula care creeaza „campul Higgs”, responsabil pentru crearea masei lumii materiale .

Familiile particulelor elementare

Bosonii Higgs umplu intregul Univers de la Big-Bang incoace si creeaza masa celorlalte particule printr-un mecanism de interactiune (= o forta de franare) cu celelalte particule elementare („mecanism Higgs”). Astfel, in functie de proprietatile acestora, particulele care interactioneaza slab cu bosonii Higgs au masa mai mica (cum este neutrino) iar cele care care interactioneaza puternic capata masa mai mare. Fotonii nu interactioneaza deloc cu bosonii Higgs – deci nu capata masa deloc !

– Bosonii Higgs trebuie sa aiba la randul lor masa, de aceea se presupune ca exista 5 tipuri care interactioneaza si intre ei !

– Din calcule teoretice si observatii experimentale in cele doua acceleratoare de top (Tevatronul american si LHC-ul european), se stabilisera deja cu ceva timp inainte potentialele reactii sub-nucleare din care pot rezulta bosoni Higgs, precum si energia tipica a acestuia (adica intervalul de monitorizat) – acum cercetatorilor nu le ramane decat sa verifice daca recentele rezultate experimentale au pus in evidenta particula asteptata.

In final, in speranta ca bosonul Higgs va fi confirmat, sa nu uitam ca mai exista o ultima culme de cucerit -confirmarea particulei care genereaza gravitatia – GRAVITONUL !

– Sa vedem in rezumat cele mentionate mai sus (multumiri celor de la Scientia pentru traducere):

PS: Bosonul Higgs a fost numit particula „dumnezeu” (si nu „particula lui dumnezeu” !) de către laureatul premiului Nobel Leon Lederman. Peter Higgs a comentat astfel acest aspect: „He wanted to refer to it as that ‘goddamn particle’ and his editor wouldn’t let him.” – aluzie la faptul ca aceasta particula era greu de identificat 🙂 !

Posted 4 August 2011 by Liviutz in Stiinta

Tagged with , , , , , , , ,