Scienza
Scienziati scattano immagini di un «Tornado quantistico»
Un studio recentemente pubblicato sulla rivista Nature ha raccontato che un team di scienziati del Massachusetts Institute of Technology ha catturato immagini di atomi superfreddi nel processo di passaggio dalla fisica classica a quella quantistica.
L’idea era di congelare questi atomi per osservare le loro interazioni e comportamenti a livello quantistico.
Durante la transizione, la serie di particelle si è trasformata in un pattern di «tornado quantistici».
Nel mondo quantistico, le particelle non hanno una posizione prestabilita come gli oggetti intorno a noi, bensì gli atomi sono governati dal misterioso principio per cui la posizione data di una particella è una probabilità. Un atomo ha la possibilità di trovarsi in due posizioni contemporaneamente, quindi le regole tipiche della fisica non si applicano, spiega il sito Futurism.
L’idea era di congelare questi atomi per osservare le loro interazioni e comportamenti a livello quantistico. Durante la transizione, la serie di particelle si è trasformata in un pattern di «tornado quantistici»
«Questa cristallizzazione è guidata esclusivamente dalle interazioni e ci dice che stiamo andando dal mondo classico al mondo quantistico», ha affermato Richard Fletcher, assistente professore di fisica al MIT e coautore dello studio.
Quando le particelle interagiscono in questo modo dovrebbero mostrare un comportamento strano, ma osservare la meccanica quantistica mentre si opera nel mondo «classico» non è esattamente facile.
Per superare questa limitazione, gli scienziati del MIT hanno ruotato rapidamente un fluido quantistico di atomi ultrafreddi. Inizialmente, la nuvola rotonda di atomi formava una struttura sottile a forma di ago.
Researchers observed sodium atoms breaking up into crystal particles that resemble tornado-like structures after entering a quantum state. https://t.co/gOKQNrUtM0
— Smithsonian Magazine (@SmithsonianMag) January 25, 2022
Quando la meccanica quantistica ha iniziato a prendere il sopravvento, l’ago si è rotto in uno schema cristallino di tornado quantistici in miniatura. I risultati sono la prima documentazione diretta di un gas quantistico in rapida rotazione in evoluzione, secondo quanto sostenuto da questo team di ricerca.
«Anche nella fisica classica, questo dà origine a intriganti modelli di formazione, come le nuvole che si avvolgono intorno alla Terra in splendidi movimenti a spirale», ha affermato Martin Zwierlein, professore di fisica e coautore del MIT, nella dichiarazione. «E ora possiamo studiarlo nel mondo quantistico».
La fisica quantistica è una disciplina che guiderà – o meglio, sta già guidando – la prossima grande rivoluzione informatica e delle telecomunicazioni: i supercomputer quantistici e la cosiddetta Quantum Communication
La fisica quantistica è una disciplina che guiderà – o meglio, sta già guidando – la prossima grande rivoluzione informatica e delle telecomunicazioni: i supercomputer quantistici e la cosiddetta Quantum Communication.
I computer quantistici sono in grado di eseguire in pochi minuti calcoli – per esempio, la fattorizzazione dei numeri primi – che ad un computer basato l’informatica classica potrebbero richiedere tempi simili all’età dell’universo. Tutte le più grande aziende informatiche del mondo, da Google a IBM a Microsoft etc., stanno lavorando alacremente per arrivare alla cosiddetta Quantum Supremacy, la supremazia quantistica (o vantaggio quantistico), che è appunto la dimostrazione che un dispositivo quantistico può risolvere un problema che nessun computer classico può risolvere in un qualsiasi lasso di tempo fattibile.
Secondo alcuni, la potenza del Quantum Computing è tale da mettere le password di tutti a rischio.
Nel campo della Quantum Communication, la Cina un anni fa ha mandato in orbita un satellite in grado di effettuare comunicazioni basate sulla fisica quantistica, che sono al momento ritenute non decrittabili e non intercettabili da agenti esterni all’emittente e al ricevente.
Immagine di Hadron via Deviantart pubblicata su licenza Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Unported (CC BY-NC-ND 3.0)
Scienza
Scienziati usano i tardigradi per far sopravvivere le cellule umane nello spazio e aumentare la longevità
Alcuni scienziati hanno scoperto una creatura quasi microscopica, abbastanza robusta da sopravvivere alle devastazioni biologiche causate dallo spazio, potrebbe contenere la chiave della longevità umana.
In questo nuovo studio condotto dall’Università del Wyoming, un team internazionale di ricercatori ha scoperto che, esaminando l’incredibile durabilità del piccolissimo tardigrado – conosciuto affettuosamente come water bear («orso d’acqua») – le proteine della creatura potrebbero aiutare nel lento invecchiamento anche gli esseri umani.
Ciò che ha reso i tardigradi così importanti per la ricerca, è che possono sopravvivere sia a temperature bollenti che gelide, motivo per cui nel 2007 un team di scienziati europei ha inviato nello spazio 3.000 di questi piccoli esseri lunghi mezzo millimetro, e hanno notato che la maggior parte di loro è sopravvissuta.
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I tardigradi sono esseri microscopici invertebrati detti anche estremofili, per la loro capacità di sopravvivere in condizioni estreme. Diffusi su tutto il pianeta e capaci di resistere per periodo molto lunghi in stato di congelamento o disseccamento, sono riscontrabili in Antartide come negli abissi degli Oceani e pure in Himalaya a 6000 metri.
Quando sono minacciati da temperature, radiazioni o altre condizioni pericolose, questi piccoli esseri entrano in uno stato autoprotettivo di animazione sospesa noto come biostasi. Ed è proprio questo meccanismo che ha interessato il biologo molecolare e assistente professore della UW Thomas Boothby.
Nello studio dell’UW, pubblicato sulla rivista Protein Science, il team di biologia molecolare ha esaminato una proteina tardigrada nota come CAHS D, che è la chiave del processo di animazione sospesa del piccolo animale. Utilizzando cellule renali umane coltivate in laboratorio, gli scienziati hanno scoperto che quando hanno introdotto il CAHS D nelle cellule umane, il risultato è stato una consistenza gelatinosa che potrebbe aiutare gli scienziati a comprendere meglio la biostasi dei tardigradi e, alla fine, forse anche aiutare gli esseri umani a imparare come «hackerare» l’organismo.
«Sorprendentemente, quando introduciamo queste proteine nelle cellule umane, gelificano e rallentano il metabolismo, proprio come nei tardigradi», ha dichiarato Silvia Sanchez-Martinez, ricercatrice senior presso il dipartimento di biologia molecolare dell’UW e autrice principale dello studio.
«Proprio come i tardigradi, quando metti in biostasi le cellule umane che hanno queste proteine, diventano più resistenti agli stress, conferendo alcune delle capacità dei tardigradi alle cellule umane».
Curiosamente, una volta che i ricercatori hanno rimosso i cosiddetti fattori di «stress osmotico» dalle cellule umane, che potrebbero includere la disidratazione o l’applicazione in altro modo di condizioni difficili, queste sono tornate alla normalità e i gel conferiti dalle proteine tardigradi sono scomparsi.
«Quando lo stress viene alleviato», ha detto il Boothby nel comunicato stampa dell’UW, «i gel tardigradi si dissolvono e le cellule umane ritornano al loro normale metabolismo».
Anche se c’è molta strada da fare prima che gli scienziati capiscano come produrre tali effetti di biostasi negli esseri umani viventi, i risultati suscitano non poca curiosità nella comunità scientifica.
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In realtà, l’interesse per queste creature ha già raggiunto i militari, con notizie anche inquietanti.
Come riportato da Renovatio 21, un team di scienziati medici militari in Cina ha affermato lo scorso marzo di aver inserito un gene di tardigrado a nelle cellule staminali embrionali umane e di aver aumentato significativamente la resistenza di queste cellule alle radiazioni.
«Il team cinese dietro l’esperimento sui geni degli animali estremofili afferma che potrebbe portare a super soldati che sopravvivono al fallout nucleare» scrive il quotidiano di Hong Kong South China Morning Post.
Come riportato da Renovatio 21, i tardigradi erano stati utilizzati anche in esperimenti che avrebbero dimostrato la possibilità di «congelare» esseri biologi nel cosiddetto «stato quantistico».
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Nucleare
Gli scienziati di Princeton svelano una svolta nella tecnologia dei reattori per la fusione nucleare. Grazie al litio
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Scienza
Gli scienziati stupiti dalla scoperta di un pianeta troppo grande per esistere secondo le loro teorie
Alcuni scienziati hanno scoperto un pianeta dalle dimensioni eccezionali, che loro stessi definiscono troppo grande per esistere realmente.
In un nuovo studio pubblicato sulla rivista Science, i ricercatori dello stato della Pennsylvania hanno descritto questa loro scoperta: un pianeta delle dimensioni di Nettuno che è 13 volte la massa della Terra, che orbita attorno a una piccola stella ultrafredda che è nove volte meno massiccia del nostro Sole.
Come spiega un comunicato stampa, questa scoperta è eccezionale perché il rapporto di massa tra il pianeta e la stella nana, soprannominata LHS 3154, è 100 volte maggiore dello stesso rapporto che la Terra ha con il Sole, cosa che gli scienziati non pensavano.
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La formazione stellare, si legge ancora nel comunicato, richiede grandi nubi di gas e polvere celesti e, una volta nata una stella, i detriti lasciati si formano in dischi che orbitano attorno ad essa e alla fine si uniscono in pianeti. Questa nuova coppia pianeta-stella è peculiare, perché il disco di polvere non sembra abbastanza grande da aver creato un pianeta così grande.
«Non si prevede che il disco di formazione planetaria attorno alla stella di piccola massa LHS 3154 abbia una massa solida sufficiente per creare questo pianeta», ha detto Suvrath Mahadevan, professore di astronomia e astrofisica e coautore dell’articolo su Science. «Ma è là fuori, quindi ora dobbiamo riesaminare la nostra comprensione di come si formano i pianeti e le stelle».
Chiamato LHS 3154b dal nome della sua stella, questo enorme pianeta è stato individuato utilizzando l’Habitable Zone Planet Finder (HPF), uno spettrografo astronomico presso l’Osservatorio McDonald dell’Università del Texas, operativo dal 2018. Guidato da Mahadevan, lo strumento è costruito per rilevare esopianeti in orbita attorno a stelle ultrafredde che potrebbero ospitare acqua, e quindi vita.
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«Un oggetto come quello che abbiamo scoperto è probabilmente estremamente raro, quindi rilevarlo è stato davvero emozionante», ha dichiarato nel comunicato stampa della scuola Megan Delamer, una studentessa di astronomia e coautrice dell’articolo. «Le nostre attuali teorie sulla formazione dei pianeti hanno difficoltà a spiegare ciò che stiamo vedendo»
Aver scoperto LHS 3154 e il suo pianeta in orbita solleva numerose domande riguardo la conoscenza in questo ambito, ammette il sito Futurism.
«Questa scoperta porta davvero a capire quanto poco sappiamo dell’universo», ha detto il Mahadevan. «Non ci saremmo mai aspettati di venire a conoscenza di un pianeta così pesante attorno a una stella di massa così bassa».
Parafrasando Amleto, vorremmo ribadire agli scienziati: «ci sono cose più grandi in cielo di quelle che contenute nella vostra scienza». Anzi, nella vostra lascienzah.
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