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Scienza

Scienziati russi creano elementi per il controllo della radiazione laser terahertz

Pubblicato

12 mesi fa

il

Le caratteristiche dei fasci terahertz ad alta potenza nei nuovi sistemi laser possono essere controllate utilizzando elementi ottici in silicio e diamante creati presso l’Università di Samara.

 

I ricercatori hanno creato un’ampia gamma di elementi ottici che consentono la manipolazione della radiazione laser terahertz.

 

Secondo gli scienziati, sono stati creati per la prima volta elementi ottici diffrattivi in ​​silicio e diamante per la gamma terahertz, il che rende possibile formare fasci potenti con caratteristiche specifiche (inclusi i cosiddetti «fasci rotanti») e focalizzare la radiazione in aree specifiche dello spazio.

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La radiazione terahertz ha proprietà uniche per l’optoelettronica, hanno detto alla testata governativa russa Sputnik gli scienziati della Samara National Research University che prende il nome dall’accademico capo progettista del programma di razzi sovietico Sergej Pavlovič Korolëv (1907-1966).

 

I ricercatori hanno sviluppato metodi efficienti per calcolare e creare elementi ottici che operano nella gamma terahertz dello spettro elettromagnetico, situata tra le gamme infrarossa e microonde.

 

Secondo gli autori della ricerca, lo sviluppo può essere applicato nella lavorazione dei materiali, nella creazione di dispositivi optoelettronici per l’elaborazione delle informazioni, nonché nelle telecomunicazioni. I risultati della ricerca sono stati pubblicati nella monografia collettiva dell’Accademia russa delle scienze Terahertz Photonics.

 

Per studiare le proprietà dell’atmosfera si utilizzano fasci rotanti e la sostituzione della scansione punto per punto con la focalizzazione su aree uniformi consente di aumentare l’efficienza dei sistemi di scansione.

 

I nuovi elementi consentiranno di sfruttare in modo efficace le potenzialità delle radiazioni terahertz, ha affermato Vladimir Paveljev, capo del Dipartimento di Ingegneria chimica presso l’Università di Samara.

 

«La radiazione terahertz ha proprietà uniche che aprono nuovi orizzonti per la ricerca scientifica e lo sviluppo tecnologico. La capacità di penetrare molti materiali senza danneggiarli rende la radiazione terahertz uno strumento indispensabile per il controllo non distruttivo. Grazie alla sua elevata sensibilità a varie sostanze, questo tipo di radiazione è ampiamente utilizzato nella spettroscopia per identificare i materiali», ha affermato.

 

Lo scienziato ha osservato che la radiazione terahertz viene utilizzata nella ricerca atmosferica, nello studio della sua composizione e dinamica. Lo sviluppo delle tecnologie terahertz apre nuovi orizzonti in settori quali la lavorazione dei materiali, la creazione di dispositivi optoelettronici terahertz per l’elaborazione delle informazioni e le telecomunicazioni.

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Gli sviluppi sono stati il ​​risultato di ricerche condotte per oltre 10 anni su apparecchiature specializzate. Tra queste, il Novosibirsk Free Electron Laser (NFEL) presso l’Istituto di fisica nucleare SB RAS, che consente di ottenere potenti radiazioni terahertz coerenti a una data lunghezza d’onda e di condurre ricerche fondamentali e applicate.

 

Per creare elementi di ottica terahertz, gli scienziati hanno utilizzato metodi per calcolare elementi ottici diffrattivi sviluppati presso la Samara University e l’Institute of Image Processing Systems dell’Accademia russa delle scienze e precedentemente utilizzati nella gamma ottica. Per strutturare piastre di diamante policristallino, sono state utilizzate tecnologie sviluppate presso l’Istituto di Fisica Generale dell’Accademia Russa delle Scienze di Mosca).

 

Presso l’Università di Samara sono state sviluppate tecnologie litografiche per la produzione di elementi ottici in silicio nell’ordine dei terahertz .

 

Nel prossimo futuro, gli scienziati inizieranno a creare elementi fotonici in una gamma di lunghezze d’onda più lunga, scrive Sputnik.

 

Come riportato da Renovatio 21, la Russia – come altri Paesi (gli USA, la Cina, Israele) –  sta implementando sempre più apertamente l’uso di laser anche come armi belliche. Armi laser russe sarebbero in preparazione anche in funzione ASAT, ossia per distruggere i satelliti spia nemici.

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Quantum

Viaggio nel tempo con esperimento quantistico?

Pubblicato

4 mesi fa

il

12 Maggio 2025

Da

La meccanica quantistica è il regno della scienza in cui nulla è normale e tutto sembra minare le basi della nostra comune comprensione della realtà. Tuttavia i fisici quantistici, che si vantano di scrutare l’abisso e carpirne i segreti inquietanti, hanno scoperto un altro fenomeno sconcertante: il «tempo negativo».   Come descritto in uno studio ancora in fase di revisione paritaria pubblicato da Scientific American, un team di ricercatori afferma di aver osservato fotoni che presentano questo bizzarro comportamento temporale come risultato di quella che è nota come eccitazione atomica.   Ciò che è successo in sostanza, come spiega Scientific American, è che quando i fotoni sono stati irradiati in una nube di atomi, sembravano uscire dal mezzo prima di entrarvi.

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«Un ritardo temporale negativo può sembrare paradossale, ma significa che se si costruisse un orologio “quantistico” per misurare quanto tempo gli atomi trascorrono nello stato eccitato, la lancetta dell’orologio, in determinate circostanze, si sposterebbe all’indietro anziché in avanti», ha spiegato alla rivista Josiah Sinclair dell’Università di Toronto, i cui primi esperimenti hanno costituito la base dello studio, anche se non è stato direttamente coinvolto.   I fotoni – particelle prive di massa che formano quella che conosciamo come luce visibile – possono essere assorbiti dagli atomi che attraversano. Quando ciò accade, l’energia che trasportano fa sì che gli elettroni degli atomi saltino a uno stato energetico superiore. Questa è l’eccitazione atomica a cui abbiamo accennato prima.   Ma gli atomi possono anche de-eccitarsi, tornando allo stato fondamentale. Uno dei modi in cui ciò accade è che l’energia viene riemessa sotto forma di fotoni. A un osservatore, questo sembra come se la luce che ha attraversato il mezzo fosse ritardata.   I ricercatori erano sconcertati dal fatto che non ci fosse un «consenso tra gli esperti» su cosa accadesse realmente a un singolo fotone durante tale ritardo. «All’epoca non eravamo sicuri di quale fosse la risposta e pensavamo che una domanda così elementare su qualcosa di così fondamentale dovesse essere facile da rispondere», ha detto il Sinclair a Scientific American.   Negli esperimenti condotti, impulsi di fotoni venivano sparati attraverso una nube di atomi a temperature prossime allo zero assoluto. Ed è qui che è successo il fenomeno più strano: nei casi in cui i fotoni li attraversavano senza essere assorbiti, si è scoperto che gli atomi ultrafreddi rimanevano eccitati per l’esatto periodo di tempo in cui li avevano effettivamente assorbiti.   Al contrario, nei casi in cui i fotoni venissero assorbiti, verrebbero riemessi senza ritardo, o prima che gli atomi ultrafreddi potessero diseccitarsi.   Ciò che accade realmente è che i fotoni viaggiano in qualche modo attraverso la nube atomica più velocemente quando eccitano gli atomi – o quando dovrebbero essere assorbiti da essi – rispetto a quando gli atomi rimangono inalterati. Poiché i fotoni non trasportano informazione, la causalità rimane intatta, si legge nella rivista scientifica.

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Le incertezze intrinseche a livello quantistico hanno l’effetto di confondere l’intero processo. In particolare il fenomeno della sovrapposizione, in cui particelle quantistiche come i fotoni possono trovarsi in due stati diversi contemporaneamente. Per un rivelatore che misura quando entrano ed escono da un mezzo, questo significa che i fotoni possono produrre un valore positivo così come uno negativo. E quindi, un tempo negativo.   Questo non cambia la nostra comprensione del tempo, affermano i ricercatori. D’altra parte, almeno per quanto riguarda il campo dell’ottica, che il tempo negativo abbia «un significato fisico più profondo di quanto si sia generalmente ritenuto» per quanto riguarda la trasmissione dei fotoni, hanno poi scritto nello studio.

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Bizzarria

Scienziati analizzano gli spazzolini da denti e rimangono scioccati dalle centinaia di virus trovati

Pubblicato

5 mesi fa

il

22 Aprile 2025

Da

Alcuni scienziati hanno individuato più di seicento virus diversi dopo aver tamponato gli spazzolini da denti e i soffioni della doccia delle persone, ma fortunatamente la stragrande maggioranza di essi è più utile che dannosa.

 

La microbiologa della Northwestern University Erica Hartmann, autrice principale di un nuovo studio pubblicato su Frontiers in Microbiomes, ha dichiarato a Gizmodo di essere rimasta allo stesso tempo scioccata e affascinata quando ha scoperto che questi oggetti di uso quotidiano pullulavano di virus mangia-batteri, noti come batteriofagi.

 

«Ci sono così tante cose del mondo che ci circonda che non comprendiamo, comprese le cose che possono sembrare familiari», ha spiegato. «Abbiamo iniziato a guardare cose come spazzolini da denti e soffioni della doccia perché sono importanti fonti di microbi a cui siamo esposti, ma non sappiamo quali microbi trasportano o quali fattori li influenzano».

 

 

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L’ultimo studio è un aggiornamento del progetto del 2021 del team della Northwestern University, denominato «Operation Pottymouth», che prevedeva l’indagine sulle fonti dei batteri presenti sugli spazzolini da denti.

 

Sebbene ci fosse un’incredibile diversità tra gli oltre seicento campioni di virus avvistati, un tipo che uccide i micobatteri patogeni era leggermente più comune di qualsiasi altro, ha detto la Harmann. Dato che i micobatteri possono causare gravi infezioni come la lebbra e la tubercolosi, è una buona cosa che fossero presenti anche virus che li uccidono.

 

«Gli spazzolini da denti e i soffioni della doccia ospitano fagi diversi da qualsiasi cosa avessimo mai visto prima», ha detto la microbiologa. «Non solo abbiamo trovato fagi diversi sugli spazzolini da denti e sui soffioni della doccia, ma ne abbiamo trovati diversi su ogni spazzolino da denti e su ogni soffione della doccia».

 

Negli ultimi anni i fagi sono stati studiati e utilizzati come trattamenti per le infezioni batteriche, in particolare quelle che sono mutate per resistere agli antibiotici. Mentre la Hartmann insiste sul fatto che queste scoperte sono accattivanti di per sé, sapere che potrebbero essere utilizzate in trattamenti medici le rende molto più utili.

 

«Potrebbe essere che il prossimo grande antibiotico sarà basato su qualcosa che cresce sul nostro spazzolino da denti», ha concluso la scienziata.

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Come riportato da Renovatio21, il mondo rischia di tornare all’era precedente alla scoperta della penicillina con l’aumento di patogeni resistenti agli antibiotici. «Gli antibiotici sono stati la più grande conquista della medicina di sempre», ha affermato la professoressa Yvonne Mast, microbiologa e ricercatrice presso il Leibniz Institute di Braunschweig. «Il fatto che stia emergendo sempre più resistenza e che manchino nuovi antibiotici è una minaccia importante».

 

Come riportato da Renovatio 21, anche l’ONU ci mette in guardia da questo potenziale pericolo: i batteri resistenti agli antibiotici uccideranno tanto quanto il cancro entro il 2050.

 

A questo punto qualcuno potrebbe affermare l’utilità dei batteriofagi che sedimentano nei nostri spazzolini da denti, perché non sia mai che ci possano essere d’aiuto nella scoperta di nuovi antibiotici.

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Chimere

Scienziati ripristinano la vista di una scimmia con cellule staminali umane

Pubblicato

5 mesi fa

il

4 Aprile 2025

Da

Alcuni scienziati hanno utilizzato cellule staminali umane per riparare un buco nella retina di una scimmia, ripristinando la vista del primate.   Come dettagliato in uno studio pubblicato sulla rivista Stem Cell Reports, il team guidato da Michiko Mandai presso il Kobe City Eye Hospital in Giappone, si è concentrato sulla correzione di quello che viene chiamato foro maculare, una condizione oculare associata all’invecchiamento. Invecchiando, il vitreo, il fluido gelatinoso che riempie i bulbi oculari umani e mantiene le loro forme arrotondate, si restringe allontanandosi dalla retina, il che a volte può causare una lacerazione nella macula.   Queste lesioni sono consequenziali. La macula si trova al centro della retina ed è la parte più attiva dell’occhio, responsabile della visione centrale e dell’elaborazione della luce.   Pertanto, ha scritto New Scientist, i fori maculari causano la visione offuscata e il declino nel tempo e le attuali soluzioni, che sono un’opzione solo nel novanta percento circa dei casi, hanno un costo: la perdita della visione periferica.   Per trattare i fori maculari, i dottori trasferiranno cellule dalla periferia della retina al centro. Ma se si prelevano cellule dalla periferia dell’occhio, le lacune della visione periferica sono in qualche modo inevitabili. È noto anche che le lacrime si ripresentano. Ecco perché i ricercatori sono interessati a impiantare cellule staminali per riparare il problema. Invece di rattoppare il foro maculare con le cellule limitate già presenti nell’occhio, le cellule staminali offrono l’opzione di introdurre nuove cellule completamente.  
  Per questo studio, gli scienziati hanno iniziato coltivando uno strato di precursori delle cellule retiniche, derivati da un embrione umano.   Tali cellule sono state poi trapiantate nella retina destra di una scimmia affetta da foro maculare che aveva difficoltà a superare i test della vista.   Dopo sei mesi, i ricercatori hanno riesaminato la vista della scimmia. Prima del trapianto, la scimmia era in grado di focalizzare lo sguardo solo sull’1,5 percento dei punti in una serie di test. Tuttavia dopo sei mesi dal trapianto, il primate è stato in grado, in tre test, di fissare lo sguardo su una percentuale compresa tra l’11% e il 26%dei punti, un netto miglioramento.   Sfortunatamente, ci sono alcune considerazioni etiche spinose: per esaminare in modo esaustivo l’efficacia del trattamento con cellule staminali oltre i test dei punti, gli scienziati hanno dovuto rimuovere completamente l’occhio dell’animale. Nel farlo, però, gli scienziati hanno scoperto che la retina aveva sviluppato nuove cellule visive.   Tuttavia, non sono riusciti a stabilire se quelle cellule fossero cresciute dalla cellula staminale impiantata o dalla retina nativa della scimmia, il che significa che gli scienziati non sono sicuri di come le cellule staminali funzionassero effettivamente all’interno dell’occhio della scimmia delle nevi.   Le domande che ora si pongono sono: come hanno fatto germogliare nuove cellule da sole? O hanno innescato la rigenerazione nelle cellule originali del primate?

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La promessa dello studio delle cellule staminali come un possibile trattamento per una serie di problemi oculari, tra cui il declino della vista correlato all’età.   Il punto di vista etico dell’esperimento è totalmente ignorato. Iniettare cellule umane in una scimmia, quindi, in senso scientifico, «umanizzarla», significa di fatto creare quello che si chiama in biologia una «chimera», cioè un essere con più codici genetici.   Si tratta di problemi bioetici che politica e giornali hanno decidere di non discutere più: il risultato è la presenza di chimere nei nostri laboratori, a partire dai cosiddetti «topi umanizzati» (con innesti, spesso, da feto abortito), oramai onnipresenti negli esperimenti scientifici, o i suini bioingegnerizzati con geni umani per poter poi fornire organi da trapianto.

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