Transportant antimatèria, la ciència dels rajos X a l’attosegon i coneixement 3D sobre l’evolució de les aus Understand article

Traduït per: Mariona Esquerda-Ciutat. Science in School es publica a través d’EIROforum, una col·laboració entre les vuit organitzacions intergovernamentals de recerca científica més grans d’Europa (EIRO). Aquest article presenta algunes de les últimes notícies de l’EIRO.

CERN: L’antimatèria fa una passejada

Treballar amb antimatèria no és una tasca fàcil ja que quan aquesta es posa en contacte amb la matèria ordinària, es desintegra instantàniament. Els científics del CERN generen i emmagatzemen amb èxit antimatèria en múltiples experiments, però transportar l’antimatèria d’una localització a una altra, avui en dia encara no és possible. Tanmateix, s’espera que en els propers tres anys el transport d’antimatèria no estigui reservat a les pel·lícules de ciència-ficció de Hollywood, gràcies a un projecte del CERN que planeja fer-ho realitat.

Els científics estan dissenyant una trampa d’antimatèria especial que s’introduirà en l’interior d’una bobina superconductora d’una tona que permetrà transportar l’antimatèria sense que es desintegri durant el viatge. Primer s’agafaran els antiprotons produïts a l’experiment GBAR, a les instal·lacions ELENA del CERN. Un cop atrapats, es carregarà tota la trampa d’antimatèria a una furgoneta i es transportarà uns centenars de metres fins a l’ISOLDE, unes instal·lacions del CERN on hi ha un raig d’ions radioactius.

Allí, els físics introduiran nuclis exòtics i radioactius a la trampa per observar què passa quan s’aniquilen amb l’antimatèria. El projecte anomenat PUMA (en anglès, antiProton Unestable Matter Annihilation), pretén estudiar fenòmens relacionats amb els nuclis exòtics.

Podeu saber més del projecte PUMA visitant el web del CERN.

Amb la seva seu a Ginebra, Suïssa, el CERN és el laboratori de física de partícules més gran del món.

Una trampa d’antimatèria al CERN
CERN

EMBL: Construcció de microscòpis de fluorescància des de zero

Series capaç de construir un microscopi de fluorescència en menys de 90 minuts? El març d’aquest any, un grup d’estudiants d’institut d’entre 15 i 16 anys van fer exactament això, utilitzant kits portables de lents i objectius de nivell de recerca, van poder construir microscopis de fluorescència capaços visualitzar mostres biològiques de la mida d’una fracció de mil·límetre.

Aquests tallers pràctics els van organitzar els investigadors del laboratori Europeu de biologia molecular, EMBL (en anglès, European Molecular Biology Laboratory) juntament amb l’equip del laboratori europeu d’aprenentatge de les ciències de la vida, l’ELLS (en anglès, European Learning Laboratory for the Life Sciences) a Heidelberg, Alemanya. Utilitzant els seus propis microscopis, els estudiants van obtenir imatges d’embrions de peixos zebra i pol·len de flors que després van compartir amb els investigadors de l’EMBL i la premsa local.

Els kits portables amb els que van construir els microscopis estan dissenyats per poder ser portats a les aules dels instituts en un futur i fascinar els estudiants de STEM (Ciències, Tecnologia, Enginyeria i Matemàtiques) donant-los l’oportunitat d’endinsar-se en la recerca real als laboratoris.

Si voleu més informació d’aquest projecte divulgatiu podeu visitar el web de notícies de l’EMBL.

L’EMBL, amb la seva seu central a Heidelberg, Alemanya, és el laboratori de recerca bàsica en biologia molecular líder en Europa.

Estudiants  construeixen un microscopi de fluorescència participant en un projecte de divulgació organitzat per científics de l’EMBL i el equip educatiu ELLS.
Emma Steer/EMBL

ESA: Satèl·lits propulsats amb aire de l’atmosfera pel futur

Els satèl·lits que orbiten prop de la Terra pateixen forces que els poden afectar, una de les més intenses és la força de fricció. Les naus estan dissenyades per poder suportar aquestes friccions, però sovint el seu temps de vida útil es veu limitat per el nombre de propulsors que poden portar a bord.

A l’Agència Espacial Europea (en anglès, European Space Agency, ESA), per exemple, el nou satèl·lit anomenat GOCE (el qual va aportar dades sobre el camp gravitatori de la Terra) va volar a només 250 km per sobre de la superfície terrestre durant quatre anys gràcies a un propulsor elèctric que contínuament compensava la fricció de l’aire. Però tant bon punt el propulsor va quedar fora de servei, la missió es va acabar.

A començaments del 2018, però, un equip de l’ESA va trobar una solució per aquest problema. En primer lloc, van construir i provar un propulsor elèctric que utilitza les escasses molècules d’aire que hi ha a l’atmosfera a aquelles alçades per propulsar-se. Aquestes molècules estan carregades elèctricament i, per tant, poden ser accelerades i expulsades per aconseguir aquesta propulsió.

Aquesta tecnologia podria ser el principi d’un nou tipus de satèl·lits que podrien operar a orbites molt baixes durant anys. Aquests propulsors elèctrics que “respiren” aire podrien ser utilitzats també en capes d’atmosferes d’altres planetes com la de Mart que conté diòxid de carboni.

Per saber més sobre propulsors elèctric que respiren, visita la pàgina web de l’ESA.

L’ESA és la porta europea a l’espai, amb la seva seu a Paris, França.

Equipament de prova dels propulsors elèctrics que “respiren” dins d’una cambra de vuit
ESA

ESO: Darrera els escenaris de l’Observatori Europeu del Sud

L’Observatori Europeu del Sud (ESO: European Southern Observatory, en anglès) treballa amb una flota de telescopis impressionant, equipats amb dotzenes d’instruments. Tot aquest equipament està ajudant a fer avançar l’astronomia cap a descobertes cada cop més excitants, però encara hi ha moltes més coses a descobrir per l’ESO que les notícies que ja hem publicat.

Darrera dels escenaris dels grans descobriments de l’ESO hi ha la gent que els fa possible, cadascú d’ell pot explicar històries fascinants sobre el seu dia a dia i sobre com és treballar al observatori terrestre més productiu del món. Precisament per això hem estrenat el bloc de l’ESO, per tal de poder compartir aquestes històries sobre les persones, la tecnologia i la ciència que hi ha al darrera.  En aquest blog també hi podreu trobar resultats científics peculiars i interessants de la nostra comunitat, novetats sobre gent famosa que hagi visitat les instal·lacions de l’ESO i característiques sobre el nostre departament de comunicació.

Podràs trobar el bloc en el web de l’ESO.

L’ESO és l’organització astronòmica intergovernamental més notable d’Europa i l’observatori terrestre més productiu del món, amb la seva seu a Graching, a prop de Munich a Alemanya, i els seus telescopis a Chile.

El blog de l’ESO es proposa compartir amb lectors d’arreu del món les històries del dia a dia que passen a l’ESO.
ESO

ESRF: Noves perspectives sobre l’evolució dels vols

És ben sabut que els ocells d’avui en dia van evolucionar a partir dels dinosaures extingits, però encara queden moltes qüestions per resoldre sobre la seva prematura evolució i el desenvolupament del vol en les aus. Un exemple d’aquestes preguntes és si el Archaeopteryx (un dinosaure en forma d’ocell, els fòssils del qual són una clau ens els debats d’evolució) era capaç de volar, i si n’era, com ho feia?

Arqueòlegs fins ara han descobert 12 fòssils d’Archaeopteryx, preservats en lloses calcàries que revel·len només una part de la seva morfologia. Ara, un equip internacional incloent científics del Sincrotró Europeu ESRF (en anglès: European Synchrotron Radiation Facility), ha utilitzat la tècnica de microtomografia de sincrotró per veure l’interior dels fòssils i crear un model 3D d’aquest animal.

Les dades van manifestar que els ossos de les ales del Archaeopteryx comparteixen adaptacions importants amb les dels ocells voladors actuals. L’anàlisi de dades va revelar també que els ossos de l’Archaeopteryx són més similars als dels ocells que tenen un vol curt (com els faisans), sovint per saltar barreres o escapar de predadors, que no pas als ossos dels ocells que tenen un vol de llarga durada. Per tant queda clar que el Archaeopteryx forma part d’una primera fornada de les espècies de dinosaures capaços de volar, els quals eventualment, es van extingir.

Per més informació sobre aquest estudi podeu llegir l’article de recerca original:

Voeten D et al. (2018) Wing bone geometry reveals active flight in Archaeopteryx. Nature Communications 9(923): 1–9. doi:10.1038/s41467-018-03296-8

Amb la seva seu a Grenoble, França, ESRF opera la font de radiació de sincrotró més potent d’Europa.

Un espècimen d’ Archaeopteryx sota la radiació ID19 de l’ESRF. El raig es centra al crani utilitzant làsers.
ESRF/Pascal Goetgheluck

EUROfusion: Un rècord mundial en exposició al plasma

Per replicar el procés de fusió a la Terra, s’han d’escalfar gasos fins a temperatures extremes en l’interior dels dispositius de fusió fins que arriben a l’estat de plasma. El dispositiu de fusió lineal Magnum-PSI, operat per un membre del consorci de l’EUROfusion, l’Institut holandès per la recerca fonamental en energia (en anglès: DIFFER), s’utilitza de manera rutinària per posar a prova a temperatures extremes, materials que un futur s’utilitzaran en experiments de fusió. En particular, aquests experiments donen dades que es podran utilitzar al  ITER, el major dispositiu de fusió del món, que encara està en construcció a Cadarache, França.

Fa poc, científics van registrar un nou rècord mundial per la exposició més llarga d’un material en estat de plasma, exposant components de la paret de tungstè a l’equivalent d’un any sencer de fusions d’alta potència al futur reactor ITER. Els científics ara investigaran com els materials de les parets del ITER canviaran durant la vida del reactor.

EUROfusion gestiona i finança les activitats de recerca en fusió a Europa, amb l’objectiu d’aconseguir electricitat provinent de la fusió. El consorci està format per 30 membres de 26 estats de la Unió Europea, així com Suïssa i Ucraïna.

Un raig de plasma al Magnum-PSI
DIFFER

L’Europeu XFEL: Endinsant-se en el regne de la ciència dels rajos X a l’attosegon

El làser Europeu d’electrons lliures en raigs X (en anglès, European X-ray Free-electron Laser, XFEL) genera polsos de raigs X que perduren poques milionèsimes de bilionèsimes parts d’un segon (10–15 segons). Aquests curtíssims rajos permeten als científics entendre els estats individuals de reaccions químiques o biològiques. Però hi ha alguns fenòmens naturals que són fins i tot més ràpids que això, per observar-los, necessitem polsos de raigs X encara més curts; a l’attosegon (una 1/1000 part d’un femtosegon, o 10–18 segons). La tecnologia actual és gairebé capaç de produir aquests polsos de raig X, però els científics haurien de ser capaços d’enregistrar el moment exacte i l’estructura energètica de cada pols per caracteritzar la seva existència.

Tenint en compte això, un equip internacional de científics van desenvolupar una tècnica per fer precisament això. Utilitzant els polsos de raig X més curts que existeixen al LCLS (en anglès: Linac Coherent Light Source), van crear un mètode que actua com un “rellotge” utilitzant llum polaritzada circularment, amb el qual es pot ordenar les dades resultants dels experiments.

Un element crucial per aquest mètode és l’espectròmetre desenvolupat al soci més proper del XFEL, el sincrotró Alemany DESY (en alemany, Deutsches Elektronen-Synchrotron) i adaptat al XFEL per ser utilitzat en làsers d’electrons lliures en intensos rajos X  com el XFEL i el LCLS. L’espectròmetre consisteix en un anell d’espectròmetres individuals alineats en un pla perpendicular a la direcció dels rajos X. El que fa és recollir electrons de manera individual donant, així, informació rellevant sobre les característiques del raig.

L’Europeu XFEL és una instal·lació de recerca que es troba a Hamburg, Alemanya. Els seus extremadament intensos raigs X es fan servir per projectes de recerca d’arreu del món.

Una il·lustració de l’espectròmetre que pot revelar informació com per exemple l’energia i la intensitat dels polsos de raig X.
Frank Scholz & Jens Buck/DESY

ILL: La recerca continua per trobar el quart neutrí

Els neutrins són notablement difícils de detectar ja que aquestes partícules elementals no tenen càrrega elèctrica i poques vegades interaccionen amb la matèria. Coneixem l’existència de tres tipus de neutrins, el neutrí electró, el neutrí muó i el neutrí tauó; però n’hi ha més?

L’any 2011, els investigadors es van donar compte que dos resultats experimentals, inexplicats fins ara, poden trobar explicació si s’accepta l’existència d’un quart neutrí. Aquesta hipotètica partícula es coneix amb el nom de neutrí “estèril”, i ja s’han dissenyat experiments per poder provar la seva existència.

Un d’aquest experiments és el Francès-Alemany STEREO,  dissenyat precisament per mesurar les ràtios i els perfils d’energia generats per el reactor de l’Institut Laue Langevin (ILL). Els primers resultats que experiment va donar van ser al març del 2018, i van excloure l’existència d’aquest hipotètic quart neutrí a la regió observada. S’espera obtenir unes dades amb un rang molt més ampli a finals de l’any 2019.

Gràcies a l’urani altament enriquit que l’experiment ILL fa servir com a combustible al seu nucli, STEREO també podrà proveir un nou punt de vista sobre els espectres de neutrins produïts en la fusió d’urani 235, el qual és d’extrema rellevància per altres experiments fets amb neutrins en un reactor. 

Amb la seva seu a Grenoble, França, ILL és un centre internacional de recerca puntera en la ciència i tecnologia de neutrons.

Els nous resultats de l’experiment STEREO aportaran llum en la recerca de l’hipotètic quart neutrí.
ILL

EIROforum

EIROforum combina les fonts, serveis i l’experiència de les organitzacions que en són membres per donar suport a la ciència Europea en la tasca d’explotar tot el seu potencial.

Per saber-ne més, podeu visitar la llista dels articles relacionats amb l’EIROforum a Science in School o donar un cop d’ull als altres notícies i articles EIRO.

Download

Download this article as a PDF

Institution

EMBL, EIROforum, CERN, EUROfusion, ESA, ESO, ESRF, European XFEL, ILL

License

CC-BY