Magyar Tudomány, 2004/5 664. o.

Kitekintés


Hol a kvantumvilág határa?

Hol a mikro- és a hétköznapi világ határa? Milyen az átmenet a kvantumvilág és a nagy tárgyak klasszikus világa között? Az Innsbrucki Egyetem kutatói Anton Zeilinger professzor vezetésével szellemes kísérlettel kerestek és találtak választ ezekre a kérdésekre.

Az említett kérdések régóta foglalkoztatják a kutatókat, de a közelmúltig csak az elméleti fizika eszközeivel lehetett a választ keresni. Többen úgy gondolták, hogy a kvantummechanikai tárgyak akkor kezdenek el klasszikus módon viselkedni, amikor kölcsönhatásba kerülnek a környezetükkel. Ilyen kölcsönhatás, ha egy kvantumjellemző meghatározására mérést végzünk a tárgyon, de ilyen az is, ha egy levegőmolekulával ütközik, vagy más módon szerzünk információt róla. Ha ez az értelmezés helytálló, akkor a kis, hideg tárgyak tovább maradnak a kevert kvantumállapotban, mint a nagy meleg tárgyak. A kicsik kevesebb ütközést szenvednek el, a hideg molekulák kevésbé mozgékonyak, és kevesebb, róluk információt hordozó sugárzást bocsátanak ki a környezetbe.

Zeilinger professzor és kutatócsoportja korábban már kísérletekkel kimutatta, hogy a kvantumvilág határát nem befolyásolja az, hogy mekkora kvantumobjektumokat vizsgálunk. Kis atomokkal és nagy molekulákkal azonos eredményt kapott. Frissen publikált kísérleteiben arra keresett választ, befolyásolja-e a két világ határát a hőmérséklet.

Hetven szénatomból álló fullerénmolekulákkal dolgoztak, ez hatalmas tárgynak számít a kvantumvilágban. A nagy molekulák sok belső szabadsági fokkal bírnak, sok energiát tudnak tárolni. Ez a belső energia hőenergiává alakítható, és ezzel előidézhető a kvantumállapot szétesése. A fullerénlabdákat lézerrel felmelegítették, majd rácsok sorozatán engedték át a molekulákat. Minden molekula több út közül választhatott. Ha kvantumszerűen viselkedik és egyidejűleg több utat választ, akkor a kísérleti elrendezés végén interferenciamintázat jelenik meg. Nincs viszont interferencia, ha a molekula a hagyományos módon egyetlen résen halad át. A kísérletben a lézer teljesítményének módosításával változtatták a molekulák hőmérsékletét, és az interferenciajelenség meglétét, illetve eltűnését figyelték. A forró molekulák klasszikus tárgyként viselkedtek, a hőmérséklet csökkenésével viszont egyre erősebb lett az interferencia. A hideg molekulák már teljesen kvantumtárgyként viselkedtek. A kísérletben a hideg 1000 kelvint, a forró 3000 kelvint jelentett. A két szélső állapot között folyamatos és gyors volt az átmenet. A kutatók úgy vélik, hogy a kvantum és a hétköznapi viselkedés között ott következik be az átmenet, ott húzódik a határ, ahol a meleg fullerénmolekula sugározni kezd, fotont bocsát ki, ezzel információt ad át a környezetnek. Igazolódott az elméleti várakozás.

Hackermüller, Lucia et al.: Decoherence of Matter Waves by Thermal Emission of Radiation. Nature. 427. 19 February 2004, 711-714

Seife, Charles: Big, Hot Molecules Bridge the Gap Between Normal and Surreal. Science. 303. 11, 20 February 2004


Égi újdonságok: a leggyorsabb, a legfényesebb, a legnagyobb és a többiek

Az Amerikai Csillagászati Társaság januári közgyűlésén érdekes felfedezéseket jelentettek be, ezekről a Science január 23-i számában tudósított. Egyes eredményeket joggal kísérnek a rekordok könyvébe illő minősítések: leggyorsabb, legfényesebb, legnagyobb.

A legfényesebb minősítést az LBV 1806-20 jelű, galaxisunk tőlünk távolabb eső oldalán elhelyezkedő csillag érdemelte ki. A Palomar-hegyi ötméteres távcsővel készített infravörös felvételek szerint a csillag negyvenmilliószor fényesebb Napunknál, tömege pedig százötvenszer nagyobb. Az új fényességi csúcs többszöröse az eddigi rekordnak. Az elfogadott csillagkeletkezési modell szerint egy ilyen nagy tömegű csillagnak szét kellene robbannia, amikor a belsejében beindul az atommagok fúziója. A legfényesebb csillag eltérő viselkedésének okát a környezetében vélik megtalálni a kutatók. A csillag párja egy rendkívül erős mágneses térrel bíró neutroncsillag (magnetar). Ennek születése, a neutroncsillag kialakulásával záruló szupernóva-robbanás során fellépett rendkívül erős lökéshullámok úgy összenyomták a környezetben a gázt, hogy annak külső nyomása tartja egyensúlyban az óriáscsillagot. A kétkedők szerint elképzelhető, hogy a szuperfényes csillag valójában nem is egyetlen objektum.

Az NGC 6397 gömbhalmazról több mint száz évvel ezelőtt készültek az első felvételek. Az azóta készültek elemzésével összeállították a pár százezer csillagból álló gömbhalmaz mozgásának háromdimenziós képét. A Tejút körüli mozgása során, mintegy ötmillió évvel ezelőtt áthaladt galaxisunk gázkorongján. A találkozás, az áthaladás helyén többtucatnyi rendkívül forró, fiatal csillagot találtak. Ez a folyamat érdemelte ki a "legnagyobb" minősítést: a gömbhalmaz fejthette ki a legnagyobb, csillagok születését kiváltó lökést, nyomást. Az új csillaghalmaz (NGC 6231) az áthaladó gömbhalmaz által alaposan összenyomott gázfelhőből formálódott. Hasonló, gömbhalmaz áthaladása által kiváltott csillagkeletkezés egymillió évenként fordulhat elő.

A PV Ceph jelű fiatal csillagból kilövellő anyagáramlások (jet) elemzéséből rekonstruálták a csillag pályáját. Megállapították, hogy félmillió éven át 22 kilométer/másodperc sebességgel mozgott, ez rendkívül nagy és szokatlan érték. A feltételezések szerint a sebességcsúcsot tartó fiatal csillagot még kialakulásának befejeződése előtt egy másik csillag gravitációs hatása ragadta ki a ködfelhőből, és lőtte ki gravitációs "csúzliként".

Megtalálták a Nap "ikertestvérét". A Skorpió csillagkép 18. számú csillaga negyvenhét fényévre van tőlünk, szabad szemmel alig látható. Tömege, hőmérséklete, összetétele, forgássebessége és kora megegyezik a Napéval. Napfolttevékenysége is hasonló. Ezentúl folyamatosan figyelemmel kísérik a csillagot.

A Sloan Digital Sky Survey keretében feltérképezett húszmillió galaxis adatainak elemzésével ismerték fel, hogy nagyjából minden tízezredik galaxis nagyon magányos, nagyon elszigetelt. Az összes többinek kétmillió fényéven belül van fényes szomszédja, ez kb. a Tejút és az Androméda-galaxis távolsága. A nem magányosakat tovább közelíti egymáshoz a gravitáció. Összeolvadásuk lényegesen gyakoribb, mint a magányosok létezése.

Az eddig idegen naprendszerekben felfedezett bolygók méreteikben a Jupiterre emlékeztetnek. Egyesek csillagukhoz nagyon közeli pályán keringenek. A csillagok nagyságrendekkel nagyobb tömegűek bolygóiknál, ezért eddig egyirányúnak gondolták a hatást, a csillag hat a bolygóra, a bolygó viszont nem befolyásolja a csillag működését. (Mozgását, pályáját természetesen befolyásolja, az exobolygók nagy részének létezését a csillag szabálytalan mozgásából olvasták ki.) Öt óriás exobolygó és csillaga kapcsolatát elemezték, a bolygók három-öt nap alatt, nagyjából a Merkúr pályájának 10 %-ánál keringve járják körül a csillagot. A HD 179949 csillagnál a fényerősség szabályos minta szerint nőtt, majd csökkent. A csillagon egy, a környezeténél 400 fokkal magasabb hőmérsékletű foltot figyeltek meg, a folt pontosan követte a bolygó keringését. Ezt a fordított napfoltot a kutatók szerint a csillag és a bolygó közti mágneses kölcsönhatás hozza létre.

Irion, Robert: Star Formation - An Extreme Sport?, Snapshots From the Meeting, A Hot Jupiter Sears Its Parent Star. Science. 303. 23 January 2004, 460-461.


Újabb lépéssel közelebb a kvantumszámítógéphez

Az elmúlt években a csapdába ejtett, elektromos térrel szabályozott ionok tűntek ígéretes megoldásnak a kvantumszámítógép létrehozására. Tavaly már működő logikai kaput valósítottak meg csapdába ejtett ionokkal. A csapdába zárt ionok közt rövid, pár mikrométeres távon összecsatolódás jött létre az ionok közti elektromos kölcsönhatás következtében. Ám a kvantumszámítógép részegységei közti kapcsolat vagy a kvantumszámítógépek hálózata, kvantum-internet működtetése nem valósítható meg így. A részegységek, a távoli számítógépek között fénnyel kell kapcsolatot teremteni, információt továbbítani.

Boris B. Blinov és munkatársai (University of Michigan) összecsatolt állapotot hoztak létre egy csapdába ejtett ion és egy foton között. Korábbi kísérletekben gyakran teremtettek összecsatolt állapotot azonos részecskékkel (két foton, két ion, két atom). Blinovék munkája az első, amelyben a csapdába zárt ion (kadmium-111) és az általa kibocsátott foton között jött létre összecsatolódás. A foton tehát információt hordoz az ion állapotáról, és összekötő kapocs lehet egy kvantumhálózatban. Kapcsolat jött létre az ion, a helyhez kötött, számítást végző, memória szerepet betöltő qubit és a foton, a "repülő", az információtovábbítást végző qubit között. A csapdába ejtett ionok igen hosszú ideig képesek összecsatolt állapotban megmaradni. A kísérletben ez még nem haladta meg az egy mikroszekundumot, de potenciálisan sok nagyságrenddel növelhető lesz.

Blinov, Boris B. et al.: Observation of Entanglement between a Single Trapped Atom and a Single Photon, Nature. 428. 11 March 2004, 153-157

Polzik, Eugene: Flight of the Qubit. Nature. 428. 11 March 2004, 129-130

J. L.


Kész a patkánygenom is

Befejeződött a patkány örökítőanyagának megfejtése - adta hírül a Nature címlapsztorija április elsején. Az ember, az egér és a kutya után a patkány a negyedik emlősfaj, amelyben a DNS építőköveinek sorrendjét leolvasták. A megfejtés 90 %-ig készült el, de a kutatók szerint a "maradék" nem tartalmaz fontos információt; egyelőre megelégszenek ennyivel. Megállapították, hogy a patkány-DNS kb. 2,75 milliárd építőkőből, bázispárból áll, a gének száma 25 ezer körül van. Richard Gibbs, a Houston-i Baylor College of Medicine kutatója, a munkát végző nemzetközi konzorcium vezetője szerint a patkánygének 90 %-ának van emberi megfelelője. Eszerint a patkánygenom ismeretében a jövőben sokkal tudatosabban lehet egy-egy betegség modellezésére alkalmas patkánytörzset "konstruálni", könnyebbé válik számos humán kórkép genetikai hátterének felderítése, új hatásmechanizmusú gyógyszerek kifejlesztése.

Rat Genome Sequencing Consortium (2004): Genome Sequence of the Brown Norway Rat Yields Insights into Mammalian Evolution. Nature. 428, 493-521


Az étvágy eleve elrendeltetett

Már az élet első pár hetében eldől, hogy valaki örökös fogyókúrára lesz-e ítélve, vagy nem lesznek súlyproblémái. Az Oregon Health and Science Universityn Richard Simerly és kollégái azt vizsgálták, hogy a leptin nevű hormon, amelyről néhány éve tudjuk, hogy jelenléte csökkenti az étvágyat, milyen kapcsolatot mutat az agy fejlődése és a kövérség között.

A kutatók olyan genetikailag módosított egereket állítottak elő, amelyek szervezetében nem termelődött leptin. A leptinhiányos egerek egyik csoportjának azonban néhány hetes korukban leptinkezelést adtak. Azt tapasztalták, hogy ezek az állatok felnőttként sokkal kevesebbet ettek, és kevésbé voltak kövérek, mint társaik, akik sosem találkoztak leptinnel. Simerlyék megvizsgáltak az egerek agyát is, és megállapították, hogy az agy éhséget szabályozó területén sokkal több idegsejttel rendelkeztek azok az állatok, amelyek kiskorukban kaptak egy kis "leptin-löketet". Feltételezésük szerint a neurontöbblet magasabb aktivitást tart fenn az agynak ezen a részén, s ez segíti a jóllakottságérzet kialakulását.

Simerly a Nature Science Update-nek április 2-án adott nyilatkozata szerint mindebből az a következtetés vonható le, hogy étvágyunk már kora gyermekkorunkban eldől. Életünk első néhány hetében genetikai adottságainkon múlik, hogy szervezetünkben mennyi leptin van, ez eldönti az agy "huzalozását", és ezen keresztül a későbbi étvágyat.

A kutatók szerint ezek az eredmények a kövérség elleni gyakorlati küzdelem szempontjából is jelentősek lehetnek, hiszen ha kiderülne, hogy a leptin hogyan befolyásolja az agy működését, új típusú étvágycsökkentő gyógyszereket lehetne fejleszteni.

Bouret, Sebastien G. - Draper, Shin J. - Si-merly, Richard B. (2004): Trophic Action of Leptin on Hypothalamic Neurons That Regulate Feeding. Science. 304, 108-110


A nők önállóan is védekezhetnek majd az AIDS ellen

Brit kutatók Afrikában hamarosan nagyszabású klinikai vizsgálatot indítanak két olyan gél hatékonyságának tesztelésére, amelyektől az AIDS-járvány terjedésének lassulását várják. Az új szereket asszonyok számára fejlesztették ki, azt remélve, hogy segítségükkel akkor is megvédhetik magukat az AIDS-et okozó HIV vírustól, ha partnerük nem hajlandó óvszert viselni. A három évig tartó vizsgálatban összesen 12 ezer zambiai, tanzániai, ugandai és kameruni nő vesz részt. A gélek vírusellenes szert tartalmaznak, és a kutatók abban bíznak, hogy a hüvelyben elpusztítják a vírusokat, mielőtt azok a nyálkahártyán keresztül bejutnának a test többi részébe. Amennyiben az új szerek a klinikai vizsgálatok során hatékonynak bizonyulnak, még ebben az évtizedben piacra kerülhetnek - jelentették be a brit kutatók március végén egy londoni kongresszuson. Egy szakértő becslése szerint a kipróbálás három éve alatt kb. 2,5 millió életet lehet majd megmenteni. Az állatkísérletek szerint a gélek 50-75 %-ban megelőzték a HIV-fertőzést. A brit kormány által támogatott kutatás eddig 17 millió fontba került.

Egyébként jelenleg a világon kb. 60 hasonló ún. mikrobicid tesztelése folyik, összesen 14 klinikai vizsgálat keretében.

New Scientist On-line. 2004 március 23.,

BBC. 2004. március 27. http://news.bbc. co.uk/1/hi/health/3574165.stm

G. J.

Jéki László - Gimes Júlia


<-- Vissza a 2004/5 szám tartalomjegyzékére
<-- Vissza a Magyar Tudomány honlapra
[Információk] [Tartalom] [Akaprint Kft.]