Hamarosan indul
az LHC a CERN-ben
A terv szerint a protonnyalábok szeptemberben elején teszik meg az elsõ köröket a világ legnagyobb energiájú új részecskegyorsítójában. Az LHC (Large Hadron Collider – nagy hadron ütköztetõ) neve elõször is a berendezés nagy méretére utal: a gyorsítót magába fogadó földalatti alagút kerülete 27 km. A hadron szó a részecskék egy családját jelöli, a gyorsítandó részecskék, a protonok ebbe a családba tartoznak. A hadronok még kisebb egységekbõl, kvarkokból állnak. Az ütköztetõ a gyorsító típusára utal: két részecskenyaláb kering körpályán egymással szemben, ellentétes irányban, majd a gyorsító négy pontján összeütköznek, ezeken a pontokon zajlanak a tanulmányozandó részecskeátalakulások. A részecskegyorsítók, a mellettük végzett kísérletek évtizedek óta az adott kor mûszaki csúcsmegoldásait igényelték, sokszor a fizikusok igényei kényszerítettek ki megoldásokat.
Mindkét nyalábban 7 TeV (teraelektronvolt) energiára tesznek szert a protonok, a két nyaláb ütközésénél tehát 14 TeV energia áll rendelkezésre. (Az elsõ hónapokban csak 5+5 TeV-en kísérleteznek majd.) Ekkora energiájú folyamatokat még sohasem figyeltek meg laboratóriumban. Az LHC egy korábbi gyorsító, a nagy elektron–pozitron ütköztetõ (LEP) alagútjában épült meg, miután a LEP-et 2000-ben leszerelték.
A részecskék akkor tudnak egyre nagyobb sebességre szert tenni, ha útjuk során nem ütköznek akadályba, más atomokba, részecskékbe, ezért a gyorsítócsõ egész térfogatában igen nagy légritkítást kell elérni. Az LHC-ben 10-13 atmoszféra lesz a légnyomás, vagyis a normál légköri nyomás tízbilliomod része. A mûszaki feladat nagyságát mutatja, hogy ezt a fantasztikus légritkítást hatalmas, kb. 6500 köbméter térfogatban kell elérni, ez körülbelül egy nagy katedrális térfogata.
A részecskék pályáját összesen 9300 különbözõ típusú mágnessel alakítják ki. A nagy mágnesek testébe építették be a kisebb, korrekciós célokat szolgáló mágneseket. Az LHC-ben szupravezetõ mágnesekkel hozzák létre a 8,3–8,4 tesla erõsségû mágneses teret, hagyományos megoldásokkal nem lehet ilyen nagy térerõsséget létrehozni. (Ez a tér kétmilliószor erõsebb a földmágneses térnél.) A mágnesekben nióbium–titán ötvözetbõl készített kábeleket használnak, ez az anyag az abszolút nulla fölött 10 fokkal válik szupravezetõvé. Egy kábel 6300 darab, egyenként 0,006 mm vastag szálból áll. A szálak tízszer vékonyabbak az emberi hajnál! A mágnesekben 11 700 amper erõsségû áram folyik, ez hozza létre a szupererõs mágneses teret.
A mágneseket szuperfolyékony héliummal hûtik 1,8 kelvinre, vagyis -271,4 °C-ra. A távoli világûr ennél melegebb, -270,5 Celsius-fokos (2,7 K)! A mágnesek folyékony hélium fürdõben ülnek. A rendszerben 96 tonna hélium van, ennek 60 %-a a mágnesekben, 40 % pedig az elosztó- és hûtõrendszerben. Az egész LHC-gépezetet (36 800 tonna tömeget) több lépésben hûtik le. Az elõhûtés során 10 ezer tonna folyékony nitrogénnel 80 kelvint (-193,2 °C) érnek el, ezután a héliumot lehûtik 4,5 kelvinre és a mágneseket feltöltik 60 tonna folyékony héliummal. A mágnesek feltöltése után folytatódik a hûtés, lassan mennek le 1,9 kelvinre.
A részecskéket rádiófrekvenciás térrel gyorsítják. A nyaláb nem folyamatos, hanem ún. csomagokból áll. Normál üzem esetén minden nyaláb 2808 csomagból áll, egy-egy csomagban százmilliárd darab proton van. A két nyaláb találkozásakor a két találkozó csomagban lévõ összesen 200 milliárd proton közül mindössze húsz ütközés megy végbe. A csomagok átlagosan másodpercenként 30 milliószor ütköznek, az LHC-ben tehát mintegy 600 millió ütközés következik be másodpercenként.
Négy hatalmas detektorrendszerrel rögzítik a részecskeütközéseket követõ folyamatokat. A következõ évtizedben alapvetõ kérdésekre keresnek választ. Milyen volt az anyag a világegyetem történetének kezdetén, az õsrobbanás után? Miért nincs számottevõ mennyiségû antianyag az ismert világegyetemben? Keresik a részecskefizika általános elmélete, a Standard Modell szerint még hiányzó részecskét, a Higgs-bozont. Igazolják vagy cáfolják a szuperszimmetrikus részecskék létezését, ezeket az ún. nagy egyesítõ elméletek alapján várják.
J. L.
Víz a Marson
A NASA által a Marsra juttatott Phoenix Mars Lander mérései egyértelmûen igazolták víz jelenlétét a talajban. Korábban már vízjég jelenlétére utaltak a bolygó körül keringõ Mars Odyssey mérései is, így arra következtettek, hogy északon télen vízjég, felette szén-dioxid-jég fedi a felszínt, ezek tavasszal szublimálnak. A hidrogén jelenlétét kimutató neutronspektrométeres mérések alapján kiderült, hogy nyáron is van vízjég a talajban, több centiméter mélyen. A Phoenix május 25-i leszállása utáni elsõ mérések, felvételek is vízjég jelenlétére utaltak. Az elsõ néhány próbálkozás során azonban nem sikerült a felszínrõl kiásott mintát bejuttatni a mûszerekbe. Július 30-án egy két nappal korábban kiemelt mintával sikerült a vizsgálat. A kb. 5 cm mély árokból kiemelt talajdarabot két napig a kaparókanálban hagyták, ezalatt a víz egy része elpárolgott, a minta könnyebben kezelhetõvé vált. A mintát végül a TEGA (Thermal and Evolved-Gas Analyzer) mûszer elemezte. A TEGA felmelegíti a mintát (max. 1000 °C-ig), és tömegspekrométerrel méri a pára összetételét. Az eredmény a NASA kutatói szerint teljesen egyértelmû: víz jelenlétét mutatták ki. A Phoenix eredetileg kilencven napra tervezett küldetését öt héttel meghosszabbították, szeptember 30-ig.
Továbbra is nyitott kérdés, hogy a vízjég felolvad-e úgy, hogy esetleges biológiai folyamatok számára rendelkezésre álljon. A kutatók a mintákban széntartalmú vegyületek után is kutatnak.
NASA News. Release 08-195, 31 July 2008.
J. L.
Kémiai iránytû
madarakban?
Legalább ötven állatfajról bizonyosodott már be, hogy a Föld mágneses terét használják tájékozódásra. A biofizikai mechanizmus még nem tisztázott. Két alapvetõ mechanizmust javasolnak: vagy mágneses vasásványok, vagy mágnesesen érzékeny fotokémiai reakciók játszanak szerepet. Most elsõ ízben sikerült igazolni, hogy a Föld mágneses terével összemérhetõ gyenge tér kimutatható változást idéz elõ egy fotokémiai reakció sebességében vagy a termékek hozamában. A kutatók egy karotenoid-porfirin-fullerén csoporton igazolták, hogy a fény hatására keletkezõ szabad gyökök spinállapota megváltozik a mágneses tér hatására, e miatt megváltozik a modellrendszer élettartama, kimérték az anizotrop kémiai választ. A modellkísérlet egyelõre távol van a valódi biológiai rendszerektõl, hiszen csak -150 Celsius-fokon mûködik a rendszer, az elvet mindenesetre sikerült igazolni.
Kiminori, Maeda et al.: Chemical Compass Model of Avian Magnetoreception. Nature. 2008. 453, 387–390
J. L.
Egyél kevesebbet –
tovább élsz
A szabad gyökök, amelyeket az élet negatív biokémiai szereplõjeként mostanáig csak az öregedéssel és a sejtpusztulással hoztak kapcsolatba, igen fontos szerepet játszanak az étvágy szabályozásában – állítják a Yale School of Medicine kutatói a Nature-ben. A hipotalamusz nevû agyterület éhségközpontjának sejtjei szabad gyökökön keresztül alakítják ki magát az éhségérzetet és a táplálékkeresõ magatartást is. Az éhségközpont tehát sok szabad gyököt termel, de amikor már nincs rájuk szükség, egy másik mechanizmus megvédi az éhségért felelõs sejteket ezektõl az agresszív molekuláktól – mondja Horváth Tamás, a Yale tanszékvezetõ professzora. Ugyanakkor a jóllakottság központ is sok szabad gyököt használ fel a teltség érzésének közvetítésére, ennek védelmére azonban nem alakultak ki speciális folyamatok, jelezve, hogy az evolúció során a táplálékszerzés volt az elsõdleges.
Horváth Tamás szerint az eredmények alátámasztják az ismert statisztikai, illetve kísérletes tényt, hogy a csökkentett kalóriabevitel meghosszabbítja az életet, hiszen a jóllakottságközpont által termelt szabad gyököktõl a továbbiakban nem védi a szervezetet semmi.
Ugyanakkor az új felismerés számos kérdést vet fel azzal kapcsolatban, hogy a ma étrendkiegészítõként divatos, és sokak által megvásárolt antioxidánsok befolyásolják-e, és ha igen, hogyan, az éhség–jóllakottság szabályozását. Elképzelhetõ például, hogy az éhesen bekapott pirulák tovább növelik az étvágyat, míg étellel együtt segítik a teltségérzet kialakulását.
Nature. 31 July 2008. 454, 7204,
G. J.
Õssejtvonalak
betegekbõl
Egy nemzetközi kutatócsoport munkatársai George Q. Daley vezetésével (Harvard Medical School) betegek bõrének, illetve csontvelejének sejtjeibõl hoztak létre õssejtszerû sejtvonalakat. Ilyen sejtek létrehozása az õssejtkutatások újabb iránya: lényegében arról van szó, hogy felnõtt sejteket programoznak vissza embriószerû állapotba (iPS – induced pluripotent stem cells, ez az angol terminológia), majd próbálják õket különbözõ fejlõdési utakra „rábeszélni”, azaz belõlük különbözõ „szakosodott” sejteket, például máj- vagy idegsejteket elõállítani.
A Cell online változatában, augusztus 6-án Daley-ék beszámoltak iPS sejtvonalaikról, melyek egyebek között Down-szindrómás, Huntington-, illetve Parkinson-kóros, 1-es típusú cukorbajban, illetve valamilyen örökletes izomsorvadásban szenvedõ egyének sejtjeibõl származnak, és szerintük jó lehetõséget biztosítanak új betegségmodellek kialakítására, valamint az egyes kórképek okainak, gyógyítási lehetõségeinek felderítésére.
Daley-ék az általuk létrehozott ún. betegség specifikus sejtvonalakat más kutatók számára is hozzáférhetõvé kívánják tenni.
doi:10.1016/j.cell.2008.07.041 (2008)
nature.com 08.08.07.
G. J.
Elkészült
a neandervölgyi ember mitokondriális genomja
Egy 38 ezer éves csontból német és dán kutatók megfejtették a neandervölgyi ember mitokondriális DNS-ének betûsorrendjét – írta a New Scientist Online augusztus 7-én. A sejtek energiaháztartását biztosító sejtszervecske, a mitokondrium örökítõanyaga sokkal kisebb, mint a sejtmag DNS lánca, hiszen amíg az utóbbi 3 milliárd bázispárt tartalmaz, addig ez kb. 16 500-at.
A csak anyai ágon öröklõdõ mitokondriális DNS-t régóta használják régészeti, származástani kutatásokban, és segítségével a kutatók most azt állapították meg, hogy a Homo sapiens és a neandervölgyi ember fejlõdése kb. 600 ezer évvel ezelõtt vált el egymástól.
A neandervölgyi ember mitokondriális DNS-ét fõemlõsök DNS-ével összehasonlítva pedig megállapították, hogy a neandervölgyi faj tagjai igen fiatalon érték el ivarérettségüket és kis csoportokban éltek, ami csökkentette a genetikai változatosság esélyeit.
A lipcsei Max Planck Intézet kutatói most a leletbõl a neandervölgyi ember sejtmagban lévõ teljes örökítõanyagát akarják „leolvasni”. Ígéretük szerint a teljes genom néhány hónapon belül elkészül, és új ismeretekkel szolgálhat például azzal kapcsolatban, hogy milyen genetikai különbségek vannak a 25 ezer évvel ezelõtt kihalt neandervölgyi, és a 250 ezer évvel ezelõtt Afrikában létrejött modern ember között.
Cell. 08. 08. 2008. 134, 416–426.
G. J.
Jéki László – Gimes Júlia