레이저 / 플라즈마 상호 작용 연구의 획기적인 발전

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Nat King Cole - Fascination - Grace Kelly

 

 

.DNA가없는 진정한 발전소

 

에 의해 알프레드 베게너 연구소 건강한 알렉산드리아 (오른쪽 위), 기생충 Amoebophrya (왼쪽) 및 숙주의 세포벽을 부러 뜨리는 기생충의 Vermiform (오른쪽 아래)에 감염된 Alexandrium. 신용 : Yameng Lu, 2019 년 4 월 24 일

인간이든 동물이든, 식물이든, 조류이든, 대부분의 생명체의 세포는 에너지 생성을 담당하는 특별한 구조를 가지고 있습니다. 미토콘드리아로 불리는이 미토콘드리아는 핵에서 발견되는 물질 외에 일반적으로 자체 유전 물질을 가지고 있습니다. Alfred Wegener Institute의 Uwe John과 동료들은 단세포 기생충에서이 규칙에 대한 최초의 예외를 확인했다. dinoflagellate Amoebophrya ceratii 의 미토콘드리아는 과학 전진 저널에보고 된 것처럼 우리 자신의 미토콘드리아처럼 에너지를 생산하지만, 유전 물질은 없다 . 그들은 성공적이고 다양하며 실제적으로 유비쿼터스 적입니다.과 소낭 (dinoflagellates)은 우리 해양에서 발견되는 플랑크톤의 주요 부분을 구성하고 다양한 라이프 스타일을 가지고 있습니다. 약 2,000 종의 알려진 종의 약 절반이 식물과 같은 광합성을 이용하고 다른 것들은 이용 가능한 것에 따라 다른 형태의 음식을 약탈하거나 대체한다. 마지막으로 기생충이 포함되어 있습니다. 헬리 호르츠 극지 해양 연구소 (AWI)의 Alfred Wegener Institute의 생물 학자 인 Uwe John이 이끄는 프랑스, ​​캐나다, 이집트, 영국, 체코, 독일의 국제 팀은 최근이 기생충 중 하나를 자세히 살펴 보았습니다 '유전 물질 - 발견 한 것에 놀랐다. 연구원은 원래 악명 높은 해양 연금술사이며 독성 조류 번식 을 형성하는 경향이있는 수많은 종을 포함하는 Alexandrium 속의 다른과 뇌척수강 세포에서 연구 대상을 발견했습니다 . 어떤 경우에는이 단세포 유기체의 전체 카펫이 물 표면을 덮어서 사람에게 위험 할 수있는 신경독 인 삭시 톡신을 생성합니다. 그러나이 연구의 중심에있는 Amoebophrya ceratii 종과 같은이 꽃들을 점검 할 수있는 기생충도 있습니다 . Uwe John은 "이 단세포 유기체는 적절한 숙주를 발견 할 때까지는 우리가 dinospores라고 불렀던 물 속에 떠 있습니다. 그들은 피해자에게 붙잡고, 그것을 꿰뚫어 내고 밖으로 먹습니다. 과정에서, 그들은 점점 더 커지고, 결국 다중 핵이있는 단계에 이릅니다. 벌레처럼, 그들은 죽은 숙주에서 기어 나와 새로운 수백 개의 새로운 생식기에 용해시킵니다. 이 감염주기는 3 ~ 4 일 걸리고 알렉산드리아 인구를 희석 할 수 있습니다. "사실, 기생충 덕분에 몇 년 전만해도 브리타니 연안에서 독성 조류 번식이 덜 자주 일어날 수 있습니다."라고 John은 말합니다.이 점은 독성이있는 조류 살인자를 더욱 흥미롭게 조사합니다. 가벼운 현미경 (왼쪽) 아래의 건강한 알렉산드린, 기생충 Amoebophrya에 의해 광학 현미경 (중간), 기생충 Amoebophrya에 의해 감염된 Alexandrium의 동일한 세포 (epifluorescence 현미경 (오른쪽))에 감염된 Alexandrium. 빨간색은 호스트의 색소를, 녹색은 기생충의 세포질을 나타냅니다. 나는이 사진들을 AWI의 현미경으로 찍었다. 신용 : Yameng Lu 이 문맥에서, 팀은 Amoebophrya 의 게놈 (모든 유전 물질)을 시퀀싱하는데 , Amoebophrya 는 약 1 억 쌍의 염기쌍으로 구성되어있다. 그것은 dinoflagellate 표준에 의해 극도로 낮습니다 : 다른 종은 게놈이 인간 게놈보다 훨씬 큰 1000 배 더 큽니다. 즉, 작은 게놈은 정확히 기생충에 특이한 것은 아닙니다. 이 라이프 스타일을 추구하는 사람들 중 상당수는 생존에 필요한 모든 신진 대사 제품을 생산하지 않습니다. 그들은 단순히 호스트에서 그들을 훔칩니다. 이것은 이것이 숙주에 의존적이더라도, 단순히 존재하지 않는 많은 유전자가 있음을 의미합니다. 하지만 Amoebophrya ceratii 가 내려 가기로 선택한 길은 아닙니다 . "이 종에서, 거의 모든 대사 과정 Uwe John은 말합니다. 다른 어떤 dinoflagellate보다 훨씬 적은 유전 물질로 그렇게 할 수 있습니다. 이러한 감소는 핵 밖의 게놈 부분에서 특히 두드러집니다. 식물과 조류에서 자신의 DNA는 핵과 미토콘드리아 에서뿐만 아니라 광합성에 필요한 색소체에서도 발견됩니다. dinoflagellates 일반적으로,이 plastid DNA는 상당히 기본이며, 단지 14 유전자로 구성되어 있습니다. 그러나 Amoebophrya ceratii 는 plastids를 완전히 없애고 그들의 유전자 중 하나를 제외한 것으로 보입니다. 그러나 기생충이 미토콘드리아와 관련하여 추구 한 ' 예산 삭감 '은 훨씬 더 인상적입니다. 관련 종에서이 작은 발전소의 DNA는 아직도 전문가가 일반적으로 필요로하는 3 가지 유전자를 포함하고있다. 그러나 Amoebophrya ceratii 는 분명히 미토콘드리아 게놈을 완전히 잘라 냈습니다. 근면 한 노력에도 불구하고, 팀은 그 어떤 흔적도 찾을 수 없었습니다. 3 개의 유전자 중 2 개는 발견되지 않으며, 3 번째 유전자 인 시토크롬 C 옥시 다제 1 (COX1 또는 COI)은 핵으로 이동했다. Uwe John은 "그것은 절대적으로 놀랐다"면서 "미토콘드리아에 유전 물질이없는 다른 산소 호흡 생명체가 없기 때문에 나를 놀라게했다"고 말했다. 기생충이 많은 수의 새로운 생식기를 신속하게 형성해야 할 때 이러한 소형화가 유용 할 수 있습니다. John은 " 핵을 사용하는 모든 프로세스를 규제하는 것이 더 효과적 일 수 있으며 호스트 자원을 사용하는 가장 효율적인 방법이기도합니다." 그러나 에너지 공급이 무너지면 아무 것도 좋지 않을 것입니다. 그러나 미토콘드리아는 모든 단계에서 아주 잘 작동하며, 심지어 생체를 찾고있을 때 생식선이 빠르게 수영 할 수 있습니다. AWI 연구원 인 Uwe John은 "분명히 이러한 기생충은 에너지 생산 과 관련하여 모든 전략을 발견했습니다 . "에너지를 생산하기 위해서는 인간과 모든 동물의 미토콘드리아에서 발견되는 5 개의 알려진 단백질 복합체의 일부만 필요합니다." 전문가들은 그들의 발견이 우리가 dinoflagellates 및 그들의 친척 의 진화를 이해하는 데 도움이되기를 바랍니다 . 후자에는 다른 기생충과 말라리아와 같은 질병을 일으키는 병원균이 포함되기 때문에 이것은 또한 흥미 롭다. 또한이 연구 결과는 미토콘드리아 와 색소체 의 진화론 적 역사에 대한 새로운 통찰력을 제공 할 수 있었다 . 둘 다 원시적 인 생명체 였고 초기의 다른 단세포 생물에 흡수되어 이른바 내부 붕괴 (endosymbionts)로 살았다. 시간이 지남에 따라 그들의 유전 물질 은 점차 줄어들었고 더 이상 자체적으로 생존 할 수없는 '서비스 제공자'가되었습니다. 그러나 Amoebophrya ceratii 이 발달을 한 발 더 나아간 것으로 보이고, 그것의 endosymbionts의 유전 자치의 마지막 흔적을 제거했다.

추가 탐색 Dinoflagellate의 놀라운 게놈 더 자세한 정보 : U. John el al., "미토콘드리아 게놈이 결핍 된 기능성 미토콘드리아를 가진 호기성 진핵 기생충", Science Advances (2019). DOI : 10.1126 / sciadv.aav1110 , https://advances.sciencemag.org/content/5/4/eaav1110 저널 정보 : Science Advances 에 의해 제공 알프레드 베게너 연구소

https://phys.org/news/2019-04-veritable-powerhouseseven-dna.html

 

 

.암흑 물질 탐지기가 지금까지 기록 된 희귀 한 사건을 관찰합니다

로 렌 셀러 폴리 테크닉 대학 XENON1T 암흑 물질 협력은 1.8 X 1022 년의 반감기를 갖는 크세논 124의 방사성 붕괴를 관측했습니다. 크레딧 : XENON1T, 2019 년 4 월 24 일

당신은 우주의 시대보다 1 조 배 이상 오래 걸리는 과정을 어떻게 관찰합니까? XENON Collaboration 연구팀은 우주 암흑 물질에서 가장 애매한 입자를 찾기 위해 제작 된 도구로이 작업을 수행했습니다. 저널 네이처 (Nature ) 지에 내일 게재 될 논문 에서 연구자들은 반감기가 1.8 X 10 22 년인 크세논 124의 방사성 붕괴를 관찰했다고 발표했다 . Rensselaer의 물리학 조교수 인 Ethan Brown과 공동 저자 인 "우리는 실제로 이러한 부식이 일어난 것을 보았습니다. 그것은 직접 관찰 된 가장 길고 가장 느린 과정이며, 우리의 암흑 물질 검출기 는 그것을 측정하기에 충분히 민감했습니다. 연구의. "이 과정을 목격 한 것은 놀라운 일이며, 우리의 탐지기는 지금까지 기록 된 희귀 한 것을 측정 할 수 있다고 말합니다." XENON Collaboration은 이탈리아의 Gran Sasso 산 아래에서 깊은 1,500 미터의 수심에 잠긴 저온 유지 장치에서 우주선으로부터 차폐 된 초 순수 액체 크세논의 1,300 kg Vane 인 XENON1T를 가동합니다. 연구자 들은 입자가 검출기 내부의 크세논과 상호 작용할 때 생성되는 작은 빛의 빛을 기록함으로써 암흑 물질 (보통 물질보다 5 배 더 풍부하지만 보통 물질과 거의 상호 작용하지 않음)을 찾습니다 . XENON1T는 암흑 물질 입자와 크세논 원자핵 사이의 상호 작용을 포착하기 위해 제작되었지만 실제로는 크세논과의 상호 작용으로부터 신호를 포착합니다. 크세논 붕괴에 대한 증거는 중성자로 변환 된 크세논 원자의 핵 내부에있는 양성자로서 생성되었다. 붕괴 될 수있는 대부분의 원소에서, 하나의 전자가 핵으로 끌려들 때 일어난다. 그러나 크세논 원자의 양성자는 두 개의 전자를 흡수하여 "이중 전자 포획 (double electron capture)"이라고 불리는 사건을 중성자로 변환해야한다. Double-electron capture는 두 개의 전자가 적시에 핵의 바로 옆에있을 때에 만 일어난다 고 Brown은 말했다. "희귀 한 것은 희귀 한 것으로, 희귀 한 것으로 희귀하게 만든다." 극히 드문 일이 발생하고 이중 전자 포획이 탐지기 내부에서 발생했을 때, 계기는 원자에있는 전자의 신호를 포착하여 핵으로 흡수 된 두 개를 채우기 위해 재배치합니다.

XENON1T의 내부 디텍터의 광 검출기는 UZH 연구소의 액체 크세논에서 테스트되었습니다. 크레딧 : Xenon Collaboration "

이중 캡처의 전자는 핵 주위의 가장 안쪽 껍질에서 제거되며, 그 껍질에 공간을 만듭니다."라고 Brown은 말했습니다. "나머지 전자들은 바닥 상태로 붕괴되고, 우리는이 탐지기에서이 붕괴 과정을 보았습니다." 이 성취는 방사성 붕괴 의 직접적인 관찰 에 기초하여이 크세논 동위 원소의 반감기를 과학자들이 측정 한 최초의 결과 이다. "이것은 물질의 가장 근본적인 특성에 관한 지식의 국경을 진보시키는 매혹적인 발견입니다"라고 과학부의 Curt Breneman 학장은 말했습니다. "탐지기를 교정하고 크세논이 최대한의 순도 표준으로 문질러 지도록하는 Brown 박사의 노력은이 중요한 관찰을하는 데 중요했습니다." 광 검출기를 선택하는 전자 장치는 UZH에서 개발 및 제작되었습니다. (Image : Xenon Collaboration) 크레디트 : Xenon Collaboration XENON Collaboration은 유럽, 미국 및 중동에서 온 160 명이 넘는 과학자들을 포함하고 있으며 2002 년 이래로 이탈리아의 Gran Sasso 국립 연구소에서 세 가지 더 민감한 액체 크세논 감지기를 운영 해왔다 . XENON1T는 2016 년부터 2018 년 12 월까지 데이터를 수집 한 후 스위치를 껐습니다. 과학자들은 현재 XENON1T보다 3 배 큰 액티브 검출기 질량을 특징으로하는 새로운 XENONnT 단계에 대한 실험을 업그레이드하고 있습니다. 배경 레벨을 낮춤과 동시에 감지기 의 감도를 한 단계 높일 수 있습니다.

추가 탐색 암흑 물질에 대한 침묵하는 검색 자세한 정보 : XENON1T, Nature (2019) 로 124Xe에서 두 개의 중성미자 이중 전자 포획 관찰 . DOI : 10.1038 / s41586-019-1124-4 , https://www.nature.com/articles/s41586-019-1124-4 저널 정보 : 자연 에 의해 제공 렌 셀러 폴리 테크닉 대학

https://phys.org/news/2019-04-dark-detector-rarest-event.html

 

 

.레이저 / 플라즈마 상호 작용 연구의 획기적인 발전

Kathy Kincade, Lawrence Berkeley 국립 연구소 대규모 시뮬레이션은 혼돈이 강력한 레이저 에너지에 의한 고밀도 플라즈마의 확률 론적 가열에 대한 책임이 있음을 보여줍니다. 이 이미지는 물리적 시스템에서 혼란의 출현을 담당하는 소위 "신축 및 접힘"메커니즘을 설명하는 PIC 시뮬레이션에서 가져온 고밀도 플라즈마로부터의 전자 분포 위상 공간 (위치 / 운동량)의 스냅 샷을 보여줍니다. 크레디트 : G. Blaclard, CEA Saclay, 2019 년 4 월 24 일

Lawrence Berkeley National Laboratory 및 CEA Saclay의 연구원이 개발 한 새로운 3 차원 입자 내 (PIC) 시뮬레이션 도구는 이전에 사용 된 표준 PIC 코드에서 벗어난 레이저 / 플라즈마 결합 메커니즘의 최첨단 시뮬레이션을 가능하게합니다. 플라즈마 연구. 이러한 메커니즘에 대한보다 자세한 이해는 의학, 산업 및 기초 과학의 오랜 과제를보다 효율적이고 경제적으로 해결할 수있는 초소형 입자 가속기 및 광원 개발에 중요합니다. Berkeley Lab Laser Accelerator (BELLA) 센터와 프랑스 원자력위원회 (CEA)의 일원 인 프랑스의 국제 연구 기관인 CEA Saclay와 같은 레이저 플라즈마 실험에서 입자 빔을 가속시키는 플라즈마 내의 매우 큰 전기장 고 에너지기존의 가속기 기술과 비교할 때 훨씬 짧은 거리에서 작동합니다. 이러한 레이저 플라즈마 가속기 (LPA)의 장기 목표는 고 에너지 연구를 위해 하루 동안 충돌기를 만드는 것이지만 이미 많은 스핀 오프가 개발되고 있습니다. 예를 들어, LPA는 고체 물질에 다량의 에너지를 빠르게 증착시켜 밀도가 높은 플라즈마를 생성하고이 물질을 극심한 온도와 압력에 노출시킬 수 있습니다. 그들은 또한 단지 attoseconds 지속 빛 펄스를 생성 자유 전자 레이저를 운전에 대한 잠재력을 보유하고 있습니다. 이러한 극단적 인 짧은 펄스는 연구원들이 극히 짧은 시간 규모에서 분자, 원자, 심지어 원자 입자의 상호 작용을 관찰 할 수있게 할 수 있습니다. 슈퍼 컴퓨터 시뮬레이션은이 연구에 점차 중요 해지고 있으며 버클리 연구소의 국립 에너지 연구 과학 컴퓨팅 센터 (NERSC)는 이러한 노력에 중요한 자원이되었습니다. PIC 시뮬레이션은 고밀도 물리학 실험을 이해하고, 모델링하고, 안내하는 데 중요한 역할을했습니다. 입자의 궤도와 같은 실제 관측 가능 물과 극소수의 시간과 길이의 스케일에서 실험하기 어려운 방사 된 필드에 대한 연구원의 접근성을 제공합니다. 그러나 초 고강도에서 레이저 물질 상호 작용을 모델링하기에 충분한 계산 정확도를 갖는 PIC 코드가 없기 때문에이 상호 작용에 의해 생성 된 새로운 입자 및 광원의 개발이 어려워졌습니다. 이 과제는 버클리 연구소 / CEA 새 클레 팀 이 NERSC Exascale Science Applications Program (NESAP)의 첫 번째 라운드에서 시작된 Warp + PXR이라는 새 시뮬레이션 도구 를 개발하도록 유도했습니다 . 이 코드는 광범위하게 사용되는 3-D PIC 코드 Warp와 Berkeley Lab 및 CEA Saclay가 공동으로 개발 한 고성능 라이브러리 PICSAR을 결합합니다. 또한 Berkeley Lab과 CEA Saclay가 공동 개발 한 새로운 유형의 대용량 병렬 의사 스펙트럼 해석기를 사용하여 플라즈마 연구에서 일반적으로 사용되는 해석기와 비교하여 시뮬레이션의 정확도를 획기적으로 향상시킵니다. 실제로이 새롭고 확장 성이 뛰어난 해결사가 없다면 "현재 우리가 수행하고있는 시뮬레이션은 불가능할 것입니다."라고 Lab의 Applied Physics and Accelerator Technologies에서 Accelerator Modeling Program을 이끌고있는 Berkeley Lab의 수석 물리학 자 Jean-Luc Vay는 말했습니다. 분할. "이전 연구에서 우리 팀이 보여 주었 듯이,이 새로운 FFT 스펙트럼 해석기는 FDTD (finite difference time domain) 해석기로 수행 할 수있는 것보다 훨씬 더 높은 정밀도를 가능하게하므로 표준으로 접근 할 수 없었던 일부 매개 변수 공간에 도달 할 수있었습니다 FDTD 해결사. " 이 새로운 유형의 스펙트럼 해석기는 Vay와 동료가 미국 에너지 부 (US Department of Energy)의 Exascale Computing Project의 일부로 새로운 Warp-X 코드에서 개발하고있는 적응 형 메쉬 세분화를 갖춘 차세대 PIC 알고리즘의 핵심입니다. 2-D 및 3-D 시뮬레이션 모두 중요 Vay는 또한 Physical Review X 에서 3 월 21 일자로 출간 된 논문에 공동 저자입니다.Warp + PXR을 이용한 레이저 - 플라즈마 결합 메커니즘에 대한 최초의 포괄적 인 연구 보고서. 이 연구는 NERSC의 Cori 슈퍼 컴퓨터와 Argonne Leadership의 Mira 및 Theta 시스템에서 실행되는 최첨단 2D 및 3D 시뮬레이션을 사용하여 CEA Saclay의 UHI100 레이저 설비에서 수행 된 최첨단 실험 측정치를 결합했습니다 Argonne 국립 연구소의 컴퓨터 시설. 이러한 시뮬레이션을 통해 팀은 초강력 레이저 빛과 생성 된 고밀도 플라즈마 간의 결합 메커니즘을보다 잘 이해할 수 있었고, 초소형 입자 및 광원을 최적화하는 방법에 대한 새로운 통찰력을 얻을 수있었습니다. Warp + PXR 벤치 마크에서는 Cori와 800에서 최대 400,000 개의 코어에이 코드를 확장 할 수 있었으며, CEA 새 클레이의 고강도 물리 그룹의 과학자 인 앙리 빈센트 (Henri Vincenti)는 "우리는 2 차원 시뮬레이션을 통해 실험에서 일어난 일을 일관되게 반복하거나 재현 할 수 없다. 우리는이를 위해 3-D가 필요하다"고 말했다. Vincenti는 새로운 연구를위한 이론적 / 시뮬레이션 작업을 주도했으며 Vay 그룹의 Berkeley Lab에서 Marie Curie 박사후 연구원으로 일했으며,이 곳에서 처음으로 새로운 코드 및 해결사 작업을 시작했습니다. "3 차원 시뮬레이션은 새로운 코드가 실험에 가져온 정확성을 벤치마킹 할 수 있다는 점에서 정말로 중요했습니다." Physical Review X 논문에 소개 된 실험 에서 CEA Saclay 연구원은 고밀도 플라즈마를 생성하기 위해 실리카 타겟에 초점을 맞춘 CEA의 UHI100 시설에서 고출력 (100TW) 펨토초 레이저 빔을 사용했습니다. 또한, 실험 중 레이저 - 플라즈마 상호 작용을 연구하기 위해 Lanex scintillating screen과 extreme-ultraviolet spectrometer라는 두 가지 진단 방법이 적용되었습니다. 진단 도구는 실험이 진행되는 동안 시간과 길이의 척도를 연구하고 연구자의 연구 결과에 중요한 시뮬레이션을 다시 만들 때 추가적인 어려움을 나타 냈습니다. "이런 종류의 실험에서는 종종 실험에서 타겟에 매우 강렬한 레이저 필드가 있기 때문에 대상에 가까운 진단을 할 수 없기 때문에 시간과 길이에 영향을 줄 수는 없습니다."라고 Fabien Quéré , CEA에서 실험 프로그램을 이끌고 PRX 논문의 공동 저자이기도 한 연구 과학자. "이런 종류의 실험에서 우리는 멀리 떨어져있는 10, 20cm의 대상에 의해 방출되는 것들을 본다. 본질적으로 물리학은 미크론 또는 서브 미크론 규모이며 시간은 서브 펨토 스케일이다. 우리는 실험에서 무슨 일이 벌어지고 있는지 해독하기 위해 시뮬레이션이 필요합니다. " "우리가이 연구에 사용한 첫 번째 원리 시뮬레이션을 통해 개별 입자 궤도의 세부 수준에서 견고한 목표를 가진 레이저 필드 상호 작용의 복잡한 역학에 액세스 할 수 있었으며 실험에서 어떤 일이 일어나는지 더 잘 이해할 수있었습니다. "Vincenti 덧붙였다. Vay와 공동 작업자가 2013 년에 도입 한 패러다임 전환 덕분에 초 고밀도 스펙트럼 FFT 솔버를 사용한 이러한 매우 큰 시뮬레이션이 가능했습니다. A의 연구 전산 물리학 저널에 발표, 그들은 시간에 따른 맥스웰의 방정식을 풀 때, (글로벌이고 전체에 걸쳐 프로세서 간의 통신을 필요로하는 표준 FFT 병렬화 방법 관찰 시뮬레이션 도메인) 도메인으로 대체 될 수 로컬 FFT를 사용한 분해 및 이웃 프로세서로 제한된 통신 새로운 방법은 많은 수의 컴퓨터 노드에서 훨씬 강력하고 약한 확장을 가능하게하는 것 외에도 통신을 줄이기 때문에 에너지 효율이 높습니다. "표준 FFT 알고리즘을 사용하면 전체 시스템에서 통신해야합니다."라고 Vay는 말합니다. "하지만 새로운 스펙트럼 FFT 솔버는 컴퓨터 시간과 에너지를 절약 할 수 있습니다. 이는 새로운 슈퍼 컴퓨터 아키텍처 도입에 큰 도움이됩니다." 추가 탐색 레이저 '드릴'은 레이저 구동 전자 가속에서 새로운 세계 기록을 세웁니다.

더 많은 정보 : L. Chopineau et al, Ultraintense Laser Light와 Dense Plasmas 사이의 결합 메커니즘의 확인, Physical Review X (2019). DOI : 10.1103 / PhysRevX.9.011050 저널 정보 : Physical Review X 에 의해 제공 로렌스 버클리 국립 연구소

https://phys.org/news/2019-04-breakthrough-laserplasma-interactions.html

 

 

.새로운 강력한 장치가 양자 기술을 확장 할 수 있다고 연구원은 말합니다

Kayla Wiles, Purdue University 한 연구는 조셉슨 접합이라고 불리는 장치를 형성하는 알루미늄과 인듐 비소의 두 가지 물질의 조합이 양자 비트를보다 탄력있게 만들 수 있음을 보여줍니다. 신용 : 코펜하겐 대학 image / Antonio Fornieri, 2019 년 4 월 24 일

연구자들은 수년 동안 업계가 확장 할 수있는 양자 컴퓨터를 만들기 위해 오랫동안 노력해 왔지만, 양자 컴퓨터의 기본 요소 인 큐 비트는 여전히 양자 컴퓨터가 될 수있는 시끄러운 환경을 처리 할만큼 견고하지 못합니다. 불과 2 년 전에 개발 된 이론 은 인듐 아세 나이드 (indium arsenide)와 초전도체 (aluminum)를 평면 디바이스에 결합함으로써 큐 비트를 더욱 탄력있게 만드는 방법을 제안했습니다. 이제이 이론은 큐 비트의 스케일링을 도울 수있는 장치에서 실험적 지원을 받았습니다. 이 반도체 - 초전도체 조합은 "위상 적 초전도성"의 상태를 만들어 내는데, 큐 비트의 환경에서의 약간의 변화, 심지어 는 "디코 어 (decoherence)"라고 불리는 유명한 문제인 양자 성질 을 방해 합니다. 이 디바이스는 업계에서 이미 고전적인 마이크로 프로세서를 구축하기 위해 실리콘 웨이퍼 형태로 사용하고있는 플랫 한 "평면"표면 때문에 잠재적으로 확장 가능합니다. 네이처 (Nature )에 게재 된이 연구 는 코펜하겐 대학 (University of Copenhagen)의 Niels Bohr 연구소의 Microsoft Quantum 연구소에서 주도했으며,이 연구소는 장치를 제작하고 측정했습니다. Purdue 대학의 Microsoft Quantum 연구소는 분자 빔 에피 택시 (molecular beam epitaxy) 라는 기술을 사용하여 반도체 - 초전도체 이종 구조를 성장시키고 초기 특성 측정을 수행했습니다. 시카고 대학과 이스라엘의 Weizmann Institute of Science와 함께 캘리포니아 산타 바바라의 Microsoft 연구소 인 Station Q의 이론가들도이 연구에 참여했습니다.

Purdue University의 Michael Manfra 연구실을 비롯한 다양한 Microsoft Quantum 랩 사이트의 연구원은 더 많은 확장 가능한 양자 비트를 가져올 수있는 장치를 만들기 위해 협력했습니다. 여기 퍼듀 대학의 연구원 캔디스 토마스 (왼쪽)와 제프 가드너 (Geoff Gardner)가 그려져있다. 크레디트 : Microsoft Station Q Purdue 사진 "

평면 반도체 소자 기술은 고전 하드웨어에서 그토록 성공적 이었기 때문에 양자 컴퓨터의 스케일 업을위한 몇 가지 접근법이 개발되었습니다."퍼듀 대학교의 Bill and Dee O'Brien 교수 인 물리학 및 천문학 교수 인 Michael Manfra는 말했다. Purdue의 Microsoft Station Q 사이트를 이끌고 있는 전기 및 컴퓨터 엔지니어링 및 재료 공학과 이 실험은 알루미늄과 인듐 비소화물이 결합되어 조셉슨 접합이라고 불리는 장치를 형성 할 때 마요른 제로 모드를 지원할 수 있다는 증거를 제공한다. 알루미늄과 인듐 비소화물은 서로간에 잘 흐르기 때문에 잘 작동하는 것으로 알려져 있습니다. 이것은 대부분의 반도체와 달리 인듐 아세 나이드는 하나의 재료의 전자가 다른 재료에 들어가는 것을 막는 장벽이 없기 때문입니다. 이 방법으로, 알루미늄의 초전도는 인듐 비소 , 반도체, 초전도 의 최상층을 만들 수 있습니다. "이 장치는 아직 큐빗 (qubit)으로 작동하지는 않지만,이 신문은 확장 가능한 기술이 될 수있는 적절한 성분을 가지고 있음을 보여줍니다."다가오는 양자 기술의 플랫폼을 구축하고 물리학을 이해하는 전문 인 Manfra는 말했다. 업계가 쉽게 적응할 수있는 평면 구조로 초전도체와 반도체의 최상의 특성을 결합하면 양자 기술을 확장 가능하게 만들 수 있습니다. 단일 웨이퍼상의 트랜지스터라고하는 수조 개의 스위치는 현재 고전 컴퓨터가 정보를 처리 할 수있게합니다. "이 연구는 확장 가능한 양자 기술을 구축하기위한 첫 단계입니다."라고 Manfra는 말했습니다. 추가 탐색 '면역화 (Immunizing)'퀀텀 비트가 자라다.

자세한 정보 : 평면 조셉슨 접합부의 위상 학적 초전도 증거, Nature (2019). DOI : 10.1038 / s41586-019-1068-8 , https://www.nature.com/articles/s41586-019-1068-8 Michael Hell et al. Majorana Bound States 네트워크를위한 2 차원 플랫폼, Physical Review Letters (2017). DOI : 10.1103 / PhysRevLett.118.107701 저널 정보 : Physical Review Letters , Nature 퍼듀 대학 제공

https://phys.org/news/2019-04-robust-device-scale-quantum-tech.html

 

 

.젊은 별에 의한 지구와 같은 분위기의 급속한 파괴

로 비엔나 대학 크레딧 : CC0 공개 도메인, 2019 년 4 월 24 일

우리 태양계 외부의 별들을 궤도를 도는 수천 개의 행성들의 발견은 근대 과학에서 근본적으로 중요한이 행성들에 생명체가 형성 될 수있는 가능성에 대해 의문을 제기했다. 행성의 거주 가능성에있어 근본적으로 중요한 것은 대기에 붙들 수 있는지의 여부입니다. 대기가 지구의 일생 중 일찍 완전히 상실되지 않도록 요구합니다. 비엔나 대학교 (University of Vienna)와 그라츠 (Graz)의 ÖAW 우주 연구소 (Space Research Institute)에 기반을 둔 연구자들의 새로운 연구에 따르면, 어린 별들은 잠재적으로 거주 할 수있는 지구 같은 행성의 대기를 급속하게 파괴 할 수있다. 우리 태양계 외부의 삶. 결과는 저널 Astronomy & Astrophysics Letters에 곧 나타납니다.. 현대 과학에서 가장 활발하고 흥미 진진한 질문 중 하나는 지구와 같은 대기와 지표 조건, 그리고 생명을 숨길 잠재력 이 얼마나 풍부한 행성 이 우주에 존재 하는가 하는 것입니다. 이 주제에 대한 많은 최근의 연구는 궤도를 도는 행성들에 초점을 맞추고있다 별 우리의 일보다 작은 및 우리 태양계 이웃 별의 가장 많은 유형 M-난쟁이라는를. 대기 중 대기 손실의 주요 원인은 지구가 궤도에 진입하는 중심 별이다. 별에는 강한 자기장 이 있으며, 이로 인해 고 에너지 X 선 및 자외선 방사가 발생 합니다. 이러한 현상을 집합 적으로 별의 ' 활동 '이라고 합니다 . 어린 나이에 별은 높은 수준의 활동을하며, 따라서 매우 많은 양의 X 선 및 자외선을 방출합니다. 별이 나이들 때, 그들의 활동은 급속히 감소합니다. M- 왜성을 도는 행성의 경우 중요한 것은 태양과 같은 별들의 활동이 수억 년 후에 급격히 감소하지만 M- 왜성은 수십억 년 동안 매우 활동적으로 남아있는 경우가 많습니다. 고 에너지 방사선은 행성의 대기에서 높게 흡수되어 가스가 가열되기 때문에 중요합니다. 지구의 경우, 가스는 열권으로 알려진 상부 지역에서 섭씨 1000도 이상의 온도로 가열됩니다 . 이것은 인공 위성과 국제 우주 정거장과 같은 우주선이 날아가는 지역입니다. 높은 활성도를 가진 어린 별 들을 궤도에 진입 시키면 행성의 열권은 매우 높은 온도로 가열되어 극단적 인 경우 가스가 지구에서 흘러 나올 수 있습니다. 이러한 경우의 대기가 얼마나 빨리 사라 졌는지는 지구와 같은 분위기의 지구 같은 행성에 대해서는 아직까지 상세히 조사되지 않았다. 비엔나 대학교 (University of Vienna)와 그라츠 (Graz)의 ÖAW 우주 연구소 (Space Research Institute)에있는 연구원은 매우 활동적인 젊은 별 주위를 도는 행성에서 지구와 같은 대기가 얼마나 빨리 사라질 지 처음으로 계산했다. 그들의 계산은 지구의 극단적 인 유체 역학 손실이 일어날 것이고, 지구의 대기가 완전히 잃어버린 채 1 백만년 이내에 행성의 진화가 거의 즉시 일어난다는 것을 보여 주었다. 이 결과는 지구의 초기 진화와 M- 왜성 주위에 지구와 같은 대기가 형성 될 가능성에 중요한 의미를 갖는다. 지구가 손실되지 않은 이유에 대한 가장 확실한 설명은 이른 대기가 이산화탄소에 의해 지배되었다는 것입니다. 이산화탄소는 공간에 적외선 복사를 방출하여 상층 대기를 냉각시켜 초기 태양의 높은 활동에 의한 난방에서이를 보호합니다 . 태양의 활동이 훨씬 더 낮은 수준으로 감소한 수 억년이 지나기까지 지구의 대기 는 오늘날처럼 질소 지배가 될 수 없었습니다. 보다 극적으로,이 연구의 결과는 M-dwarf 항성 주위를 도는 행성에 대해 항성의 활동 수준이 감소한 후 지구와 같은 대기와 지표면을 형성 할 수 있음을 암시하며, 수십억 년이 걸릴 수 있습니다. M-dwarf 항성 주위를 도는 많은 행성들이 매우 희박하거나 대기가 없을 가능성이 더 높습니다. 두 경우 모두, 그러한 시스템에서의 생명 형성은 이전에 믿어지는 것보다 적게 나타납니다. 추가 탐색 'Goldilocks'별은 거주 가능한 세계를 찾는 데 '올바른 것'일 수 있습니다.

자세한 정보 : CP Johnstone 외. 매우 활동적인 별, 천문학 및 천체 물리학 (2019) 의 거주 가능 구역에서 지구와 같은 대기의 극심한 수력 학적 손실 DOI : 10.1051 / 0004-6361 / 201935279 저널 정보 : 천문학 및 천체 물리학 비엔나 대학교 제공

https://phys.org/news/2019-04-rapid-destruction-earth-like-atmospheres-young.html

 

 

A&B, study(laboratory evolution, mainhotspot project)

B/http://www.mdpi.com/2072-4292/10/8/1261
A/https://www.nature.com/articles/s41598-018-28963-0
https://pr.ibs.re.kr/handle/8788114/5556?mode=full
https://www.nature.com/articles/s41598-018-28963-0

 

 

.3 월 26 일 2019 : 새로운 pentaquarks의 관측

m (P에서 의 C + (4312)) = 4311.9 ± 0.7 + 6.8 / -0.6를 MeV, Γ = + 3.7 / -4.5를 MeV에서 9.8 ± 2.7
m (P에서 의 C + (4440)) = 4440.3 ± 1.3 + 4.1 / -4.7를 MeV , Γ = 20.6 ± 4.9 + 8.7 / -10.1 MeV까지의
m (P에서 의 C + (4457)) = 4457.3 ± 0.6 + 4.1 / -1.7를 MeV, Γ = 6.4 ± 2.0 + 5.7 / -1.9를 MeV
오늘 Rencontres 드에서 Moriond QCD의 회의는 LHCb의 협력은 새로운 좁은 펜타 쿼크 입자의 발견, P의 발표 다 (4312) +를 7.3 표준 편차의 통계적 유의성과 더불어, J // ψ와 양성자로 부패. 또한, P의 C (4450) + 펜타 쿼크 구조 이전에보고 LHCb으로도 확인되어 있지만, 두 개의 좁은 중첩 피크 이루어지는 더 복잡한 구조는 P의 C (4440) + 및 P의 C (4457) + , 현재 대두되고, 단일 피크 가설에 비해 5.4 표준 편차의 통계적 유의성을 갖는 2 피크 구조가있다. 종래의 쿼크 모델에서는, 크론 - 항생제 쌍 (중간자) 또는 3 개의 쿼크 (바리온)로부터 생성 된 것으로 확인 된 강하게 상호 작용하는 입자가 존재한다. 이 계획에서 분류 할 수없는 입자를 이국적인 입자로 부른다. 그들의 근본적인 1964 개 논문에서 [1] 과 [2] ,하는 그들은 쿼크 모델 제안 머리 겔만을 하고 조지 츠바이크는 최소한의 중간자 또는 바리온 쿼크 구성에 쿼크 - 반 쿼크 쌍을 추가의 가능성을 언급했다. 그러나 물리학 자들이 이러한 외래종의 존재에 대한 명백한 실험적 증거를 얻기까지는 50 년이 걸렸다. 2014 년 4 월 LHCb 협력은 Z (4430)+ 제 벨 공동으로 관찰 입자, 네 쿼크 구성된다 (C C D U ). 그런 다음, 이국적인 바리온 분광법에서 중요한 전환점에있는 강 입자 충돌기에서 이루어졌다 2015년 7월 실행 한 데이터의 분석에서의 LHCb 협력 Λ의에서 J / ψp 대량 유통에 상당한 펜타 쿼크 구조를보고 할 때, B 0 J → / ΨpK - 붕괴.

단단히 결합 된 펜타 쿼크 (pentaquark) 상태와 느슨하게 결합 된 분자 바리 온 - 그론 상태 (metary state)를 포함하는 이러한 구조의 다양한 해석이 제안되었다. 이 두 가지 가능성은 왼쪽 그림에 나와 있습니다. 각 쿼크의 중앙 부분의 색은 강력한 상호 작용 색 충전과 관련이 있으며, 외부 부분은 전하를 나타냅니다. 가장 왼쪽의 이미지는 쿼크가 어떻게 단단히 묶일 수 있는지를 보여줍니다 . 오른쪽 이미지는 느슨하게 바운드 된 중간 - 바리온 분자를 보여주는데, 중간자와 바리온은 핵 내부에서 양성자와 중성자를 함께 묶는 잔류 강한 힘에 의해 연결되어 있다.
오늘 발표 된 분석은 Run 1의 LHCb 협업 (pp 충돌 에너지가 7 및 8TeV이고 총 광도가 3fb -1 에 해당 )과 Run 2 ( 13TeV에서 6fb -1 )에 의해 수집 된 조합 된 데이터 세트 를 사용했습니다 ). 이 샘플로부터 2.5x10 5 Λ b 0 → J / ΨpK - 붕괴가 선택되어 이전의 Run 1 분석에서보다 9 배 증가했다. 결합 된 데이터 세트는 이전 2,015 종이와 동일하게 분석하고, 이전에보고 된 P의 파라미터 된 C (4450) + 및 P의 C (4380) +구조가 원래 결과와 일치하는 것으로 판명되었습니다. 그러나 훨씬 더 큰 데이터 샘플의 분석은 이전에 사용 된 데이터 샘플에서는 볼 수 없었던 J / ψp 불변 질량 스펙트럼의 추가 피킹 구조를 나타냅니다. 좁은 피크가 4312MeV 근처에서 관찰되며, 그 너비는 질량 분해능과 비슷합니다. 4450MeV에서의 구조는 4440과 4457MeV에서 두 개의 좁은 봉우리로 해석됩니다. 아래 이미지는 J / ψp 불변 질량 스펙트럼에 대한 펜타 쿼크 상태의 기여도를 보여줍니다.

이 주들의 최소 쿼크 함량은 duuc c : 4 개의 quarks와 하나의 antiquark입니다. 세 상태는 좁은 바로 Σ의 아래에 놓여 있기 때문에 C + D 0 및 Σ의 C + D * 0 임계치 (그 질량은 Σ에서의 질량의 합보다 약간 작다는 것을 의미 의 C + 와 D 0 또는 D를 * 0)을 그럴듯한 할론 - 할론 결합 에너지에 상응하는 양만큼, 위의 이미지에서 볼 수 있듯이 바리온 (baryon)과 중간자 (meson)의 결합 상태의 존재에 대한 가능한 실험적 증거를 제공한다. 이 해석이 정확하다면, 상태로 열리는 붕괴 채널은 제한 될 것이다. 한계점 바로 아래에있는 그러한 상태는 Σ c + 바리온과 D 0 또는 D * 0 중간자 로 "붕괴"되지 않고 대신 J / ψ 중간자와 양성자로 붕괴 될 수 있습니다. 이미지에서 보여지는 바리 온 - 중간 자 (baryon-meson) 구성에서, c 및 c 쿼크가 함께 가까이있어 AC c 를 형성 하는 것은 쉽지 않습니다바운드 상태 (즉, J / ψ 중간자). 따라서, 이러한 중성자 - 중간자 배열은 상대적으로 안정적이며 양자 역학의 기본 규칙에 따라 좁은 피크로 관찰 될 것으로 예상됩니다. 단단히 묶인 5 개의 쿼크 클러스터와 같은 상태에 대한 설명도 그럴듯하다. 관찰 된 상태의 내부 구조에 대한 완전한 이해는보다 실험적이고 이론적 인 연구를 필요로 할 것이다. Moriond 프리젠 테이션 , LHCb 논문 및 CERN 뉴스 에서 자세한 내용을 읽어보십시오 .

http://lhcb-public.web.cern.ch/lhcb-public/Welcome.html#Pentaq