.How quantum fields could be used to break low-temperature records
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.How quantum fields could be used to break low-temperature records
양자장을 사용하여 저온 기록을 깨는 방법
에 의한 기술의 비엔나 대학 연구실의 주앙 사비노. 크레딧: 비엔나 공과 대학 JULY 27, 2021
언뜻 보기에 더위와 추위는 양자 물리학과 별로 관련이 없습니다. 원자 하나는 뜨겁지도 차갑지도 않다. 온도는 전통적으로 많은 입자로 구성된 물체에 대해서만 정의할 수 있습니다. 그러나 TU Wien에서는 FU Berlin, 싱가포르의 Nanyang Technological University 및 Lisbon University와 공동으로 열역학과 양자 물리학이 결합될 때 어떤 가능성이 발생하는지 보여줄 수 있습니다. 특히 양자 효과를 사용하여 구름을 냉각할 수 있습니다. 훨씬 더 극저온 원자의. 지금까지 과학 저널 Physical Review X-Quantum 에 발표된 이 기술을 사용하면 이전에 어떤 정교한 냉각 방법이 사용되었든 간에 절대 영도에 조금 더 가까워지는 것이 가능합니다.
이 새로운 냉각 개념이 실제 양자 냉장고로 전환되기까지는 여전히 많은 작업이 필요하지만 초기 실험에서는 이미 필요한 단계가 원칙적으로 가능하다는 것을 보여줍니다. 새로운 연구 분야: 양자 열역학 "오랫동안 열역학은 증기 기관이나 연소 기관과 같은 고전적인 기계 기계에서 중요한 역할을 해왔습니다. 오늘날 양자 기계는 소규모로 개발되고 있습니다. 거기에서 열역학은 거의 역할을 하지 못했습니다. 지금까지"라고 베를린 자유 대학의 아이저트 교수는 말합니다.
TU Wien의 Marcus Huber 교수는 " 양자 열 기계 를 구축 하려면 근본적으로 모순되는 두 가지 요구 사항을 충족해야 합니다. "그것은 많은 입자로 구성되어 모든 세부 사항을 정확하게 제어할 수 없는 시스템이어야 합니다. 그렇지 않으면 열에 대해 말할 수 없습니다. 동시에 시스템은 양자 효과 를 파괴하지 않을 만큼 충분히 간단하고 충분히 정밀하게 제어할 수 있어야 합니다. 그렇지 않으면 양자 기계에 대해 이야기할 수 없습니다."
Jörg Schmiedmayer(TU Wien) 교수는 "2018년에 우리는 다체 양자 시스템의 양자장 기술을 사용하여 열 기계의 기본 원리를 양자 시스템으로 옮기는 아이디어를 생각해 냈습니다."라고 말했습니다. 이제 TU Wien과 FU Berlin의 연구팀은 그러한 양자 열 기계가 어떻게 설계될 수 있는지 자세히 조사했습니다. 그들은 일반 냉장고의 작동 원리에 따라 인도되었습니다. 처음에는 냉장고 내부, 환경 및 냉각수와 같이 모든 것이 동일한 온도를 갖습니다. 그러나 냉장고 내부의 냉각수를 증발시키면 그곳에서 열이 추출됩니다. 냉각수가 다시 액화되면 열이 외부로 방출됩니다. 따라서 압력을 높이거나 낮춤으로써 내부를 식히고 열을 환경으로 전달할 수 있습니다. 문제는 그러한 프로세스의 양자 버전도 있을 수 있는지 여부였습니다. Jörg Schmiedmayer 교수는 "우리의 아이디어는 극도로 차가운 물질 상태인 Bose-Einstein 응축수를 사용하는 것이었습니다."라고 말합니다.
"최근 몇 년 동안 우리는 전자기장과 레이저 빔의 도움을 받아 이러한 응축물을 매우 정확하게 제어하고 조작하는 데 많은 경험을 얻었고 양자 물리학과 열역학 의 경계선에서 몇 가지 기본 현상을 조사 했습니다. 논리적인 다음 단계는 양자 열 기계."
크레딧: 비엔나 공과 대학
원자 수준에서의 에너지 재분배 보스-아인슈타인 응축수는 초기에 동일한 온도를 갖는 세 부분으로 나뉩니다. "이러한 하위 시스템을 정확히 올바른 방식으로 연결하고 다시 서로 분리하면 중간 부분이 말하자면 피스톤 역할을 하고 열 에너지가 한쪽에서 다른 쪽으로 전달되도록 할 수 있습니다. "라고 마커스 후버는 설명합니다.
"결과적으로 3개의 하위 시스템 중 하나가 냉각됩니다." 초기에도 보스-아인슈타인 응축수는 매우 낮은 에너지 상태에 있지만 가능한 가장 낮은 에너지 상태는 아닙니다. 일부 에너지 양자는 여전히 존재하며 한 하위 시스템에서 다른 하위 시스템으로 변경할 수 있습니다. 이를 "양자 장의 여기"라고 합니다.
-"이러한 여기는 우리의 경우 냉각수의 역할을 합니다."라고 Marcus Huber는 말합니다. "그러나 우리 시스템과 기존 냉장고 사이에는 근본적인 차이점이 있습니다. 기존 냉장고에서 열 흐름은 따뜻한 곳에서 차가운 곳으로 한 방향으로만 발생할 수 있습니다. 양자 시스템에서는 더 복잡합니다.
에너지도 다음과 같이 바뀔 수 있습니다. 한 하위 시스템을 다른 하위 시스템으로 연결한 다음 다시 반환합니다. 따라서 언제 하위 시스템을 연결해야 하고 언제 분리해야 하는지를 매우 정확하게 제어해야 합니다." 지금까지 이 양자 냉장고는 이론적인 개념일 뿐이지만 실험을 통해 필요한 단계가 실현 가능하다는 것이 이미 입증되었습니다.
Joao Sabino(TU Wien)는 "이제 아이디어가 기본적으로 작동한다는 것을 알았으므로 실험실에서 구현하려고 시도할 것입니다."라고 말합니다. "우리는 가까운 장래에 성공하기를 희망합니다." 극저온 물리학의 놀라운 발전이 될 것입니다. 극저온에 도달하기 위해 어떤 다른 방법을 사용하든지 간에 항상 새로운 '양자 냉장고'를 마지막 추가 냉각 단계로 추가하여 극저온 시스템은 더욱 차가워집니다. "차가운 원자에서 작동한다면 우리의 아이디어는 다른 많은 양자 시스템 에서 구현될 수 있습니다. 새로운 양자 기술 응용으로 이어집니다."라고 Jörg Schmiedmayer는 말합니다.
추가 탐색 양자 기술의 새로운 부스트 추가 정보: Marek Gluza et al, Quantum Field Thermal Machines, PRX Imation (2021). DOI: 10.1103 / PRXQuantum.2.030310 비엔나 공과대학 제공
https://phys.org/news/2021-07-quantum-fields-low-temperature.html
===메모 2107281933 나의 사고실험 스토리텔링
샘플1. oms_원자로 가정하고 확장 버전을 12^10억 oms 플라즈마 상태에서 서서히 vix_원자들을 하나씩 빼내면 온도가 서서히 정밀하게 내려간다. 빠른 속도로 내리여 vix_a만 남겨놓는다면 이것이 빅뱅직전 상황이 된다. 허허.
샘플1. oms에서 vix_원자를 하나씩 제거하면 온도가 낮아진다.
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-"These here act as coolant in our case," says Marcus Huber. “However, there is a fundamental difference between our system and conventional refrigerators. In conventional refrigerators, heat flow can only occur in one direction, from warm to cold. In quantum systems, it is more complex.
Energy can also be changed to: Links one subsystem to another and then returns it back. So you have to have very precise control over when the subsystems need to be connected and when they need to be disconnected." So far, this quantum refrigerator is only a theoretical concept, but experiments have already shown that the necessary steps are feasible.
===Memo 2107281933 My Thought Experiment Storytelling
Sample 1. Assuming oms_atoms, and the extended version is gradually pulled out vix_atoms one by one from a plasma state of 12^1 billion oms, the temperature gradually decreases precisely. If you descend at a high speed and leave only vix_a, this is the situation right before the Big Bang. haha.
Sample 1. Removing vix_atoms from oms one by one lowers the temperature.
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.A single-molecule laser nanospectroscopy technique with micro-electron volt energy resolution
마이크로 전자 볼트 에너지 분해능을 가진 단일 분자 레이저 나노 분광법 기술
잉그리드 파델리, Phys.org 마이크로-전자 볼트 에너지 분해능으로 개발된 단일 분자 레이저 나노분광법의 그림. 우리는 협선 가변 레이저와 주사 터널링 현미경(STM)을 결합하여 μeV 에너지 및 분자 이하 공간 분해능을 달성하고 단일 분자의 개별 양자 상태에 대한 정확한 특성화 및 시각화를 시연했습니다. 크레딧: Imada et al. 2021년 7월 28일
분자가 여기되면 발광 및 광전 또는 광화학 변환과 같은 다양한 에너지 변환 현상을 일으킬 수 있습니다. 유기 물질의 새로운 에너지 변환 기능을 풀기 위해 연구자는 물질의 여기 상태의 특성을 이해하고 제어할 수 있어야 합니다. 지금까지 많은 과학자들은 여기 상태에 초점을 맞춘 연구 에서 레이저 광 을 기반으로 하는 분광기 기술을 사용했습니다 . 그럼에도 불구하고, 그들은 소위 회절(diffraction)의 한계 때문에 나노크기 물질을 조사 하기 위해 레이저 광 을 사용할 수 없었다 . 반면에 원자 분해능으로 물질을 관찰할 수 있는 전자 및 주사 탐침 현미경에 적용되는 분광 측정 방법은 아직 개발이 덜 된 상태입니다.
RIKEN, 일본 과학 기술청(JST), 도쿄 대학 및 기타 일본 연구소의 연구원들은 최근 개별 분자를 검사하는 데 사용할 수 있는 레이저 나노분광 기술을 개발했습니다.
Science 지에 발표된 논문에 발표된 이 기술 은 발광 다이오드(LED), 광전지 및 광합성 전지를 포함한 다양한 신기술 개발을 위한 새로운 가능성을 열 수 있습니다. 이 연구를 수행한 연구원 중 한 명인 이마다 히로시(Imada Hiroshi)는 "에너지 변환 연구의 걸림돌 중 하나였던 원자 수준에서 물질을 관찰하고 물질의 들뜬 상태의 특성을 직접 조사하는 것은 매우 어렵다"고 말했다. , Phys.org에 말했습니다.
-"이 연구에서 우리는 주사 터널링 현미경(STM)과 레이저 분광기를 결합하여 높은 공간 및 에너지 분해능을 동시에 달성하고 이를 통해 전례 없는 정밀도로 분자의 특성을 밝힐 수 있었습니다." Imada와 그의 동료들이 개발한 기술은 레이저 에너지에 의해 결정된 잘 정의된 주파수에서 STM 팁과 금속 기판 사이의 나노 스케일 갭에 형성된 국부 플라즈몬의 전자기장을 구동하기 위해 레이저 광을 사용합니다. 플라즈몬 필드의 측면 치수는 직경이 약 2nm이며 기존 광학 장치의 최소 광점보다 2배 작습니다. 이 필드는 나노스케일 단색, 조정 가능 및 이동 여기 소스 역할을 합니다. "우리 연구의 핵심은 구동 플라즈몬의 주파수가 외부에서 조사되는 레이저 광을 조정하여 조정할 수 있다는 것입니다."라고 Imada가 말했습니다.
"분자 공명에 정확하게 맞춰진 플라즈몬 장은 STM 관찰 하에서 단일 분자를 여기시키는 데 매우 효과적인 것으로 밝혀졌으며, 이를 통해 우리는 마이크로 전자 볼트 에너지 분해능으로 나노분광학을 수행할 수 있었습니다." Imada와 그의 동료들이 개발한 기술은 기본적인 분광법을 기반으로 하지만 잠재적으로 나노과학 분야에서 새로운 연구 기회를 열 수 있습니다. 사실, 기존의 STM 분광기법과 대조적으로 그들의 방법은 터널링 전자를 사용하지 않으며 기존의 레이저 분광기와 더 유사합니다. Imada는 "플라즈몬 필드가 1/100 스폿 크기의 나노 스케일 레이저 스폿이 될 수 있음을 입증했습니다."라고 말했습니다.
"우리는 단펄스 레이저, 주파수 빗, 동기화된 2펄스 등과 같은 새로운 광원 을 도입하는 것만으로도 실험 설정을 기반으로 한 극한의 공간 분해능으로 많은 종류의 레이저 분광기를 실현할 수 있을 것으로 기대합니다 . 미래에 이 연구팀이 도입한 기술은 과학자가 분자 시스템의 에너지 수준을 조정할 수 있게 함으로써 유기 물질에서 특별히 설계된 에너지 변환 기능을 잠금 해제하는 데 도움이 될 수 있습니다. 한편, 연구원들은 그들의 기술의 시간 해결 버전을 연구할 계획입니다.
-Imada는 " 시간 분해능과 에너지 분해능 사이에 균형이 있는 것으로 알려져 있지만 시간 규모와 에너지 준위에 대한 정보는 모두 여기 상태 에서 일어나는 동적 과정을 정확하게 이해하는 데 매우 중요합니다 "라고 말했습니다. . "우리 는 분자 시스템 의 에너지 변환에 대한 이해를 혁신하기 위해 여기에서 개발된 정확한 나노분광법과 호환되는 초고속 나노분광법을 개발할 계획 입니다."
추가 탐색 양자 액체의 전자는 레이저 펄스에서 에너지를 얻습니다. 추가 정보: 마이크로 전자 볼트 에너지 분해능이 있는 단일 분자 레이저 나노분광법. 과학 (2021). DOI: 10.1126/science.abg8790 저널 정보: 과학
https://phys.org/news/2021-07-single-molecule-laser-nanospectroscopy-technique-micro-electron.html
===메모 2107290451 나의 oms 극한적 사고실험 스토리텔링
시공간은 샘플1. oms에서 시간x축과 공간y축으로 분류하여 oms를시공간적 양자 중첩이 존재하게 할 수 있음이여. 이렇듯 좌표화된 oms 양자중첩에 시간분해능과 공간분해능으로 접근하면 아원자 플라즈몬 주파수를 개별구간에서 관찰될 수 있어 소립자 수준에서 조합된 원자(xy 아원자 양자중첩들로 조합된 것)들을 직접관찰 제어할 수 있으리라 본다.
샘플a1/oms//시공간 xy 좌표화로 시간과 공간의 분해능이 양자역학적 원자 수준이 극미세 관찰된다.
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-"In this study, we combined scanning tunneling microscopy (STM) with laser spectroscopy to simultaneously achieve high spatial and energy resolution, which allowed us to characterize molecules with unprecedented precision." The technique developed by Imada and his colleagues uses laser light to drive an electromagnetic field from a localized plasmon formed in a nanoscale gap between the STM tip and a metal substrate at a well-defined frequency determined by the laser energy. The lateral dimension of the plasmonic field is about 2 nm in diameter and is twice the smallest spot of light in conventional optics. This field serves as a nanoscale monochromatic, tunable and moving excitation source. "The key to our research is that the frequency of the driving plasmon can be tuned by tuning the laser light irradiated from the outside," said Imada.
-Imada said, "Although it is known that there is a trade-off between time and energy resolution, information about both the time scale and energy level is very important for accurately understanding the dynamic processes taking place in the excited state." . "We plan to develop ultrafast nanospectroscopy compatible with the precise nanospectroscopy developed here to revolutionize our understanding of energy transformation in molecular systems."
References 1.
A subatomic particle means a particle smaller than an atom, such as a neutron, a proton, or an electron. It was later found that neutrinos, antielectrons, antiprotons, antineutrons, muons, and bosons were also subatomic particles. Subatomic particles are a range that can include both basic particles or complex particles such as neutrons or protons. In particle physics or nuclear physics, these subatomic particles and how they interact are studied. Subatomic particles are a concept encompassing particles that have been proven through experiments that light not only exhibits wave-like properties but can also behave like a flow of particles. To explain this, it led to the concept of the duality of wave and particle to reflect that both light and wave, which are particles, act. Another concept, the uncertainty principle, states that properties of particles such as position and momentum cannot be accurately measured simultaneously. It was later discovered that this duality of wave and particle was found to be a property that applies not only to photons but also to particles larger than this. In the framework of quantum field theory, the interaction of particles can be understood as the creation and annihilation of quantum in the corresponding fundamental interaction. This can be expressed as a mixture of particle physics and quantum field theory.
===Memo 2107290451 My Oms Extreme Thought Experiment Storytelling
Space-time is sample 1. It is possible to classify oms into temporal x-axis and spatial y-axis to make oms have spatiotemporal quantum superposition. By approaching the coordinated oms quantum superposition with temporal and spatial resolution, subatomic plasmon frequencies can be observed in individual sections, allowing direct observation control of combined atoms (combined with xy subatomic quantum superpositions) at the elementary particle level. i think you can do it
Sample a1/oms//Space-time xy coordinates allow the resolution of time and space to be observed at the quantum mechanical atomic level.
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.Senescent tumor cells building three-dimensional tumor clusters
3 차원 종양 클러스터를 구축하는 노화 종양 세포
논문저자 이현규1, 논문저자 고려대 이현규 Hyun-Gyu Lee1,
June Hoan Kim 2, Woong Sun 2, Sung-Gil Chi3, WonshikChoi 1,4 & Kyoung J. Lee1 ,Scientific Reports volume 8 , 문서 번호 : 10503 ( 2018 ) | 인용문 다운로드 추상 세포 노화 (영구적 인 세포주기 정지)는 생물학적 유기체에 대한 유익한 중요성이 아직 탐구되기 시작한 공통적 인 흥미로운 현상입니다. 다른 한편으로는, 노화 세포는 그들 주위의 조직 구조를 변형시킬 수있다. 무한히 증식 할 수있는 능력을 가진 종양 세포는 그 현상으로부터 자유롭지 못합니다. 여기에 우리는 유방암 식민지의 고밀도 단일 층에있는 노화 세포가 주변에있는 비 노화 세포의 집합 센터 역할을하는 놀라운 관찰을보고합니다. 결과적으로, 노화 세포는 융합 성인 2D 종양 층에서 국소화 된 3D 세포 - 클러스터를 활발히 형성한다. 놀라운 현상을 뒷받침하는 생물 리 학적 메커니즘은 주로 유사 분열 세포 반올림, 동적 및 차동 세포 부착 및 세포 주 화성을 포함한다. 이러한 몇 가지 생물 물리학 적 요소를 통합함으로써 우리는 세포 Potts 모델을 통해 실험 관측을 재현 할 수있었습니다.
소개
세포 노화는 증식하는 세포가 완전한 성장 억제에 들어가고 그 체적을 극적으로 팽창시키는 (일반적으로, 2 차원 기질에서 튀긴 알 의 형태로) 생물체에서 공통적 인 현상이다 . 이 세포 상태의 근원은 강하게 연구되어왔다. 그러나 그 기본 메커니즘은 명확하지 않다. 1 , 2. 중요하게 노화 세포는 노화 관련 분비 표현형 (SASPs)으로 총체적으로 분류되는 다수의 분비물을 통해 그 이웃과 상호 작용한다. 이러한 분비 표현형은 생물에 부정적인 영향을 미치는 다양한 생물학적 과정에 관여하는 것으로 알려져있다. 예를 들어, 주위의 악성 종양 세포의 성장을 자극하는 친 염증성 사이토 카인과 케모카인이 그 중 3 개 , 4 개 입니다. 노화 세포의 축적은 또한 나이 - 관련 질환과 같은 더 많은 유기체 레벨 부작용과 연관된 5. 특히 조직 개조를 촉진 할 수도 있습니다. 예를 들어, 일부 세포 노화 따라서 암세포의 침윤 촉진 소프 주변 조직 구조를 만드는 세포 외 매트릭스 저하 프로테아제를 분비 6 , 7 , 8 . 한편, 노화 세포에 대한 유익한 효과에 대해서도 최근 논의된다. SASP는 배아 패터닝 9 , 10 및 상처 치료 11에 기여하는 단백질을 포함 합니다. 그럼에도 불구하고 이러한 조직 재생 효과가 SASP에 의해 생물 물리학 적으로 조율되는 방법의 정확한 성격은 특히 조직에 대한 개별 세포의 규모에서 많이 연구되어야합니다. 이 논문에서는 단일 클론 세포주 인 MDA-MB-231 (널리 사용되는 악성 유방암 세포주)의 시험 관내 배양을 바탕으로 초기 시딩 및 이웃 노화 방지와의 상호 작용에서 신생 세포의 출현을 신중하게 분석합니다 세포. 놀랍게도, 불멸화 된 종양 세포조차도 노화를 일으키는 것으로 나타났습니다 12 . 더 흥미 진진한 것은 노화 된 MDA-MB-231 세포가 인접한 종양 세포에 대한 인력의 중심 역할을하여 처음에 2 층 (2D) 콜로니의 단층에서 3 차원 (3D ) 세포 클러스터. 우리는 전환 이 시험 관내 에서 명확한 것으로 나타남을 본다.예를 들어 노화 세포가 조직 개질에 관여 할 수있는 사례. 또한 몇 가지 필수 메커니즘만으로 통합 된 컴퓨터 모델을 통한 관찰에 대한 경험적 설명을 제공합니다. Metropolis kinetics에서 작동하는 셀룰러 Potts 모델 (CPM)은 세포 부피의 보존, 유사 분열 세포 반올림 (결과적으로 세포 - 환경 유착의 동적 강도)과 같은 생물 물리학 적 과정을 재현하는 것을 목표로하며, 세포의 주 화성 운동. 실험 결과 MDA-MB-231 세포 배양 물 (처음에는 직경 2mm의 디스크 영역에 균일하게 도금 된 합류 단일 층 (confluent mono layer),도 1a 참조, 방법에 대한 자세한 내용 참조)은 다수의 노화 세포가 전체 집단으로 무작위로 출현한다 시간이 지남에 따라 증가한다 (그림 1b ). 그들은 '튀긴 계란'형태로 쉽게 식별 할 수 있습니다 (그림 1c ). 노화 된 상태로 들어가는 세포의 몸체는 꽤 합류하는 인구 내에서도 거대한 지역을 차지하기 위해 며칠 동안 측면으로 팽창합니다 (그림 1c ). 완전히 개발 노화 세포의 점유 면적이 현저하게 다른 하나에서 다를 수 있지만, 일반적으로 1.4 × 10 종종 크고 매우 큰 수 5 μ m (2) (도. 참조 1D를) - 전형적인 비 노화 세포보다 약 3 배 더 크다. 반면에 노화 세포의 몸은 ~ 2 μ m 만큼 얇 습니다 (그림 1e 의 두 측면보기 참조 ). 신체는 f-actin의 조밀 한 네트워크에 의해 구조적으로 잘 유지됩니다 (그림 1e 의 상단 그림 참조 ). 세포가 갑자기 파열되어 대사 과정을 끝낼 때까지 끊임없는 시공간 파동이 몸 전체에 나타나며 핵쪽으로 향하게됩니다.
https://www.nature.com/articles/s41598-018-28963-0
https://www.nature.com/articles/s41598-018-28963-0.pdf
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