Последние новости
Главная / Медицина / Ученые находят группу практически бессмертных частиц

Ученые находят группу практически бессмертных частиц

Ученые находят группу практически бессмертных частиц

Ничто не вечно, ни люди, ни Земля, ни планеты, ни звезды, возможно, даже сама Вселенная не вечна. Однако ученые, возможно, обнаружили исключение, которое происходит из квантового мира: квазичастицы. Эти странные объекты могут быть бессмертными.

Многие частицы распадаются, то есть превращаются в одну или несколько частиц, отличных от исходных. Даже квазичастицы проходя этот эффект, но это не важно; после того, как они распались, они в состоянии воссоздать себя, потенциально до бесконечности.

Кажется, это противоречит второму закону термодинамики, который гласит, что энтропия в изолированной системе может только возрастать. Это означает, что обычно продукты распада не могут перестраиваться, чтобы создать исходную частицу.

Как и во многих законах классической физики, квантовая механика предлагает лазейки для этих ограничений. Квазичастицы — это не частицы, как мы привыкли думать о них, это частицы, которые «суммируют» динамику более сложной системы со многими взаимодействующими телами.

«До сих пор предполагалось, что квазичастицы во взаимодействующих квантовых системах распадаются через определенное время», — сказал физик Франк Поллман из Технического университета Мюнхена еще в июне 2019 года. «Теперь мы знаем, что происходит обратное: сильные взаимодействия могут даже полностью прекратить распад».

Квазичастицы — это не частицы, как мы обычно думаем о них, как электроны и кварки. Скорее, это возмущения или возбуждения в твердом теле, вызванные электрическими или магнитными силами, которые в совокупности ведут себя как частицы.

Фононы — дискретные единицы колебательной энергии, которые колеблются, например, в атомах кристаллической решетки — часто классифицируются как квазичастицы, как и поляроны , электроны, захваченные в решетке, окруженной облаком поляризации.

Исследователи, участвовавшие в этом исследовании, разработали численную модель для расчета взаимодействий между квазичастицами, их моделирование воспроизводило распады.

«Результаты моделирования допускают распад квазичастиц, однако из останков появляется идентичная новая частица», — объясняет физик Рубен Верресен из Технического университета Мюнхена и Института физики сложных систем им. Макса Планка. «Если распад — очень быстрый процесс, обратная реакция произойдет через определенный период, и останки снова соберутся вместе. Этот процесс может происходить бесконечно, и возникает колебание между распадом и возрождением».

Физики отмечают, что это, в конце концов, не нарушает второй принцип термодинамики. Это потому, что колебание — это волна, которая превращается в материю и предсказывается дуализмом квантовой механики волна-частица. Энтропия не уменьшается, но остается постоянной. Это странный факт, но он явно не нарушает никаких физических законов.

Хотя эта работа в настоящее время носит только теоретический характер, исследователи считают, что это бессмертие можно использовать для создания очень долговечных систем памяти для использования с квантовыми компьютерами.

Источник: sciencealert

По материалам

new-science.ru

Смотрите также

Машины-монстры: Самая маленькая в мире камера, предназначенная для 3D-сканирования кровеносных сосудов изнутри

Машины-монстры: Самая маленькая в мире камера, предназначенная для 3D-сканирования кровеносных сосудов изнутри

Группа ученых-медиков и инженеров из университета Аделаиды, Австралия, и университета Штутгарта, Германия, разработали и создали опытный образец устройства, толщиной с человеческий волос, которое можно назвать самой маленькой камерой и самым маленьким трехмерным сканером в мире на сегодняшний день. Во время испытаний эта камера была помещена внутрь сосудов кровеносной системы подопытных грызунов и созданные при ее помощи трехмерные изображения, обладающие очень высокой разрешающей способностью, позволили напрямую увидеть внешние признаки некоторых заболеваний.

Основой этой камеры является нить тончайшего оптоволокна, заключенная в специальную защитную оболочку. При помощи технологии трехмерной микропечати на торце оптоволокна создано зеркало, расположенное под углом в 45 градусов к плоскости волокна, и крошечная линза, диаметр которой равен 0.13 миллиметра, слишком маленькая для того, чтобы ее можно было увидеть невооруженным глазом.

Машины-монстры: Самая маленькая в мире камера, предназначенная для 3D-сканирования кровеносных сосудов изнутри

Второй конец оптоволокна подключен с устройством-сканером оптической когерентной томографии (optical coherence tomography, OCT). Технология OCT — это технология 3D-сканирования, разработанная изначально для составления «карт» сетчатки глаза, в ней используется свет близкого инфракрасного диапазона, позволяющий «заглянуть» вглубь тканей, измеряя разницу между опорным и сканирующим лучами света. В результате этого получаются трехмерные изображения, на которых видно не только поверхность, но и структуру тканей под поверхностью в высочайшей разрешающей способности.

Получившееся устройство, эндоскоп, является настолько маленьким, что его можно ввести внутрь кровеносного сосуда, медленно вращая и перемещая вдоль, получать изображение внутренней поверхности сосуда и тканей на глубину в половину миллиметра. Это, в свою очередь, позволяет увидеть микротрещины, отложения жиров, холестерина и других веществ, которые «растут» на стенках кровеносных сосудов и являются причиной многих заболеваний сердечно-сосудистой системы.

Машины-монстры: Самая маленькая в мире камера, предназначенная для 3D-сканирования кровеносных сосудов изнутри

Как уже упоминалось выше, первые испытания крошечного эндоскопа были проведены на подопытных грызунах, после чего было получено добро на испытания системы на человеке. Эти испытания показали, что использование линзы, изготовленной при помощи высокоточного метода, позволяет сканеру получать глубину изображения в пять раз большую, чем это могут обеспечить подобные устройства, созданные ранее. Более того, гибкость и миниатюрность устройства позволит проникнуть и произвести сканирование в самых труднодоступных местах и получить изображение не только кровеносных сосудов, но и нервных тканей, к примеру.

Машины-монстрывсе о самых исключительных машинах, механизмах и устройствах в мире, от громадных средств уничтожения себе подобных до крошечных точнейших устройств, механизмов и всего того, что находится в промежутке между ними.

Машины-монстры: Самая маленькая в мире камера, предназначенная для 3D-сканирования кровеносных сосудов изнутри

Группа ученых-медиков и инженеров из университета Аделаиды, Австралия, и университета Штутгарта, Германия, разработали и создали опытный образец устройства, толщиной с человеческий волос, которое можно назвать самой маленькой камерой и самым маленьким трехмерным сканером в мире на сегодняшний день. Во время испытаний эта камера была помещена внутрь сосудов кровеносной системы подопытных грызунов и созданные при ее помощи трехмерные изображения, обладающие очень высокой разрешающей способностью, позволили напрямую увидеть внешние признаки некоторых заболеваний.

Основой этой камеры является нить тончайшего оптоволокна, заключенная в специальную защитную оболочку. При помощи технологии трехмерной микропечати на торце оптоволокна создано зеркало, расположенное под углом в 45 градусов к плоскости волокна, и крошечная линза, диаметр которой равен 0.13 миллиметра, слишком маленькая для того, чтобы ее можно было увидеть невооруженным глазом.

Машины-монстры: Самая маленькая в мире камера, предназначенная для 3D-сканирования кровеносных сосудов изнутри

Второй конец оптоволокна подключен с устройством-сканером оптической когерентной томографии (optical coherence tomography, OCT). Технология OCT — это технология 3D-сканирования, разработанная изначально для составления «карт» сетчатки глаза, в ней используется свет близкого инфракрасного диапазона, позволяющий «заглянуть» вглубь тканей, измеряя разницу между опорным и сканирующим лучами света. В результате этого получаются трехмерные изображения, на которых видно не только поверхность, но и структуру тканей под поверхностью в высочайшей разрешающей способности.

Получившееся устройство, эндоскоп, является настолько маленьким, что его можно ввести внутрь кровеносного сосуда, медленно вращая и перемещая вдоль, получать изображение внутренней поверхности сосуда и тканей на глубину в половину миллиметра. Это, в свою очередь, позволяет увидеть микротрещины, отложения жиров, холестерина и других веществ, которые «растут» на стенках кровеносных сосудов и являются причиной многих заболеваний сердечно-сосудистой системы.

Машины-монстры: Самая маленькая в мире камера, предназначенная для 3D-сканирования кровеносных сосудов изнутри

Как уже упоминалось выше, первые испытания крошечного эндоскопа были проведены на подопытных грызунах, после чего было получено добро на испытания системы на человеке. Эти испытания показали, что использование линзы, изготовленной при помощи высокоточного метода, позволяет сканеру получать глубину изображения в пять раз большую, чем это могут обеспечить подобные устройства, созданные ранее. Более того, гибкость и миниатюрность устройства позволит проникнуть и произвести сканирование в самых труднодоступных местах и получить изображение не только кровеносных сосудов, но и нервных тканей, к примеру.

Машины-монстрывсе о самых исключительных машинах, механизмах и устройствах в мире, от громадных средств уничтожения себе подобных до крошечных точнейших устройств, механизмов и всего того, что находится в промежутке между ними.

Роботы-лейкоциты, способные двигаться против кровотока, будут бороться с различными заболеваниями изнутри тела человека

Роботы-лейкоциты, способные двигаться против кровотока, будут бороться с различными заболеваниями изнутри тела человека

Одним из самых перспективных направлений микро- и нано-робототехники является целевая доставка лекарственных препаратов, осуществляемая при помощи крошечных роботов, двигающихся в теле человека по кровеносным сосудам. Самой последней разработкой в этом направлении являются микророботы-лейкоциты, созданные исследователями из института Макса Планка, Германия. И главным отличием новых микророботов от всех, что были созданы ранее, является то, что новые роботы, которые являются «технологическим воплощением» лейкоцитов, способны передвигаться в направлении, противоположном направлению кровотока в кровеносных сосудах.

Основой новых микророботов являются стеклянные микрочастицы, диаметром около 8 микрометров. Одна половина частицы покрыта тонкой пленкой никеля, поверх которой нанесен защитный слой из золота, а на вторую половину частицы наносится слой лекарственного препарата, полезного груза микроробота. Во время первых испытания полезный груз робота состоял из молекул противоракового препарата и специальных белков, способных находить и притягиваться к злокачественным клеткам.

Вместо того, чтобы плавать в кровяной плазме, как это делают другие микророботы, новые роботы движутся вдоль стенок сосудов, подобно лейкоцитам. А направлением этого движения можно управлять при помощи внешнего магнитного поля, которое притягивает никель, и заставляет робота двигаться в нужном направлении.

Роботы-лейкоциты, способные двигаться против кровотока, будут бороться с различными заболеваниями изнутри тела человека

Исследователи выяснили при помощи экспериментов с искусственными кровеносными сосудами, что даже не очень сильное магнитное поле, которое совершенно безопасно для организма человека, заставляет роботов двигаться в направлении, противоположном направлению течения крови. А когда магнитное поле деактивируется, роботы движутся вместе с кровью. Чередование моментов включения и отключения магнитного поля позволяет ученым контролировать движение роботов с высокой точностью и направлять их в заданное место в теле человека.

Во время испытаний ученые установили, что скорость движения роботов под воздействие магнитного поля составляет 600 микрометров в секунду (76 их собственных диаметров в секунду). Это делает новых роботов самыми быстрыми «магнитными микророботами» такого масштаба на сегодняшний день.

Поскольку размер одного микроробота очень мал, он не сможет нести на себе достаточного количества полезного груда, для того, чтобы оказать существенное влияние на пораженные болезнью ткани. Поэтому в организм человека нужно будет вводить достаточно большое количество таких роботов, что, дополнительно, облегчит слежение за ними при помощи традиционных методов съемки, применяемых в медицине.

И в заключение следует отметить, что помимо целевой доставки лекарственных препаратов, новые микророботы, снабженные соответствующим грузом, могут быть использованы для проведения неинвазивной, быстрой и точной диагностики самых различных видов заболеваний.

Роботы-лейкоциты, способные двигаться против кровотока, будут бороться с различными заболеваниями изнутри тела человека

Одним из самых перспективных направлений микро- и нано-робототехники является целевая доставка лекарственных препаратов, осуществляемая при помощи крошечных роботов, двигающихся в теле человека по кровеносным сосудам. Самой последней разработкой в этом направлении являются микророботы-лейкоциты, созданные исследователями из института Макса Планка, Германия. И главным отличием новых микророботов от всех, что были созданы ранее, является то, что новые роботы, которые являются «технологическим воплощением» лейкоцитов, способны передвигаться в направлении, противоположном направлению кровотока в кровеносных сосудах.

Основой новых микророботов являются стеклянные микрочастицы, диаметром около 8 микрометров. Одна половина частицы покрыта тонкой пленкой никеля, поверх которой нанесен защитный слой из золота, а на вторую половину частицы наносится слой лекарственного препарата, полезного груза микроробота. Во время первых испытания полезный груз робота состоял из молекул противоракового препарата и специальных белков, способных находить и притягиваться к злокачественным клеткам.

Вместо того, чтобы плавать в кровяной плазме, как это делают другие микророботы, новые роботы движутся вдоль стенок сосудов, подобно лейкоцитам. А направлением этого движения можно управлять при помощи внешнего магнитного поля, которое притягивает никель, и заставляет робота двигаться в нужном направлении.

Роботы-лейкоциты, способные двигаться против кровотока, будут бороться с различными заболеваниями изнутри тела человека

Исследователи выяснили при помощи экспериментов с искусственными кровеносными сосудами, что даже не очень сильное магнитное поле, которое совершенно безопасно для организма человека, заставляет роботов двигаться в направлении, противоположном направлению течения крови. А когда магнитное поле деактивируется, роботы движутся вместе с кровью. Чередование моментов включения и отключения магнитного поля позволяет ученым контролировать движение роботов с высокой точностью и направлять их в заданное место в теле человека.

Во время испытаний ученые установили, что скорость движения роботов под воздействие магнитного поля составляет 600 микрометров в секунду (76 их собственных диаметров в секунду). Это делает новых роботов самыми быстрыми «магнитными микророботами» такого масштаба на сегодняшний день.

Поскольку размер одного микроробота очень мал, он не сможет нести на себе достаточного количества полезного груда, для того, чтобы оказать существенное влияние на пораженные болезнью ткани. Поэтому в организм человека нужно будет вводить достаточно большое количество таких роботов, что, дополнительно, облегчит слежение за ними при помощи традиционных методов съемки, применяемых в медицине.

И в заключение следует отметить, что помимо целевой доставки лекарственных препаратов, новые микророботы, снабженные соответствующим грузом, могут быть использованы для проведения неинвазивной, быстрой и точной диагностики самых различных видов заболеваний.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *