Svake se godine prije njenog isteka sastavljaju liste različitih ljudskih aktivnosti. Tako je i časopis Physics World (Svijet fizike) objavio svoju listu najznačajnijih ostvarenja u fizici u 2024. godini. Možda netko neće biti sasvim zadovoljan izborom, ali sačinila ga je grupa visokokvalificiranih urednika pa bi se navedena postignuća našla pri samom vrhu bilo kojeg drugog izbora. No pogledajmo što su oni izabrali i prikazali u tekstu koji potpisuje Hamish Johnston. Redoslijed postignuća nije važan, jer su navedena otkrića iz različitih područja fizike.
Možda ste primijetili da kad je god riječ o nekom mogućem prodoru u medicini prvo nadrapaju laboratorijski miševi. No u postignuću grupe sa Sveučilišta Stanford miševi su prošli relativno dobro. Naime, njima su istraživači kožu abdomena, ekstremiteta i lubanje obojili žutim sintetičkim bojilom tartrazin, koje se inače koristi u prehrambenoj industriji. Pokazalo se da je tretirana koža postala transparentna, što je omogućilo da se dobije izravan pogled na unutarnje organe miša bez kirurškog zahvata. Fascinantno je da se u mozgu miševa mogla pratiti struja krvotoka, kao i fina strukturu mišića u ekstremitetima. Kada se boja ispere koža ponovo postane neprobojna za svjetlost. Kako to da to bojilo izaziva transparentnost? Tartrazin snažno upija blisku ultraljubičastu i plavu svjetlost, onu koja se najviše rasipa prolazeći kroz kožu i tako onemogućava pogled kroz nju. Ostali dio vidljivog spektra ima veće valne duljine i puno manje se raspršuje na kožnom tkivu.
Svi znamo da se materija sastoji od atoma, a atomi od jezgre (s protonima i neutronima) i elektrona oko nje. Međutim, u laboratorijskim je uvjetima moguće proizvesti antičestice koje su isto što i čestice, ali suprotnog predznaka. Tako elektron ima antičesticu koju zovemo pozitron. Kada se njih dvije sastanu istog trena nestanu, uz emisiju zračenja. To se zove anihilacija. No, ako ih dovedemo u vezano stanje sličnom onome u atomu, onda dobivamo česticu koju zove pozitronij. U CERN-u, u suradnji s AegIS-om, stvaraju pozitronije kako bi istraživali svojstva antimaterije. Dosad je problem bio u tome da su stvoreni pozitroniji imali velik raspon brzina unutar oblaka u kojem su kreirani, što je u velikoj mjeri otežavalo njihova spektroskopska istraživanja. Grupa u CERN-u pokazala je da se pozitroniji mogu ohladiti laserskim zračenjem. Tako su postigli mnogo bolje rezultate u istraživanju njihovih svojstava. Još važnije, to omogućava stvaranje deset do sto puta veće količine antivodika, atoma koji se sastoji od antiprotona i pozitrona. Također, otvara se put prema još jednom testu standardnog modela elementarnih čestica, kao i istraživanju djelovanja gravitacije na antimateriju.
Rak pluća jedan je od najčešćih i vrlo ubojitih karcinoma današnjice. Radioterapija, odnosno zračenje metoda je koja prilično efikasno ubija karcinogene stanice, ali nažalost ubija i zdrave. Uspjeh zračenja jako ovisi o dozama, njihovom intenzitetu i rasporedu. Grupa autora iz Velike Britanije, SAD-a i Njemačke uspjela je napraviti računalni model koji na mikro- i nanoskali simulira zračenje alveola, uzimajući model određenog plućnog tkiva i metodu simulacije Monte Carlo. Parametri su simulacije doze zračenja i njihov raspored. Za pojedini skup parametara dobivaju se predviđanja koje će stanice biti ubijene. Model jednako tako izračunava kolike će štete izazvati tretman zračenjem u razdoblju od nekoliko sati, dana, mjeseci i godina. Koristeći postojeća klinička iskustva iz svjetske literature autori su pokazali da se njihovi rezultati jako dobro slažu s tim podacima te da se model može primijeniti u terapiji.
Već smo pisali o grafenu i njegovim sjajnim svojstvima. Ono što mu je nedostajalo da potpuno istisne silicij u elektronici bio je nedostatak energetskog procijepa, koji je neophodan da bi se moglo kontrolirati hoće li kroz neki elektronski sklop struja teći ili neće. U svemu ostalom grafen nadmašuje silicij. Ukratko, silicij je poluvodič, a čisti grafen to nije. Ove je godine velika međunarodna grupa autora napravila poluvodički sklop od grafena. Proizveli su i grafenski prekidač koji ujedinjuje memorijsku i logičku funkciju za koju su dosad bila potrebna dva posebna elementa. Autori su iskoristili svojstvo grafena da provodi i elektrone i protone pri čemu su protoni rabljeni za logičke operacije, a elektroni za memorijske bitove. Uz sve to, proizveli su i epigrafen, kako su nazvali grafen koji loše provodi struju. Taj epigrafen ima energetski procijep i mogao bi se koristiti kao tranzistor. Velika toplinska provodljivost grafena u odnosu na silicij značajno bi smanjila zagrijavanje procesora i drugih elektronskih sklopova.
Kina je uspješnom i vrlo kompleksnom misijom upućenom na tamnu stranu Mjeseca, krajem studenog dopremila na zemlju gotovo dva kilograma uzoraka mjesečevog tla. Prvi rezultati su već objavljeni i pokazuju da se u uzorcima nalaze čestice bazalta, vulkanskih stijena. To jasno pokazuje da je na tom dijelu mjeseca prije nekih 2,8 milijardi godina postojala vulkanska aktivnost. Bit će vrlo interesantno vidjeti što će analize pokazati u narednim godinama.
Istraživači sa Stanforda kožu mišjih abdomena, ekstremiteta i lubanje obojili su žutim sintetičkim bojilom tartrazin. Pokazalo se da je tretirana koža postala transparentna, što je omogućilo izravan pogled na unutarnje organe miša bez kirurškog zahvata
Kvantna računala koriste kvantne bitove umjesto bitova klasičnih računala. Klasični bit ima stanje nula ili jedan, dok kvantni bit ili kubit ima ta dva stanja i dodatno treće koje je superpozicija oba stanja. Dva su velika problema u komercijalnom razvoju kvantnih računala. Prvi je da se kubiti moraju držati na temperaturi blizu apsolutne nule, a drugi da kubiti lako promijene stanje u kojem bi trebali biti. Prvi je problem rješiv, iako je rješenje energetski skupo. Drugi je teže rješiv, jer gubljenje kubita tokom neke operacije sigurno dovodi do grešaka. Veliki iskorak u tom pogledu napravili su istraživači u Google Quantum AI-ju, ali i, nezavisno od njih, grupe istraživača sa Sveučilišta Harvard, Massachusetts Institute of Technology i QuEra Computing. Svi su radili na procesorskom sklopu od 48 kubita. Oni su uspjeli uvesti metodu samokorekcije grešaka unutar procesora, tako da je utjecaj pogrešaka pao ispod prihvatljive razine. To definitivno otvara put da se kvantna računala pojave kao komercijalni proizvod.
Googleov kvantni bit, kubit, zvan Willow (FOTO Google/Reuters/Pixsell)
Kada bi vam netko ponudio luksuzni automobil koji košta sto tisuća eura za samo tisuću eura i kada bi vam pokazao da je potrošnja goriva tog automobila upola manja, siguran sam da biste bili jako zainteresirani. Za istraživače koji se bave laserima titan:safir bio bi takav luksuzni automobil. Grupa sa Sveučilišta Stanford uspjela je razviti laser titan:safir koji se pobuđuje jeftinim zelenim laserom, troškom od nekoliko desetaka eura, umjesto laserima visoke snage koji koštaju oko sto tisuća eura, a dosad su bili korišteni. Osim toga, uspjeli su prilagoditi valnu duljinu lasera titan:safir, kao i proizvesti od njega lasersko pojačalo. Oba postignuća prva su te vrste. Njihovi rezultati omogućit će široku upotrebu tog lasera, kako u istraživačkim laboratorijima tako i u industriji.
Kada svjetlost padne na neki predmet, dio nje se odbije i dospije u naše oči. Iz oka putem očnog živca ta svjetlost, pretvorena u električne impulse, dolazi do mozga gdje se obrađuje i postaje slika. Slično se stvaraju slike kada u medicini snimamo CT ili rabimo neku sličnu radiološku tehniku. Jedina je razlika u tome što umjesto zračenja u vidljivom dijelu elektromagnetskog spektra koristimo rendgenske ili gama zrake. Umjesto oka tu su detektori, a umjesto mozga programski paketi koji signale iz detektora pretvaraju u sliku. Taj se postupak na engleskom zove imaging, a mi bismo to možda mogli prevesti kao uslikavanje. Međutim, jezik smo već pokvarili s imidžingom pa neka tako i ostane. To se elektromagnetsko zračenje sastoji od kvantnih čestica koje nazivamo fotoni. Dva se fotona mogu vezati tako da, bez obzira na to koliko su daleko jedan od drugog, trenutno osjete promjenu na bilo kojem od njih. To svojstvo, koje zovemo sprezanje, sada je iskorišteno da se poboljšaju i unaprijede tehnike imidžinga. To je uspjelo znanstvenicima sa Sorbone u Francuskoj. Oni su iskoristili svojstvo sprezanja da pretvore sliku u snop svjetlosti. Pritom je sliku moguće vidjeti jedino kamerom koja hvata pojedinačne fotone. Sliku dakle nitko osim promatrača s tom kamerom ne vidi. Osim toga, pokazali su da se tom tehnikom značajno povećava rezolucija slike u odnosu na konvencionalne mikroskopije. Prvi korak prema kvantnoj mikroskopiji je eto napravljen, a put je dug.
Ako bih kao predstavljač izbora liste iz časopisa Physics World trebao izabrati najinteresantnije postignuće, onda je to grafenski tranzistor. Vjerojatno zato što sam se i sam kao aktivni istraživač bavio grafenom u Institutu za fiziku u Zagrebu. I danas se ta i slična istraživanja u području fizike kondenzirane materije i laserske fizike odvijaju u tom institutu. Zahvaljujući vrhunskoj opremi i razgranatoj međunarodnoj suradnji suradnici instituta obavljaju istraživanja na najvišoj razini i objavljuju radove u časopisima najvišeg ugleda.
