I am a mariner of Odysseus with heart of fire but with mind ruthless and clear

Archive for March, 2010|Monthly archive page

«Μεταλλαγμένα» κουνούπια θα δρουν ως ιπτάμενα εμβόλια

In science on March 29, 2010 at 12:06 pm

Ερευνητές στην Ιαπωνία τελειοποιούν γενετικά τροποποιημένα κουνούπια που με το τσίμπημά τους θα εμβολιάζουν δωρεάν τον πληθυσμό αναπτυσσόμενων χωρών. Τα πειράματα ξεκίνησαν με την ασθένεια της λεϊσμανίασης και στο μέλλον θα επεκταθούν στην ελονοσία.

Τα «μεταλλαγμένα» κουνούπια στα εργαστήρια του Ιατρικού Πανεπιστημίου Τζίσι, βόρεια του Τόκιο, παράγουν στο σάλιο τους μια πρωτεΐνη του πρωτόζωου της λεϊσμανίαση, μιας ασθένειας που προκαλεί μεγάλα, επώδυνα έλκη στο δέρμα και μπορεί να γίνει θανατηφόρος.

Οι άνθρωποι που δέχονται τσιμπήματα του γενετικά τροοποποιημένου κουνουπιού αναπτύσσουν αντισώματα κατά της πρωτεΐνης και σταδιακά αποκτούν ανοσία, όπως συμβαίνει και με τα συμβατικά εμβόλια.

Οι πρώτες δοκιμές πραγματοποιήθηκαν σε ποντίκια και έδειξαν ότι τα «ιπτάμενα εμβόλια» πράγματι διεγείρουν το ανοσοποιητικό σύστημα, αναφέρουν οι ερευνητές στην επιθεώρηση Insect Molecular Biology.

Το καλό με αυτά τα φαρμακευτικά έντομα «είναι ότι δεν χρεώνουν για τον εμβολιαμό» αστειεύτηκε ο Σιγκέτο Γιοσίντα, επικεφαλής της μελέτης, μιλώνας στο Γαλλικό Πρακτορείο Ειδήσεων. «Θα εμβολιαζόμασταν χωρίς καν να το προσέξουμε. Δεν θα χρειαζόταν να παίρνουμε οποιοδήποτε φάρμακο, ούτε να παρουσιαζόμαστε σε συγκεκριμένες υπηρεσίες για μαζικό εμβολιασμό» επισήμανε.

Ο ερευνητής παραδέχεται πάντως ότι αυτή η προσέγγιση εγείρει και ηθικά ερωτήματα, αφού ο εμβολιασμός ουσιαστικά θα γινόταν χωρίς τη συγκατάθεση των πολιτών.

Η τεχνολογία θα μπορούσε να γίνει διαθέσιμη σε περίπου δέκα χρόνια από σήμερα, «ωστόσο το κατά πόσο η κοινωνία θα την αποδεχτεί είναι άλλο ζήτημα» διευκρίνισε ο Δρ Γιοσίντα.

Η ομάδα του θα συνεχίσει τώρα τα πειράματα με το παράσιτο της ελονοσίας που μεταδίδουν τα ίδια τα κουνούπια, για το οποίο σήμερα δεν υπάρχει εμβόλιο.

Ability to tolerate enemies influences coevolution

In evolution on March 19, 2010 at 5:43 pm

Stay and fight, or flee? These are usually the alternatives facing a victim when it is attacked by an enemy. Two researchers from Lund University have now collected and discussed various examples from the animal world where the victim makes use of another possibility.


“The victim can allow the enemy to remain and instead try to live with the consequences”, explains Erik Svensson, Professor of Animal Ecology at Lund University, Sweden.

There are many examples of ‘coevolution’, i.e. where the enemy and the victim influence each other’s development in close interaction. In several plant studies it is for instance  a  between a parasite (the enemy) and its  (the victim). Erik Svensson and his colleague Lars Rľberg have recently published an article in the journal Trends in Ecology & Evolution, in which they discuss the evolution of enemy-victim relations in animals.

The cuckoo’s brood parasitism is a classic example. The great spotted cuckoo lays its  in the nest of the European magpie and lets the magpie pair raise its young. The magpie can in turn respond by trying to recognise alien eggs and reject them; this is a form of resistance. However, there is a risk that the magpie may accidently reject one of its own eggs. In addition, the magpies that reject cuckoos’ eggs run a higher risk of having their nests destroyed by adult cuckoos. There is evidence that magpies that live in close proximity to great spotted cuckoos actually compensate for this by laying more eggs than magpies that breed in areas where cuckoos are not present. One reason for this could be that it is a way to compensate for the eggs that risk being destroyed. This defence tactic is classified as tolerance, rather than resisistance. It means that the victim tries to live with the presence of the enemy instead of resisting.

Erik Svensson conducts research on damselflies. He has shown that enemy-victim relationships can also occur within the same species. When damselflies mate, the male clasps the female’s thorax. Immediately after fertilisation, the female begins laying eggs. Yet females are constantly subject to mating attempts and harassment from other males, which incur costs in the form of a reduced number of eggs. However, some females have developed a higher tolerance to this mating harassment, which means that they are able to partly buffer the negative effects of mating harassment on their egg laying.

Lars Rľberg has studied tolerance in mice. He has performed an experiment in which he infected different mouse strains with malaria. It was apparent that the different mice did not become ill to the same extent, despite the fact that they had the same number of  in their bodies. Thus tolerance can also reflect itself in how sensitive a victim is to an enemy.

“This is a new way of viewing the evolution of enemy-victim interactions in animals. The role of tolerance in suchinteractions have previously been discussed primarily in the context of the plant world. We believe that tolerance could be at least as important as resistance in animal co-evolution between enemies and their victims”, says Erik Svensson.

Το γήινο μαγνητικό πεδίο είναι ηλικίας 3,45 δισ. ετών

In astronomy, physics on March 19, 2010 at 5:37 pm

Το γήινο μαγνητικό πεδίο, το οποίο μας προστατεύει από τα φορτισμένα σωματίδια του ηλιακού ανέμου, ξεπήδησε από τον πυρήνα της Γης πολύ νωρίτερα στην ιστορία του πλανήτη μας από ό,τι θεωρούσαν μέχρι τώρα οι επιστήμονες. Σύμφωνα με νέα στοιχεία που ανακαλύφθηκαν, το γεω-μαγνητικό πεδίο υπήρχε ήδη πριν από 3,45 δισ. χρόνια, αν και ήταν ασθενέστερο από το σημερινό.

Η νέα μελέτη έγινε από διεθνή ερευνητική ομάδα με επικεφαλής ερευνητές του αμερικανικού πανεπιστημίου του Ρότσεστερ, υπό τον γεωφυσικό Τζον Ταρντούνο, και δημοσιεύτηκε στο περιοδικό “Science”, σύμφωνα με τα “Scientific American”, “New Scientist” και “Physics World”.

Οι ερευνητές βάσισαν τα συμπεράσματά τους στην ανακάλυψη ιχνών του αρχαίου μαγνητικού πεδίου σε ηφαιστειακά πετρώματα (πυριτικούς κρυστάλλους) της Νότιας Αφρικής, που χρονολογούνται πριν από περίπου 3,45 δισ. χρόνια, δηλαδή όταν εκτιμάται ότι εμφανίστηκαν οι πρώτες πολύ απλές μορφές ζωής στον πλανήτη μας και περίπου ένα δισεκατομμύριο χρόνια μετά το σχηματισμό της Γης. Μέχρι σήμερα, τα αρχαιότερα ίχνη μαγνητικού πεδίου στη Γη είχαν βρεθεί το 2007, επίσης σε ηφαιστειακά πετρώματα στη Ν.Αφρική, ηλικίας 3,2 δισ. ετών, συνεπώς η νέα ανακάλυψη μεταθέτει κατά περίπου 250 εκατομμύρια χρόνια στο παρελθόν την ύπαρξη μαγνητικού πεδίου στον πλανήτη μας.

Τα ηφαιστειακά πετρώματα λειτουργούν ως καταγραφείς του μαγνητικού παρελθόντος της Γης, επειδή, όταν στερεοποιήθηκε το αρχαίο μάγμα από το οποίο προήλθαν, τα μαγνητικά μικροσκοπικά σωματίδια που είχαν παγιδευτεί στο εσωτερικό τους, ευθυγραμμίστηκαν με το μαγνητικό πεδίο του πλανήτη, αποκαλύπτοντας σήμερα την ισχύ και την μορφή του, με τη βοήθεια ειδικών συσκευών (μαγνητόμετρων).

Το γήινο μαγνητικό πεδίο δημιουργείται από την κίνηση του λιωμένου σιδήρου βαθιά μέσα στον εξωτερικό πυρήνα του πλανήτη μας, που αποτελεί ένα είδος γεω-γεννήτριας. Σήμερα, το πεδίο εκτείνεται στην μαγνητόσφαιρα, που φτάνει σε απόσταση έως 60.000 χιλιομέτρων από την επιφάνεια της Γης (περίπου 10,7 φορές μεγαλύτερη από την ακτίνα του πλανήτη μας) στην πλευρά που βλέπει προς τον ήλιο και αρκετά πιο μακριά στην απέναντι πλευρά. Η μαγνητόσφαιρα τελειώνει στην λεγόμενη «μαγνητόπαυση», το σύνορο όπου το μαγνητικό πεδίο της Γης συναντά τον ηλιακό άνεμο.

Σύμφωνα με τις εκτιμήσεις των αμερικανών ερευνητών, όχι μόνο το γήινο μαγνητικό πεδίο ήταν πολύ ασθενέστερο (περίπου 50-70% σε σχέση με το σημερινό) πριν από 3,5 δισ. χρόνια, αλλά επίσης, την ίδια εποχή, ο ηλιακός άνεμος κατέκλυζε τον πλανήτη μας με ισχύ περίπου 100 φορές ισχυρότερη από ό,τι τώρα. Από το συνδυασμό αυτών των δύο παραγόντων, εκτιμάται ότι την εποχή εκείνη η μαγνητόπαυση βρισκόταν στην μισή απόσταση από τη Γη σε σχέση με σήμερα (γύρω στις 30.000 χλμ).

Οι συνθήκες αυτές εκτιμάται ότι είχαν εξατμίσει τεράστιες ποσότητες νερού από τη γήινη επιφάνεια πριν προλάβει ο «κύκλος του νερού» να σταθεροποιηθεί στη Γη. Με βάση αυτό το σκεπτικό, οι ερευνητές υποθέτουν ότι η αρχαία Γη περιείχε πολύ περισσότερο νερό από ό,τι νόμιζαν μέχρι τώρα οι επιστήμονες, αλλά και σε σχέση με σήμερα, ήταν δηλαδή ένας πολύ πιο υγρός πλανήτης.

Σε μια άλλη επιστημονική έρευνα, που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό γεωφυσικής “Geophysical Research Letters”, γάλλοι ερευνητές του πανεπιστημίου «Ντενίς Ντιντερό» του Παρισιού, υπό τον Γκοτιέ Ιλό, κάνοντας προσομοιώσεις σε υπολογιστές, εκτίμησαν ότι οι πόλοι του γήινου μαγνητικού πεδίου μπορούν να αντιστραφούν σχετικά απότομα. Όπως αναφέρουν, οι επιστήμονες δεν θα είχαν πολλά χρονικά περιθώρια να προβλέψουν την – δυνητικά καταστροφική – αυτή αναστροφή και, κατά πάσα πιθανότητα, όχι περισσότερο μια έως δύο δεκαετίες πριν το γεγονός αυτό συμβεί.

Το γήινο μαγνητικό πεδίο κατά καιρούς αντιστρέφει την πολικότητά του. Σύμφωνα με μερικές εκτιμήσεις, αυτή η αντιστροφή κρατά λίγο (ένα ή δύο χρόνια), όμως άλλοι επιστήμονες εκτιμούν ότι η όλη διαδικασία μπορεί να κρατήσει δεκαετίες ή και περισσότερο, με συνέπεια η Γη και οι κάτοικοί της να παραμείνουν εκτεθειμένοι στην ηλιακή ακτινοβολία – με ό,τι αυτό σημαίνει για τις υποδομές αλλά και τη ζωή στον πλανήτη μας.

Η νέα γαλλική έρευνα δείχνει ότι η πρόβλεψη της συμπεριφοράς του μαγνητικού πεδίου είναι δύσκολη όπως η πρόβλεψη του καιρού, πράγμα ανησυχητικό, ιδίως σε περίπτωση που ισχύει το αρνητικό σενάριο περί χρονοβόρας και όχι άμεσης αλλαγής της πολικότητας του πεδίου.  Η τελευταία αντιστροφή των μαγνητικών πόλων έγινε πριν από περίπου 800.000 χρόνια. Τις τελευταίες δεκαετίες, το μαγνητικό πεδίο έχει εξασθενήσει σημαντικά, πυροδοτώντας φόβους ότι σε λίγες χιλιάδες χρόνια επίκειται νέα ανατροπή της πολικότητάς του.

Η παραπλανητική αίσθηση του χρόνου

In brain, psychology, science on March 15, 2010 at 11:24 am

Η ιδέα ενός ενιαίου και μοναδικού «βέλους του χρόνου» που υποτίθεται ότι μετρά αδυσώπητα τις ζωές μας ίσως, εν τέλει, αποδειχτεί μια αυταπάτη. Γιατί όταν πλήττουμε έχουμε την αίσθηση ότι ο χρόνος δεν περνά, ενώ όταν κάνουμε κάτι ενδιαφέρον ή όταν διασκεδάζουμε ο χρόνος κυλά χωρίς να το καταλαβαίνουμε; Και γιατί τα άτομα που υποφέρουν από νευροψυχολογικές παθήσεις (κατάθλιψη ή νόσο Πάρκινσον) έχουν μια εμφανώς διαφορετική αντίληψη του χρόνου; Πρόσφατα, χάρη σε κάποιες πρωτοποριακές έρευνες, η επιστήμη άρχισε να κατανοεί τις υποσυνείδητες ψυχολογικές διεργασίες και τους αδιαφανείς εγκεφαλικούς μηχανισμούς που μπορούν να επιβραδύνουν ή να επιταχύνουν το βέλος του χρόνου της ζωής μας.

Ορισμένοι ειδικοί τοποθετούν το εγκεφαλικό μας ρολόι κάπου μεταξύ της παρεγκεφαλίδας και των βασικών γαγγλίων. Αλλοι θεωρούν ότι εντοπίζεται σε ειδικά νευρωνικά κυκλώματα κατανεμημένα στο σύνολο του εγκεφάλου

Ορισμένοι ειδικοί τοποθετούν το εγκεφαλικό μας ρολόι κάπου μεταξύ της παρεγκεφαλίδας και των βασικών γαγγλίων. Αλλοι θεωρούν ότι εντοπίζεται σε ειδικά νευρωνικά κυκλώματα κατανεμημένα στο σύνολο του εγκεφάλουΚάθε πράξη ή σκέψη μας ορίζεται από τον χρόνο: έχει αρχή και τέλος, και συντελείται συνήθως με έναν προσωπικό ρυθμό. Αυτή η ιδιαίτερη ρυθμικότητα εκδηλώνεται στον αργό ή γρήγορο τρόπο που μιλάμε και γράφουμε, στον χαρακτηριστικό τρόπο που χτυπάμε ένα κείμενο στο πληκτρολόγιο του υπολογιστή ή στον προσωπικό ρυθμό που εκφέρουμε τις λέξεις. Είναι γνωστό επίσης ότι κάποιοι σπουδαίοι καλλιτέχνες (π.χ. μουσικοί ή χορευτές) διαθέτουν και εκφράζουν εκπληκτικές «ρυθμικές» ικανότητες.

Ενα πολύ απλό τεστ για να διαπιστώσουμε πώς ο εγκέφαλος καταμετρά τους χρόνους των πράξεών μας είναι να ζητήσουμε από κάποια άτομα να ακολουθήσουν, χτυπώντας στο τραπέζι π.χ. το μεσαίο δάχτυλό τους, ένα γρήγορο ρυθμό (τρία χτυπήματα ανά δευτερόλεπτο) ή έναν αργό ρυθμό (ένα χτύπημα ανά δευτερόλεπτο). Τα χτυπήματα κάθε ατόμου μπορεί να είναι είτε λίγο πιο γρήγορα είτε λίγο πιο αργά. Ομως, και στις δύο περιπτώσεις το σφάλμα θα είναι παρόμοιο (τα χτυπήματα θα είναι είτε πιο γρήγορα είτε πιο αργά)· λες και ο εγκέφαλος των ατόμων διαθέτει ένα και μόνο εσωτερικό ρολόι που μετρά τον χρόνο είτε υπερβολικά γρήγορα είτε υπερβολικά αργά!

Αν επομένως υπάρχει μέσα μας ένας «μετρονόμος» που προσδίδει σε κάθε μας ενέργεια τον προσωπικό μας ρυθμό, ένα είδος υποκειμενικού χρονικού «στίγματος», τότε η χρονική κλίμακα με την οποία μετράμε την κάθε μας πράξη δεν μπορεί να θεωρείται αντικειμενική αλλά μόνο υποκειμενική, εφόσον μεταβάλλεται από άτομο σε άτομο. Τότε όμως, πώς συνδέεται η υποκειμενική μας αίσθηση του χρόνου με τον ιστορικό χρόνο μέσα στον όποιο ζούμε και ποια σχέση μπορεί να έχει με τον μαθηματικοποιημένο χρόνο της φυσικής ή με τον άχρονο χρόνο της μεταφυσικής;

Η εγκεφαλική κλεψύδρα

Από καιρό οι ερευνητές αναρωτιούνται ποιοι μπορεί να είναι οι νευροψυχολογικοί μηχανισμοί που επιτρέπουν στους περισσότερους ανθρώπους και ειδικότερα σε διάσημους πιανίστες ή χορευτές να βρίσκουν πάντα τον «σωστό» ρυθμό.

Τα επικρατέστερα σήμερα γνωστικά μοντέλα για την αντίληψη του χρόνου λαμβάνουν σοβαρά υπόψη τις καθημερινές εμπειρίες και ανάγκες των ατόμων καθώς και την επιρροή των συναισθηματικών τους καταστάσεων. Τα περισσότερα όμως από αυτά τα εξηγητικά μοντέλα επικαλούνται την ύπαρξη ενός κεντρικού εγκεφαλικού μηχανισμού για την καταμέτρηση του χρόνου, ένα είδος εγκεφαλικής κλεψύδρας που συσσωρεύει και «καταμετρά» χρονικές στιγμές.

Αυτός ο νευρολογικός «συσσωρευτής δευτερολέπτων», όπως τον αποκαλεί ο Marc Wittmann, επιφανής ερευνητής στην Ψυχιατρική Σχολή του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας, παρομοιάζεται με ένα νευρωνικό εκκρεμές που η κάθε του αιώρηση αντιστοιχεί με το τικ-τακ ενός μηχανικού ρολογιού. Στην πραγματικότητα όμως πρόκειται για ένα ή περισσότερα νευρωνικά κυκλώματα που αποστολή τους είναι να καταγράφουν νευρικές ώσεις, και ο συνολικός αριθμός των καταγεγραμμένων νευρικών ώσεων αντιστοιχεί στη χρονική διάρκεια στην οποία έλαβε χώρα μια πράξη.

Από τις έρευνες αυτού του μηχανισμού προκύπτουν διάφορα εξαιρετικά ενδιαφέροντα συμπεράσματα. «Σύμφωνα με το καθιερωμένο γνωστικό μοντέλο, όσο περισσότερη προσοχή δίνουμε στον χρόνο, τόσο αυξάνεται η υποκειμενική αίσθηση της διάρκειάς του», υποστηρίζει ο Wittmann. Αυτό συμβαίνει επειδή τα «τικ-τακ» συσσωρεύονται μονάχα όταν εστιάζουμε την προσοχή μας στον χρόνο. Το ίδιο συμβαίνει επίσης όταν βρισκόμαστε σε κατάσταση επιφυλακής: επειδή εστιάζουμε την προσοχή μας στα πάντα, η συχνότητα των νευρικών ώσεων αυξάνει, συνεπώς αυξάνει και η συχνότητα των ώσεων που καταγράφονται από την εγκεφαλική κλεψύδρα.

Αρχίζουμε λοιπόν να καταλαβαίνουμε γιατί και πώς η ψυχολογική μας διάθεση μπορεί να επηρεάζει την υποκειμενική μας αντίληψη του χρόνου: αυξάνοντας ή, εναλλακτικά, μειώνοντας τους νευρωνικούς «χρονοδείκτες», δηλαδή σαν να λέμε τους κόκκους άμμου στην εγκεφαλική κλεψύδρα! «Κοντολογίς, ο υποκειμενικός χρόνος αντανακλά τη γνωστική και την ψυχολογική κατάσταση ενός ατόμου», όπως τονίζει ο Wittmann. Ισως γι’ αυτό όταν βαριόμαστε ή όταν βιώνουμε κάτι παθητικά έχουμε την αίσθηση ότι ο χρόνος δεν περνά: η προσοχή μας παγιδεύεται σε ένα αέναα επεκτεινόμενο παρόν.

Οπως συμβαίνει συχνά στην επιστήμη, η μελέτη ενός μη φυσιολογικού φαινομένου ή μιας ανώμαλης συμπεριφοράς οδηγεί στην καλύτερη κατανόηση των φυσιολογικών λειτουργιών. Ετσι, οι διαταραχές στην αντίληψη του χρόνου που διαπιστώνονται συστηματικά σε άτομα που υποφέρουν από κάποια νευροψυχολογική ασθένεια (υπερκινητικότητα, αδυναμία εστίασης της προσοχής, εξάρτηση από ναρκωτικά, κατάθλιψη, νόσο Πάρκινσον) αποτέλεσαν την αφετηρία για την κατανόηση των εγκεφαλικών μηχανισμών που εμπλέκονται άμεσα στην αντίληψη του χρόνου. Για παράδειγμα, από τη μελέτη ασθενών που έπασχαν από τη νόσο Πάρκινσον, μια νευροεκφυλιστική ασθένεια που πλήττει άτομα μέσης ηλικίας (55-60 ετών), οι ειδικοί έμαθαν πολλά για τους εγκεφαλικούς μηχανισμούς της αίσθησης του χρόνου. Η ασθένεια αυτή πλήττει τους νευρώνες του ραβδωτού σώματος και των βασικών γαγγλίων του εγκεφάλου. Οι νευρώνες αυτοί χρησιμοποιούν ως νευροδιαβιβαστή, δηλαδή ως χημικό αγγελιαφόρο των νευρωνικών πληροφοριών, την ντοπαμίνη. Οι κινητικές δυσλειτουργίες και ανεπάρκειες των ασθενών εξαρτώνται από την καταστροφή αυτού του ντοπαμινεργικού συστήματος επικοινωνίας των νευρώνων.

Ωστόσο, η νόσος Πάρκινσον δεν πλήττει μόνο τις κινητικές ικανότητες των ασθενών αλλά και τις νοητικές: έχουν σοβαρά προβλήματα μνήμης και αίσθησης του χρόνου, γεγονός που, μέχρι πρόσφατα, είχε υποβαθμιστεί από τους κλινικούς γιατρούς. Το ότι όμως οι ασθενείς που υποφέρουν από Πάρκινσον εκδηλώνουν μια σαφή αλλοίωση της αίσθησης του χρόνου οδήγησε κάποιους πρωτοπόρους ερευνητές στο συμπέρασμα ότι τα μόρια της ντοπαμίνης και γενικότερα το ντοπαμινεργικό σύστημα παίζει αποφασιστικό ρόλο στην αντίληψη του χρόνου!

Πού όμως βρίσκεται το εσωτερικό εγκεφαλικό μας ρολόι; Ποιο ή ποια είναι τα εγκεφαλικά υποστρώματα της αίσθησης του χρόνου; Σε αυτό το αποφασιστικό ερώτημα οι απόψεις των ειδικών ακόμη διίστανται. Ορισμένοι υποστηρίζουν ότι η εγκεφαλική κλεψύδρα βρίσκεται κάπου μεταξύ της παρεγκεφαλίδας και των βασικών γαγγλίων. Αλλοι θεωρούν ότι τέτοιες «κλεψύδρες» υπάρχουν σε διάφορες περιοχές του εγκεφάλου μας, σε ειδικά νευρωνικά κυκλώματα κατανεμημένα στο σύνολο του εγκεφάλου. *

Πηγή: Ελευθεροτυπία

Εντοπίστηκαν οι αρχαιότερες μαύρες τρύπες στο σύμπαν

In astronomy on March 15, 2010 at 11:18 am

Μια διεθνής ομάδα αστρονόμων κατάφερε να «δει» τις πιο αρχέγονες μαύρες τρύπες που έχουν ποτέ εντοπιστεί στο σύμπαν, η «ηλικία» των οποίων εκτιμάται σε 13 δισεκατομμύρια χρόνια.

Οι επιστήμονες μπόρεσαν να ανακαλύψουν αρχέγονα κβάζαρ, δηλαδή τους πυρήνες πολύ πρώιμων γαλαξιών που περιέχουν ενεργές μαύρες τρύπες, οι οποίες περιβάλλονται από λαμπερούς δίσκους (μεγέθους όσο όλο το ηλιακό μας σύστημα!) περιστρεφόμενης ύλης, η οποία «απορροφάται» σπειροειδώς προς το κέντρο της μαύρης τρύπας.

Τέτοιοι δίσκοι είναι ανάμεσα στα πιο φωτεινά αντικείμενα στο σύμπαν, με συνέπεια να είναι δυνατό, παρά την τεράστια απόσταση στον χώρο και τον χρόνο, οι αστρονόμοι να μελετήσουν με σχετική λεπτομέρεια τις φυσικές ιδιότητές τους.

Το φως των κβάζαρ-μαύρων τρυπών που ανακαλύφθηκαν, χρειάστηκε περίπου 13 δισ. χρόνια για να φτάσει στον πλανήτη μας, με άλλα λόγια βλέπουμε αυτές τις μαύρες τρύπες όπως ήσαν γύρω στο ένα δισεκατομμύριο χρόνια μετά το αρχικό «Μπιγκ Μπανγκ» της δημιουργίας.

Η ανακάλυψη, υπό τον Λινούα Ζιάνγκ του αμερικανικού πανεπιστημίου της Αριζόνα, με τη συμμετοχή ερευνητών των γερμανικών Ινστιτούτων Αστρονομίας και Εξωπλανητικής Φυσικής Μαξ Πλανκ, συνιστά την πρώτη φορά που παρατηρήθηκε ένα τόσο μακρινό και αρχαίο κβάζαρ, ουσιαστικά δηλαδή μια μαύρη τρύπα στο αρχικό στάδιο της εξέλιξής της.

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν το διαστημικό τηλεσκόπιο «Σπίτσερ» της NASA για να παρατηρήσουν υπέρυθρο φως από τα υπερβολικά μακρινά κβάζαρ, τα οποία δεν περιβάλλονταν από τεράστια νέφη ύλης, όπως οι πιο σύγχρονες μαύρες τρύπες. Το πολύ πρώιμο σύμπαν δεν περιείχε καθόλου σκόνη, συνεπώς τα πρώτα άστρα και γαλαξίες δεν περιείχαν σκόνη.

Ήσαν πολύ καυτά και ακτινοβολούσαν έντονα, όμως δεν περιείχαν σωματίδια σκόνης.

Με «φωτιά χωρίς καπνό» τα παρομοίασαν οι αστρονόμοι, που πρώτοι έκαναν την ανακάλυψη.

Οι επιστήμονες, κάνοντας υπολογισμούς, συμπέραναν ότι υπάρχει σχέση αναλογίας ανάμεσα στην μάζα (το μέγεθος) της κεντρικής μαύρης τρύπας ενός κβάζαρ και της ύλης (σκόνης) που την περιβάλλει, πράγμα που δείχνει μια εξελικτική διαδικασία: η μαύρη τρύπα διογκώνεται γρήγορα «ρουφώντας» τη γύρω ύλη της και, παράλληλα, όλο και περισσότερη καυτή σκόνη παράγεται διαχρονικά.

Η εργασία των αστρονόμων θα παρουσιαστεί αυτή την εβδομάδα στο περιοδικό “Nature”.

Billions of Tons of Methane Beneath Frozen Arctic Destablizing

In climate on March 12, 2010 at 10:45 am

A region of the Arctic Ocean seafloor that holds vast stores of frozen methane is showing signs of instability and widespread venting of the powerful greenhouse gas, according to the findings of an international research team led by University of Alaska Fairbanks scientists Natalia Shakhova and Igor Semiletov.The research results show that the permafrost under the East Siberian Arctic Shelf, long thought to be an impermeable barrier sealing in methane, is perforated and is leaking large amounts of methane into the atmosphere. Release of even a fraction of the methane stored in the shelf could trigger abrupt climate warming.

“The amount of methane currently coming out of the East Siberian Arctic Shelf is comparable to the amount coming out of the entire world’s oceans,” said Shakhova, a researcher at UAF’s International Arctic Research Center. “Subsea permafrost is losing its ability to be an impermeable cap.”

Methane is a greenhouse gas more than 30 times more potent than carbon dioxide. It is released from previously frozen soils in two ways. When the organic material–which contains carbon–stored in permafrost thaws, it begins to decompose and, under oxygen-free conditions, gradually release methane. Methane can also be stored in the seabed as methane gas or methane hydrates and then released as subsea permafrost thaws. These releases can be larger and more abrupt than those that result from decomposition.

The East Siberian Arctic Shelf is a methane-rich area that encompasses more than 2 million square kilometers of seafloor in the Arctic Ocean. It is more than three times as large as the nearby Siberian wetlands, which have been considered the primary Northern Hemisphere source of atmospheric methane. Shakhova’s research results show that the East Siberian Arctic Shelf is already a significant methane source: 7 teragrams yearly, which is equal to the amount of methane emitted from the rest of the ocean. A teragram is equal to about 1.1 million tons.

“Our concern is that the subsea permafrost has been showing signs of destabilization already,” she said. “If it further destabilizes, the methane emissions may not be teragrams, it would be significantly larger.”

Shakhova notes that Earth’s geological record indicates that atmospheric methane concentrations have varied between about .3 to .4 parts per million during cold periods to .6 to .7 parts per million during warm periods. Current average methane concentrations in the Arctic average about 1.85 parts per million, the highest in 400,000 years, she said. Concentrations above the East Siberian Arctic Shelf are even higher.

The East Siberian Arctic Shelf is a relative frontier in methane studies. The shelf is shallow, 50 meters or less in depth, which means it has been alternately submerged or terrestrial, depending on sea levels throughout Earth’s history. During Earth’s coldest periods, it is a frozen arctic coastal plain, and does not release methane. As the planet warms and sea levels rise, it is inundated with seawater, which is 12-15 degrees warmer than the average air temperature.

“It was thought that seawater kept the East Siberian Arctic Shelf permafrost frozen,” Shakhova said. “Nobody considered this huge area.”

Earlier studies in Siberia focused on methane escaping from thawing terrestrial permafrost. Semiletov’s work during the 1990s showed, among other things, that the amount of methane being emitted from terrestrial sources decreased at higher latitudes. But those studies stopped at the coast. Starting in the fall of 2003, Shakhova, Semiletov and the rest of their team took the studies offshore. From 2003 through 2008, they took annual research cruises throughout the shelf and sampled seawater at various depths and the air 10 meters above the ocean. In September 2006, they flew a helicopter over the same area, taking air samples at up to 2,000 meters in the atmosphere. In April 2007, they conducted a winter expedition on the sea ice.

They found that more than 80 percent of the deep water and greater than half of surface water had methane levels more than eight times that of normal seawater. In some areas, the saturation levels reached at least 250 times that of background levels in the summer and 1,400 times higher in the winter. They found corresponding results in the air directly above the ocean surface. Methane levels were elevated overall and the seascape was dotted with more than 100 hotspots. This, combined with winter expedition results that found methane gas trapped under and in the sea ice, showed the team that the methane was not only being dissolved in the water, it was bubbling out into the atmosphere.

These findings were further confirmed when Shakhova and her colleagues sampled methane levels at higher elevations. Methane levels throughout the Arctic are usually 8 to 10 percent higher than the global baseline. When they flew over the shelf, they found methane at levels another 5 to 10 percent higher than the already elevated arctic levels.

The East Siberian Arctic Shelf, in addition to holding large stores of frozen methane, is more of a concern because it is so shallow. In deep water, methane gas oxidizes into carbon dioxide before it reaches the surface. In the shallows of the East Siberian Arctic Shelf, methane simply doesn’t have enough time to oxidize, which means more of it escapes into the atmosphere. That, combined with the sheer amount of methane in the region, could add a previously uncalculated variable to climate models.

“The release to the atmosphere of only one percent of the methane assumed to be stored in shallow hydrate deposits might alter the current atmospheric burden of methane up to 3 to 4 times,” Shakhova said. “The climatic consequences of this are hard to predict.”

Earlier, a team of MIT scientists recorded a nearly simultaneous world-wide increase in methane levels -the first increase in ten years. What baffled the team is that this data contradicts theories stating humans are the primary source of increase in greenhouse gas. It takes about one full year for gases generated in the highly industrial northern hemisphere to cycle through and reach the southern hemisphere. Since all worldwide levels rose simultaneously throughout the same year, however, it is probable that this may be part of a natural cycle – and not the direct result of man’s contributions.

MIT’s Matthew Rigby and Ronald Prinn, the TEPCO Professor of Atmospheric Chemistry in MIT’s Department of Earth, Atmospheric and Planetary Science, state that this imbalance has resulted in several million metric tons of additional methane in the atmosphere. Methane is produced by wetlands, rice paddies, cattle, and the gas and coal industries, and is destroyed by reaction with the hydroxyl free radical (OH), often referred to as the atmosphere’s “cleanser.”

Methane accounts for roughly one-fifth of greenhouse gases in the atmosphere, though its effect is 25x greater than that of carbon dioxide. Its impact on global warming comes from the reflection of the sun’s light back to the Earth. Methane is broken down in the atmosphere by the free radical hydroxyl (OH), a naturally occuring process. This atmospheric cleanser has been shown to adjust itself up and down periodically, and is believed to account for the lack of increases in methane levels in Earth’s atmosphere over the past ten years despite notable simultaneous increases by man.

Prinn has said, “The next step will be to study [these changes] using a very high-resolution atmospheric circulation model and additional measurements from other networks. The key thing is to better determine the relative roles of increased methane emission versus [an increase] in the rate of removal. Apparently we have a mix of the two, but we want to know how much of each [is responsible for the overall increase].”

The primary concern now is that while the collected data in 2007 reflects a simultaneous world-wide increase in emissions, how relevant are any of the data findings at this late date?

One thing does seem very clear, however; science is only beginning to get a focus on the big picture of global warming. Findings like these tell us it’s too early to know for sure if man’s impact is affecting things at “alarming rates.” We may simply be going through another natural cycle of warmer and colder times – one that’s been observed through a scientific analysis of the Earth to be naturally occurring for hundreds of thousands of years.

Ο εγκέφαλος «ακούει τον ήχο της σιωπής»

In brain on March 9, 2010 at 5:30 pm

Αμερικανοί επιστήμονες κατάφεραν, για πρώτη φορά, να απομονώσουν ένα αυτόνομο κύκλωμα επεξεργασίας στον εγκέφαλο, το οποίο ασχολείται αποκλειστικά με τον «ήχο της σιωπής», δηλαδή αντιλαμβάνεται πότε ένας ήχος σταματά.

Πρόκειται για ένα ανεξάρτητο «κανάλι» νευρωνικών συνάψεων στον ακουστικό φλοιό του εγκεφάλου, το οποίο, μεταξύ άλλων, είναι ζωτικό για την κατανόηση του ανθρώπινου λόγου, καθώς επιτρέπει στον άνθρωπο να αντιλαμβάνεται πότε σταματά ο ήχος μιας λέξης, πριν αρχίσει η επόμενη, ή ακόμα πότε σταματά ο ήχος ενός γράμματος μέσα μια λέξη πριν αρχίσει το επόμενο.

Η ανακάλυψη έγινε από ερευνητές του πανεπιστημίου του Όρεγκον υπό τον καθηγητή ψυχολογίας Μάικλ Γουέρ και δημοσιεύτηκε στο περιοδικό “Neuron” (Νευρών). Η έρευνα καταρρίπτει την κυρίαρχη μέχρι σήμερα άποψη ότι η μετάδοση του σήματος ενός ήχου (π.χ. λέξης) και η διακοπή του (π.χ. τέλος της λέξης) γίνεται αντικείμενο επεξεργασίας από το ίδιο κύκλωμα του εγκεφάλου. Η ανακάλυψη μπορεί να οδηγήσει μελλοντικά σε νέες καλύτερες θεραπείες (π.χ. για παιδιά με προβλήματα λόγου και μάθησης), καθώς και σε πιο αποτελεσματικές βοηθητικές συσκευές για τα άτομα με προβλήματα ακοής.

«Φαίνεται πως υπάρχει ένα ολόκληρο ξεχωριστό κανάλι από το αυτί μέχρι τον εγκέφαλο, το οποίο εξειδικεύεται στην επεξεργασία της διακοπής του σήματος του ήχου», δήλωσε ο Γουέρ. Και τα δύο κανάλια, τόσο αυτό που «ακούει» τον ήχο, όσο και αυτό που «ακούει» τη σιωπή, η οποία ακολουθεί, συνδυάζονται στον ακουστικό φλοιό, που βρίσκεται στον κροταφικό λοβό του εγκεφάλου.

Οι αμερικανοί ερευνητές βασίστηκαν σε πειράματα σε αρουραίους, παρακολουθώντας την ενεργοποίηση των εγκεφαλικών νευρώνων των πειραματόζωων στην αρχή και στο τέλος ήχων διαφόρων συχνοτήτων, έντασης κλπ. Έγινε έτσι σαφές ότι μια συγκεκριμένη ομάδα νευρωνικών συνάψεων ανταποκρίνεται και ενεργοποιείται στο ξεκίνημα ενός ήχου και μια άλλη κατά την ξαφνική διακοπή του ήχου. Σε καμία στιγμή δεν υπάρχει επικάλυψη των δύο ξεχωριστών εγκεφαλικών «καναλιών».

Η ικανότητα αντίληψης από τον άνθρωπο πότε ένας ήχος σταματά, είναι πολύ σημαντική, ειδικά για την αναγνώριση και επεξεργασία του λόγου. Όπως δήλωσε ο Γουέρ, «ένα από τα πραγματικά δύσκολα προβλήματα στον λόγο είναι να γίνουν αντιληπτά τα σύνορα ανάμεσα στα διαφορετικά μέρη των λέξεων. Δεν έχει γίνει ακόμα καλά κατανοητό πώς ακριβώς το κάνει αυτό ο εγκέφαλος».

Είναι χαρακτηριστική η δυσκολία που έχουν οι άνθρωποι όταν γύρω τους υπάρχει ένα θορυβώδες περιβάλλον (π.χ. σε ένα πάρτι με μουσική) να παρακολουθήσουν μια συζήτηση, επειδή αδυνατούν να ακούσουν πότε τελειώνει μια λέξη για να αρχίσει η επόμενη.

«Μπορεί να βρούμε το σκοτεινό σύμπαν και σχετικά γρήγορα»

In physics on March 9, 2010 at 5:24 pm

Ο γιγάντιος επιταχυντής του CERN μπορεί να αποκαλύψει τη σκοτεινή ύλη, που οι επιστήμονες θεωρούν ότι αποτελεί περίπου το 25% του σύμπαντος, της οποίας όμως η ύπαρξη δεν έχει αποδειχτεί ποτέ. Αυτό δήλωσε ο γενικός διευθυντής του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Πυρηνικών Ερευνών γερμανός φυσικός Ρολφ-Ντίτερ Χόγιερ.

Σε συνέντευξη Τύπου, ο Χόγιες δεν απέκλεισε ότι τα πρώτα στοιχεία για αυτό το «σκοτεινό σύμπαν» μπορεί να προκύψουν ακόμα και σε σύντομο χρονικό διάστημα, από τις συγκρούσεις σωματιδίων στο μήκους 27 χλμ. υπόγειο οβάλ τούνελ του επιταχυντή, κάτω από τα γαλλο-ελβετικά σύνορα, κοντά στη Γενεύη.

«Δεν ξέρουμε τι είναι η σκοτεινή ύλη. Ο μεγάλος μας επιταχυντής αδρονίων μπορεί να είναι το πρώτο μηχάνημα που θα μας δώσει στοιχεία για το σκοτεινό σύμπαν. Ανοίγουμε την πόρτα σε μια Νέα Φυσική, σε μια περίοδο ανακαλύψεων», δήλωσε ο επικεφαλής του CERN. «Αν μπορέσουμε να ανιχνεύσουμε και να κατανοήσουμε τη σκοτεινή ύλη, τότε η γνώση μας θα διευρυνθεί για να συμπεριλάβει το 30% του σύμπαντος, ένα τεράστιο βήμα προς τα εμπρός», πρόσθεσε, σύμφωνα με τα ξένα πρακτορεία.

Οι επιστήμονες εκτιμούν ότι μόνο το 25% του σύμπαντος είναι ορατό και γνωστό αυτή τη στιγμή, καθώς το υπόλοιπο 5% αποτελείται από τη «σκοτεινή ύλη», ενώ το μεγαλύτερο μέρος (το 70%) από την ακόμα πιο μυστηριώδη «σκοτεινή ενέργεια».

Μέχρι το τέλος Μαρτίου, οι συγκρούσεις στον επιταχυντή θα φθάσουν στην υψηλή ενέργεια των 7 τεραηλεκτρονιοβόλτ (7TeV), δημιουργώντας «μίνι-Μπινγκ Μπανγκ» και αναδημιουργώντας τις αρχικές συνθήκες δημιουργίας του σύμπαντος.

Μεταξύ άλλων, θα επιδιωχθεί ο εντοπισμός του μέχρι σήμερα θεωρητικού «μποζονίου του Χιγκς», ενός σωματιδίου που θεωρείται αναγκαίο για να προσδώσει μάζα στην ύλη και το οποίο υποτίθεται ότι παρήχθη λίγο μετά την πρωταρχική έκρηξη, επιτρέποντας τη δημιουργία άστρων, γαλαξιών και της ζωής.

«Γνωρίζουμε τα πάντα γι’ αυτό το σωματίδιο. Το μόνο πράγμα που δεν ξέρουμε, είναι αν υπάρχει. Και αν δεν υπάρχει, είμαστε υποχρεωμένοι να βρούμε κάτι που του μοιάζει πολύ», δήλωσε ο Χόγιερ.

Πηγή: Ελευθεροτυπία

Stephen Hawking: The Future of Space -Manned vs Robotic Missions?

In astronomy, extraterrestrial, sci-fi, technology on March 7, 2010 at 4:06 pm

“Robotic missions are much cheaper and may provide more scientific information, but they don’t catch the public imagination in the same way, and they don’t spread the human race into space, which I’m arguing should be our long-term strategy. If the human race is to continue for another million years, we will have to boldly go where no one has gone before.”

Stephen Hawking, Cambridge University

Will unmanned robotic missions be able to detect weird microscopic life-forms they are not programmed to recognize that might be lurking below the surface of Saturn’s Titan, or beneath the murky seas of Jupiter’s jumbo moon, Europa?

The answer to this question is at the core of one of the greatest of the ongoing debates in space exploration: the question of man vs. unmanned robotic missions.

NASA currently operates more than 50 robotic spacecraft that are studying Earth and reaching throughout the solar system, from Mercury to Pluto and beyond. Another 40 unmanned NASA missions are in development, and space agencies in Europe, Russia, Japan, India and China are running or building their own robotic craft.

What is not commonly known however is that many of NASA’s leading scientists also champion human exploration as a worthy goal in its own right and as a critically important part of space science in the 21st century. The Obama administration’s new NASA strategy that strongly favors robotic exploration, has opened the debate anew.

In a past issue of Scientific American Jim Bell, an astronomer and planetary scientist at Cornell University, and author of “Postcards from Mars,”  notes that “…you might think that researchers like me who are involved in robotic space exploration would dismiss astronaut missions as costly and unnecessary.”

But he then he goes on, “Although astronaut missions are much more expensive and risky than robotic craft, they are absolutely critical to the success of our exploration program.”

Astroboy171104_2The heart of the debate is this: robotic machines will only do what they are programmed to do; they are not programmed to detect weirdness: the unimaginable, the unknown, the strange non-carbon life that we may have encountered on Mars, for example with the two Viking vehicles, in 1976. Each carried equipment for sampling the Martian soil and miniature chemistry laboratories to test the samples for signs of life.The results these automated labs radioed back to Earth were enigmatic: the chemical reactions from the Martian soil were strange, unlike anything seen on Earth. But they were also unlike any reactions that living organisms would produce.

Ben Bova, the science-fiction author of Titan and The Aftermath, his most recent novels in is his ongoing series about the expansion of the human race throughout the Solar System, points out in an interview that most scientists examining the Viking results, reluctantly concluded that was lifeless: “But the fact is that the landers were equipped only to detect signs of Earth-type life. The chemical reactions observed could have been the results of Martian life. They certainly were not ordinary inorganic chemistry.”

The debate over the meaning of the Viking results, Bova concludes, is still unsettled, more than 30 years later. But a human biologist or biochemist could have learned a lot more and settled the matter, one way or the other, within a few hours.

What are we looking for, exactly, when we search for alien life? That’s the cosmic question pondered in the report from the National Research Council, The Limits of Organic Life in Planetary Systems. For more than five years, a committee of scientists tried to imagine what life-as-we-don’t-know-it might be like. Their conclusion: Life may exist in non-carbon forms completely unlike anything we see on Earth.

The human vs.machine debate is a false construct: robotic unmanned spacecraft are directed by human beings on Earth. Unless disabled by fierce sandstorms, our rovers are in constant realtime communication with their masters at the Jet Propulsion Laboratory, as will the New Horizons spacecraft now heading for Pluto with human monitors watching over it.

Stephen Hawking, world-celebrated expert on the cosmological theories of gravity and black holes who holds Issac Newton’s Lucasian Chair at Cambridge University, has strong views on the future of the human species and space trael. At last year’s 50th anniversary for NASA. Hawking proposed that the world should devote about 10 times as much as NASA’s current budget – or 0.25% of the world’s financial resources – to space exploration. Hawking backed the space agency’s goals of returning astronauts to the Moon by 2020 and sending humans to Mars shortly after that.

The Moon is a good place to start because it is “close by and relatively easy to reach”, Hawking said. “The Moon could be a base for travel to the rest of the solar system,” he added. would be “the obvious next target”, with its abundant supplies of frozen water, and the intriguing possibility that life may have been present there in the past.

“A goal of a base on the Moon by 2020 and of a manned landing on Mars by 2025 would reignite the space program and give it a sense of purpose in the same way that President Kennedy’s Moon target did in the 1960s,” he said.

Hawking said that any long-term site for a human base should have a significant gravity field, because long missions in microgravity lead to health issues such as bone loss.

Hawking favors human space exploration, rather than just sending robots to explore space, a position taken by Nobel laureate Steven Weinberg, among others.

Eventually, Hawking said, humanity should try to expand to Earth-like planets around other stars. If only 1% of the 1000 or so stars within 30 light years of Earth has an Earth-size planet at the right distance from its star for liquid water to exist, that would make for 10 such planets in our solar system’s neighbourhood, he said.

“We cannot envision visiting them with current technology, but we should make interstellar travel a long-term aim,” he said. “By long term, I mean over the next 200 to 500 years.” Humanity can afford to battle earthly problems like climate change and still have plenty of resources left over for colonizing space, he said.

“Even if we were to increase the international [space exploration] budget 20 times to make a serious effort to go into space, it would only be a small fraction of world GDP,” he said. GDP, or Gross Domestic Product, is a measure of a country’s economic activity.

Hawking  believes that traveling into space is the only way humans will be able to survive in the long-term. “Life on Earth,” Hawking has said, “is at the ever-increasing risk of being wiped out by a disaster such as sudden global warming, nuclear war, a genetically engineered virus or other dangers … I think the human race has no future if it doesn’t go into space.”

Another of his famous quotes reiterates his position that we need to get off the planet relatively soon. “I don’t think the human race will survive the next 1,000 years unless we spread into space.”

The problems with Hawking’s solution is that while it may save a “seed” of human life- a few lucky specimens- it won’t save Earth’s inhabitants. The majority of Earthlings would surely be left behind on a planet increasingly unfit for life.

Hawking argued that the world can afford 0.25% of its collective GDP to devote to space colonization. “Isn’t our future worth a quarter of a percent?” he asked. The physicist also speculated on the reasons that SETI (Search for Extra-Terrestrial Intelligence) projects have not yet detected any alien civilizations, offering three possibilities: that life of any kind is very rare in the universe; that simple life forms are common, but intelligent life rare; or that intelligent life tends to quickly destroy itself.

“Personally, I favour the second possibility – that primitive life is relatively common, but that intelligent life is very rare,” he said. “Some would say it has yet to occur on Earth.”

Source: DailyGalaxy

Long-distance quantum communication gets closer as physicists increase light storage efficiency by an order of magnitude

In physics on March 2, 2010 at 3:02 pm

In a new demonstration of reversible light storage, physicists have achieved storage efficiencies of more than a magnitude greater than those offered by previous techniques. The new method could be useful for designing quantum repeaters, which are necessary for achieving long-distance quantum communication.

Physicists Thierry Chaneličre of the Laboratoire Aimé Cotton – CNRS in Orsay, France, and his coauthors have published their results of the new light storage method in a recent issue of the .

The new technique involves mapping a light field onto a thulium-doped crystal. Compared with other kinds of rare-earth ions, thulium has an interaction wavelength that makes it more easily accessible with laser diodes, allowing for a better preparation of the tool used to store the light – an atomic frequency comb.

“I would say that the most important factor [in achieving high-efficiency light storage] is the ability to properly prepare the atomic comb from a very absorbing medium,” Chaneličre told PhysOrg.com. He explained that there is a tradeoff involved: “the absorption allows the storage, but is also a source of loss during the retrieval process.”

To prepare the atomic frequency comb, the physicists filtered preparation pulses into evenly spaced absorption peaks, which resulted in an absorption comb with a specific periodicity. The scientists then sent a weak signal pulse into the comb to be stored. The signal’s spectrum was covered by many of the comb peaks, which temporarily held the signal and delayed its retrieval.

Using this technique, the physicists estimated that the total light storage efficiency was about 9%, which is a significant improvement over previous demonstrations’ efficiencies of less than 1%.

“The efficiency is the probability of retrieval,” Chaneličre explained. “In our case, for 100 storage trials, we only retrieve our photon nine times. So we need to repeat the operation to be sure that something is transmitted. This is the way a quantum repeater will work. A strong advantage of the atomic frequency comb protocol is its large intrinsic repetition rate that has already been demonstrated experimentally. The ‘quantum data rate’ of a quantum repeater will be at the end directly proportional to the efficiency and the intrinsic repetition rate. That’s why it is so important.”

The scientists also found that the total light  efficiency strongly depends on the shape of the frequency comb, which can be controlled by varying the relative intensity of the preparation pulses. Using this information, the physicists hope that by controlling the spectral properties of the atomic frequency comb, they will be able to improve the design of quantum repeaters.

“The main application of the protocol is quantum repeaters,” Chaneličre said. “This is the future of quantum cryptography, which is an active field of research but suffers from the limitation of current optical networks. The range of this fully-secured communication is currently limited to 100km typically because of residual absorption in the optical fibre. The goal of a quantum repeater is to extend this range toward longer distances (thousands of km). This is what we mean by ‘long-distance .’”

More information: T. Chaneličre, J. Ruggiero, M. Bonarota, M. Afzelius, and J-L Le Gouet. “Efficient light storage in a crystal using an atomic frequency comb.” New Journal of Physics, 12 (2010) 023025.http://www.iop.org/EJ/abstract/1367-2630/12/2/023025/