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La primera radiografía del mundo de un solo átomo.

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La primera radiografía del mundo de un solo átomo.

Pensar en las radiografías puede desencadenar recuerdos de huesos rotos o de revisiones dentales. Pero esta luz extremadamente energética puede mostrarnos mucho más que nuestros huesos: también se utiliza para estudiar el mundo molecular, incluso las reacciones bioquímicas en tiempo real. Sin embargo, el problema es que hasta ahora los investigadores nunca han podido estudiar un solo átomo con rayos X.

Los científicos pudieron caracterizar un solo átomo mediante rayos X. No sólo pudieron distinguir el tipo de átomos que estaban viendo (había dos diferentes), sino que también pudieron estudiar el comportamiento químico de estos átomos.

“Los átomos se pueden observar de forma rutinaria con microscopios de sonda de barrido, pero sin rayos X no se puede saber de qué están hechos. Ahora podemos detectar exactamente el tipo de un átomo en particular, un átomo a la vez, y medir simultáneamente su estado químico”, dijo el autor principal, el profesor Saw Wai Hla de la Universidad de Ohio y el Laboratorio Nacional de Argonne. A declaración.

“Una vez que logremos esto, podremos rastrear materiales hasta el límite último de un solo átomo. Esto tendrá un enorme impacto en las ciencias médicas y medioambientales y tal vez incluso conduzca a una cura que podría tener un enorme impacto en la humanidad. Este descubrimiento transformará el mundo.

Microscopía de barrido de conjuntos supramoleculares de terbio, con el átomo de terbio en el centro de cada estructura.

Crédito de la imagen: Ajayi et al., Nature, 2023.

El trabajo permitió rastrear un átomo de hierro y un átomo de terbio, elemento que pertenece a los llamados metales de tierras raras. Ambos fueron insertados en sus respectivos huéspedes moleculares. Un detector de rayos X convencional se ha complementado con un detector muy especial. Este último tenía una punta metálica afilada especializada que debía colocarse muy cerca de la muestra para recolectar los electrones excitados por los rayos X. Utilizando las mediciones recopiladas por la punta, el equipo pudo determinar si se trataba de hierro o terbio. eso no es todo.

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«También detectamos los estados químicos de los átomos individuales», explicó Hla. «Al comparar los estados químicos de un átomo de hierro y un átomo de terbio dentro de sus respectivos huéspedes moleculares, encontramos que el átomo de terbio, un metal de tierras raras, está bastante aislado y no cambia su estado químico, mientras que el átomo de hierro interactúa fuertemente con el hierro que lo rodea. átomo.

átomos de rubidio

Imágenes de conjuntos supramoleculares formados por seis átomos de rubidio y un átomo de hierro.

Crédito de la imagen: Ajayi et al., Nature, 2023.

La señal percibida por el detector se comparó con las huellas dactilares. Permite a los investigadores comprender la composición de una muestra, así como estudiar sus propiedades físicas y químicas. Esto podría ser clave para mejorar el rendimiento y la aplicación de una variedad de materiales comunes y menos comunes.

«La technique utilisée et le concept éprouvé dans cette étude ont innové dans la science des rayons X et les études à l'échelle nanométrique», a déclaré Tolulope Michael Ajayi, premier auteur de l'article et effectuant ce travail dans le cadre de sa tesis de doctorado. “Es más, el uso de rayos X para detectar y caracterizar átomos individuales podría revolucionar la investigación y dar lugar a nuevas tecnologías en áreas como la información cuántica y la detección de oligoelementos en la investigación médica y ambiental, por solo citar algunas. Este logro también allana el camino para instrumentos avanzados en ciencia de materiales.

El estudio se publica en la revista. Naturaleza.

Una versión anterior de este artículo fue publicada en mayo 2023.

Experiencia en periódicos nacionales y periódicos medianos, prensa local, periódicos estudiantiles, revistas especializadas, sitios web y blogs.

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Los agujeros negros formaron quásares menos de mil millones de años después del Big Bang

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Los agujeros negros formaron quásares menos de mil millones de años después del Big Bang

Los agujeros negros supermasivos parecen estar presentes en el centro de cada galaxia y se remontan a algunas de las primeras galaxias del Universo. Y no tenemos idea de cómo llegaron allí. No debería serles posible pasar de restos de supernovas a tamaños supermasivos tan rápido como lo hacen. Y no conocemos ningún otro mecanismo que pueda formar algo lo suficientemente grande como para que un crecimiento extremo no sea necesario.

La aparente imposibilidad de que existieran agujeros negros supermasivos en el Universo temprano ya planteaba un problema; El telescopio espacial James Webb no ha hecho más que empeorar las cosas al descubrir ejemplos cada vez más antiguos de galaxias con agujeros negros supermasivos. En el último ejemplo, los investigadores utilizaron Webb para caracterizar un cuásar impulsado por un agujero negro supermasivo tal como existía unos 750 millones de años después del Big Bang. Y parece increíblemente normal.

retroceder en el tiempo

Los cuásares son los objetos más brillantes del Universo, impulsados ​​por agujeros negros supermasivos. La galaxia que los rodea les proporciona suficiente material para formar brillantes discos de acreción y potentes chorros, los cuales emiten grandes cantidades de radiación. A menudo están parcialmente envueltos en polvo, que brilla al absorber parte de la energía emitida por el agujero negro. Estos quásares emiten tanta radiación que acaban expulsando por completo parte de la materia cercana a la galaxia.

Así, la presencia de estas características en el Universo temprano nos diría que los agujeros negros supermasivos no sólo estaban presentes en el Universo temprano, sino que también estaban incrustados dentro de galaxias como lo están en tiempos más recientes. Pero fue muy difícil estudiarlos. Para empezar, no hemos identificado muchos; Sólo quedan nueve quásares anteriores a eso, cuando el Universo tenía 800 millones de años. Debido a esta distancia, las características son difíciles de resolver y el corrimiento al rojo causado por la expansión del Universo captura la intensa radiación ultravioleta de muchos elementos y la extiende profundamente hacia el infrarrojo.

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Sin embargo, el telescopio Webb fue diseñado específicamente para detectar objetos en el Universo temprano al ser sensible a las longitudes de onda infrarrojas donde aparece esta radiación. Así, la nueva investigación se basa en señalar al Webb el primero de los primeros nueve cuásares descubiertos, J1120+0641.

Y parece… notablemente normal. O al menos, un poco como los quásares de periodos más recientes de la historia del Universo.

Generalmente normal

Los investigadores analizan la continuidad de la radiación producida por el cuásar y encuentran indicios claros de que está incrustado en una rosquilla de material caliente y polvoriento, como se vio en los cuásares posteriores. Este polvo es ligeramente más caliente que en algunos quásares más recientes, pero esto parece ser una característica común de estos objetos en las primeras etapas de la historia del Universo. La radiación de un disco de acreción también es evidente en el espectro de emisión.

Varias formas de estimar los valores producidos en masa del agujero negro en el área 109 veces la masa del Sol, colocándolo claramente en territorio de agujero negro supermasivo. También hay evidencia, a partir de un ligero desplazamiento hacia el azul de parte de la radiación, de que el cuásar está arrojando material a unos 350 kilómetros por segundo.

Hay algunas rarezas. La primera es que el material también parece caer hacia el interior a una velocidad de unos 300 kilómetros por segundo. Esto podría deberse a la rotación de la materia en el disco de acreción. Pero si ese es el caso, debería corresponder a material que gira hacia nosotros desde el lado opuesto del disco. Esto se ha observado repetidamente en los primeros quásares, pero los investigadores admiten que «el origen físico de este efecto es desconocido».

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Una opción que sugieren como explicación es que todo el cuásar está en movimiento, desplazado de su posición en el centro de la galaxia por una fusión anterior con otro agujero negro supermasivo.

La otra rareza es que también hay una salida muy rápida de carbono altamente ionizado, moviéndose aproximadamente dos veces más rápido que en los quásares posteriores. Esto ya se ha visto antes, pero tampoco hay explicación.

¿Cómo ha ocurrido?

A pesar de sus rarezas, este objeto se parece mucho a los quásares de tiempos más recientes: «Nuestras observaciones demuestran que las complejas estructuras del toro de polvo y del [accretion disk] puede establecerse alrededor de un [supermassive black hole] Menos de 760 millones de años después del Big Bang. »

Y nuevamente, esto plantea un pequeño problema ya que indica la presencia de un agujero negro supermasivo incrustado en su galaxia anfitriona muy temprano en la historia del Universo. Para alcanzar los tamaños aquí observados, los agujeros negros chocan con el llamado límite de Eddington, es decir, la cantidad de materia que pueden absorber antes de que la radiación así producida expulse la materia vecina, cortando así el suministro de alimento del agujero negro.

Esto sugiere dos opciones. La primera es que estos objetos han estado ingiriendo material mucho más allá del límite de Eddington durante la mayor parte de su historia, algo que no hemos observado y que no es en absoluto cierto para este quásar. La otra opción es que empezaran masivamente (alrededor de 104 veces la masa del Sol) y continuó alimentándose a un ritmo más razonable. Pero no sabemos realmente cómo se pudo formar algo tan grande.

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Así pues, el Universo primitivo sigue siendo un lugar bastante confuso.

Astronomía Natural, 2024. DOI: 10.1038/s41550-024-02273-0 (Acerca de los DOI).

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El orbitador lunar de la NASA detecta un módulo de aterrizaje chino en la cara oculta de la Luna (foto)

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El orbitador lunar de la NASA detecta un módulo de aterrizaje chino en la cara oculta de la Luna (foto)

El Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) de la NASA ha echado su primer vistazo a la nave espacial china Chang'e 6 en la cara oculta de la Luna.

EL Chang'e 6 El módulo de aterrizaje está flanqueado por dos cráteres de tamaño similar y se asienta en el borde de un cráter mucho más sutil de unos 50 metros (165 pies) de ancho, informa Mark Robinson, el investigador principal del sistema de cámaras a bordo del LRO.

LRO detectó Chang'e 6 en la cuenca Apollo, al otro lado de La luna el 7 de junio de 2024. El módulo de aterrizaje se ve como un pequeño grupo de píxeles brillantes en el centro de la imagen.

Animación de antes/después que muestra la aparición del módulo de aterrizaje chino Chang'e 6 en la cara oculta de la Luna. El mayor brillo del terreno que rodea el módulo de aterrizaje se debe a las perturbaciones del motor del módulo de aterrizaje y es similar a la zona de explosión que se observa alrededor de otros módulos de aterrizaje lunares. La imagen del antes es del 3 de marzo de 2022 y la imagen del después es del 7 de junio de 2024. (Crédito de la imagen: NASA/GSFC/Universidad Estatal de Arizona)

Tiro de aro

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Los científicos crean la lente más delgada de la Tierra utilizando la física cuántica: ScienceAlert

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Los científicos crean la lente más delgada de la Tierra utilizando la física cuántica: ScienceAlert

Un fenómeno cuántico ha permitido a los científicos desarrollar una lente de sólo tres átomos de espesor, la más delgada jamás creada.

Curiosamente, este enfoque innovador permite el paso de la mayoría de las longitudes de onda de la luz, una característica que podría darle un enorme potencial en la comunicación por fibra óptica y en dispositivos como las gafas de realidad aumentada.

Los investigadores que inventaron la lente, de la Universidad de Amsterdam en los Países Bajos y la Universidad de Stanford en los Estados Unidos, dicen que su innovación hará avanzar la investigación sobre lentes de este tipo, así como sobre sistemas electrónicos en miniatura.

«La lente se puede utilizar en aplicaciones en las que no se debe alterar la visión a través de la lente, pero se puede aprovechar una pequeña porción de la luz para recopilar información». dicho Jorik van de Groep, un nanocientífico en la Universidad de Ámsterdam.

Una impresión artística de la lente, con el excitado representado en la parte inferior izquierda. (Ludovica Guarneri/Thomas Bauer)

En lugar de utilizar la superficie curva de un material transparente para doblar la luz en un proceso de refracción, las ondas entrantes se enfocan mediante una serie de bordes ranurados que utilizan difracción.

La tecnología, conocida como lente de Fresnel O lente de placa de zonaSe ha utilizado durante siglos en la fabricación de lentes finas y ligeras, como las que se utilizan en los faros.

Para darle un impulso cuántico a la técnica, el equipo de investigación grabó anillos concéntricos en una fina capa de un semiconductor llamado disulfuro de tungsteno (W.S.2). Cuando W.S.2 Absorbe la luz, sus electrones se mueven de una manera precisa que deja un espacio que puede considerarse una especie de partícula por derecho propio.

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Juntos, el electrón y su “hueco” se forman formar lo que se llama un excitónque tiene propiedades que contribuyen a la eficacia de enfocar longitudes de onda de luz muy específicas y al mismo tiempo permitir que otras longitudes de onda pasen sin alteraciones.

El tamaño de los anillos y la distancia entre ellos permitieron que la lente enfocara la luz roja a una distancia de 1 milímetro. El equipo encontró Si bien la lente funciona a temperatura ambiente, a temperaturas más bajas sus capacidades de enfoque se han vuelto aún más efectivas..

A continuación, los investigadores quieren realizar más experimentos para ver cómo se podría manipular aún más el comportamiento de los excitones para mejorar la eficiencia y la capacidad de la lente. Los estudios futuros podrían incluir recubrimientos ópticos que se puedan colocar sobre otros materiales, por ejemplo, así como variaciones en la carga eléctrica.

«Los excitones son muy sensibles a la densidad de carga del material, por lo que podemos cambiar el índice de refracción del material aplicando un voltaje». dicho van de Groep.

La investigación fue publicada en nano letras.

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