Mikroskopijny gigant temperatury
Ta niezwykła konstrukcja to w rzeczywistości mikroskopijna cząstka krzemionkowa zawieszona w próżni. Naukowcy wykorzystali tzw. pułapkę Paula, czyli układ elektrod utrzymujących naładowaną cząstkę w powietrzu. Sekret ekstremalnych temperatur tkwi w szumnym napięciu elektrycznym przykładanym do jednej z elektrod. Efekt? Temperatury sięgające 10 milionów stopni Celsjusza. Dla porównania, jądro Słońca osiąga “zaledwie” 15 milionów stopni. To nie są liczby, które łatwo sobie wyobrazić, ale właśnie dlatego ten eksperyment robi takie wrażenie. Eksperyment przyniósł zaskakujące obserwacje. Okazało się, iż powstały system czasami zachowuje się wbrew podstawowym zasadom termodynamiki.
Czytaj też: Historyczny przełom w energetyce światowej. Transformacja energetyczna nabrała niespodziewanego tempa
Stwierdzili, że dla danego uruchomienia silnika, po wystawieniu na cieplejsze temperatury, system czasami ochładzał się, zamiast nagrzewać, jak oczekiwano – relacjonuje zespół King’s College London.
To pozornie niemożliwe zjawisko wynika z wpływu fluktuacji termicznych w otaczającym środowisku. W mikroskali efekty, które normalnie są niezauważalne, stają się dominujące. Naukowcy opracowali nowy model teoretyczny, który doskonale tłumaczy te anomalie.
Nowe spojrzenie na białka. Alternatywa dla komputerowych symulacji
Najbardziej praktycznym zastosowaniem nowej platformy może być przewidywanie fałdowania białek, czyli problemu, za którego rozwiązanie przyznano Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii w 2024 roku. Obecne metody cyfrowe, w tym AlphaFold, napotykają fundamentalne trudności związane z różnicą skal czasowych.
Białka to silniki, które napędzają większość ważnych procesów w naszym ciele, więc zrozumienie ich mechaniki i tego, jak to może pójść źle, jest kluczowym krokiem w zrozumieniu choroby i sposobu jej leczenia – wyjaśnia dr Jonathan Pritchett z King’s College London.
Nowe podejście jest pod wieloma względami rewolucyjne w swojej prostocie. Zamiast symulować każdy atom, naukowcy obserwują ruch mikrocząstki i na tej podstawie opracowują równania opisujące proces. Metoda wydaje się bardziej energooszczędna niż obecne rozwiązania wymagające potężnych komputerów. Wysoki poziom kontroli nad platformą otwiera możliwości wykraczające poza modelowanie białek. Naukowcy mogą emulować stochastyczną dynamikę procesów komórkowych i biologicznych, co dostarcza wglądu termodynamicznego niezbędnego do rozwoju nanotechnologii.
Czytaj też: Toshiba i Airbus łączą siły. Nadprzewodzący silnik napędzi samoloty na wodór
Silniki i rodzaje transferu energii, które w nich zachodzą, są mikrokosmosem szerszego wszechświata. Badanie silnika parowego dało początek dziedzinie termodynamiki, która z kolei ujawniła niektóre z fundamentalnych praw fizyki – dodaje Molly Message, główna autorka badania
W ogólnym rozrachunku nowa platforma oferuje zupełnie odmienne podejście do problemów, z którymi borykają się obecne metody cyfrowe. Fakt, że pozwala obejść fundamentalne ograniczenia związane z różnicą skal czasowych, jest naprawdę znaczący. Pozostaje pytanie, jak szybko i w jakim zakresie uda się przełożyć te odkrycia na konkretne zastosowania medyczne.