Spotlight - חוקרי הפקולטה משתפים

הדמיה מגנטית - תמונה מוקטנת הדמיה של דינמיקה מאד מהירה ושל זרמים אי יציבים של מערבולות בעל מוליך - ד"ר יונתן אנהאורי

במאמר שהתפרסם בכתב העת Nature Communications דווח, כי חוקרים הצליחו לראשונה לדמות ולמדוד באופן ישיר את תנועתן של מערבולות על מוליכות הנעות במהירות גבוהה במיוחד. המדידה התאפשרה הודות לשימוש בטכניקה ייחודית לדימות מגנטית אשר פותחה בעשור האחרון. גילוי זה יכול להוביל ליישומים רבים באמצעות שיפור תכונותיהם של מוליכי העל הקיימים המשמשים בהתקנים אלקטרוניים.

מוליכות על היא תופעה שבמסגרתה זרם חשמלי מסוגל לעבור דרך חומר ללא התנגדות. התופעה מופיעה כאשר חומרים מסויימים מקוררים מתחת לטמפרטורה קריטית. אפקט זה שימושי בטכנולוגיות שונות, החל ברכבות מרחפות וכלה במכשירי MRI ובמאיצי חלקיקים, וכן מצית את הדמיון במחשבות אודות רשת חשמל ללא איבודים ופיתוח יכולות מחשוב במהירויות גבוהות בהרבה מהקיימות בימינו.

אולם, קיומה של מוליכות על מוגבל בנוכחות שדות מגנטיים, דבר אשר מהווה מכשול בפנישילובם של חומרים אלו בטכנולוגיה יום יומית.

תת קבוצה של על מוליכים, הנקראת "מוליכי על מן הסוג השני", מפגינה עמידות גבוהה בהרבה לשדות מגנטיים. זאת, הודות ליכולתם של החומרים הללו לאפשר לשדה המגנטי לעבור דרכם באופן קוונטי, בצורה של גלילים צרים מקומיים הנקראים מערבולות (vortex). לרוע המזל, בנוכחות זרם חשמלי, מופעל על המערבולות כוח והן עלולות להתחיל לנוע. תנועה של מערבולות יוצרת איבוד אנרגיה ומביאה להופעת התנגדות חשמלית, אשר מהווה, שוב, מכשול בפני יישומים.

שיפור ההבנה מתי ואיך המערבולות ינועו או יישארו במקומן הפכה למטרה של מאמץ מחקרי גדול.  אך עד כה, היכולת לחקור את הדינמיקה של המערבולות הייתה מוגבלת מאד, בעיקר עקב מחסור בכלים מתאימים.

עתה, צוות בינלאומי של חוקרים בהובלת פרופ' אלי זלדוב ממכון וייצמן למדע וד"ר יונתן אנהאורי, מרצה בכיר במכון רקח לפיסיקה אשר באוניברסיטה העברית בירושלים, הראה, בפעם הראשונה, באיזו צורה המערבולות נעות וכמה מהר.

החוקרים השתמשו בשיטת מיקרוסקופיה סורקת חדישה המבוססת על "התקן התאבכות קוונטית של מוליכי-על בקצה חוד" – SQUID-on-tip. שיטה זו מאפשרת דימות מגנטית עם שילוב חסר תקדים של רזולוציה גבוהה במיוחד (כחמישים מיליארדיות המטר) ורגישות מגנטית גבוהה. השיטה החדשה פותחה בעשור האחרון במכון וייצמן למדע על ידי צוות גדול שכלל את הסטודנטים לדוקטורט ליאור אמבון ואלה לכמן, והיא מיושמת כעת גם באוניברסיטה העברית בירושלים במעבדתו של ד"ר יהונתן אנהורי.

באמצעות השיטה החדשה, ראו החוקרים מערבולות הזורמות דרך שכבה על מוליכה דקה בקצבים של עשרות ג'יגה-הרץ, אשר נעות במהירויות גבוהות יותר מכפי שהוערך שאפשרי כלל – עד ל-72,000 קמ"ש. מהירויות אלה אינן רק מהירות יותר ממהירות הקול בחומר, אלא עולות אף על המהירות שבה מתרחשת "שבירת זוגות" והעל מוליכות עצמה אינה יכולה להתקיים. כלומר, המערבולות מסוגלות לנוע במהירות הגדולה פי 50 מהמהירות של התווך המניע אותן. במהירות כזו, עצם יכול להקיף את כדור הארץ כולו בקצת למעלה מחצי שעה.

בתמונות וסרטונים הנראים כעת לראשונה, מסלולי המערבולות בחומר נראים כקווים מרוחים החוצים את החומר מצד אחד לשני. זאת, בדומה לטשטוש הנראה בתמונות שבהן מצולמים עצמים הנעים במהירות. למסלולים צורה דמויית עצים, בעלי גזע אחד אשר מתפצל בנקודות שונות לענפים. תופעה זו מפתיעה, מכיוון שבין המערבולות קיימת דחייה ובאופן רגיל הן דוחות זו את זו ומתפרשות כך שהמרחקים ביניהן יהיו גדולים ככל האפשר. במקרה דנן, המערבולות נוטות לעקוב זו אחר זו – תופעה שגורמת ליצירת מבנים דמויי עץ, או לשפך של נהר.

צוות של פיסיקאים תאורטיים מארה"ב ומבלגיה שעבדו בשיתוף על הפרוייקט הסביר את אופן התנועה הזה באמצעות "שובל חום" שמשאירה אחריה כל מערבולת בעת תנועתה. שובל זה הוא זה שמושך את המערבולות הבאות לנוע באותו המסלול. בנוסף, מסימולציות שערכו עולה, כי באמצעות תכנון קפדני של ההתקן וסילוק חום יעיל, ניתן יהיה להגיע גם לתנועה של מערבולות בקצבים בתחום הטרה-הרץ, תחום בעל פוטנציאל רב ליישומים אשר ייצורו מהווה אתגר טכנולוגי לא פתור.

עבודה זו חושפת את הפיסיקה העשירה החבויה בתנועה מהירה מאד של מערבולות בעל מוליכים, ומהווה כר פורה להמשך עבודה בתחום. טכניקת המיקרוסקופיה החדשנית תאפשר לחוקרים לבחון התקנים וחומרים עתידיים במטרה למנוע את תנועת המערבולות ולשפר את תכונות העל מוליכים לשילובם ביישומים.

למאמר (אנגלית)

לסרטון

תמונת דימות מתקדם - תומנה מוקטנת כתבה בדה-מרקר סוקרת מחקר במעבדה לדימות מתקדם במחלקה לפיזיקה יישומית - ד"ר אורי כץ

במסגרת סדרת כתבות על חידושים במחקר בשנים האחרונות שעשויים להשפיע על חיינו פורסמה כתבה על המחקרים המתבצעים במעבדה לדימות מתקדם במחלקה לפיזיקה יישומית, בהובלת ד"ר אורי כץ.
 
קיראו עוד

Ubiquitin Accumulation on Disease Associated Protein Aggregates Is Correlated with Nuclear Ubiquitin Depletion, Histone De-Ubiquitination and Impaired DNA Damage Response קשר אפשרי בין צברי חלבונים הקשורים למחלות ניווניות של מערכת העצבים להזדקנות תאי - פרופ' מיכאל ברנדיס

חלות ניווניות של מערכת העצבים, כגון פרקינסון ואלצהיימר, מאופיינות בשקיעת חלבונים בתא ויצירת צברים. במעבדה של פרופסור מיכאל ברנדייס במחלקה לגנטיקה במכון למדעי החיים פותחה שיטה המאפשרת לעקוב אחרי יצירת צברים אלה בזמן אמת בתאים חיים בתרבית. באמצעות שיטה זו ניתן לעקוב אחר ההשפעה של הצברים על דינמיקה של חלבונים ואברונים שונים בתא. יוביקויטין הוא חלבון קטן הממלא מגוון תפקידי איתות בתא ונחוץ לפרוק חלבונים ותיקון דנ״א. הנוכחות של יוביקויטין בצברים היתה ידועה מזה כבר אך השיטה החדשה אפשרה לראשונה לאפיין את הדינמיקה של גיוסו לצברים. במהלך מחקר של תלמידות המוסמך עדי בן יהודה ומרווה רישק התגלה שהצטברות היוביקויטין על הצברים גורמת לדלדולו בגרעין. לאור תפקידו של היוביקויטין בתיקון דנ״א עלתה ההשערה שצברים פוגעים בדרך זו ביכולת התא לשמור על תקינות הגנום. ואכן תאים עם צברים הראו יכולת מופחתת להתמודד עם נזקים לדנ״א. בעיה זו עשויה להיות משמעותית במיוחד בתאי מוח הסובלים מנזקים רבים לדנ״א. עפרה נובופלנסקי, תלמידה אחרת במעבדה, הראתה הצברים מנקבים את מעטפת הגרעין ומפירים את המידור בין הגרעין לציטופלזמה. בניגוד לרוב תאי הגוף תאי המוח כמעט ואינם מתחדשים במהלך החיים, קצב ההזדקנות שלהם איטי ביותר ומספרם אינו פוחת משמעותית גם בגיל מבוגר. הפגיעה ביכולת לתקן את הדנ״א ובתקינות מעטפת הגרעין, כמו גם הפגיעה ביכולת לפרק חלבונים בתא שנתגלה במחקר קודם שנעשה בשיטה זו, הם כולם סממנים ידועים של הזקנות תאים. הקורלציה האפשרית בין צברים להופעת סממנים אלה עשויה להצביע על כך שהם גורמים להזדקנות בטרם עת של תאי המוח ולהיות בין הגורמים האפשריים לניוון העצבי. חשוב להדגיש שהתוצאות ראשוניות והמרחק לניצולן לצורך טיפול במחלות חמורות אלה עדיין רב. המחקר שהתפרסם בשבוע שעבר בכתב העת PlosONE מומן על ידי מענקים ממשרד הבריאות והקרן הלאומית למדע.

ראו מאמר (אנגלית)

תמונה מוקטנת של סופר נובה ומצפה סופרנובה צעירה חושפת את סודותיו של כוכב גוסס - ד"ר אסף חרש

כוכבים מאסיביים מסיימים את חייהם בפיצוץ הנקרא סופרנובה. הבנת התהליכים שעובר הכוכב בשלבים האחרונים בחייו, המובילים לסופרנובה, והבנת תהליך הפיצוץ עצמו, הן חלק מהשאלות המרכזיות בתחום האסטרופיזיקה. העובדה שאין אנו יודעים מראש מתי ואיפה הולך להתרחש פיצוץ שכזה מקשה עוד יותר על חקר תופעה זו. עם זאת, כיום יש ביכולתנו לגלות מספר גדול של סופרנובות כל לילה באמצעות פרוייקטים יעודיים שונים. יכולת הגילוי השתפרה מאד בשנים האחרונות וכיום ביכולתנו לגלות סופרנובות מספר שעות בלבד לאחר הפיצוץ!

סופרנובה SN2013fs התגלתה על ידי פרוייקט חיפוש הסופרנובות על של פלומר (Palomar Transient Factory) שלוש שעות לאחר הפיצוץ. הגילוי המוקדם איפשר לאסוף מידע נוסף עם טלסקופים מתקדמים כגון הטלסקופ האופטי על שם קק שסיפק ספקטרומים לאורך מספר שעות לאחר הגילוי. הספקטרומים המוקדמים הללו חשפו כי את קיומו של גז בצפיפות מאד גבוהה הנמצא קרוב מאד לסופרנובה (10^15 ס״מ) וייונן על ידי הבזק האור מהפיצוץ עצמו. החתימות הספקטרליות של הגז נעלמו מספר ימים לאחר הגילוי, מה שמוביל למסקנה שמסביב לסופרנובה קיימת קליפה דקה וצפופה של גז הנסחפת לחלוטין לאחר מספר ימים על ידי החומר המועף בפיצוץ. תצפיות רדיו מאוחרות, איששו את הסברה שאכן מדובר בקליפה דקה, אך מאסיבית, של חומר מסביב לסופרנובה.

כוכבים מאסיביים מאבדים מסה לאורך חייהם, מה שמעשיר את סביבתם הקרובה בגז בצפיפות נמוכה. גילוי קליפת גז צפופה כל כך בקרבת הכוכב שהתפוצץ חושפת אם כך שכוכבים מאסיביים עוברים תהליכים דינאמיים הגורמים לכוכבים להשיל חומר רב מעלייהם בבת אחת במהלך השנה האחרונה לחייהם. תהליכים דינאמיים אלו עדיין לא מובנים לחלוטין וישנן מספר תיאוריות בנושא. הבנת תהליכים אלו היא קריטית להבנת התהליכים המתרחשים בכוכבים ״גוססים״ המובילים לסופרנובה.
תוצאות מחקר זה התפרסמו לאחרונה במאמר במגזין Nature (המאמר נכתב על ידי צוות חוקרים מאוניברסטאות שונות בארץ ובעולם בהובלתו של ד״ר עופר ירון ממכון וייצמן ובשיתוף פעולה עם ד״ר אסף חרש מהאוניברסיטה העברית) וניתן למצוא אותו בקישור המצורף (אנגלית).

mage of diamonds with different properties ready to be measured. Credit: Dima Farfurnik שיפור יכולות החישה של יהלומים עם תכונות קוונטיות - פרופ' ניר בר-גל

הקבוצה של ניר בר-גיל, מהמחלקה לפיסיקה יישומית ומכון רקח לפיסיקה, בשיתוף פעולה עם קבוצתו של פרופ' אייל בוקס מהטכניון, הצליחו להגדיל את צפיפות מרכזי ה- NV ביהלום לשיפור יכולות החישה ולמטרת מחקר קוונטי במערכות מצומדות, תוך שימוש בכלי פשוט - מיקרוסופ אלקטרוני (TEM) הקיים במרכז הננו.
המחקר פורסם ב- Applied Physics Letters, וזכה לסיקור של AIP ו- Phys.org.

 

ראו מאמר (אנגלית)

מקור האור החדש בגלקסיית NGC4993 גילוי ראשון של גלי גרביטציה מהתנגשות של כוכבי ניוטרונים וגילוי ראשון של קרינה אלקטרומגנטית ממאורע מסוג זה - דר' אסף חורש

ב 17 לאוגוסט 2017 גילה הגלאי “ליגו” לראשונה גלי כבידה ממיזוג של שני כוכבי ניוטרונים (ארוע המכונה GW170817). ארוע כזה כבר נחזה לפני 30 על ידי מספר חוקרים כולל פרופ׳ צבי פירן מהאוניברסיטה העברית. לפני גילוי זה התגלו עד כה רק שלושה ארועים של גלי כבידה (החל מ 2015) וארועים אלו נבעו ממיזוג של שני חורים שחורים. ארוע זה הוא ייחודי שכן לראשונה גם התגלתה קרינה אלקטרומגנטית המלווה ארוע של גלי כבידה. כשתי שניות לאחר גילוי ארוע GW170817 זיהה טלסקופ החלל ״פרמי״ התפרצות קרינת גאמא מאזור התואם את מיקומו של ארוע גלי הכבידה. לאחר גילוי GW170817 אסטרונומים ברחבי העולם החלו לחפש אחר קרינה אלקטרומגנטית באורכי גל שונים (הכוללים קרינת אולטרא-סגול, אור נראה, אינפרא-אדום, אקס-ריי, ורדיו). צוות מארה״ב היה הראשון להכריז על גילוי קרינה אופטית מהארוע, קרינה שלראשונה התגלתה מארוע מסוג זה. גילוי המקור האופטי עזר גם למקם במדיוק את הארוע והצביע על כך שהוא התרחש בגלקסיה המרחוקת מאיתנו 130 מילון שנות אור. צוותים רבים זיהו לאחר מכן קרינה באורכי גל של אולטרט סגול, אור נראה ואינפרא-אדום והמשיכו לערוך תצפיות רבות מספר רב של ימים לאחר הגילוי הראשוני על מנת לאסוף כל פיסת מידע אפשרית על הארוע. צוות בינלאומי גדול, שבו שותפים ד״ר אסף חרש ופרופ׳ צבי פירן, ניתח את המידע ומצא שבהתאם לתחזיות בארוע נוצרה מסה גדולה של יסודות כבדים כגון זהב ופלטינה (למעשה ניתן לאמר שבכל אחד מאיתנו ישנו קצת חומר מארוע של מיזוג כוכבי ניוטרונים). ד״ר חרש הוא גם חבר בצוות מחקר שחיפש אחר קרינת רדיו מהארוע. קרינת רדיו צפוייה להופיע בזמנים מאוחרים לאחר מיזוג כוכבי הניוטרונים כאשר חומר שהועף במיזוג במהירות גבוהה יוצר גל הלם בחומר המקיף את המערכת. גל הלם זה יוצר את קרינת הרדיו המדוברת. ואומנם בתחילה, בימים הראשונים, לא התגלתה קרינת רדיו. רק ביום ה 16 לאחר ארוע המיזוג, גילה הצוות קרינת רדיו לראשונה. זוהי הפעם הראשונה בה מתגלה קרינת רדיו מארוע של גלי כבידה. קרינה זו עתה רק הולכת ומתבהרת והצוות ממשיך לבצע מדידות היכולות לענות על שאלות רבות כגון ״האם נוצר סילון רב עוצמה בארוע?״ ו״מה המהירות והאנרגיה הטמונה בחומר שהועף במיזוג״. אין ספק שגילוי ראשוני זה של גלי כבידה ממיזוג כוכבי ניוטרונים וגילוי ראשוני של קרינה בכל אורכי הגל מארוע מסוג זה, מסמלים עידן חדש באסטרונומיה, עידן של אסטרונומיית גלי כבידה.
 
כתבה

דרך חדשה להדמיה אנדוסקופית דרך סיבים אופטים - תמונה מוקטנת דרך חדשה להדמיה אנדוסקופית דרך סיבים אופטים - ד"ר אורי כץ

חוקרים מהמחלקה לפיזיקה יישומית באוניברסיטה העברית בשיתוף עם חוקרים ממכון וייצמן ומצרפת פיתחו שיטה לאנדוסקופיה אופטית שלא מצריכה שימוש בעדשות. השיטה מבוססת על ניצול קורלציות הקיימות בהתקדמות אור קוהרנטי בסיבים מרובי ליבות.

 

קראו עוד (אנגלית)

מיקרו-רנ"א מה הם הגנים הנקראים רנ"א ומה חשיבותם - פרופסור חרמונה שורק

הם תרמו להתפתחות המטאורית של המוח, הם תורמים לאבולוציה של הגוף האנושי גם בימינו אנו, והם טומנים בחובם הבטחה לדור חדש של תרופותגנטיות. אלה הם המיקרו־רנ"א - העמעמים הקטנים והחכמים של הגנום האנושי,ששולטים ברזי ייצור החלבונים שמרכיבים את גופנו.
 
קיראו מאמר

מזרימה באצבעות לחידור יציב דרך כוונון תכונות ההרטבה: ההשפעה הגדולה של תהליכים מיקרוסקופיים  - רן הולצמן מזרימה באצבעות לחידור יציב דרך כוונון תכונות ההרטבה: ההשפעה הגדולה של תהליכים מיקרוסקופיים - ד"ר רן הולצמן

חידור זורם לתוך חומר נקבובי הרווי בזורם אחר מתרחש במספר רב של תהליכים, כמו הדפסה על בד ונייר, ייבוש והרטבה של קרקע והפקת נפט. לתכונות ההרטבה, המתארות את המשיכה היחסית (affinity) של הזורמים למוצק, השפעה נרחבת על אופן החידור. בעוד שחידור של זורם לא צמיג לתוך צמיג יותר (למשל גז לתוך נוזל) מתרחש דרך נתיבים מועדפים (אצבעות) המשאירים חלק נכבד מהזורם המקורי מאחור, הגדלת יכולת ההרטבה של הזורם החודר (זווית המגע) מייצבת את חזית החידור ומגדילה את יעילות הפינוי באופן דרמטי. במאמר שהתפרסם לאחרונה בעיתונים Physical Review Letters ו- Scientific Reports, מסביר ד״ר הולצמן תצפיות קלאסיות אלה דרך סימולציות נומריות. החוקרים מראים שתכונות ההרטבה משפיעות על המנגנונים המיקרוסקופיים של מילוי נקבובים ולפיכך על דפוס החידור הגלובלי, אפקט הנחלש עם ירידה במהירות הזרימה. בנוסף, מראים החוקדים שהקטנת ההטרוגניות מייצבת את החידור בדומה להגדלת זוית ההרטבה.  מחקר זה מספק כלים חדשים שאפשרו לפתור בעיה מדעית חשובה, ותורם בכך לפיתוח טכנולוגיות כמו הפקת אנרגיה לא קונוונציונלית, הטמנה גיאולוגית של CO2, ומיקרופלואידיקה.

 

להמשך קריאה (אנגלית)

תמונה של אסמטריה תחרות א-סימטרית על אור מסבירה את הירידה במגוון המינים בעקבות תוספת משאבים - מר ניב דה מלאך

אחד הדפוסים הנפוצים באקולוגיה הוא אובדן המינים הבאים בעקבות תוספת משאבים (דישון).
הסבר נפוץ לתפועה זו מציע שעלייה באסימטריה בקליטת האור (המידה שבה צמחים גדולים מקבלים יותר אור ביחס לצמחים קטנים) גורמת להכחדות תחרותיות ולאובדן מגוון ביולוגי.  'השערת האסימטריה' נתמכת על ידי מודלים מתמטיים, אבל מעולם לא נבחנה בתנאי שדה בשל מחסור במתודולוגיה מתאימה למדידת אסימטריה. במאמר זה, אנו משתמשים בגישה חדשנית לכימות האסימטריה של אור.
אנו מראים כי העלייה באסימטריה  היא המנגנון העיקרי העומד מאחורי הירידה בעושר המינים לאחר דישון. התוצאות שלנו מספקות הסבר אפשרי עבור אחד הגורמים העיקריים של אובדן מינים בעולם.
 

קראו (אנגלית)

חלק מקומיקס מצוייר - תמונה מוקטנת אחד מעשרת החוקרים המבטיחים לשנת 2016 - TheMarker - דן כהן

עבודת הדוקטורט פורצת הדרך של דן כהן תסייע להבין את אחת השאלות החשובות בעולם הפיזיקה הגרעינית: מהו גודלם של החלקיקים המכונים פרוטונים, שנמצאים בגרעין של כל אטום. ניסויים שונים למדידת רדיוס הפרוטון, חלקם מהשנים האחרונות, הניבו תוצאות שונות ללא הסבר המניח את הדעת; הניסוי של כהן, בהנחיית פרופ' גיא רון, מציע טכניקה חדשנית
ומבטיחה.
כהן הוא חלק מקבוצה בינלאומית שמשבתלבת בניסויים במאיץ החלקיקים  PSI שבשווייץ. בעוד כשנה הוא צפוי להשלים באוניברסיטה העברית את בנייתו של גלאי, שהוא מסך שעליו יתפזרו שני סוגי חלקיקים: אלקטרונים שהם חלקיקים יסודיים בטבע, ומיואונים שדומים לאלקטרונים אך כבדים מהם. הניסוי יתבצע במאיץ החלקיקים בשווייץ, שהוא האתר היחיד בעולם שבו ניתן לבצע זאת. המאיץ יירה על פרוטון את שני סוגי החלקיקים (בנפרד) ומתוך המידע שייאסף על האינטראקציה של הפרוטון עם החלקיקים והפיזור שלהם על הגלאי, ניתן יהיה לחשב את גודלו. אפשר לדמות זאת לכדור שמתיזים עליו מים ואחר כך שמן, ומתוך הפיזור השונה של השמן והמים הניתזים מהכדור, מחשבים את גודלו. הניסוי צפוי להסתיים בתוך כשלוש שנים.
כהן, שחלם מגיל צעיר להיות אסטרונאוט, הבין שהדרך למימוש החלום עוברת בלימוד מדעים. הוא בוגר התוכנית ללימודי חלל באוניברסיטת החלל הבינלאומית ומתנדב כ"ראש צוות בחירת אתר הנחיתה" בצוות הישראלי SpaceIL . זוהי עמותה ללא כוונת רווח שהוקמה ב־ 2011 על ידי שלושה מהנדסים ישראלים צעירים, ושמה לה למטרה להנחית את החללית הישראלית הראשונה על הירח, ודרך כך להעניק השראה לדור הבא של המדענים והמהנדסים. לאחר השלמת הדוקטורט אפשר להניח שכהן יעשה פוסט־דוקטורט בארצות הברית שמובילה את התחום, ולאחר מכן הוא רוצה לחזור ולחקור בישראל. על החלום להיות אסטרונאוט הוא עדיין לא ויתר.

ראו קומיקס (אנגלית)

קראו ב- TheMarker

אילוסטרציה - תמונה מוקטנת נוזל קוונטי חשוך יוצא לאור - פרופ' רונן רפפורט

הנוזל המוכר ביותר לכולנו הוא כמובן מים, המורכב מכמות אדירה של מולקולות של מימן וחמצן. המולקולות הללו נמצאות באינטראקציה מתמדת אחת עם השנייה דרך כוחות מולקולריים הנקראים כוחות דיפולריים. נוזלים כגון מים מתוארים בצורה טובה על-ידי תאוריה ניוטונית קלאסית. לעומת זאת, התאוריות הפיסיקליות חוזות שכאשר מקררים נוזל אטומי ומולקולרי לטמפרטורות מאוד נמוכות, קרוב לאפס המוחלט, הנוזל ישנה את תכונותיו, ויהפוך לנוזל קוונטי. נוזל כזה יהיה בעל תכונות אקזוטיות המוסברות על ידי תורת הקוונטים. למשל, הוא יכול לאבד לחלוטין את הצמיגות שלו ולזרום ללא חיכוך עם המיכל, תופעה שנקראת על-נוזליות.
           לצערנו מים לא יכולים להיות נוזל קוונטי כי הם קופאים והופכים למוצק בטמפרטורות גבוהות בהרבה, ולכן מדענים חוקרים גזים של אטומים ומולקולות אחרות, שאותם ניתן לקרר מספיק עד שתורת הקוונטים נעשית רלבנטית (דוגמאות לכך הן נוזל של אטומי הליום קרים, או גז של אטומי כרומיום או דיספרוזיום בשדה מגנטי). כל אלו הם אטומים טבעיים של יסודות בטבע.
           לפני כחמישים שנה הציעו פיסיקאים תיאורטיים שניתן ליצר נוזלים קוונטים אלקטרוניים בתוך שכבות דקות של חומרים מוליכים למחצה, על ידי יצירת ״אטומים מלאכותיים״ מאלקטרונים חופשיים המעוררים בשכבות אלו בעזרת אור. אטומים מלאכותיים אלו  נקראים ״אקסיטונים״. אקסיטונים אלו מתנהגים במידה רבה כמו אטומיים טבעיים, אלא שבניגוד לאטומים, הם נוצרים מלאכותית בתוך התקנים אלקטרוניים ואלקטרו-אופטיים ולכן ניתן לשלב אותם בתוך טכנולוגיית המוליכים למחצה, שהיא הטכנולוגיה המובילה את המיקרו-אלקטרוניקה והמעגלים המשולבים המודרניים.
           הבדל נוסף בין אקסיטונים ואטומים אמיתיים הוא שאקסיטונים חיים רק לשבריר שנייה, ואז מתפרקים ופולטים אור. תכונה זאת מגבילה את האפשרות לייצר נוזל יציב של אקסיטונים, אך בסדרה של עבודות שהתפרסמו בשנים האחרונות על ידי חוקרים מהאוניברסיטה העברית (ובמקביל גם במכון וייצמן), הצטברו עדויות שנוזל אקסיטוני דיפולרי יציב וארוך זמן אכן יכול להיווצר בהתקנים אלקטרו-אופטיים שעשויים ממבנים מיוחדים של שכבות דקות של מוליכים למחצה, דרך כוחות דיפולריים הדומים במידה רבה לכוחות בנוזלים אטומים אמיתיים.
           במעבדתו של פרופ' רונן רפפורט, ממכון רקח בפקולטה למדעי הטבע  התפרסמה השנה עבודה בירחון המדעי Nanoletters ובה הראו המדענים עדויות לכך שהנוזל שנוצר נמצא כנראה במצב ״חשוך״, שבו האקסיטונים נמצאים במצב קוונטי שמונע מהם להתפרק על ידי פליטת אור. עקב כך הנוזל שנוצר צפוף מאוד ויתכן שהוא דומה בתכונותיו לנוזל קוונטי טבעי של הליום נוזלי קר, המוכר למדע ולטכנולוגיה כבר כמעט מאה שנים. ניסוי זה הוא תמיכה ניסויית ראשונה לתיאוריה מלפני כעשר שנים שחזתה קיומם של נוזלים אקסיטונים קוונטים חשוכים.
           התוצאות החדשות הללו פותחות חלון להבנה טובה יותר של מערכות קוונטית מרובות חלקיקים, מערכות שהן מאתגרות מאוד להבנה תיאורטית בגלל מורכבותן, ומהוות את חזית הידע התיאורטי בתורת הקוונטים. הבנה של התכונות של נוזלים אקסיטוניים קרים תאפשר אולי בעתיד לשלב נוזלים אקזוטיים כאלו בתוך רכיבים אלקטרוניים ולהשתמש בתכונות הייחודיות שלהם.

שיקום  מול זנב - תמונה מוקטנת שנהיה לראש או לזנב - תהליך שיקום מלא של הגוף בשושנת הים נמטוסטלה - דר' אורי גת

היכולת לשיקום שלם של חלקי גוף לאחר נזק כבד כמו חיתוך לכמה מקטעים אופינית לבעלי חיים מסוימים. עד כמה שזה נראה לנו מדהים,ישנם כמה סוגים שונים של בעלי חיים שמסוגלים לבצע תהליך זה בקלות, והתופעה הזאת אותרה ונחקרה על ידי חוקרי טבע ומדענים במאות האחרונות. במעבדה אנחנו חוקרים את התהליך של רגנרצית גוף שלמה תוך שימוש בבעל חיים פשוט- שושנת-הים נמטוסטלה. בעל חיים זה משתייך לקבוצת הצורבניים (כמו גם המדוזות והאלמוגים) ומפגין יכולת שיקום גוף מרשימה גם לאחר חיתוך לכמה חלקים, כאשר כול חלק יוצר בעל-חיים שלם. באופן מפתיע רצף הגנום של הנמטוסטלה הפגין דמיון רב בתכולת הגנים ובסידור הגנומי לזה של האדם ובמיוחד בגנים שמתפקדים בהתפתחות העוברית וביצירת צירי הגוף ואיבריו.
על מנת להבין טוב יותר תעלומה זאת, יצאנו לחקור את התכנית הגנטית, שבה לאחר חיתוך גוף שושנת-הים באמצע, מקטע הזנב יוצר את הראש מחדש ומקטע הראש מגדל זנב חדש. בפרוייקט זה מיפינו את הגנים שמופעלים בנקודות זמן שונות במהלך הרגנרציה, והשווינו את רמתם במקטע הראש לעומת מקטע הזנב המשתקמים. סריקה זו גילתה גנים רבים שידועים כמעורבים בתהליך ההתפתחות הצירים העובריים הראשונים כפי שניתן היה לצפות, אך גם חשפה גנים שייחודיים לתהליך הרגנרציה, שהינו בעל סממנים משלו.כתוצאה מעבודה זו אנו מבינים הרבה יותר את ההגיון שמאחורי תהליך הרגנרציה ושמירת הכיווניות הנכונה של יצירת ראש או זנב המתרחשת בה.
במחקר זה גם אופיינו הרשתות הגנטיות העיקריות שלוקחות חלק ברגנרציה וכעת אנחנו יודעים יותר אילו מנגנוני מעברי אותות בין תאים אחראים לבנייה מחדש של הראש לעומת הזנב. חלק גדול מהגנים הללו נמצאים גם באדם ולכן מידע זה רלוונטי ויכול בעתיד להוביל לטיפולים טובים יותר בפציעות ואולי אף לאפשר מידה מסויימת של שיקום איברים פגועים.
 

קראו עוד (אנגלית)

תמונת הדפסת תלת מידי - תמונת נושא הדפסת תלת ממד של חומרים גמישים ומתיחים באמצעות פלמור פוטוכימי - פרופ' שלמה מגדסי

חוקרים במכון לכימיה והמרכז להדפסת תלת מימד באוניברסיטה העברית פיתחו דיו חדש להדפסת תלת ממד של מבנים אלסטיים. כיום, יצירת מבנים תלת ממדים אלסטיים חשובה מאוד לתחומים רבים כגון התקנים רפואיים, אלקטרוניקה גמישה\לבישה, סנסורים ורובוטים רכים. החומרים הקיימים מבוססים בעיקר על סיליקון ועד כה מאפשרים קבלת מבנים רק בשיטות ייצור מסובכות כמו המבוססות על שילוב תהליכי ליטוגרפיה, יציקה בתבניות, הדבקה וגזירה. שיטות אלו מגבילות בצורה רבה את חופש הבניה ואת מורכבות האובייקטים שניתן ליצור. עולם הדפסות תלת ממד מציע עולם רחב יותר של אפשרויות ייצור ומבנים מתקדמים, אבל, עד היום, רוב החומרים המסחריים מאפשרים הדפסה של מבנים גמישים הנקרעים כבר במתיחה של 200% .
במאמר שפורסם לאחרונה בכתב העת היוקרתי Advanced Materials, הראו החוקרים כי באמצעות דיו חדש שפותח בקבוצת המחקר של פרופ' שלמה מגדסי, בהשתתפות החוקרים דר' דינש פאטל ודר' מיכאל לאיאני, ניתן לבצע הדפסה ישירה של מבנים מורכבים, המאפשרים מתיחה של עד 1100% מהמבנה המקורי מבלי להיקרע. הודגמו מבנים שונים כמו לחצנים מוליכי חשמל, מבנים הניתנים לניפוח כמו בלונים , תפסן גמיש, ואפילו מבנים בעלי מקדם פואסון שלילי , כמוצג בסרטונים. ההדפסה בוצעה באמצעות מדפסת בשיטת DLP, בה הדיו אשר מכיל מונומרים עובר תהליך פלמור פוטוכימי שכבה על גבי שכבה, ליצירת המבנה הסופי. המחקר בוצע בשיתוף עם SUTD , Singapore University of Technology and Design.
אנו צופים כי חומרים אלו יאפשרו שיפור רב בשימוש בהדפסות תלת ממד של מבנים גמישים לתחומים כמו רובוטים רכים, אלקטרוניקה מתיחה, ומבנים ייחודיים חדשים.

 

ראו עוד (אנגלית)

התכנות חיים בכוכבי לכת של מערכות שמש אחרות (תמונה מקטנת) התכנות חיים בכוכבי לכת של מערכות שמש אחרות - ד"ר עמרי ונדל

מציאת כוכב לכת דמוי ארץ סביב הכוכב פרוקסימה קנטאורי, הקרוב ביותר למערכת שמש, שהכתה גלים בתקשורת ובעולם המדע בספטמבר 2016, עוררה ענין מחודש בתאימותם להתפתחות חיים של כוכבי לכת הסובבים כוכבים מסוג זה, המכונים ננסים אדומים. במחקר שפרסמו לאחרונה כותבים יוסף גיל ועמרי ונדל מהאוניברסיטה העברית בירושלים, כי אין מניעה להתפתחות חיים הדומים לאלה שהתפתחו בכדור הארץ על כוכבי לכת הסובבים ננסים אדומים, בניגוד למה שהיה מקובל לחשוב עד לפני מספר שנים. בפרט מראים גיל וונדל כי בכוכבי לכת כאלה יש תנאים מתאימים לפוטוסינתזה, הנחשבת לחיונית לקיום רוב צורות החיים על פני כדור הארץ. במחקר נוסף שנשלח לאחרונה לפרסום מראה ד"ר ונדל כי מים נוזליים עשויים להתקיים על פני כוכב הלכת החדש וכוכבי לכת רבים הדומים לו עבור תחום רחב של תכונות וסוגי אטמוספרה. במחקר זה מוצעת טכניקה העשויה לתת הערכה לשכיחותם של חיים בכוכבי לכת שמחוץ למערכת השמש' באמצעות הטלסקופים JWST ו- TESSהמתוכננים להיכנס לפעולה בשנים הקרובות.

לכתבה ב"הידען"

קרא עוד

אבסטרקט גרפי - תמונה מוקטנת טיפול במחלת הכבד השומני באמצעות דיכוי מיקרו-רנ"א - גב' גאולה חנין ופרופ' חרמונה שורק

מחלת הכבד השומני הינה מחלה נפוצה, המשפיעה על כ-25% מהאוכלוסייה, ומאופיינת על ידי הצטברות של שומן בכבד. כבד שומני נוטה להתפתח אצל אנשים הסובלים מעודף משקל, מסכרת, כולסטרול גבוה או רמות טריגליצרידים גבוהות, או בקרב אנשים נושאי מוטציות מורשות בגן לקולטן לכולסטרול. השלב הראשון של המחלה נקרא "סטאטוזיס" ויכול להחמיר למצב הנקרא סטאטוהפטיטיס, ואף לשחמת הכבד או סרטן הכבד. נכון להיום, אין טיפולים יעילים למחלת הכבד השומני. מחקר חדש של גאולה חנין ועמיתיה ממעבדתה של פרופ' חרמונה שורק במכון למדעי החיים, משתמש בכלים בביולוגיה מולקולרית על מנת לגלות מנגנון חדש הגורם למחלת הכבד השומני.
החוקרים חקרו תוצר קטן של גן, הנקרא מיקרו-רנ"א המסוגל לתפקד ב"השתקת" גנים, ולשלוח מסרים מהמוח לגוף על מנת לשנות מסלולים מטאבוליים. מיקרו-רנ"א מסוים זה מכונה מיקרו-רנ"א-132, ומצטבר בתאי עצב במוח במצבי לחץ, בכבד שומני בעכברים הניזונים מדיאטת השמנה, המחקה את הגורם השכיח ביותר של המחלה, ובאנשים החולים בכבד שומני. יתר על כן, הזרקת אוליגונוקלאוטיד "אנטיסנס" הופכי למיקרו-רנ"א-132 לעכברים שמנים, הובילה לריקון הכבד והדם מעודפי השומנים, והחזירה את המדדים לרמות תקינות של שומנים בדם ובכבד. כמו כן, הנדסה גנטית של עכבר המבטא רמות מורשות גבוהות של מיקרו-רנ"א-132 הובילה להתפתחות כבד שומני והיפרליפידמיה.
אם כך, האם לחץ פסיכולוגי מוביל לכבד שומני? על מנת לענות של שאלה זו יש צורך במחקר נוסף. בינתיים, מולקולות קטנות המבוססות על דנ"א כבר משמשות כדי להשתיק מיקרו-רנ"א, לדוגמה, כדי להוריד כולסטרול גבוה לרמות תקינות. גישה חדשה זו המבוססת על פרויקט גנום האדם עשויה להפוך בקרוב למגמה הבאה ברפואה, שתפתור בעיות מאתגרות באמצעות ניצול כוחה של הביולוגיה המולקולרית.

 

קישור רלוונטי (אנגלית)

כוכבי ניוטרונים האם מיזוג של כוכבי ניוטרונים מוביל ליצירת מגנטר? - ד"ר אסף חורש

גילוי גלי הכבידה הראשון על ידי LIGO פותחים חזית מחקר חדשה באסטרופיזיקה. למרות שהארוע ש LIGO גילה הוא תוצאה של מיזוג של שני חורים שחורים, ל LIGO יש את היכולת והוא צפוי לגלות גם ארועים שבהם מתמזגים שני כוכבי ניוטרונים. במיזוג שכזה, תועף כמות קטנה של חומר במהירות של כ 30,000 ק״מ לשנייה. תהליכים רדיואקטייבים בחומר זה יחממו אותו ויגרמו לפליטת קרינה חלשה באור נראה או באינפרא אדום למשך כיום עד כשבוע. קרינה חולפת זו, הנקראת גם מקרונבה ,נצפתה לראשונה לפני מספר שנים בארוע של מתפרץ קרינת גאמא קצר (ארועים שבעצמם קשורים למיזוג של עצמים קומפקטיים). אותו החומר הפולט את קרינת המקרונובה, יתנגש בחומר הנמצא מסביב ויוביל ליצירת גל הלם, ובכך גם לפליטת קרינת רדיו. אחד התרחישים האפשריים הוא שבתהליך המיזוג יווצר מגנטר (ולאו דווקא חור שחור). מגנטר הוא כוכב ניוטרונים בעל סיבוב עצמי מהיר (מחזור סיבוב של כ - 1 מילישנייה) ושדה מגנטי עצום מימדים (15^10 גאוס). במקרה כזה, המגנטר יעביר חלק גדול מהאנרגיה שלו לחומר שהועף במיזוג, יצור גל הלם חזק יותק ויוביל לפליטת קרינת רדיו חזקה הרבה יותר (בסדר גודל לפחות). על מנת לאתר קרינת רדיו זו ,ביצענו לאחרונה תצפית רדיו של שני ארועי מקרונובה. ניתוח נתוני התצפית חושף כי בשני המקרים לא נוצר מגנטר אלא אם למגנטר תכונות שונות מאלו שצופה התאורייה (כגון האנרגיה של המגנטר). בעקבות תוצאה זו אנחנו עורכים תצפיות רדיו נוספות על ארועים מסוג זה על מנת לאפיין טוב יותר את התכונות שלהם ולנסות להבין את טבעם.
 

קרא עוד (אנגלית)

תמונה של תרשים שמשווה התנגדות, סבילות והשרדות פסיקאים חושפים מסלול מזורז להתפתחות עמידות לאנטיביוטיקה - פרופ' נטלי בלבן

מחקר חדש המתפרסם השבוע ב- Science , ע"י הסטודנטית עירית לוין-רייזמן במעבדתה של פרופ' נטלי בלבן, מראה שחיידקים אשר נכנסים ל"תרדמת" זמנית ועוצרים את הגידול שלהם, מצליחים לחמוק מהטיפול האנטיביוטי ובהמשך, לפתח עמידות אנטיביוטיקה פי 20 יותר מהר מהחיידקים רגילים. המצב הרדום מהווה קרש קפיצה המאפשר לחיידקים לפתח עמידות ולהתגבר על הטיפול. ההבנה הכמותית, דרך מידול מתמטי, של המסלול החדש התורם להתפתחות מהירה של עמידות לאנטיביוטיקה, עשויה להביא לדרכים חדשות למניעת התפתחות עמידות, אחת הבעיות הבוערות של הרפואה המודרנית. חשוב להדגיש שאוכלוסיית חיידקים רדומה זו, אינה נבדקת בבדיקות מעבדה כאשר בוחנים את יעילותם של טיפולים אנטיביוטיים ולכן עלולה לעבור "מתחת לרדאר" של הצוות המטפל.במחקר משלים, המתפרסם השבוע מאותה מעבדה, ע"י המורה-חוקרת ד"ר אורית גפן ,מוצג פיתוח חדש המאפשר גילוי מוקדם של חיידקים רדומים אלו ועשוי לעזור לעצור את התפתחות העמידות בזמן אמת.
Irit Levin-Reisman et al., Science (2017)
Orit Gefen et al. Scientific Reports (2017)

 

ראו עוד

לאור כוכב ניטרונים. אסטרונומים מצאו עדויות של תוצאה קוונטית ב -1930. - תמונה מוקטנת גילוי אפקטים קוונים מוזרים בווקום מסביב לכוכבי נויטרונים - פרופסור ניר שביב

ניבוי שנעשה בשנת 2000 על-ידי פרופ׳ ניר שביב ממכון רקח לפיסיקה ופרופ׳ ג׳רמי הייל מאוניברסיטת קולמביה הבריטית בקנדה אושר לאחרונה בעקבות תצפית על קיטוב האור של קרינה המגיעה מכוכב נויטרונים. כתוצאה מהשדות המגנטיים החזקים שיש סביב כוכבי נוטרונים, חלקיקי האור יכולים לעשות אינטרקציה עם האלקטרונים הווירטואלים של הווקום. אינטרקציה זו יוצרת אפקטים מוזרים שעדות להם נתגלתה לאחרונה.

 

לכתבה (אנגלית)

סנתיזה כימית של סלנוחלבונים אנושיים - תמונה מוקטנת סנתיזה כימית של סלנוחלבונים אנושיים - ד"ר נורמן מטאנס

משפחה קטנה של חלבונים אנושיים נקראים סלנוחלבונים, אשר מכילים את החומצה האמינית מספר 21, סלנוציסטאין . בגוף האדם יש רק 25 סלנוחלבונים, אך כמעט מחיצתם עדיין אינם מאופיינים, בגלל קושי ביצור חלבונים אלה בשיטות הרגילות של ביטוי בחידקים . לסינתיזה הכימית של חלבונים יש פוטנציאל אדיר כדי לכסות על חסרון הביטוי בחידקים. במאמר חדש שפורסם בכתב העת הנודע Chemical Science אנחנו מראים בפעם הראשונה הסיתיזה הכימית של שני סלנוחלבונים אנושיים, SELM ו- SELW. שיטה זאת נתנה את החלבונים בכמויות של מיליגרמים, ובנקיון גבוה אשר ניתן להשתמש בעתיד לחקר חלבונים אלה.

מידע נוסף (אנגלית)

תמונה מוקטנת גישה חדשה להפקת סלנו-חלבונים הומניים באמצעות סינתזה כימית - ד"ר נורמן מטאנס

הקבוצה של ד״ר נורמן מטאנס מהמכון לכימיה, שמתמחה בכימיה אורגנית וביו-אורגנית, פרסמה לאחרונה מאמר בכתב העת הנודע Chemical Science, בו הם תארו בפעם הראשונה את האפשרות לסנתז בצורה כימית חלבונים ממשפחת הסלנו-חלבונים.
גוף האדם מכיל 25 סלנו-חלבונים המכילים ברצף שלהם את החומצה האמינית ה-21, סלנוציסטאין. הפעילות הביולוגית של כמחצית מהחלבונים האלה אינה ידועה. הקושי הקיים בהפקה של סלנו-חלבונים על ידי ביטוי בתאים והניצולות הנמוכות שמתקבלות עיכבו את אפיונם הביולוגי של חלבונים אלו. במאמר זה, קבוצתו של ד״ר מטאנס הציגה שיטה לסינתזה כימית של חלבונים אלו, שבעזרתה הצליחו להכין לראשונה את שני הסלנו-חלבונים ההומניים  SELM ו- SELW . הסינתזה של הסלנו-חלבון SELM, שהוא ארוך יותר מבין השניים, הייתה יותר מאתגרת ודרשה שימוש באסטרטגיות חדשניות שפותחו במעבדה בתחום הכימיה של סלנוציסטאין. בשיטה זו התאפשרה הכנת מיליגרמים של אותם סלנו-חלבונים בצורה הומוגנית. התקדמות זאת בהכנתם של סלנו-חלבונים תעודד מחקרים עתידיים לעסוק בפעילותם הביולוגית ותפקידם במחלות שונות.
קראו עוד (אנגלית)
 

מאפיינים של נוירונית - תמונה מוקטנת מאפיינים ייחודיים של נוירונים של האדם - פרופסור עידן שגב

מודל מתמטי מפורט ראשון מסוגו שנבנה על ידי הסטודנט גיא אייל מראה שלתאי עצב בקליפת מוח האדם תכונות חשמליות מיחדות. תכונות אלה מגבירות את יעילות עיבוד המידע החשמלי במוחנו. תוצאות המודל נתמכו בניסויים שנערכו  על ריקמות חיות ממוח האדם, שהוצאו בעקבות ניתוח (בבית חולים באמסטרדם).

מידע נוסף (אנגלית)

שמוש במוליקולה קטנה - תמונה מוקטנת שמוש במוליקולה קטנה AD4 שפותחה במעבדה לטיפול בגמילה מקוקאין - פרופסור דפנה אטלס

חשיפה כרונית לחומרים ממכרים משנה את ההולכה הגלוטמינרגית במוח. לאחרונה נמצא שאצטיל ציסטאין משחזר את ההובלה של אנטיפורטר של ציסטאין -גלוטמט. בנסיונות בחיות מודל נמצא שאצטיל ציסטאין מוריד את הכמיהה לקוקאין.
במעבתנו פיתחנו חומר חדש שהוא למעשה האמיד של אצטיל ציסטאין. החומר הזה שנקרא  AD4 אופיין ונמצא בעל תכונות חדשות המשפרות את פעילותו בצורה מאד משמעותית. יכולתו של AD4  לעבור את מחסום דם-מוח מהוה יתרון רב לטיפול בהיתמכרות.
בעבודה משותפת עם מכון  למחקר לטיפול בהתמכרות בפולין נבדק החומר החדש ונמצא בעל פעילות חזקה להורדת הכמיהה בחיות מודל. לקראת אפשרות לשמוש בבני אדם, חברת ישום בשיתוף עם המכון בפולין הוציאה פטנט משותף, החומר החדש שחודר למוח יכול להוות פריצת דרך לטיפול בהיתמכרות על ידי הורדת הכמיהה לקוקאין.

 

קרא עוד