ניסוי גרעיני בצפון קוריאה ומחר באיראן

ניסוי גרעיני בצפון קוריאה ומחר באיראן

אחרי הניסוי הגרעיני השני של צפון קוריאה השבוע נראה שהעולם רק מחכה לניסויים הגרעיניים של איראן. התירוץ הידוע: התרחשה אצלנו רעידת אדמה. לפעמים אומרים אחר כך: נכון מדובר בניסוי גרעיני קטן. או מדובר בתחנת כוח גרעינית ורק למטרות שלום. אז שלא יעבדו עליכם. בדיקות סייסמיות ובדיקות קרינה מגלות אחר כך את עוצמת הפיצוץ הגרעיני. ולא מדובר בזן חדש של שפעת החזירים. מחר באזורנו. רציתי שתהיו מודעים ולכן מובאת כתבה זו.

שאלת המיליון דולר היא: האם ניתן לחשוף ניסוי תת-קרקעי לפני שהוא מבוצע? שהרי כדור הארץ מוקף בלווינים ששולחים תצלומים וחרף ההסוואה וההסחה והניסיונות לפיתוח פרויקטים חשאיים לנשק גרעיני, כיצד נגלה אותם בשלב היצור, ההברחה והניסוי? ניסוי גרעיני שמבוצע על פני הקרקע, בים או במדבר מלווה במספר אפקטים פיזיקאליים שניתן לגלותם, אומר לנו אפרים אסכולאי במאמרו “המאמץ לגילוי פעילות גרעינית חשאית”. למשל הבזק האור, גלי חום, גלי הדף או אות תת-אקוסטי. כאשר מדובר בפיצוץ תת-מימי הוא מלווה בגלים אקוסטיים המתפשטים במים ואילו בניסוי תת-קרקעי כמו זה שבוצע בצפון קוריאה, הוא מלווה באפקט סיסמי. ניסויים אלה גורמים בנוסף לזיהומים ולפליטות של חומרים רדיואקטיביים. ונוסיף את התקלות, שאותן ניתן לאתר באמצעות הקרינה. ובכל זאת כל מה שניתן היה לאתר בסביבות מאי לכאורה היה שפעת חזירים…

שפעת החזירים והעולם שאנן

ב-12 לאפריל אדם חזר ממכסיקו לקנדה הישר לחוותו שיש בה חיות וחזירים. ב-24 לאפריל כ-200 חזירים בחוותו הראו סימנים של שפעת החזירים. הוא הדביקם בשפעת החזירים בה נדבק במכסיקו. ההיסטריה בעולם משפעת החזירים בעיצומה. סוכנות הפיקוח על האוכל בקנדה החליטה שהחווה תבודד ותכנס להסגר ולבידוד מוחלט. חס וחלילה ידבקו אנשים בשפעת החזירים אם יאכלו חזירים שנועדו ליצוא מהחווה. החווה נכנסה לבידוד ולהסגר והיא נשארה בהסגר למען הביטחון הציבורי למשך זמן רב למרות שהעובד וכל חזיריו החלימו כבר ממזמן מהשפעת.

מרחק רב מהחווה בקנדה, ולמען האמת בחצי כדור הארץ השני, אנשים הלכו במהירות רבה ברחובות בעיר פיונגיאנג אשר בצפון קוריאה. מעט מאוד מכוניות בכבישים, אבל הסדר מופתי. ההכנות האחרונות בוצעו לניסוי הגרעיני שאמור היה להתרחש חודש אחר כך במרחק מה מקילג’ו. העולם עסוק וטרוד בשפעת. אפילו הנשיא אובמה נדרש לוירוס החדש והמאיים. והאנשים הקטנים בצפון קוריאה עסוקים בהליכה ברחובות.

ברית המועצות עושה תרגיל לטרומן

נשוב למלחמה הקרה ולרוסיה הסובייטית (הקומוניסטית). 

ב-29 לאוגוסט, 1949 בשעה 6:00 ברית המועצות בחשאיות פוצצה פצצת אטום באזור מבודד בקזחסטאן. תשעה ימים אחרי הניסוי הסובייטי, מטוס גילוי ובדיקה אטמוספרי מסוג B-29 אמריקאי שטס מעל לאוקיינוס השקט הצפוני אסף קריאות רדיואקטיביות על נייר פילטר מיוחד שתוכנן במפורש כדי לגלות בדיוק פיצוץ כזה. הוא אסף חומר רדיואקטיבי במקומות שחומר זה לא היה צריך להיות שם. מטוס גילוי קרינה אחר כך אימת שהמקור לקרינה היה צריך להיות פיצוץ אטומי איפה שהוא באסיה הסובייטית.

ב-9 לספטמבר 1949 החדשות הועברו לדרגים הגבוהים של הגורמים הרשמיים בממשל טרומן. איש לא רצה להאמין לכך, וטרומן עצמו הביע סקפטיות. כדי ליישב את העניין סוכם שפאנל מומחים מהוועדה לאנרגיה אטומית יבחן את העדויות. הפחד משואה גרעינית אחרי שהרוסים פוצצו את פצצת האטום הראשונה שלהם ב-1949 הוביל להיסטריה בארה”ב.

כולם הסכימו שהעדויות היו מוחצות: “ג’ו-1”, כפי שהניסוי הסובייטי כונה, אכן היה ניסוי פצצת אטום, ובנוסף הוא היה העתק קרוב מאוד של פצצת הביקוע, דהיינו פצצת הפלוטוניום שפותחה בפרויקט מנהטן. מי ריגל מפרויקט מנהטן והדליף לרוסים?… זה כבר לא היה משנה. בינתיים ביום שלמחרת הגיע דיווח לנשיא טרומן לבצע הצהרה. טרומן היסס וסירב ואמר שהוא לא היה בטוח שלסובייטים בכלל הייתה פצצה אמיתית. הוא רצה לשבת על החדשות כמה ימים ולחשוב עליהם. לבסוף שלושה ימים אחר כך, ב-23 לספטמבר 1949 טרומן באי רצון הכריז שפיצוץ אטומי התרחש בברית המועצות. הוא במכוון סירב לומר שזו הייתה פצצת אטום. הוא כמובן לא ציין שהשגיאה והטעות החמורות ביותר של המודיעין האמריקאי במהלך תחילת המלחמה הקרה היו לא לשים לב לכמה מהר ברית המועצות תפתח פצצת אטום. המערב היה שבוי במחשבה שהטכנולוגיה הרוסית היא מגושמת – לרוסים לא יכלו להיות האמצעים ההנדסיים, התכנוניים המבניים לבניית מפעלי ייצור גדולים בזמן כה קצר –  וזה מה שגרם למודיעין להניח שהמונופול האמריקאי ישרוד לפחות עוד עשור.

יומיים אחר כך ב-25 לאוגוסט 1949 הגיעה ההכחשה המוחלטת מסוכנות הידיעות הסובייטית ה-טאס: “בברית המועצות, כפי שידוע, נמצאת בהתהוותה בנית עבודה בממדים גדולים – הבניה של תחנות הידרו חשמליות, מכרות, תעלות, כבישים, שמעלים את ההכרח של עבודת פיצוץ בסדר גודל ענק… כל עוד עבודת פיצוץ זו התרחשה לעתים קרובות בחלקים שונים של הארץ, זה אפשרי שזה עלול למשוך תשומת לב מעבר לגבולות ברית המועצות”. טאס המשיכה לטעון בצורה מוזרה ביותר שהפיצוץ הנדון לא יכול היה להיות פצצת האטום הסובייטית הראשונה מכיוון שברית המועצות כבר בדקה את פצצת האטום הראשונה שלה כמעט לפני שנתיים.

צפון קוריאה עושה תרגיל לאובמה

והנה ההיסטוריה חזרה על עצמה בבוקר של ה-25 למאי בצפון קוריאה הקומוניסטית מן הסתם. צפון קוריאה הכריזה שהיא בדקה רכיב גרעיני שני (הרכיב הגרעיני הראשון נבדק ב-2006), כבר תוך דקות הייתה לכך עדות תומכת בצורת גלים סיסמיים שנאספו על ידי תחנות סיסמיות מסביב לעולם.

אולם אפילו בטרם צפון קוריאה הכריזה שהיא ביצעה את הבדיקה התת-קרקעית של הנשק הגרעיני שלה, מדענים בעולם כולו צרפו יחד את התמונה המזעזעת של מה שהתרחש שם. בעזרת קומבינציה של בדיקות סיסמיות ובדיקות קרינה, המדענים חשפו את הסוד הגרעיני של צפון קוריאה. המדענים יכולים לגלות את גודל הפיצוץ הגרעיני שהתרחש מתחת לקרקע וכמה אלים הוא זעזע את האדמה על ידי סיסמוגראפים – בדיוק אלה שמגלים רעידות אדמה –  וזאת בשילוב בחינת פליטת הקרינה הרדיואקטיבית והחלקיקים שנפלטים מהפיצוץ הגרעיני. אבל על המדענים לחכות לדליפה מאזור הבדיקה התת קרקעי בצפון קוריאה שתשא את החומרים על ידי הרוח וזרמי הים לחיישנים. ולכן יש תלות במזג האוויר. כדי להבין את המשמעות של הפיצוץ ומהי באמת יכולתה הגרעינית המדויקת פחות או יותר של צפון קוריאה יש לחכות מעט זמן.

 

אם כן, בשעה 9:55 זמן מקומי ב-25 למאי, גלאים סיסמוגראפים בחוף היפני אספו גלים סיסמיים שיצאו מהאזור היכן שצפון קוריאה ביצעה את הניסוי בנשק הגרעיני בשנת 2006 – אזור שהוא בדרך כלל בעל פעילות סיסמית ניטראלית לחלוטין. ברור שרעידת אדמה טבעית יכולה להצביע על נתונים כאלה, אבל זה אירוע ממש נדיר שם. ואז נשאלת השאלה היכן הפצועים אם מדובר ברעידת אדמה? ומה עם הדיווחים על רעידת אדמה… ביפן נרשם רעד בגובה של 5.3 בסולם ריכטר והרישום בארה”ב רשם עוצמה של 4.7 ואחרים רשמו עוצמה של 4.5. ערכים אלה הם קונסיסטנטיים עם פיצוץ שהוא שווה ערך לכמה אלפי טונות של TNT.

מה ההבדל בין רעידת אדמה לפיצוץ גרעיני?

גורמים בדרום קוריאה אמרו ב-25 למאי שהם גילו רעד שהוא קונסיסטנטי עם פיצוץ אטומי תת-קרקעי. הפיצוץ יצר רעידת אדמה במחוז קילג’ו והיא נמדד כבעל עוצמה של 4.5 בסולם ריכטר – זה כבר עורר את החשד לפיצוץ אטומי תת-קרקעי. ואחר כך באה ההודעה. הניסוי של צפון קוריאה למעשה לא היה סוד כי פיונגיאנג הכריזה עליו זמן קצר אחר כך. אולם בהעדר הכרזה, שליט יכול לטעון שאותו ניסוי שהוא למעשה גרעיני הוא רעידת אדמה או פיצוץ לא ממקור גרעיני.

לא בכדי צפון קוריאה בחרה את הזמן לפיצוץ וגרמה לו להראות כאילו הוא רעידת אדמה. הנשיא אובמה רוצה שהסנאט בארה”ב יאשר את האמנה על איסור ביצוע ניסויים מ-1996, אותה אמנה שאוסרת על ביצוע כל ניסוי גרעיני פיצוצי והיא תדגים את המחויבות של ארה”ב לאי הפצת הנשק הגרעיני בעולם. אולם ב-1998 הסנאט דחה את האמנה והסיבה החלקית לכך היא מחשש שמדינות יכולות לרמות: הן יטענו שניסויים בנשק נסתר בכמויות קטנות היו למעשה רעידות אדמה. הגילוי של הניסוי בצפון קוריאה אכן מעלה את התקווה שהסנאט לא יתנגד לאמנה יותר.

ב-2006 הפיצוץ בצפון קוריאה הוערך כמניב פחות מקילוטון ומרבית המומחים מעריכים שהניסוי נכשל באותה התקופה. הפצצה לא הצליחה ליצור ריאקצית שרשרת. פצצת הפלוטוניום לא הצליחה להידחס כתוצאה מהפיצוץ שלא פעל כהלכה, ולכן לא הצליח לגרום לריאקצית השרשרת. ואולם הניסוי הנוכחי נראה כפי חמש חזק יותר מזה של 2006.

האם הניסוי הגרעיני הנוכחי הצליח לגמרי או לפחות חלקית? מה גודלו? מעריכים שמעוצמת הרעד של 4.7 בסולם ריכטר, הפיצוץ הוא פחות מעוצמת הפיצוץ של פצצת הפלוטוניום שהופלה על נגאסקי. פצצת האורניום שהופלה על הירושימה חוללה פיצוץ בעוצמה של 15 קילוטון ופצצת הפלוטוניום שהופלה על נגאסקי חוללה פיצוץ בעוצמה של 22 קילוטון. ואילו לגבי הפיצוץ בצפון קוריאה, מעריכים שאולי התקבל פיצוץ של בערך 4.5 קילוטון, אך יכול להיות שהפיצוץ היה בסדר הפצצה שהופלה על הירושימה – כ-16 קילוטון.

מידע מדויק יותר יתקבל כאשר הקרינה מסביב תבחן בשבועות הקרובים. אם הפיצוץ שארע במעמקי האדמה הקוריאנית היה אכן פיצוץ גרעיני כמו זה שחושבים, הוא לבטח שחרר איזוטופים רדיואקטיביים של קסנון בכמויות שהן אופייניות ושונות למשל ממה שמשתחררות מתחנות כוח גרעיניות. והתירוץ: אנחנו בונים תחנת כוח גרעינית למטרות שלום… (לידיעת מר אחמדיניג’ד) לא מתקבל באזורנו.

 

 

Advertisements

תגלית חדשה מערערת את ההסבר של אינשטיין לאפקט הפוטואלקטרי

תגלית חדשה מערערת את ההסבר של אינשטיין לאפקט הפוטואלקטרי

 

ב-1905 אינשטיין פתר את אחת התעלומות במדע שקרויה האפקט הפוטואלקטרי בעזרת קוואנטות האור. ההסבר שאינשטיין נתן לאפקט הפוטואלקטרי ב-1905 הוא שקוואנט של אור (שאחר כך כינה אותו בשם פוטון) משליך החוצה אלקטרון אחד, כאשר הראשונים ללכת הם האלקטרונים הקיצוניים באטום, כי האטום מחזיקם פחות חזק. כלומר אינשטיין נתן הסבר חלקיקי לאפקט הפוטואלקטרי ואינשטיין אפילו זכה ב-1921 בפרס נובל על הסברו לאפקט הפוטואלקטרי ולא על תורת היחסות הפרטית. והנה היום – יותר ממאה שנה אחרי מאמרו המפורסם של אינשטיין – במחקר חדש פיזיקאים מתארים כיצד הם ירו באטומי קסנון בעזרת ליזר עוצמתי של קרני x מסוג “פלאש”. הדבר גרם להוצאת מספר עצום של 21 אלקטרונים מיידית מאטומי הקסנון, מה שמצביע שהייתה הארה של 50 פוטונים בו-זמנית. יותר מכך, האלקטרונים הראשונים לצאת היו דווקא מהאזור הפנימי של האטום ולא אלה הקיצוניים. וכל זאת לפי מחקר חדש שמתפרסם בימים אלה בכתב העת היוקרתי Physical Review Letters.

בעקבות המחקר ההסבר של אינשטיין לאפקט הפוטואלקטרי נראה שזקוק להרחבה “גלית” כאשר מדובר בעוצמות קרינה במיוחד חזקות. זאת כפי שאמר אחד ממחברי המאמר של המחקר החדש, מטיאס ריכטר: “עכשיו אנחנו יכולים לבוא ולומר, שאפילו האפקט הפוטואלקטרי מתואר טוב יותר לפי התמונה הגלית של האור אם תיישמו את העוצמות הגבוהות האלה”. דבר זה גורם לפיזיקאים לחשוב מחדש על המושגים הבסיסיים ביותר של תורת הקוונטים, דואליות חלקיק-גל. שהרי האפקט הפוטואלקטרי היה האפקט המפורסם ביותר שהדגים כיצד האור יכול היה לקבל דווקא אופי חלקיקי.

 

אינשטיין, האפקט הפוטואלקטרי והקוואנטות – 1905   

אינשטיין הציע ב-1905 שהאור מופיע לא רק כגלים אלא בצורת חבילות זעירות – קוואנטות של אור, שמאוחר יותר נקראו בשם “פוטונים”. הכותרת של המאמר שאותו מסר לפרסום ב-17 למרץ 1905 ל-אנאלן דר פיזיק היא: “על נקודת המבט היוריסטית על היצירה והטרנספורמציה של האור“. למה היוריסטי? פירושו היפותזה שמשמשת כמנחה ונותנת כיוון לפתרון הבעיה אבל היא לא נחשבת למוכחת. אינשטיין דגל בתורות עקרון. הוא מצא עקרון מנחה יורסטי שהנחה אותו בחיפוש אחר התיאוריה והכיוון אחר הפתרון.

אינשטיין בסביבות 1905

ב-15 לאפריל, 1904 אינשטיין כתב לחברו קונרד הבישט כמה שורות: “אנא בוא מיד, הרי יש לך אופנים!… מצאתי עכשיו את הקשר בין הגודל של הקוואנטות היסודיות של החומר לאורך הגל של הקרינה בדרך פשוטה ביותר”.

הייתה מוזרות אודות הקרינה שדרשה הסבר והיא נקראה האפקט הפוטואלקטרי, והיא מתרחשת כאשר אור שפוגע במשטח מתכתי גורם לאלקטרונים להשתחרר ולהיפלט. במכתב שאותו אינשטיין כתב למילבה מאריץ’, ארוסתו דאז ואשתו לעתיד ב-28 למאי 1901, אינשטיין התלהב מיצירה נהדרת שאותה קרא של פיליפ לנארד שחקר בנושא. בניסויים שלו לנארד גילה משהו לא צפוי. כאשר הוא הגביר את התדירות של האור – בעודו נע מחום אינפרא אדום ואור אדום ומעלה לעבר תדירויות הסגול והאולטרא סגול – האלקטרונים הנפלטים הואצו החוצה בהרבה יותר אנרגיה. אחר כך הוא הגדיל את עוצמת האור על ידי זה שהוא השתמש בנורת קשת פחמנית שיכלה להיעשות בהירה יותר ויותר בפאקטור של אלף. לאור החזק יותר והבהיר יותר הייתה יותר אנרגיה ולכן זה נראה הגיוני שלאלקטרונים שיפלטו תהיה יותר אנרגיה והם יאיצו מהר יותר. אבל זה לא קרה ככה. אור יותר חזק יצר יותר אלקטרונים, אבל האנרגיה של כל אחד מהאלקטרונים נותרה אותה אנרגיה. זה היה משהו שהתורה הגלית של האור לא יכלה להסביר.

פיליפ לנארד בסביבות 1900 – מאוחר יותר הביע דעות אנטישמיות כלפי אינשטיין ותורת היחסות

כלומר הציפייה הייתה שהאנרגיה של האלקטרונים תהיה תלויה בעוצמה של האור, או בכמה אנרגיה האור מעביר לשטח נתון בזמן נתון. לנארד בניסוי שלו הראה שבמקום זאת האנרגיה של האלקטרונים הייתה תלויה בתדירות של האור, או אם תרצו בצבע של האור.

ברם, בראיה לאחור מהזווית של הניסוי החדש של 2009 שדווח עתה בכתב העת Physical Review Letters לנארד לא ביצע – וגם לא יכול היה לבצע – את הניסוי שלו עם אור מאוד חזק כמו זה של הלייזר האלקטרונים החופשי “פלאש” מהמבורג בעוצמות קרינה גבוהות של כמה פטהוואט (10 בחזקת 15 וואט). או אז לו היה מבצע את הניסוי כך מסקנותיו היו מעט שונות וכך גם אלו של אינשטיין!

אינשטיין עצמו התעמק בבעיה ובעבודה של מקס פלאנק וזו של לנארד במשך ארבע שנים. אינשטיין כתב לחברו קונרד הבישט ב-15 לאפריל 1904, “אני עתה מצאתי בדרך פשוטה מאוד את הקשר בין הגודל של הקוואנטות האלמנטאריות של החומר ואורכי הגל של הקרינה”. הוא כך התחיל, כמו שזה נראה, ליצור תיאוריה לפיה שדה הקרינה מורכב מקוואנטות. במאמרו מ-1905 על קוואנטות האור, שפורסם שנה אחר כך, אינשטין עשה בדיוק את זה. הוא לקח את התפנית המתמטית שאותה ביצע פלאנק ופרש אותה פשוטו כמשמעו והוא גם קישר אותה לתוצאות של לנארד אודות האפקט הפוטואלקטרי. אינשטיין כך ניתח את האור כאילו הוא באמת מורכב מחלקיקים נקודתיים – קוואנטות של אור, כפי שכינה אותן – במקום שיהיה גל רציף.

אינשטיין התחיל את מאמרו על ידי זה שהוא תאר את ההבחנה הגדולה בין תיאוריות שמבוססות על חלקיקים (כמו התורה הקינטית של הגזים) והתיאוריות שקשורות בפונקציות רציפות (כמו השדות האלקטרומגנטיים של תורת האור הגלית). “קיים הבדל פורמאלי עמוק בין התיאוריות שהפיזיקאים יצרו אודות גזים וגופים פונדרבילים אחרים, לבין התורה של מקסוול לתהליכים האלקטרומגנטיים במה שקרוי החלל הריק”, הוא ציין. “בעוד שאנחנו בוחנים את המצב של גוף כלגמרי נקבע על ידי המיקומים והמהירויות של מספר אטומים ואלקטרונים מאוד גדול אך עדיין סופי, אנו מבצעים שימוש בפונקציות מרחביות רציפות כדי לתאר את המצב האלקטרומגנטי של נפח נתון”.

בטרם הוא הסביר את תורת החלקיקים של האור, הוא הדגיש שלא היה צורך לוותר על התורה הגלית שתמשיך להיות יעילה גם כן. “תורת הגלים של האור, שפועלת עם פונקציות מרחביות רציפות, פעלה היטב ביצוגים של תופעות אופטיות טהורות והיא כנראה אף פעם לא תוחלף על ידי תורה אחרת”.

הדרך של אינשטיין לפשר בין התורה הגלית והתורה החלקיקית הייתה להציע, בדרך “היוריסטית”, שהתצפית שלנו של גלים קשורה בממוצע סטטיסטי של מיקומים של מה שיכול להיות אינסוף של חלקיקים. “יש לזכור”, הוא אמר, “שהתצפיות האופטיות מתייחסות לממוצע הזמן במקום לערכים רגעיים”.

ואז בא אולי המשפט המהפכני ביותר שאינשטיין אי פעם כתב. הוא מציע שהאור מורכב מחלקיקים בדידים או חבילות אנרגיה:

לפי ההנחה שתבחן כאן, כאשר קרן אור מתפשטת מנקודה, האנרגיה לא מפוזרת בצורה רציפה עלפני חלל גודל והולך, אלא מורכבת ממספר סופי של קוואנטות של אנרגיה שהן מוגבלות למקום בנקודות בחלל , שנעות ללא חלוקה ושניתן לצור אותן ולבלוע אותן רק כיחידות שלמות.

אינשטיין הראה כיצד הקיום של קוואנטות אור אלה יכל להסביר את מה שהוא כינה “העבודה החלוצית” של לנארד על האפקט הפוטואלקטרי. אם האור הופיע בצורת קוואנטות בודדות, אז האנרגיה של כל אחת נקבעה פשוט על ידי התדירות של האור כפול קבוע פלאנק. אם נניח, אינשטיין הציע, “שקוואנטת אור מעבירה את האנרגיה שלה כולה לאלקטרון בודד”, נובע מכאן שאור בעל תדירות גבוהה יותר יגרום לאלקטרונים להפלט ביותר אנרגיה. מאידך, הגברת העוצמה של האור (אבל לא התדירות) פשוט משמעה יהיה שיותר אלקטרונים יפלטו, אבל האנרגיה של כל אחד מהם עדיין תהיה אותה אנרגיה. והרי זה בדיוק מה שלנארד מצא. אינשטיין ניסה להראות שמסקנותיו הוסקו מבחינה תיאורטית במקום שנגרמו לגמרי מנתוני הניסוי. וכאן הוא הכריז על הנחת היסוד של מאמרו שהאור מורכב מקוואנטות: “ככל שאני יכול לראות, התפישה שלנו לא עומדת בסתירה עם התכונות של האפקט הפוטואלקטרי שנצפה על ידי מר. לנארד”.

התיאוריה של אינשטיין מ-1905 הפיקה חוק לאפקט הפוטואלקטרי שניתן היה לבודקו ניסויית: האנרגיה של האלקטרונים הנפלטים תהיה תלויה בתדירות האור לפי נוסחא מתמטית פשוטה שקשורה בקבוע פלאנק. לאחר פרסום המאמר של אינשטיין הפיזיקאי רוברט מיליקאן, שיותר מאוחר יהיה ראש המכון לטכנולוגיה בקליפורניה והוא ינסה לגייס את אינשטיין אליו, ביצע ניסוי מכריע ואימת את התוצאה ואת נוסחאת האפקט הפוטואלקטרי של אינשטיין. אבל מיליקאן התנגד לתיאוריה של אינשטיין: “למרות ההצלחה הגמורה הנראית של משוואת אינשטיין”, הוא קבע, “התיאוריה הפיזיקאלית שעליה היא מתוכננת כביטוי הסימבולי נמצאת כל כך רופפת שאינשטיין עצמו, אני סבור שלא מאמין בה יותר”.

רוברט מיליקאן

אבל מיליקאן טעה. כי אינשטיין זכה בפרס הנובל היחיד שלו בשביל גילוי האפקט הפוטואלקטרי, ועם התקדמות מכניקת הקוואנטים המציאות של הפוטון נהפכה לחלק יסודי של הפיזיקה. אולם מיליקאן צדק בכך שאינשטיין הפסיק להאמין בדואליות חלקיק-גל ובאימפליקציות של הקוואנטים ומצא שהן מאוד מדאיגות מאוחר יותר. במכתב שאותו הוא כתב לחברו הטוב מיקלה בסו לקראת סוף חיי שניהם ב-12 לדצמבר 1951, לאחר שמכניקת הקוואנטים כבר הייתה מקובלת כמעט על ידי כל הפיזיקאים בעולם כולו, אינשטיין קונן: “כל חמישים השנים האלה של התעמקות לא הובילו אותי קרוב יותר לתשובה על השאלה, מה הן קוואנטות האור?”

 

התגלית החדשה – 2009

מדענים מה- Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) מברלין יחד עם קולגות מהמבורג מצאו שבעוצמות אור מאוד גבוהות, דברים מאוד מוזרים מתרחשים.

ב-1905 עדין לא התגלה הליזר, והרי לאינשטיין עצמו הייתה מידה רבה של תרומה בגילוי הקרינה המאולצת ב-1917 שהובילה בכלל לגילוי הליזר מאוחר יותר.

המדענים ביצעו ניסוי בהמבורג ולגמרי במקרה גילו שישנה בעיה בהסבר של אינשטיין לאפקט הפוטואלקטרי וכל זאת הם גילו בעזרת ליזר האלקטרונים-החופשי הראשון בעולם free-electron laser (FEL) עבור קרני x רכות מסוג “פלאש”. כפי שנאמר למעלה, בגרסה המקורית של אינשטיין והניסוי של לנארד, או לפי המודל הנוכחי לאפקט הפוטואלקטרי שמבוסס על ההסבר של אינשטיין עוד מאז מאמרו מ-1905, פוטון אחד משליך אלקטרון אחד, כאשר הראשונים ללכת הם האלקטרונים החיצוניים – כי האטום מחזיקם פחות חזק. כל זאת בתנאי שאנרגית הפוטון היא מספיק גבוהה (כלומר, תלות במאפין הקרינה).

אולם, במחקר החדש הפיזיקאים מתארים כיצד הם ירו באטומי קסנון בעזרת ליזר קרני x מסוג “פלאש” – ליזר שמשתמש בפוטונים חזקים בטווח האנרגיה האולטרא-סגול הקיצוני (בערך פי 40 מהאנרגיה של האור הנראה. ובשפה טכנית: באורכי גל של 13 ננומטרים בלבד ובעוצמות קרינה גבוהות של כמה פטהוואט – 10 בחזקת 15 וואט, לסנטימטר מרובע). אטומי הקסנון הוציאו מספר עצום של 21 אלקטרונים מיידית, מה שמצביע שהייתה הארה של 50 פוטונים בו-זמנית. יותר מכך, האלקטרונים הראשונים לצאת היו דווקא מהאזור הפנימי של האטום, זאת בעוד שבגרסה המקורית של האפקט הפוטואלקטרי הראשונים ללכת הם דווקא האלקטרונים הקיצוניים כי הם אלה שקשורים הכי פחות חזק. לכן, עם קסנון, חבילת גל-אור שלמה מיד נראה שמוציאה החוצה מספר עצום של אלקטרונים פנימיים. אפקט זה תלוי מאוד בחומר ולא רק במאפיינים של הקרינה הקיימת, כפי שהיה מקובל קודם. העבודה שפורסמה עתה ב- Physical Review Letters היא בעלת משמעות לניסויים עתידים במחקר בחומרים שבמתקני לייזר ענקיים בקרני x בעולם:

 

המאמר:

 Phys. Rev. Lett. 102, 163002 (2009)

Extreme Ultraviolet Laser Excites Atomic Giant Resonance

 

 

 

M. Richter,1 M. Ya. Amusia,2 S. V. Bobashev,2 T. Feigl,3 P. N. Juranić,4 M. Martins,5 A. A. Sorokin,1,2 and K. Tiedtke4
1Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Abbestraße 2-12, 10587 Berlin, Germany
2Ioffe Physico-Technical Institute, Polytekhnicheskaya 26, 194021 St. Petersburg, Russia
3Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik, Albert-Einstein-Straße 7, 07745 Jena, Germany
4Deutsches Elektronen-Synchrotron, Notkestraße 85, 22603 Hamburg, Germany
5Universität Hamburg, Institut für Experimentalphysik, Luruper Chaussee 149, 22761 Hamburg, Germany

Received 15 January 2009; published 24 April 2009

Exceptional behavior of light-matter interaction in the extreme ultraviolet is demonstrated. The photoionization of different rare gases was compared at the free-electron laser in Hamburg, FLASH, by applying ion spectroscopy at the wavelength of 13.7 nm and irradiance levels of thousands of terawatts per square centimeter. In the case of xenon, the degree of nonlinear photoionization was found to be significantly higher than for neon, argon, and krypton. This target specific behavior cannot be explained by the standard theories developed for optical strong-field phenomena. We suspect that the collective giant 4d resonance of xenon is the driving force behind the effect that arises in this spectral range.

 

מרבד הקסמים וגלימת ההעלמות של הארי פוטר במדע

המטה-חומרים החדשים

מרבד הקסמים וגלימת ההעלמות של הארי פוטר במדע

“תמצאיני שם”,

אמר החתול, ונגוז.

עליזה לא נפתעה ביותר משום כך, שכן היטב כבר הסכינה עם התרחשותן של זרות ומוזרות. עוד היא מביטה למקום שם היה תחילה, חזר זה ונגלה פתאום.

היתה שיבת החתול כדרך הטבע. “שערתי שכך יהיה”, אמר החתול, וחזר ונגוז.

עליזה שהתה כמעא, ספק-צופה לראותו שוב, אלא שלא נגלה, וכעבור דקה או שתיים נשאה רגליה לעומת המקום בו היה ארנב האביב אמור לדור.

חתול הצ’שייר, אליס בארץ הפלאות

מבוא

מזה זמן מה מדענים עובדים על חומרים שהם מעין גלימות העלמות נוסח החתול צ’שייר. עתה הם מציעים מרבד קסמים שמעלים עצמים. לא מדובר במרבד הקסמים, השטיח המעופף בשמי המזרח ועלילות אלף לילה ולילה. אלא במרבד קסמים מסוג אחר. הכוונה היא למרבד קסם שמסתיר עצמים וגורם להם להיות רואים ולא נראים בדיוק כמו האיש הרואה והלא נראה של ה. ג’. וולס בסיפורו הנודע או כמו דני דין הרואה והלא נראה. המרבד מהונדס ברמה זעירה – רמת הננו. המרבד מסיליקון מסווה עצמים תוך שהוא גורם לשקערורית שמתחתיה מצוי העצם להראות שטוחה לחלוטין.

מרבד הקסמים החדש שהופך עצמים לבלתי נראים. האם אפשר להחביא מתחת יהלום או כסף מבלי שגנב אי פעם יוכל לגנוב אותו? עצם שמוחבא מתחת לגומחא נהפך לבלתי נראה…   

המרבד מורכב משכבה של סיליקון שמכסה מראה שטוחה מתחתיה (כפי שרואים באיור למעלה). לשכבת הסיליקון יש מעין בליטה או גבעה קטנה שמתחתה מסתירים את העצם. אבל הבליטה מהונדסת בצורה כזו שהאור ממשיך להיות מוחזר כרגיל, כך שניתן להסתיר עצם כלשהו בחלל שנוצר מתחת לגומחה. מדובר ברמות זעירות בתחום הננו. שכן הסיליקון הוא בעובה של 250 ננומטרים והמראה מורכבת מהקצה המתכתי של לוח הסיליקון. ואילו הגומחה היא חריץ בקצה לוח הסיליקון שמשרתת כמקום מחבוא. לוח הסיליקון בנוסף מחורר בחורים ברוחב של 110 ננומטרים כל אחד. יש אזורים בלוח שהם יותר מחוררים ויש אזורים שהם פחות מחוררים, ופירושו הוא: אם יש יותר חורים אינדקס השבירה נמוך יותר ואזורים עם פחות חורים אז אינדקס השבירה שלהם גבוה יותר ואז מהירות האור נמוכה יותר. החוכמה הייתה לבנות את תבנית החורים הזו בסיליקון שמעל לחריץ כדי לבנות את המטה-חומר המסווה, כך שהאור יוחזר כאילו הוא פגע במראה שטוחה ולא בגומחה קמורה. ואכן החוקרים הצליחו ליצור מצב שבו טווח הגלים באורך גל המתאים לזה שהוא כמעט קרוב לאור הנראה, אבל עדיין מעט רחוק מזה בספקטרום, כלומר האור האינפרא אדום, הוחזר מהקצה היכן שהיה החריץ ופוזר כאילו שמדובר במראה שטוחה. האתגר הבא הוא להנדס חומר שיגרום לטווח הגלים באור הנראה להיות מוחזרים כאילו שלא נמצא שם בכלל גוף… למרות שנמצא שם ומוסתר שם למעשה גוף. ואז נגיע לגלימת העלמות שתסתיר מפני העין האנושית עצמים ולדני דין הרואה והלא נראה…. מרבד הקסם הזה פותח על ידי שתי קבוצות של חוקרים שעוסקים במה שקרוי מטה-חומרים מסתירים, חומרים שמסווים גופים מפני האור הנראה, כך שהם נהפכים לרואים ולא נראים. או בהגדרה יותר מדויקת: חומרים שהמבנה הפנימי המורכב שלהם יכול לנווט את האור סביב הגופים, וכך להסוותם. קראו את הכתבה של חודש אפריל בדסקובר

 

מדענים יוצרים גלימת העלמות

 Daniel Radcliffe as Harry Potter using his invisibility cloak 

הארי פוטר בגלימת העלמות

אולי נתחיל ביפנים… הם פתחו את מעיל הגשם השקוף, שהוא יותר גימיק מאשר אב טיפוס מעשי לגלימת העלמות. ב-2003 פרופסור להנדסה בשם סיסומו טאצ’י מאוניברסיטת טוקיו הגה טריק באמצעותו הוא ישם טכנולוגיה ערמומית. הוא נטל מעיל גשם זוהר בצבע ירוק. המעיל שרת כמסך קולנוע שמציג דמויות ממצלמת וידאו שממוקמת מאחורי הלובש. מהזוית הנכונה ובנסיבות הנכונות, המעיל הזה נראה כרוח רפאים ללובש, ובניגוד גמור לקמופלאג’ המסורתי, הוא אפקטיבי כאשר הלובש או הרקע (אבל לא שניהם בו-זמנית) נעים

 

הטכניקה פועלת כך: מסרטת וידאו מסריטה את המתרחש מאחורי האדם. ישנו מקרן וידאו שמקבל את החומר המוסרט והוא ממוקם ממול לאדם עם מעיל הגשם הירוק. ואז מקרן הוידאו הזה מקרין את הסרט ישירות על המעיל הירוק של האדם – שמכוסה בגרגרים מחזירי אור והוא מתפקד כמו מסך קולנוע לכל דבר. כפי שרואים מקדימה, זה נראה כאילו האדם נהפך לשקוף, כאילו שהאור איכשהו עבר ישירות דרך גופו. טכניקה זו קרויה “קמופלאג’ אופטי”. למעשה לטכניקה הזו יש ישומים טכניים. כמו למשל, היא יכולה לסייע לנהגים לראות בשטחים מתים וכך למנוע תאונות. בנהיגה יש שטחים שאנחנו קוראים להם שטחים “מתים” ואנחנו לא רואים אותם וגורמים לנו לעשות תאונות מסוכנות. הטכנולוגיה הזו גורמת להעלמות המכשולים שמפריעים לנו לראות טובה של הכביש, כמו למשל דלתות, מראות וכדומה. נניח שהיום מה שאנו מכנים שטחים “מתים” נגרמים בגלל שהדלת של המכונית או המראה שלה מסתירות לנו את הראות בכביש. הטכנולוגיה החדשה הזו פשוט מוחקת או מעלימה את הדלת ואת המראה ופתאום אנחנו מגלים שהכביש נקי לחלוטין ואנחנו מקבלים ראות פנורמית ללא שטחים מתים.

 

(Image: Ars Electronica Festival 2008/Takumi Yoshida/Hideaki Nii/Naoki Kawakami/Susumu Tachi)
זוג של מצלמות סטריאו ממוקמות בצד של מראת הנהג והן מצלמות את הכביש והנוף שבדרך כלל מוסווה מהנהג על ידי הלוח של המכונית והחלקים של הדלת והמכונית. הנהג לובש מערכת שמקרינה את הפלט שצלמו המצלמות אל מסך ממול במכונית וכך הוא רואה מבט פנורמי של הדרך כאילו שהמכונית שלו הייתה שקופה, ללא המכשולים והשטחים המתים שמוסתרים על ידי אלמנטים ממכותניתו. 

המטה-חומרים – רקע המטה-חומרים הם חומרים מהונדסים שמקבלים את תכונותיהם הבלתי רגילות מגודלם או מצורתם, משינוי המבנה הפנימי שלהם ברמה זעירה, ולא מהכימיה שלהם – כפי שזה בטבע. בגלל הדרך שבה מרכיבים חומרים אלה, הם יכולים לערבל גלים – בין אם אלה הם גלי אור, או גלי מים או גלי קול (גלים אקוסטיים) – הרחק מהעצם שאותו הם מסווים. כדי להסוות משהו, הוצעה למשל הקונספציה הבאה: למקם טבעות קונצנטריות של מטה-חומר סביב לעצם שאותו רוצים להסוות. לולאות או גלילים זעירים בתוך הטבעות האלה מסיטים את הגלים האקוסטיים שבאים מסביב לעצם וכך מסווים אותו. ההסטה מונעת גם את ההחזרה וגם את הבליעה. הגלים נפגשים שוב פעם בצד השני וזאת כאילו שום דבר לא היה שם: Figure 2

טכנולוגיה זו למשל יכולה לאפשר לחובב מוזיקה קלאסית שיושב באולם קונצרטים מאחורי שורה ממוסכת לגמרי לשמוע מוזיקה בבירור בדיוק כמו אדם שיושב בנקודה שלא מפריעים לה. החומר הבלתי נראה הראשון תוכנן על ידי מהנדסים מאוניברסיטת דיוק  בצפון קרולינה ומאימפריאל קולג’ אשר בלונדון.  בהתחלה ג’ון פנדרי והקולגות שלו מאימפריאל קולג’ ואולף לאונהרדט מאוניברסיטת סנט אנדרוס בבריטניה דמיינו מה יקרה אם מותחים את החלל כך שקרני האור יעקבו מסביב לעצם ויצטרפו חזרה כאילו מעבר אליו וכך יהפכו את העצם לבלתי נראה. זה מזכיר במשהו את התעקמות המרחב-זמן מתורת היחסות הכללית, מעין מתיחת מרחב, או התעקמות המרחב…                                                                                       

ג’ון פנדרי מאימפריאל קולג’ בלונדון

  אולף לאונהרדט                                                             

כמובן שלא ניתן למתוח את החלל עצמו, ולכן פנדרי ולאונהרדט הראו כיצד ניתן למלא את החלל עצמו בחומר – במטה-חומר, הרכב של מוטות, טבעות וחתיכות אחרות של מתכת שיחד הם באינטראקציה עם האור כדי לתמרן אותו בצורות חדשות, לחקות מתיחה כזו של החלל.  חמישה חודשים מאוחר יותר, דיויד סמיט  והקולגות שלו מאוניברסיטת דיוק בדורהאם אשר בצפון קרולינה בנו מטה-חומר מסווה כזה. המטה-חומר הזה עבד באזור גלי המיקרוגל של הספקטרום האלקטרומגנטי. החומר המסווה פועל תוך שהוא מנווט את אור המיקרוגל מסביב לעצם, וכך הוא גורם לצופה לחשוב שהעצם לא היה שם בכלל. כאמור חומרים שמעקמים את האור בצורה הזאת לא קיימים בטבע ויש להנדס אותם כך שיהיו להם התכונות האופטיות האלה לעקם את האור בטווח גלי המיקרוגל בצורה הזאת. אבל החומר המסווה הזה עבד רק לטווח של גלי המיקרוגל.

המאמר שלהם: המטה-חומרים שהם חקרו היו מטה חומרים אלקטרומגנטיים.

פנדרי חושב על הרעיון כיצד לגרום לעצם להיות בלתי נראה:   חמישה חודשים מאוחר יותר דיויד סמיט מגיע למטה-חומרים שמיישמים זאת: ראו המאמר הבא.

מאז עובדים על חיפוש אחר מטה-חומרים ישימים לספקטרום רחב יותר של גלים אלקטרומגנטיים, ועובדים על כך בעיקר הקבוצה מברקלי, בראשות קסיאנג זאנג – מהמעבדה לחומרים והמנהל של המרכז למדע והנדסה ברמת ננו מאוניברסיטת קליפורניה בברקלי.  

באוגוסט 2008 הקבוצה גלתה מטה-חומרים תלת-ממדיים שהופכים את הכיוון הטבעי של האור הנראה והאור הקרוב לאינפרא אדום. המטה-חומר הזה משנה את האופן שבו האור בדרך כלל מתנהג. הרעיון הוא לעקם את האור אחורנית ולהשיג מקדם שבירה שלילי. זאת בעוד שלחומרים רגילים שמוצאים אותם בטבע יש מקדם שבירה חיובי. הקבוצה פרסמה את הממצאים ב-נייצ’ר וב-סייאנס. כבר בתחילת 2001 חשבו על התוצאות של מקדם שבירה שלילי ועל חומרים מהונדסים בעלי מקדם שבירה שלילי. להלן

מקדם שבירה הוא המידה לכמה הגלים האלקטרומגנטיים מתעקמים בעודם נעים מטווח אחד לשני. בשבירה רגילה במים הדג מופיע מעוקם כלפי פני המים, ואילו בשבירה שלילית הוא מופיע מעל פני המים (ראו איור מימין): null

אפקט מעניין אחד של מקדםס שבירה שלילי הוא ששבירות נוטות לנוע בכיוון ההפוך ממה שמצפים כאשר מזיזים או מסובבים את הגוף השובר, כמו כאן: לגבי האור: בתדירויות אופטיות האור הוא החל מ-400 ננומטר (אור סגול) ועד 700 ננומטר (אור אדום) ואילו האור האינפרא-אדום נמדד החל מ-750 ננומטר ועד ל-1 מילימטר. רק לשם השוואה שערה אנושית היא בערך בקוטר של 100,000 ננומטר. כדי שמטה-חומר ישיג שבירה שלילית, המערך שלו צריך להיות קטן יותר מאורך הגל האלקטרומגנטי שבו משתמשים. לכן הייתה יותר הצלחה בפס המיקרוגל שנמדד בין אורך של 1 מילימטר ועד 30 סנטימטר. החוקרים שמו יחד זה בין זה שכבות של כסף ומגנזיום פלורידי לא מוליך והם עיצבו את השכבות בצורת רשת דייגים בגודל ננומטרי. להלן (מימין יצוג סכמטי ומשמאל תמונה ממיקרוסקופ אלקטרוני סורק):

positive IOR negative IOR

                               מקדם שבירה חיובי                                         מקדם שבירה שלילי

 null null

בטווח של אורכי גל של 1500 ננומטרים, קרוב לטווח האור האינפרא-אדום הקרוב, החוקרים מדדו אינדקס שבירה שלילי. פירושו של דבר, שקרוב לטווח זה המטה-חומרים תפקדו כגלימת העלמות. המאמר ב-נייצ’ר המאמר מ-סייאנס:

מרבד הקסמים מסיליקון הקבוצה מברקלי למעלה היא גם אחת משתי הקבוצות שהגיעה עתה למרבד המסווה את העצם מתחתיו כך שיהיה בלתי נראה; לגילוי זה הם הגיעו באופן בלתי תלוי עם הקבוצה השנייה בראשות מיכל ליפסון מאוניברסיטת קורנל בניו יורק.

 

מיכל ליפסון המאמר של מיכל ליפסון וקבוצתה: 

שתי הקבוצות יצרו בצורה נפרדת זו מזו גרסאות מעט שונות למרבד הקסם מסיליקון – מרבד מסווה מסיליקון ברמת ננו שמסווה את הנוכחות של עצמים שמונחים מתחתיו מגילוי אופטי. בעוד שניתן עדין לראות את המרבד, הבליטה של העצם מתחת לשטיח נעלמת. כאשר מקרינים קרן אור על הבליטה זה נראה כאילו הקרנו חזרה ממשטח שטוח לגמרי. ופירושו של דבר שהעצם עצמו למעשה נהפך לבלתי נראה.

קסיאנג זאנג (Photo by Roy Kaltschmidt, Berkeley Lab Public Affairs)

Never mind Harry Potter, researchers at Berkeley have made an invisibility cloak of their own

ראו המאמר הבא שפורסם בנייצ’ר.

בשני התכנונים, העיקרון של הפיכת העצם לבלתי נראה הוא על ידי מרבד סיליקון בעובי של 250 ננו-מטרים מחורר כולו בחורים – כל חור ברוחב של 110 ננומטרים (הקבוצה של זאנג) ועמודות – כל עמודה ברוחב של 50 ננומטרים (הקבוצה של ליפסון). תבנית החורים בלוח הסיליקון בחריץ (בגומחה) שמסתירה את העצם וגורמת לקרני האור להיות מוחזרות כאילו שאין כלום מתחת לגומחה ולמעשה מדובר במראה ישרה. החורים או העמודות נועדו לשנות את שבירת האור בצורה הדרגתית בעודו עובר דרך הסיליקון כמו מים שזורמים סביב סלעים. הסיליקון של זאנג פועל עבור אור בטווח של אורכי גל בין 1400 ל-1800 ננומטרים, שזה קרוב לטווח האינפרא-אדום של הספקטרום האלקטרומגנטי – מעט ארוך יותר מהאור שניתן לראותו על ידי העין האנושית. בעוד שזה של ליפסון פועל באורכי גל נמוכים מעט יותר בקצה התחתון, החל מ-1000 ננומטרים. אבל לאור הנראה יש אורכי גל של בין 400 ל-700 ננומטרים. כלומר, אומר זאנג, אנחנו קרובים ליצור חומר שיגרום לעצמים להיות לגמרי בלתי נראים לעין האנושית הרגילה. בניסוי זה המרבד פועל מצוין בשני ממדים ברמת הננו. ולכן יש לו יישומים לתעשיית המוליכים למחצה ולמיקרוסקופיה האופטית.

זאנג וקבוצתו פרסמו מאמר על מחקרם בכתב העת נייצ’ר מטריאלס.

התמונות הן מתוך המחקר של זאנג וקבוצתו מכתב העת זה:

בניסויים ב-נייצ’ר מטריאלס החומר המסווה, או המרבד מכיל בקצהו שטח בליטה בגודל של 3.8 מיקרונים על 400 ננומטרים. ניתן לתחוב את העצם מאחורי הבליטה הזאת מבלי שהוא יראה, כאשר טכניקה אופטית משתקפת גורמת לבליטה להראות שטוחה לגמרי. הטכניקה משתמשת בקרני אור אינפרא-אדומות שמוקרנות על גבי הבליטה והן מעוקמות על ידי החומר הסובב, מה שגורם לקרינה החוזרת מהבליטה להראות כאילו שהיא חזרה ממראה שטוחה לגמרי ולא ממראה בעלת בליטה. בצורה הזו על ידי זה שהקרינה שבה חזרה לכאורה ממראה שטוחה לגמרי ולא מכזו קמורה, הבליטה מוסווית לגמרי.   

שמאל: האזור המסווה מסומן בירוק והוא מונח מתחת לבליטה המחזירה (המרבד) והוא יכול להסוות כל עצם שרירותי. החומר המסווה יהפוך את צורת הבליטה חזרה למעשה לצורה של עצם שטוח. ימין: תמונה שנלקחה במיקרוסקופ אלקטרוני סורק של המרבד.   בגלל שהסיליקון בולע את האור הנראה, יצטרכו להשתמש בחומר שונה כדי לרמות את העין האנושית וכאשר מדובר בתלת-ממד. מה אם כן יעילותו של מרבד הקסמים מסיליקון? נראה שיעילותו היא בתעשיית שבבי המוליכים למחצה באלקטרוניקה ובמחשוב האופטי. ניתן להשתמש במרבד הקסם מסיליקון הזה כדי לתמרן את האור ברמת הננו בצ’יפים מסיליקון, כאשר אנחנו נמנעים ממכשולים שבדרך כלל מפזרים אור. המרבד מסיליקון יכול לשמש בנוסף כדי להסתיר דפקטים במסכות ליטוגרפיה שמשמשות כדי לחרוט מעגלים מודפסים אל תוך צ’יפ סיליקון.

תארו לכם שהנכם הולכים ברחוב ורואים מרבד עם גבעה או בליטה שהיא לפתע נעלמת לחלוטין… והנה כפי שכבר נאמר בדיסקובר ישנה הבעיה הקטנה שנותרה לה בעינה… ישנה המגבלה האחת העיקרית של גלימת ההעילמות נוסח מרבד הקסמים, שכל אחד שמסתתר לו בפנים מתחת לגומחה לא יוכל לראות מה נעשה בעולם מבחוץ. זאת בדיוק מאותה הסיבה שצופה מבחוץ לא יוכל לראות אותו מבפנים. כלומר, אם אני לא יכולה לראות את מי שמסתתר מתחת לגומחה שבמרבד ההעלמות, מדוע שהוא יוכל לראותני? הוא צריך לחתוך את המסיכה, ואז הוא יוכל ללכת הישר דרך הקיר ולרוץ לרכבת הישנה הויקטוריאנית ישר אל בית הספר לקוסמים הוגווארטס בדיוק כמו הארי פוטר בתחנת הרכבת בלונדון מבלי שאיש בתחנה יראה אותו

כאן בקינגס קרוס הארי פוטר (ורבים אחרים שניסו את מזלם בעקבותיו…) קפץ דרך ה(מטה?) קיר כדי לעלות לרכבת הישר להוגוורטס. (מתוך האתרים בלונדון תיור הארי פוטר )

  Some Day Soon...

יום אחד אולי נוכל לשכב בגינה ולנוח וככה נראה… כי האור יעשה “יו טרן” וישוב כלעומת שבא מכסא הנוח בגינה עליו נשב. 

ראו כאן. אבל עד אז כרגע מטה-חומר מסווה תלת-ממדי מעין גלימת קסמים שלמעשה תהפוך חומר לבלתי נראה – דמוי סיפורי הארי פוטר או דני דין הרואה ולא נראה – נראה עדיין כפנטזיה בשלב זה…

האם חיסון השפעת שלכם יגן עליכם מפני שפעת החזירים?


האם חיסון השפעת שלכם יגן עליכם מפני שפעת החזירים?

Will Your Flu Shot Protect You Against Swine Flu?

זוכרים את חיסון השפעת שקבלנו החורף? מרביתנו לא רצה בכלל ללכת לקחת אותו בקופות החולים. קופות החולים עשו מסע פרסומת מסיבי: לכו לקבל חיסון שפעת. ואנשים הלכו במקום לקניון –  לבתי הקפה ולקנות בגדים.

שלשום בחדשות מדע התפרסם מאמר שנושא את השאלה שלמעלה: “האם זריקת השפעת שלכם תגן עליכם כנגד שפעת החזירים?”  להלן עיקר המאמר, הדעות ומעט תוספת הסבר לרעיונות שמוסברים במאמר, תוך שמובא הויכוח העיקרי במאמר. מה דעתכם על המאמר?

מ(דרום?) אמריקה ועד לאירופה ולאסיה וגם… לישראל

 

ובכן עתה מועלית השאלה האם היה כדאי בכלל לוותר על אותו חיסון שפעת? אולי אותה זריקה קטנה יכולה עתה להציל את אלה שעלולים להדבק בשפעת החזירים. הדעות חלוקות בנושא. ישנם מומחים הסבורים שהחיסון שניתן השנה כלל לא יעזור, בגלל שהזן הספציפי של המחלה שיש בתוכו אינו ממקור חזירי. לעומתם מומחים אחרים סבורים, נכון, לא ממקור חזירי, אלא ממקור אנושי, אבל בכל זאת. יעילותו של החיסון אמנם מועטה בכל שנוגע לשפעת החזירים, אבל אלה שנטלו אותו יקבלו את המחלה בצורה מוחלשת. ישנה השערה שאולי ילדים מתחת לגיל 5 ומבוגרים שנטלו השנה את החיסון – במידה וידבקו או אולי יתקלו בנגיף – בכל זאת יזכו להגנה חלקית. תהיות בעלות תשובות ניסויית חלקיות בלבד.

מרכזי הבקרה והמניעה למחלות בארה”ב מפקפקים מאוד בכך שחיסון השפעת שקבלו המוני אזרחים השנה בתקופת החורף יציע לאנשים הגנה כלשהי משפעת החזירים. “אנחנו לא סבורים שאיזה מבין החיסונים הקיימים הוא אפקטיבי”, אומר מנהל מרכזי הבקרה ריצ’רד בסר באספת עיתונאים בארה”ב.

אבל חוקרי חיסון שפעת מסוימים ומומחים לרפואה תעסוקתית כלשהם אומרים שעדין לא נתקבלה הכרעה בנושא. “אילו לא הייתי נוטל כבר את החיסון, הייתי לוקח אותו”, אמר רוברט וובסטר, גורו של החיסון ויצרן חיסוני שפעת בבית החולים לילדים סנט ג’וד אשר בממפיס בטנסי.

פעולת חלקיק וירוס מסוג A של השפעת והאנזים על פני משטחו שמאפשר לו להשתחרר מהתא ולפרוץ מהתא שמארח אותו. תרופות שמעכבות את האנזים משמשות כדי לטפל בשפעת. 

 

אתם מכירים את החמוס? חית המחמד השעירה והנפוצה שכל ילד לומד עליה בבית הספר היסודי.

ובכן החמוסים נהפכו למודל החייתי להרבה מחקרים בשפעת, מכיוון שניתן בקלות להדביק אותם בווירוס ויש להם מערכת נשימה זהה לזו האנושית. אבל עד כה מחקרים לא בדקו וירוס שפעת חזירים על החמוסים עצמם.

ניסויים שבוצעו עתה בחמוסים מצביעים על כך שלחיסון הנוכחי אין כל השפעה על הנגיף מסוג A H1N1 של שפעת החזירים שעתה מסתובב בכדור הארץ ומעורר פאניקה. חוקרים לקחו חמוסים שאף פעם לא נדבקו בווירוס השפעת. הם הזריקו להם את החיסון שניתן לכלל האוכלוסייה השנה, שיש לו רכיב של H1N1 ממקור אנושי, אבל לא ממקור של החזירים. הם אז בדקו את הנסיוב בדם של החמוסים, את החלק שמכיל נוגדנים שעוררו על ידי החיסון, כנגד צורת ההתפרצות של נגיף ה-H1N1 של החזירים. הנסיוב לא הכיל כל הגנה. הנוגדנים ספקו רק סוג אחד של הגנה שמעורר על ידי החיסון. 

נותרו מספר שאלות פתוחות לגבי בני אדם אחרי הניסוי הזה. אולי מי שקבל חיסון יקבל צורה קלה יותר של מחלת שפעת החזירים? הניסוי לא בדק אפשרות זאת.

ואולי מי שקבל בשנים עברו חיסון הוא מעט חסין או בגלל הדבקויות קודמות או בגלל חיסונים קודמים?

מסתבר שיש הרבה מידע שצריך עדין לבדוק אותו. יתכן שבכל זאת החיסון יועיל במעט. כמו למשל, האם חיסון השפעת יפעל או לפחות יגן בחלקו טוב יותר על ילדים מתחת לגיל 5 וקשישים מאשר על מבוגרים? ג’וליו פרנק, דיקן בית הספר לרפואה ציבורית של הרברד בבוסטון והמזכיר הרפואי לשעבר במכסיקו חושד שלחיסון עשויות להיות השפעות כלשהן טובות. פרנק מציין שבמכסיקו יש כיסוי חיסוני מצוין לילדים מתחת לגיל 5 ולקשישים, שתי הקבוצות שנצלו בהתפרצות. “יש סיכוי לכן שישנה לפחות הגנה חלקית”, אומר פרנק, לאחר ששהה במכסיקו סיטי באותו הזמן.

העניין בחיסון השפעת הנוכחי הוא שה-H1N1 בתוכו שונה משמעותית מהסוג החדש, אומר רוברט וובסטר, ואולם עדין זה עלול להוות את השינוי בין מי שיפתח את המחלה לבין מי שיפתח אותה בצורה קלה או אפילו לא עלינו מוות.

ומה לגבי מוטציות? כאשר סוגים של וירוס שפעת מתפשטים להם בעולם הם עשויים להשתנות גנטית ולההפך לעמידים, כמו למשל לתרופה טמיפלו Tamiflu. איך החיסון או חיסון עתידי יפתרו בעיה כזו?…

 

האם בשנה הבאה תלכו לקחת חיסון שפעת בקופת חולים?

מסתבר שלא בטוח שחיסון השפעת בסתיו הקרוב יכיל כבר חיסון נגד סוג נגיף שפעת החזירים. כבר עתה מרכזי הבקרה והמניעה למחלות בארה”ב עובדים לשכנע חברות תרופות לאסוף את החומרים שלהם הם זקוקים כדי לייצר את החיסון נגד נגיף מסוג A של שפעת החזירים. בינתיים מחלקת הבריאות ושירותי האדם של ארה”ב אמרה שלא סביר שיהיה חיסון חדש נגד שפעת החזירים ביצור והשיווק של החיסונים של אוגוסט השנה. עתה פועלים ליצור סוג דגימת וירוס יחוס עד סוף מאי השנה, שממנו חברות התרופות יוכלו להכין את החיסון. או אז מתחיל תהליך היצור, ואחר כך גם מתחילות הבדיקות שקובעות את הכמויות ומספר המנות ובדיקת הבטיחות וכדומה.

העיקר שכולם יהיו בריאים!