מחקרים

RESEARCH

מה מעניין אותך?

כל הנושאים
אמנויות
הנדסה וטכנולוגיה
חברה
מדעים מדויקים
ניהול ומשפט
סביבה
רוח
רפואה ומדעי החיים

לובי מחקרים

carousle news research: 
news research carousel: 
תמונת באנר: 
תמונת באנר: 
בחר את סוג הלובי: 
מחקרים
גארי רוזנמן והבריכה הקוונטית

מחקר

27.07.2020
עושים גלים

חוקרים הצליחו למדוד תופעה קוונטית שנחזתה בשנת 1927, ופתרו תעלומה מדעית

  • הנדסה וטכנולוגיה
  • מדעים מדויקים

לראשונה בעולם, צוות חוקרים מאוניברסיטת תל אביב הצליחו ליצור תנאי מעבדה מיוחדים, שאיפשרו להם למדוד בצורה מדעית תופעה קוונטית שנחזתה לפני כמאה שנה, אך מעולם לא נחקרה. במאמץ משותף של בית הספר לפיזיקה ולאסטרונומיה ע"ש ריימונד ובברלי סאקלר, בית הספר להנדסה מכנית ובית הספר להנדסת חשמל, בשיתוף פעולה עם חוקרים מהמכון לפיזיקה קוונטית באולם שבגרמניה, בנו החוקרים בריכת גלים מיוחדת באורך חמישה מטרים, שמדמה התפשטות גלים קוונטיים. באמצעות הבריכה, צוות החוקרים בהובלת הדוקטורנט גרי גאורגי רוזנמן, פרופ' עדי אריה, פרופ' לב שמר, מטיאס צימרמן, מקסים אפראמוב ופרופ' וולפגנג שלייך, צפו לראשונה בתופעה קוונטית בשם פאזת קנארד, שנחשבת לנדבך מרכזי בתורת הקוונטים, שנחזה בשנת 1927 אבל מעולם לא נמדד במעבדה. התגלית פורצת הדרך הובילה לפרסום שני מאמרים מדעיים ב-Physical Review Letters וב-Physical Review E - Rapid Communications.

 

גלי כבידה בבריכה

מכניקת הקוונטים היא שמה של תיאוריה מדעית, המתארת את עולם החלקיקים ברמה התת-אטומית. אחת מאבני היסוד בתורת הקוונטים היא התיאור הכפול של גופים פיזיקליים, הן כחלקיקים והן כגלים. בדומה לגלים בים, גלים קוונטיים מתארים תנודות מחזוריות במרחב ובזמן, ומתאפיינים בפאזה, או מופע. הפאזה של הגל קובעת האם בנקודה מסוימת במרחב ובזמן יהיה הגל בשיא המשרעת שלו, בשפל המשרעת או בכל מצב ביניים אחר. בשנת 1927 חזה הפיזיקאי התיאורטי ארל הסה קנארד כי חלקיק קוונטי שמופעל עליו כוח קבוע, כמו כוח כבידה על גוף בעל מסה, או שדה חשמלי קבוע על חלקיק טעון חשמלית, יצבור פאזה הקרויה כיום על שמו - פאזת קנארד.

 

"המטרה של המחקר שלנו היא לייצר פלטפורמה שמקיימת אנלוגיה מתמטית שלמה עם משוואת שרדינגר, המשוואה העיקרית של מכניקת הקוונטים, אבל בהתקן ענק שניתן לראותו בעין", מסביר רוזנמן. "הבריכה שלנו מייצרת גלי כבידה משטחיים, שמתנהגים באופן דומה לגלי חומר זעירים בעולם הקוונטי, וכך מאפשרת לנו למדוד תופעות קוונטיות במערכת מקרוסקופית. מבחינה תיאורטית יש תופעות במכניקת הקוונטים שקשה מאוד למדוד, ואנחנו מצאנו דרך לעקוף את המגבלה הזאת".

 

"תחילה זיהינו את השקילות בין מערכת קוונטית שמקיימת את משוואת שרדינגר לבין מערכת הידרודינמית של גלים שמתקדמים על פני מים", אומר רוזנמן וממשיך "בשלב השני, לקחנו את הקשר הזה שלב אחד קדימה ובנינו מערכת שמקיימת את משוואת שרדינגר וגם מפעילה כוח קבוע על הגל. על ידי שינוי הכוחות, אנחנו יכולים לראות במו עינינו כיצד חלקיקים צוברים את הפאזות שנחזו על ידי קנארד באופן תיאורטי. לפאזת קנארד עשויים להיות גם שימושים מעשיים, למשל במדידה רגישה של כוחות או בהבנה כיצד מערכות מאיצות תת-אטומיות פועלות. בימים אלה אנחנו משתמשים בבריכת הגלים כדי לצפות לראשונה באפקטים פיזיקליים אחרים, כמו צבירת הפאזה של גלים הנעים בסמוך לחורים שחורים".

מימין לשמאל: פרופ' טל אלנבוגן, מאי טל ושי קרן-צור

מחקר

19.01.2020
לרכב על הגל

חוקרים פיתחו גלי טרה-הרץ, שיזהו תרופות מזויפות ויאפשרו לבצע בדיקות דימות רפואיות בקרינה לא מייננת

  • הנדסה וטכנולוגיה
  • מדעים מדויקים

כמה פעמים חשבתם פעמיים אם לבצע בדיקה רפואית כלשהי, מחשש לנזק שהיא עלולה לגרום לכם בעקבות החשיפה לקרינה? האם שמעתם על תרופות שנמכרו במחיר זול מהרגיל, אך הסתבר שהן אינן מקוריות? קבוצת חוקרים מהמעבדה לננו אלקטרואופטיקה במחלקה לאלקטרוניקה פיזיקלית בבית הספר להנדסת חשמל באוניברסיטת תל אביב, בראשותו של פרופ' טל אלנבוגן, הצליחה לפתח שיטה חדשה שתזהה את אותן תרופות באמצעות גלי טרה-הרץ, ואף תאפשר את פיתוחם המואץ של מגוון יישומים חדשים וחיוניים בתחומי הרפואה, הטכנולוגיה, הביטחון ועוד.

 

אפילו קיר לא עוצר אותם

גלי טרה-הרץ הם גלים אלקטרומגנטיים באורכי גל קצרים מגלי מיקרו וארוכים מגלים בתחום האינפרה-אדום. לדברי פרופ' אלנבוגן, אחד היתרונות שלהם הוא האינטראקציה הייחודית שלהם עם חומרים. למשל, ניתן להשתמש בגלי טרה-הרץ כדי לזהות באופן מדויק חומרים שונים. בנוסף, גלים אלו יכולים לעבור דרך עצמים שנראים אטומים באורכי גל אחרים, כך שניתן להשתמש בהם על מנת לגלות עצמים נסתרים ואפילו את הרכבם.

 

זו הסיבה ששימוש נרחב בהם יכול לעשות מהפכה בגילוי תרופות המופצות בשוק תחת שמות מסחריים, אך לא יוצרו על ידי יצרן מקורי או כזה שלא מאושר על ידי משרד הבריאות, בזיהוי הרכב חומרים מרחוק ואפילו בהורדת סיכון החשיפה שלנו לגלי קרינה מייננים, כפי שקורה למשל בצילומי רנטגן ובדיקות דימות אחרות כמו CT או בטיפולי הקרנה לחולי סרטן, שלמרות התועלת שבהם, חשיפת יתר עלולה להזיק לבריאותנו.

 

התכונות של גלי טרה-הרץ מוכרות למדע זה זמן רב, אך עד כה היכולים לשלוט בגלים אלו היתה מוגבלת מאוד יחסית לתחומי קרינה אחרים. במעבדתו של פרופ' אלנבוגן, עם הסטודנטים שי קרן-צור ומאי טל , בשיתוף עם פרופ' דניאל מיטלמן מאוניברסיטת בראון בארה"ב וד"ר שר-לי פליישר, חוקר בביה"ס לכימיה באוניברסיטת תל אביב, הצליחו לפתח שיטה חדשה של ייצור ושליטה בגלי טרה-הרץ (Terahertz) תוך שימוש במשטחים מהונדסים בסקאלה ננומטרית, הנקראים מטא-משטחים, אשר יוצרו במרכז הננו של אוניברסיטת תל אביב, בשיטות ננו-טכנולוגיות מתקדמות.

 

תוצאות המחקר התפרסמו לאחרונה בכתבי העת NATURE Communications  ו-Nano Letters ויוצגו בתחילת פברואר 2020 בכנס הבינלאומי לאופטיקה Photonics West  שיערך בסן פרנסיסקו.

 

איך עושים גלים?

במסגרת התהליך יצרו החוקרים משטחים מרוצפים באנטנות ננו-מטריות מזהב (ננומטר שווה ערך למיליארדרית המטר), הקולטות ביעילות אור מלייזרים בעלי פעימות קצרות מאוד, ובתהליך של המרת אנרגיה הן משדרות במקומן פעימות של קרינת טרה-הרץ. על ידי שליטה באנטנות על גבי המטא-משטח הראו החוקרים שניתן לעצב את צורתה המרחבית והזמנית של פעימת הטרה-הרץ, שנוצרה בצורה שלא ניתנת להשגה באמצעים הקיימים עד כה.

 

פרופ' אלנבוגן: "ההדגמה שעשינו במעבדה פורצת דרך, מכיוון שהשימוש בחומרים ננו-מטריים והיכולת לייצר מהם אור בצורה נשלטת, מוסיפים כלים טכנולוגיים חשובים ויכולות חדשות ולוקחים את המחקר בתחום צעד גדול קדימה״.

 

לדבריו, ״היכולת לשלוט באופן מושלם בצורה המרחבית ובמאפיינים נוספים של גלי הטרה-הרץ, כפי שהודגם במחקר, מאפשרת את יישומן ופיתוחן של שיטות דימות מתקדמות, מיקרוסקופיה וספקטרוסקופיה חדשות. כך לדוגמה, ניתן יהיה לזהות מרחוק וללא שימוש בבדיקות מעבדה כימיות הרכב חומרים שונים ואת המבנה המרחבי שלהם בצורה טובה יותר, למשל זיהוי תרופות מזויפות בקלות וכן זיהוי של חומרי נפץ".

 

בשל חשיבותו הרבה זכה המחקר למימון של סוכנות ה-ERC (European Research Council) היוקרתית למענקים מחקריים של האיחוד האירופי ושל משרד המדע והטכנולוגיה.

 

מחקר

01.01.2020
מחשבים מסלול מחדש

מחקרים שהתחילו עם כיוון מסוים והגיעו למקומות אחרים לגמרי

  • הנדסה וטכנולוגיה
  • מדעים מדויקים
  • רוח
  • רפואה ומדעי החיים

תמיד אומרים לנו שהדרך חשובה לא פחות מהמטרה. זה נכון לגבי תחומים רבים בחיים, ובמיוחד למי שעוסק במחקר. גמישות, סקרנות ותשומת לב לפרטים הקטנים יכולות להוביל לחשיפת אוצרות, שבכלל לא יצאנו לחפש. החוקרות והחוקרים שלנו מספרים על מחקרים שקיבלו תפנית, בזכות הפתעות משמחות בשטח ובמעבדות.

 

תסתכלו בקנקן

משלחת חפירה ארכיאולוגית גילתה שלפעמים, ממש כמו בפתגם הידוע, כדאי להסתכל בקנקן. "באחת ממשלחות החפירות במגידו הורדנו את המחיצות המפרידות בין ריבועי החפירה, ומצאנו כלי חרס שלם מלא בעפר", מספרת נעמה ולצר, דוקטורנטית בחוג לארכיאולוגיה ותרבויות המזרח הקדום באוניברסיטת תל אביב.

 

"ארזנו אותו והתכוונו לשלוח אותו למעבדה לבדיקת שיירים מולקולאריים, כדי לגלות מה שמרו בתוך כלי חרס זה, שתוארך לסביבות 1100 לפנה"ס". הכלי נשאר במשרד ולאחר זמן מה התברר שהשימור באזור זה של החפירה לא מספיק טוב. לכן החליט הצוות לרוקן אותו מן העפר, באופן מבוקר כמובן, ושפך את תכולתו על השולחן. "את מה שחיכה לנו שם לא ציפינו למצוא: אוצר תכשיטים יקרי ערך, שנחשב לאחד המטמונים העשירים ביותר מתקופת המקרא שנמצאו בישראל!".

 

חשוב להסתכל בקנקן. כד החרס שנתגלה בחפירות מגידו. צילום באדיבות המכון לארכיאולוגיה ע״ש סוניה ומרקו נדלר

 

בין היתר, נמצאו במטמון תשעה עגילים גדולים וטבעת חותם עם חריטה של דג עשויים זהב, למעלה מאלף חרוזי זהב קטנים, מחרוזות ותכשיטים עשויים כסף. "כך מצאנו את המטמון הגדול של שטח H, שמוצג היום בתצוגה הקבועה של מוזיאון ישראל בירושלים", מסכמת ולצר.

 

אם גם אתם בעניין חפירות ואוצרות, תשמחו לדעת שהרישום לעונת החפירות במגידו בקיץ 2020 בעצומה.

 

עגילים, טבעות וחרוזי זהב. אחד המטמונים העשירים ביותר מתקופת המקרא שנמצאו בישראל. צילום באדיבות המכון לארכיאולוגיה ע״ש סוניה ומרקו נדלר

 

התיעוד הכי ארוך במקום הכי נמוך

מים שקטים חודרים עמוק, עמוק מאוד, ואפילו יכולים לחולל רעידת אדמה של ממש: "חיפשתי מקומות שבהם אפשר לדגום סלע, ששקע בסביבה שקטה על קרקעית אגם ים המלח", נזכר פרופ' שמוליק מרקו, ראש בית הספר לסביבה ולמדעי כדור הארץ ע"ש פורטר.

 

"המטרה הייתה למדוד את התכונות המגנטיות של הסלע, על מנת לשחזר את השינויים שחלו בשדה המגנטי של כדור הארץ בעבר. המידע הזה חיוני להבנת ההתנהגות של השדה, שמהווה אחת התעלומות החשובות בגאולוגיה. לחוקרים אין עדיין הסבר מניח את הדעת למנגנון שגורם לשינויים שחלים בשדה המגנטי, כגון היפוכים מפתיעים או שינויים מתמידים במיקום הקטבים המגנטיים. תוך כדי דגימה בסלעים, שנראו מסודרים כאילו ששום דבר לא הפר את שלוותם מעולם, מצאתי שכבות שנראו מבולגנות. המחקר תפס תפנית לא צפויה, ואחרי שמצאתי הוכחות לכך שאת ה״בלגן״ חוללו רעידות אדמה - זה הפך לנושא העיקרי של המחקר".

 

במקום הכי נמוך. שכבות סלע בים המלח

 

בגלל שסיסמוגרפים מודרניים קיימים רק כמאה שנה, זה זמן קצר מדי בכדי לתעד מספיק רעידות אדמה חזקות באזור מסוים, ולכן אי אפשר לדעת איך האזור מתנהג בפרקי זמן ארוכים. אצלנו בישראל למשל, יש תיעוד החל מתקופת התנ"ך (כ-3,000 שנה), וזה עדיין נחשב מעט. "אבל עכשיו יש לנו תיעוד של רעידות האדמה שקרו בסביבות ים המלח ב-220 אלף השנים האחרונות, שנחשב לשיא עולמי, היות ואין עוד תיעוד כל כך ארוך ורציף בשום מקום בעולם", מסכם פרופ' מרקו.

 

מסודרות ומבולגנות. שכבת סלע שהסדר המקורי בה הופר בין שכבות מסודרות

 

הארה ממקום לא צפוי

לקראת סיום לימודי פוסט-דוקטורט באוניברסיטת ייל, החליטה ד"ר אינס צוקר מהפקולטה להנדסה ע"ש איבי ואלדר פליישמן להנחות סטודנט לתואר ראשון במחקר קצר ומבטיח, שההיפותזה שלו התבססה על תוצאות קודמות.

 

אבל כמו שכולנו יודעים, רק דבר אחד בטוח, וכל השאר נתון לשינויים: "מטרת המחקר הייתה להראות הבדל בפגיעה בליפוזומים (מעין כדוריות מיקרוסקופיות בנויות מחלל מוקף ממברנה וממולאות בנוזל פלוריסנטי, המשמשות כיום כלי חשוב הן במחקר אקדמי של ממברנות ביולוגיות והן ברפואה), על ידי ננוחומר בשם MnO2, המיוצר במבנים שונים", מסבירה ד"ר צוקר.

 

"בעבר, הראינו דליפה של חומר פלוריסנטי (כלומר, פגיעה בשלמות הליפוזום), כתלות בתכונות פני השטח של ננוחומרים, והפעם רצינו להראות זאת כתלות במבנה. אבל... למחקר חוקים משלו - לא הצלחנו לזהות שום פגיעה כזו. רגע לפני שהמחקר נגנז, לקחנו את המערכת למיקרוסקופ פלוריסנטי, שבו ראינו למרבה ההפתעה כי הליפוזומים והננוחומר עוברים אינטראקציה מסוג שאינו נצפה בעבר בהקשר זה: הליפוזומים עוטפים את הננוחומר, אבל נשארים ככדוריות שלמות ללא דליפה! זה אכן היה נס גדול ומאיר תרתי משמע".

 

"הרבה פעמים גילויים לא צפויים מפתיעים אותנו". ד"ר צוקר במעבדה

 

הלו ספייסבוי

עוד ערב שגרתי של סקירת חלל בטלסקופ רובוטי על ידי ד"ר יאיר הרכבי מהחוג לאסטרופיזיקה בפקולטה למדעים מדויקים ע"ש ריימונד ובברלי סאקלר, הוביל לתצפית בתופעה שטרם נראתה כמותה: כוכב שחזר לחיים.

 

"לפני כמה שנים נתקלנו ב'כוכב שלא רצה למות', והמשיך להתפוצץ שוב ושוב", מספר הרכבי. "בכל לילה הטלסקופ היה מוצא המון דברים חדשים, רובם לא מעניינים. גם לגבי הסופרנובה הזו (שהיא כוכב שהתפוצץ) חשבנו בהתחלה שהיא לא מעניינת, כי כשהסקר תפס אותה לראשונה היא הייתה בשלב דעיכת האור וחשבנו שזהו, פספסנו את החלק המעניין. אבל אחרי כמה שבועות שמנו לב שהסופרנובה התחילה להתבהר מחדש, שזה משהו שלא אמור לקרות, ולכן התחלנו להתעניין ולעקוב אחרי הסופרנובה עם טלסקופים נוספים".

 

סופרנובה מתפוצצת במרחק שנות אור

 

"בדרך כלל, בפיצוץ של כוכב עוצמת האור עולה ויורדת ונעלמת אחרי כמה חודשים. במקרה הזה עוצמת האור עלתה וירדה, ואז עשתה זאת ושוב. סה״כ חמש פעמים במשך שנתיים. מה שהפתיע אותנו עוד יותר הוא שגילינו שהכוכב הזה בעצם התפוצץ כבר ב-1954, ואחרי שכוכב מתפוצץ הוא לא אמור להתפוצץ עוד פעם, כי הרי לא אמור להיות יותר כוכב אחרי הפיצוץ. עד היום אף אחד לא מצליח להסביר מה בדיוק קרה שם, ומאז לא ראינו אירוע דומה".

 

אי אפשר לדעת מה יילד לילה. ד"ר הרכבי ומצפה כוכבים בהוואי

 

לא לריב, יש מקום לכולן

קרה לכם פעם שחיפשתם פיתרון לבעיה, ועל הדרך מצאתם תשובה לשאלה נוספת, אחרת לחלוטין? זה בדיוק מה שקרה לפרופ' נועם שומרון מבית הספר לרפואה ע"ש סאקלר.

 

"רצינו לפתור זיהוי של מחלה אחת, ראינו נוספות בדרך ולכן שמנו אותן כמטרה נוספת למחקר", הוא מספר. "עקבנו אחרי אלפי נשים בהריון, כדי לאפיין מולקולות בדם היכולות להוות סמנים מוקדמים לרעלת היריון, שעשויה להופיע רק בקרב נשים הרות, החל מהשבוע ה-20 ואילך. לא רק שמצאנו אותן, אלא גם הצלחנו לאפיין בדרך מולקולות היכולות להעיד על סכרת היריון" (אין קשר בין שתי המחלות, מלבד העובדה שהן מתרחשות בהיריון).

 

"מה שמרגש בכל הסיפור הזה, הוא שכיום אין עדיין דרך לזהות בבדיקת דם פשוטה בשליש הראשון להיריון מחלות הפורצות רק בשליש השני או השלישי, אבל התגלית שלנו תאפשר לפתח בדיקות פשוטות מסוג זה עבור שתי המחלות, כדי לנקוט אמצעי מניעה כבר בשלבים מוקדמים ולהבטיח את שלום האם והעובר".

 

פרופ' שומרון מספר על התגלית המקרית באירוע "אתנחתא"

 

אוניברסיטת תל אביב עושה כל מאמץ לכבד זכויות יוצרים. אם בבעלותך זכויות יוצרים בתכנים שנמצאים פה ו/או השימוש שנעשה בתכנים אלה לדעתך מפר זכויות, נא לפנות בהקדם לכתובת שכאן >>
אוניברסיטת תל-אביב, רחוב חיים לבנון 30, 6997801.
UI/UX Basch_Interactive