מחקרים

RESEARCH

מה מעניין אותך?

כל הנושאים
מוזיאון הטבע
אמנויות
מוח
הנדסה וטכנולוגיה
חברה
מדעים מדויקים
ניהול ומשפט
סביבה וטבע
רוח
רפואה ומדעי החיים
תחליקו את זה

מחקר

07.08.2018
תחליקו את זה

חוקרים מאוניברסיטת תל אביב פיתחו מנגנון פורץ דרך, המוריד כמעט לאפס את החיכוך בין משטחים המחליקים זה על זה, וכך חוסך באנרגיה ומונע שחיקה

  • מדעים מדויקים
  • מדעים מדויקים

חוקרים מבית הספר לכימיה בפקולטה למדעים מדויקים ע"ש ריימונד ובברלי סאקלר, פיתחו מערכת מהפכנית, המבטלת כמעט לחלוטין את החיכוך בין משטחים. הפיתוח החדש קיבל את הכינוי "על-סיכה", והוא מסוגל לבטל כמעט לחלוטין את החיכוך בין משטחים מיקרומטרים (מיקרומטר הוא אלפית המילימטר). בשביל מה זה טוב, אתם שואלים? ובכן, ביטול חיכוך בין משטחים יכול למנוע שחיקה ולחסוך אנרגיה רבה - החל בהארכת חיי מנועי מכוניות וכונני מחשב, דרך מניעת בלאי במסבי לוויינים, וכלה בשיפור פעולת מזרקים רפואיים ואפילו מפרקי גופנו.

 

מערכת סופר-על לביטול חיכוך

נושא החיכוך מעסיק את עולם המחקר כבר שנים רבות, וחוקרים רבים מחפשים את הפתרונות לצמצומו או אף לביטולו. לפיתוח החדש אחראיים פרופ' מיכאל אורבך ופרופ' עודד הוד מהאוניברסיטה, בשיתוף עם פרופ' מינג מא ופרופ' קוואנשואי ז'נג, מאוניברסיטת צינגחואה שבבייג'ין. מחקרם פורסם בכתב העת היוקרתי Nature Materials.

 

"חיכוך הוא כוח פיזיקלי בסיסי המופיע בכל מנגנון מכני. לעיתים קרובות החיכוך הוא חיוני לפעולת המערכת, אך פעמים רבות הוא גם גורם לשחיקה ולאובדן אנרגיה," מסביר פרופ' אורבך. "קיימות הערכות לפיהן כ-30% מהאנרגיה המסופקת על-ידי דלק בכלי-רכב אובדת עקב חיכוך, ולכך יש להוסיף את הנזק הכרוך בשחיקה ובבלאי. מסיבה זו מנסים מדענים בכל העולם לפתח מערכות, שיפחיתו משמעותית את רמת החיכוך בין גופים.

 

כבר בשנת 1993 הוטבע המונח "על-סיכה" על ידי קבוצת חוקרים יפניים, שהוכיחו כי מצב של חיכוך אולטרה-נמוך אפשרי מבחינה תיאורטית. עם זאת, עד היום לא יושמה מערכת על-סיכה ממשית במנגנונים מכניים שגודלם מעל ננומטרים ספורים (ננומטר הוא מיליונית המילימטר)".

 

לעשות סדר במבנה האטומי

במחקרם יצאו פרופ' אורבך ופרופ' הוד מנקודת הנחה, כי כשמניחים זה על גבי זה שני משטחים בעלי מבנה מולקולרי זהה – המשטחים יתקבעו בהתאמה אחד לשני, ולכן התנועה שלהם תהיה קשה וכרוכה בחיכוך רב. אולם אם מוצאים חומרים שהמבנה המולקולרי שלהם שונה, ומחליקים אותם זה על זה – התנועה תתרחש בקלות וכמעט ללא חיכוך. "דמיינו לעצמכם שני קרטוני ביצים המונחים זה על זה בהתאמה מלאה. קשה יהיה להניע אותם זה גבי זה. אולם אם רק נשנה את הכיוון בו הם מונחים – התנועה תהיה קלה בהרבה", מסביר פרופ' הוד.

 

לצורך הניסוי הם ציפו שני רכיבים מכניים בחומרים בעלי מבנה אטומי דומה, אך לא זהה. את הראשון ציפו בגרפן, העשוי שכבות פחמן בעובי אטום אחד בלבד, ומבנהו הגבישי דמוי כוורת משושים, ואת השני בגרפן לבן, הדומה לו מאוד במבנהו, אך נבדל ממנו בגודל המשושים. כתוצאה מהבדל זה, ידעו החוקרים כי לעולם לא תהיה התאמה מלאה בין שני המשטחים, והניחו כי הם יחליקו זה על זה בקלות, בכל כיוון. זאת בניגוד לשני משטחים העשויים מאותו חומר, שהם בעלי מבנה זהה, ולכן ננעלים זה בתוך זה, בדומה לקרטוני הביצים.

 

"המחקר מבוסס על עבודה תיאורטית שביצענו, שחזתה כי הממשק בין משטח של גרפן לבין משטח גרפן לבן, צפוי להציג על-סיכה ללא תלות בכיווניות היחסית של המשטחים", אומר פרופ' הוד. "המשמעות היא שאם נצפה שני רכיבים מכניים הנעים זה על זה, האחד בגרפיט (רב שכבה של גרפן) והשני בגרפיט לבנה (רב שכבה גרפן לבן), אנו צפויים לקבל על-סיכה יעילה ביותר".

 

עמיתיהם של פרופ' הוד ופרופ' אורבך באוניברסיטת צינגחואה ביצעו סדרת ניסויים, שהוכיחה את התיאוריה הלכה למעשה. התוצאות המרשימות הושגו במשטחים ריבועיים בעלי צלע באורך 3 מיקרון, ושטח מגע הגדול פי מיליון מניסויים קודמים. "המדידות של עמיתינו הסיניים, שנתמכו בחישובים שלנו, הראו חיכוך אולטרה-נמוך בין שני המשטחים, כשהם מחליקים זה על זה בכל זווית שהיא," אומר פרופ' הוד. "למעשה, מדובר בעל-סיכה המקטינה את החיכוך פי אלף בהשוואה לרמת החיכוך המכנית המוכרת לכולנו מחיי היומיום".

 

החיים ללא חיכוכים

הממצאים המעודדים, אשר מהווים למעשה פריצת דרך, יכולים להשפיע על חיינו בתחומים רבים. חלקם בעלי פוטנציאל לשימוש טכנולוגי כבר היום. "אנחנו צופים אינספור יישומים לטכנולוגיית העל-סיכה שפיתחנו. משטחים שגודלם מספר מיקרונים, כמו אלה שבנינו, יכולים להתאים כבר היום למכשירים זעירים, כמו רכיבי שעונים מכניים ואוטומטים, הנחשבים היום לפריטי אספנות יקרים, ולהתקנים מיקרו-אלקטרו-מכניים דוגמת חיישני תאוצה ולחיישנים כימיים", מסכם פרופ' אורבך ומוסיף "אנו מאמינים שבעתיד יפותחו גם משטחים גדולים יותר, שיותקנו במנועי מכוניות, במסבי לוויינים, ואולי אף בגוף החי. מערכות על-סיכה כאלה יחסכו כמות אדירה של אנרגיה, וימנעו בלאי ושחיקה בכל סוגי המנגנונים, החל במנועים ובמזרקים רפואיים, וכלה במפרקים שבגופנו".

 

 

פרופ' ישראל פינקלשטיין ופרופ' אלי פיאסצקי נזכרים איך הכל התחיל (צילום: יורם רשף)

מחקר

05.07.2018
החתיכה החסרה - השידוך שנולד בחפירות תל מגידו

כיצד הכימיה שנוצרה בין חוקרי ארכיאולוגיה ופיזיקה, הביאה לתגליות פורצות דרך על תקופת התנ"ך

  • מדעים מדויקים
  • רוח
  • מדעים מדויקים
  • רוח

לפעמים דווקא כשלא מחפשים מוצאים את הפתרונות המבוקשים מתחת לאף. פרופ' ישראל פינקלשטיין, מהחוג לארכיאולוגיה ותרבויות המזרח הקדום ע"ש יעקב מ' אלקוב באוניברסיטת תל אביב, גילה בשנת 1998 ממצא מעניין מאוד במהלך חפירות תל מגידו, אותן ביצע עם תלמידיו. בין החופרים הוא הבחין באדם שמראהו לא כל כך התאים לפרופיל הסטודנט הטיפוסי. היה זה פרופ' אלי פיאסצקי, מבית הספר לפיסיקה ולאסטרונומיה בפקולטה למדעים מדויקים ע"ש ריימונד ובוורלי סאקלר, שהשתתף בחפירות במסגרת לימודי התואר שלו בארכיאולוגיה. השניים החלו לשוחח, וכך נולד מחקר בינתחומי משותף הנמשך גם היום, שני עשורים מאוחר יותר, אשר שינה את תפיסת חוקרי כתבי התנ"ך לגבי כתיבתם.

 

מתי כתבו את התנ"ך?

מה שהעסיק אז את מי שעמד בראש אתר החפירות בתל מגידו היה הניסיון לערוך מיפוי כרונולוגי של כתבי תנ"ך אשר נכתבו בתקופת הברזל (Iron age) בישראל הקדומה, ולהוכיח כי עד כה התיארוך לא היה מדויק. "כבר בשנת 1996 פרסמתי מאמר ובו כתבתי כי ישנה סטייה של 100 שנים לגבי ההערכות לתקופת כתיבת חלקים מהתנ"ך", מספר פרופ' פינקלשטיין. תקופת הברזל נמשכה במזרח התיכון בכלל ובישראל בפרט מסוף האלף השני לפנה"ס ועד שנת 586 לפנה"ס, אז נחרב בית המקדש הראשון.

 

"עד אז תיארכו כתבים על פי שיקולים מקראיים", מסביר פרופ' פינקלשטיין ומוסיף "אפשר לומר שההיסטוריה התנ"כית הכתיבה את דרכם של החוקרים, והארכיאולוגיה בעצם שימשה ככלי להוכחת אמיתות סיפורי התנ"ך. אני האמנתי שהגיע זמנה של הארכיאולוגיה לתפוס את קדמת הבמה". מאמרו עורר הדים ומהומה בקרב אנשי המחקר בעולם, והוא הבין שהוא זקוק לכלי תיארוך מדויק יותר ולמתמטיקאי מוכשר שיסייע לו בכך. פרופ' פינקלשטיין הציב בפני ידידו אתגר – לדייק את תיארוך הממצאים שהתגלו בחפירות ולהוכיח את טענתו.

 

בעזרת שימוש בשיטת תיארוך פחמן 14 (radiocarbon) על מאות פריטים שנאספו ונבדקו, הציגו פרופ' פיאסצקי ופרופ' פינקלשטיין ציר זמן חדש ומדויק בהיסטוריה של ישראל הקדומה, אשר התפרסם במגזין היוקרתי הניו יורק טיימס, והיה לבעל השלכות ארוכות טווח על מחקרי תקופת המקרא מאז ואילך.

 

אתר החפירות בתל מגידו, המקום בו החל המחקר המשותף

 

האלגוריתם שיודע לקרוא שפות עתיקות

גם היום ממשיכים פרופ' פיאסצקי ופרופ' פינקלשטיין לחקור ולשחזר את ההיסטוריה. שילוב תחומי המחקר השונים כל כך ממשיך להוליד תגליות פורצות דרך גם באתרי חפירה אחרים, בהם תל ערד לדוגמא, שלמרות ההמעטה בחשיבותו האסטרטגית בתקופת המקרא הביא לתגליות מרעישות שהפתיעו את עולם המחקר.

 

בין ממצאי מצודת תל ערד שנחשפו כבר לפני שנים גילו החוקרים כתובות דיו על גבי חרסים שאף אחד לא היה מודע לקיומן, והצליחו לפענח כמה אנשים עסקו במלאכת הכתיבה במצודה העתיקה.

 

"מצודת תל ערד ניצבת כקפסולת זמן מהעבר. נראה כי לפני כ-2,600 שנה היא שימשה, למשך תקופה קצרה, כתחנת מנוחה קטנה לאלו העושים את דרכם לירושלים, הנמצאת במרחק של כחמישה ימי מסע ממנה", מתאר פרופ' פינקלשטיין. "אנחנו רצינו לדעת מי כתב על החרסים שנמצאו שם ומי קרא בהם, מפני שידענו שאם נצליח לקבוע מתי הפך הכתב לכלי שימושי ונגיש לחברה – נוכל להאיר על השאלה מתי נכתבו הטקסטים התנ"כיים המוקדמים וללמוד על הממשל ועל האוריינות בתקופת ממלכת יהודה".

 

רשימת אפסנאות בת אלפי שנים

שני הפרופסורים איחדו כוחות והרכיבו יחד צוות שכלל ארכיאולוגים, היסטוריונים, פיסיקאים, מתמטיקאים ומדעני מחשבים כדי לנתח את כתבי היד ולקבוע כמה ידיים עסקו במלאכת הכתיבה על החרסים.

 

הם השתמשו בטכנולוגיות חדישות של עיבוד תמונה ולמידה חישובית (multispectral imaging), אשר מצליחות לחשוף כתובות ולשפר את איכותן, והשוו כתבי יד תוך שימוש באלגוריתמים שפותחו במיוחד לשם כך על ידי הצוות. מה שהם קראו שם היה מפתיע: השורות החדשות שנתגלו היו מכתב בקשה להנפקת יין ומזון ממחסני מצודת תל ערד לאחת היחידות הצבאיות באזור. נמען המכתב היה אפסנאי המצודה ואילו המוען היה קצין מבאר שבע.

 

מעבר למידע אודות מה אכלו ושתו שם בתקופה ההיא, חשפו החוקרים את העובדה כי גם אחרון האפסנאים ידע קרוא וכתוב, וגם למדו כמה מלים חדשות שלא היו מוכרות עד אז ואינן מופיעות בתנ"ך. "מן התוכן של המכתבים אנו למדים שהאוריינות חלחלה אל רבדים נמוכים במנהל הצבאי של הממלכה. אם משליכים נתונים אלה על אזורים אחרים של יהודה, ומניחים שזה היה המצב גם בחוגי המנהל האזרחי ובין הכוהנים, מקבלים רמת אוריינות ניכרת. רמה כזו של אוריינות מהווה רקע נאות לחיבור של טקסטים מקראיים" מסביר פרופ' פינקלשטיין.

 

עם הפנים לעתיד

אחרי שלמדו על העבר מסבירים פרופ' פינקלשטיין ופרופ' פיאסצקי מה אפשר לעשות בעזרת הטכנולוגיות הייעודיות הללו גם בשנות האלפיים. "יש שישאלו מה גורם לסטודנט למתמטיקה לפתח כלים לניתוח כתבי יד עתיקים. אך למעשה, סוג זה של אנליזה שימושי גם היום, ויכול לעזור גם לעורכי דין, לבנקים ולמשטרה. יתרה מזאת, אנו מוצאים פתרונות לאתגרים, כמו פענוח כתובות הדיו שנמצאו על משטחי חמר מחוספסים שהיו דהויים, וחסרו בהם חתיכות. אם האלגוריתם שלנו יכול לנתח כתבים עתיקים בתנאים כאלו – חשבו מה הוא יכול לעשות עם כתבי יד מודרניים, הנכתבים על פני נייר חלק ונקי", אומר פרופ' פיאסצקי.

 

פרופ' פינקלשטיין ממשיך אותו ואומר "כשאנו באים לבחון כתבי יד אנו צריכים להתמודד עם בעיה של סובייקטיביות. כולנו מגיעים עם תפיסות מוקדמות, ומשכנעים את עצמנו שאנו רואים אות זו או אחרת. למחשב אין בעיה כזו. הוא מודד אורכם של קווים ומידתן של זוויות, ועורך את ההשוואות המספריות. הצעד הבא שלנו הוא שילוב שיטת הצילום המולטי-ספקטראלית כבר בתהליך החפירות. תהליך זה יכול לשפר באופן דרמטי מתודולוגיות חפירה, על ידי קביעה בזמן אמת אם שבר של כלי חרס מסוים הינו בעל ערך או לא. אין ספק שהארכיאולוגיה עברה שינוי דרמטי כשחברה למדעים המדויקים בעזרת העבודה המתמטית על השוואת כתבי יד רישום אחד יכול לשנות את האופן בו אנו מבינים את ההיסטוריה".

מחקר

04.03.2018
הוכחה מוחשית ראשונה לקיומו של החומר האפל ביקום

בעזרת גלי רדיו מתקופת היווצרותן של הגלקסיות הצליח פרופ' רנן ברקנא לשפוך אור על אחת התעלומות הגדולות באסטרונומיה

  • מדעים מדויקים
  • מדעים מדויקים

קהילת האסטרונומיה בעולם גועשת בימים אלה בעקבות גילוי כפול, מפתיע במיוחד: ראשית, קליטה ראשונה של גלי רדיו מתקופה עלומה בתולדות היקום הקדום, בה החלה היווצרות הכוכבים והגלקסיות; ואולי חשוב מכך: תכונותיהם המפתיעות של גלי הרדיו שנקלטו שופכות אור על תעלומה גדולה נוספת – קיומו של החומר האפל.

 

ההסבר כי ממצאיו המפתיעים של טלסקופ הרדיו מהווים עדות ממשית ראשונה לקיומו של חומר אפל ניתן על ידי פרופ' רנן ברקנא, ראש החוג לאסטרונומיה בבית הספר לפיזיקה ואסטרונומיה של אוניברסיטת תל אביב. המאמר התפרסם בכתב העת היוקרתי Nature בפברואר 2018.

 

"חומר אפל הוא חומר שאיננו יכולים לצפות בו באופן ישיר, כמו שאנו צופים בעולם הפיזי הסובב אותנו, הכולל חלקיקים ואטומים, וגם כוכבים וגלקסיות," מסביר פרופ' ברקנא. "עד היום, העדות היחידה לקיומו של חומר אפל הייתה כוח הכבידה שהוא מפעיל, שמסביר מגוון תופעות ביקום. לדוגמה: כוחות כבידה גורמים לגלקסיה שלנו, שביל החלב, להסתובב כספירלה במהירות עצומה. אך מאסת החומר הנצפה והנמדד בגלקסיה אינה מספיקה כדי להסביר מהירות כה גבוהה. ההנחה היא שהמאסה החסרה היא חומר אפל. למעשה, על פי חישובי האסטרונומים, החומר האפל מהווה יותר מ-80% מכלל החומר ביקום, וחוקרים בכל העולם מנסים לגלות הוכחות ממשיות לקיומו."

 

אות ראשון מעידן קדום

התגלית המתפרסמת כעת החלה בקליטת אות גלי רדיו בטלסקופ הרדיו EDGES שבאוסטרליה, במסגרת מחקר שערכו חוקרים מאוניברסיטת אריזונה סטייט בארה"ב. "טלסקופים כאלה נועדו לקלוט אותות רדיו מהיקום הקדום," אומר פרופ' ברקנא. "על פי אורך הגל, אנחנו יודעים מאיזו תקופה הוא הגיע בתולדות היקום. האות המסוים הזה הינו הראשון שהגיע אלינו מעידן מסקרן, שאנו יודעים עליו מעט מאוד: העידן שבו החלו להיווצר כוכבים וגלקסיות, לפני 13 וחצי מיליארדי שנה. עם זאת, האות שנקלט התאפיין בנתונים מפתיעים, שעוצמתם גדולה משמעותית מהצפוי, והחוקרים תהו מדוע. הם הפנו את השאלה הזאת אליי."

 

פרופ' ברקנא העריך כי המדידה המפתיעה של אות הרדיו קשורה לטמפרטורה של אטומי המימן שריחפו בחלל באותו עידן קדום. מדובר בטמפרטורה קרה מאוד, של כ-10 מעלות מעל האפס המוחלט, כלומר מינוס 263 מעלות צלסיוס - מכיוון שהשמשות (הכוכבים) וקרינתן המחממת עדיין לא נוצרו. אותם אטומי מימן בלעו אותות רדיו שמקורם בקרינה הקוסמית, וככל שהיו קרים יותר, כך עלתה רמת הבליעה. טלסקופ גלי הרדיו, שקולט היום את האותות הקדומים, מודד למעשה את אותה בליעה.

 

תבנית של גלי הרדיו בשמיים שנוצרת מהשילוב של קרינה מהכוכבים הראשונים והשפעת החומר האפל. האזורים הכחולים הם אלה שבהם החומר האפל קירר במיוחד את החומר הרגיל. קרדיט: פרופ' רנן ברקנא.

 

העברת אנרגיה לחומר קר יותר ממימן

"עוצמת בליעת אות הרדיו שנקלט העידה כי טמפרטורת המימן באותו עידן קדום הייתה נמוכה אף יותר מהמינימום שנחשב לאפשרי עד כה," אומר פרופ' ברקנא. "הדרך היחידה להתקררות נוספת היא העברת אנרגיה – לחומר שהוא קר עוד יותר. והמועמד היחיד לקליטת האנרגיה העודפת מאטומי המימן הוא החומר האפל – שהטמפרטורה שלו ביקום הקדום הייתה קרובה עוד יותר לאפס המוחלט." כך מוכיחה התגלית שהחומר האפל אכן קיים, ויותר מכך, שהוא מורכב מחלקיקים – שהתנגשו עם אטומי המימן וקלטו מהם אנרגיה. בניגוד להשערות קודמות, חלקיקים אלה הם ככל הנראה חלקיקים קלים, שאינם כבדים בהרבה מאטומי המימן. 

 

"המחקר בנושא קליטת ופיענוח גלי רדיו מהיקום הוא תחום פעיל ומתפתח. נכון להיום נבנים בעולם טלסקופי רדיו משוכללים יותר, במיוחד ה-SKA, שיהיה מערך טלסקופי הרדיו הגדול בעולם. אנחנו מאמינים שבאמצעותם נוכל לקלוט גלי רדיו נוספים המעידים על קיומו של החומר האפל, ואני מנבא שתהיה להם תבנית מובהקת, שניתנת לזיהוי מיידי. אין ספק שצפויות לנו עוד הרבה תצפיות ותגליות מרתקות!" מסכם פרופ' ברקנא.

מחקר

21.11.2017
איך מודדים חור שחור?

שיטה חדשה למדידת המסה של חורים שחורים יכולה לגלות דברים חדשים על התפתחות הגלקסיות

  • מדעים מדויקים
  • מדעים מדויקים

במרכזן של רוב הגלקסיות ישנו חור שחור. לא סתם חור שחור, אלא חור שחור ענק או על-מסיבי (supermassive), כזה שהמסה שלו היא בין 100 אלף ל-10 מיליארד מסות שמש. חור שחור הוא גרם שמים בעל שדה כבידה כה חזק, עד ששום חומר, אפילו לא אור, אינו יכול להתנתק ממנו. מדובר בתופעה שתמיד סיקרנה חוקרים, והמחקר העכשווי בתחום עוסק בקשרים השונים בין החורים השחורים ובין הגלקסיות בהן הם שוכנים, ובהשפעה של החורים על התפתחות הגלקסיות החל מן הזמן בו הן נוצרו לראשונה, כשגילו של היקום היה פחות מ-4 מיליארד שנים.

 

עננים שחורים

מדידת מסת החורים השחורים, בשיטות שונות, היא מכשיר מרכזי במחקרים כאלה, ולמידת הדיוק במדידה כזו משמעויות רבות. השיטה הנפוצה ביותר היום מבוססת על מדידת מיקומם ומהירותם של ענני גז הנמצאים ליד חורים שחורים "פעילים" – כאלה הסופחים אליהם חומר מן הסביבה ותוך כדי התהליך פולטים לחלל כמויות אדירות של קרינה, העולה במקרים רבים על כמות הקרינה הנפלטת מכל כוכבי הגלקסיה. מגבלות השיטה נובעות, בעיקר, ממידע חלקי בלבד על מיקומם ואופן תנועתם של אותם ענני הגז.  

 

במחקר חדש שהתפרסם בכתב העת Nature Astronomy, מציעים חוקרים דרך חדשה לשפר בצורה משמעותית ביותר, יחסית למדידות שהתבצעו בעבר, את השיטה הנוכחית למדידת המסה של חורים שחורים. קבוצת המחקר חוצת היבשות כוללת את פרופ' חגי נצר מבית הספר לפיזיקה ולאסטרונומיה באוניברסיטת תל אביב, ד"ר חולין מחיה-רסטרפו ופרופ' פאולינה לירה מאוניברסיטת צ'ילה, ד"ר בני טרכטנברוט ממכון ETH בציריך, וד"ר דן קפלופו מאוניברסיטת מקגיל בקנדה.

 

המחקר מבוסס על מדידות ספקטרליות מפורטות ביותר (מדידות של אור הנפלט מגלקסיות רחוקות), מן האולטרא-סגול ועד לאינפרא-אדום, של כ-40 חורים שחורים פעילים השוכנים בגלקסיות שגילן כ-4 מיליארדי שנים. המחקר התבצע בעזרת טלסקופי ענק במצפה האירופי הדרומי ESO (European Southern Observatory). הוא איפשר לחוקרים למפות בצורה מדויקת את הפליטה הנפלטת מגוף המכונה "דיסקת ספיחה", סמוך מאד לחור השחור וקרוב הרבה יותר מענני הגז המשמשים למדידות המסה. החוקרים שניתחו את מאפייני הקרינה, מצאו שניתן למדוד בעזרתה את מסת החור השחור בדיוק רב. זוהי שיטה נוספת, בלתי תלויה בשיטה שהייתה מקובלת עד עתה, והתבססה על תנועת ענני הגז הרחוקים. היא מאפשרת לכייל ולתקן את תוצאות המדידה של השיטה הישנה כך שהמסה הנמדדת תהיה מדויקת יותר.

 

איך התנהגו הגלקסיות כשהיו צעירות?

לדברי פרופ' חגי נצר, "ניתן יהיה בעתיד לערוך תיקונים מעין אלה למדידות המסה הישנות במרבית החורים השחורים הפעילים." פרופ' נצר, העוסק מזה שנים רבות בפיתוח שיטות מדידת מסה של חורים שחורים, סבור כי הדבר יאפשר הבנה טובה יותר של הדרך בה חורים שחורים גדולים שהתפתחו ביקום הצעיר, השפיעו על הגלקסיות הצעירות שנוצרו באותה התקופה.

 

"במיוחד יש לצפות לשיפור משמעותי בהבנת התהליכים הקושרים בין הגלקסיות והחורים השחורים ביקום הצעיר, כאשר גילו היה פחות מ-4 מיליארד שנים. לדוגמא, ככל שהחור השחור גדול יותר וסופח אליו יתר גז, כך גדלה השפעת הקרינה הנפלטת מדיסקת הספיחה על הסביבה. קרינה כזו יכולה "לנקות" את הגלקסיה מענני הגז מהם נוצרים כוכבי הגלקסיה וכך להגביל ואפילו לעצור את התפתחותה. "מדידה מדויקת יותר של מסת החור השחור תאפשר לחשב טוב יותר את התהליך בו הפכה גלקסיה קטנה ביקום הקדום לגלקסיה ענקית ביקום הנוכחי", מסכם פרופ' נצר.

 

תיאור סכמתי של האזורים השונים ליד חור שחור פעיל (קרדיט: ריקרדו רמירז)

בתמונה: תיאור סכמתי של האזורים השונים ליד חור שחור פעיל. בצהוב ובאדום - דיסקת גז חם בעזרתה התבצעה מדידת המסה החדשה, וענני גז רחוקים (בצבע חום) שבאמצעותם התבצעו המדידות הקודמות (קרדיט: ריקרדו רמירז).

מחקר

07.11.2017
חשיפה: התגלית שהפיזיקאים שקלו לשמור בסוד

מדענים מאוניברסיטת תל אביב נדהמו לגלות כי ניתן להפיק כמות עצומה של אנרגיה מהיתוך חלקיקי יסוד הקרויים קווארקים  - פי 10 מהאנרגיה המופקת מהיתוך גרעיני

 

  • מדעים מדויקים
  • מדעים מדויקים

עם הכוח והידע באה גם אחריות גדולה. בעקבות גילוי הביקוע הגרעיני בשנות ה-30 של המאה הקודמת, נוצרו יישומים נפלאים ונוראיים - מצד אחד אנרגיה גרעינית, שהיא נקייה יותר משריפת דלק או פחם, ומצד שני נשק גרעיני – הנשק ההרסני ביותר בתולדות האנושות.

 

לכן, כאשר פרופ' מארק קרלינר מבית הספר לפיזיקה ולאסטרונומיה באוניברסיטת תל אביב ועמיתו ג'ונתן רוזנר מאוניברסיטת שיקגו, הצליחו לחשב את כמות האנרגיה שעשויה להיווצר מהיתוך של סוגים שונים של קווארקים – חלקיקי יסוד שהם מאבני הבניין הבסיסיות ביותר של החומר ביקום, ומצאו כי היא עשויה להיות גדולה פי 10 מהאנרגיה שנוצרת בהיתוך גרעיני, לא פלא שהם שקלו לשמור את התגלית שלהם בסוד.

 

"היתוך גרעיני הוא תהליך מוכר, שבו מתמזגים גרעיני אטומים ופולטים אנרגיה. התהליך מתרחש באופן טבעי בליבות כוכבים ביקום, כמו השמש שלנו, ולמצער בני האדם למדו לנצל אותו בפצצות מימן." מסביר פרופ' מארק קרלינר מבית הספר לפיזיקה ולאסטרונומיה באוניברסיטת תל אביב. "כיום נעשים ניסיונות להשתמש בתהליך זה לייצור אנרגיה בכורי היתוך גרעיני, אך ניסיונות אלה טרם הבשילו לרמה תעשייתית. במקביל, מדענים שואלים כבר זמן רב אם קיים גם היתוך בין חלקיקים זעירים יותר: חלקיקי יסוד הקרויים קווארקים, המהווים אבני בניין בסיסיות של החומר ביקום. שני סוגי הקווארקים הקלים ביותר מרכיבים את הפרוטונים והנויטרונים המצויים בתוך גרעיני האטומים. קווארקים אחרים, כבדים יותר, מרכיבים 'בני דודים' של הפרוטון והנויטרון, המכונים באריונים."

 

לפני חודשים אחדים גילו פיזיקאים ניסיוניים, במאיץ החלקיקים CERN הסמוך לג'נבה שבשווייץ, חלקיק מסוג חדש - באריון המכיל שני קווארקים כבדים מהסוג הקרוי 'קסום' (charm) וקווארק קל אחד. המסה של החלקיק החדש תואמת במדויק   חישוב תיאורטי שביצעו פרופ’ קרלינר ושותפו פרופ' רוזנר כבר בשנת 2014. התגלית הניסיונית, המאשרת את החיזוי התיאורטי, עוררה הדים רבים בקהילה המדעית בעולם.

 

כוחה של נוסחה

פרופ' קרלינר ופרופ' רוזנר הבינו כי המדידה המדויקת של מסת החלקיק בעל שני הקווארקים 'הקסומים' מאפשרת להם לראשונה לדמות תהליך של היתוך ברמת הקווארקים, ולחשב את תוצאותיו. "חישבנו מה קורה כשבאריון מהסוג שהתגלה במאיץ נוצר מהיתוך של שני באריונים שכל אחד מהם מכיל קווארק 'קסום' אחד," אומר פרופ' קרלינר. "בהיתוך כזה הקווארקים למעשה נארזים בצורה יעילה יותר. שני הקווארקים הכבדים, שקודם לכן היו נפרדים לחלוטין, נקשרים זה לזה בקשר חזק ביותר, ולכן נפלטת אנרגיה רבה. בלשון אחרת, אריזה יעילה יותר של קווארקים בתוך באריונים משחררת אנרגיה, בדיוק כשם שאריזה יעילה יותר של פרוטונים ונויטרונים משחררת אנרגיה בתהליך היתוך גרעיני רגיל."

 

"בהינתן המסה של החלקיקים המעורבים, לפני ואחרי ההיתוך, ניתן לחשב במדויק את כמות האנרגיה הנפלטת, בעזרת הנוסחה הידועה של אלברט איינשטיין, e=mc²." החישוב הראה שכמות האנרגיה הנפלטת בהיתוך בין שני באריונים בעלי קווארק 'קסום' היא 12 מיליון אלקטרון-וולטים, כמות דומה לזו הנפלטת בהיתוך גרעיני בין שני איזוטופים כבדים של מימן.

 

בהמשך ביקשו החוקרים לחשב מה יתרחש בהיתוך של שני קווארקים כבדים יותר - קווארקים מהסוג 'התחתון' (bottom), הכבדים פי 3 מקווארקים 'קסומים'. מכיוון שהתברר כי הם חזו במדויק את המסה של באריון בעל שני קווארקים 'קסומים', הם הסתמכו כעת על חיזוי נוסף, מאותו מאמר מ-2014, לגבי מסה של באריון בעל שני קווארקים 'תחתונים'. החישוב העלה כי כמות האנרגיה שתיפלט במקרה כזה גדולה כמעט פי 10 מזו הנוצרת בהיתוך גרעיני.

 

צפירת הרגעה

"חשוב להדגיש שלמרות שהממצאים שלנו עוררו עניין רב מבחינה תיאורטית, אין להם כל יישום מעשי," מסכם פרופ' קרלינר. "היתוך גרעיני המתרחש בכור, או להבדיל, בפצצת מימן, הוא תגובת שרשרת במצבור של חלקיקים רבים, וכך נוצרת כמות עצומה של אנרגיה. דבר כזה אינו אפשרי בהיתוך של קווארקים כבדים, פשוט מפני שלא ניתן לצבור את 'חומר הגלם' לתהליך ההיתוך. הקווארקים הכבדים מתפרקים עשירית פיקו-שנייה (*10-13 שנייה) לאחר שנוצרו. אילו חשבנו לרגע שלגילוי שלנו יש יישום מסוכן כלשהו, לא היינו מפרסמים אותו."

 

מחקר

17.10.2017
לראות ולמשש את היקום: גלי כבידה נצפו מהתמזגות שני כוכבי נויטרונים שלוותה בפיצוץ

מדענים מאוניברסיטת תל אביב שותפים לתגלית המרעישה שבה נקלטו לראשונה בהיסטוריה הן גלי הכבידה והן קרינת האור של האירוע האסטרונומי

  • מדעים מדויקים
  • מדעים מדויקים

תארו לכם שהיינו יכולים לצפות באירועים אסטרונומיים שקרו לפני מאות מיליוני שנים, לא רק באמצעות גלי אור, אלא בדרכים נוספות שישלימו את התמונה הגדולה ויפתחו פתח להבנה רחבה יותר של סודות היקום. השבוע, לראשונה בהיסטוריה, נפתח פתח כזה, והוא מכה גלים בקהילה המדעית בכל העולם: התמזגות של שני כוכבי נויטרונים אי-שם ביקום שהתרחשה לפני כ-130 מיליון שנות אור, נקלטה לפני חודשיים (17.8.17) על ידי שני הגלאים של הפרויקט האמריקאי LIGO וגלאי אירופי בשם Virgo. הגלאים קלטו גלי כבידה, שקיומם נחזה על ידי אלברט איינשטיין לפני 100 שנה, מאירוע ההתמזגות של שני הכוכבים, ובמקביל נצפה הפיצוץ האדיר בעזרת מגוון גדול של טלסקופים על כדור הארץ ובחלל.

 

התגלית איששה תגלית מרעישה קודמת, מספטמבר 2016, שבה נקלטו לראשונה בהיסטוריה גלי כבידה מהתמזגות של שני חורים שחורים, אך שם ללא פיצוץ נראה. תגלית זו, שבה משולבות לראשונה מדידות של אור ושל גלי כבידה, מבשרת עידן חדש בחקר היקום.

 

הקהילה האסטרונומית מתכוננת ליום הזה כבר כמה שנים, ומיד עם היוודע דבר גילויים של גלי כבידה מאירוע של התמזגות כוכבי נויטרונים, הופנו מרבית הטלסקופים, על פני כדור הארץ ובחלל, אל האזור הכללי ממנו הגיעו הגלים, במטרה למצוא את הפיצוץ הנלווה על ידי מדידות של הקרינה האלקטרומגנטית – מקרינת גאמה, דרך אור נראה ועד גלי רדיו (זאת בניגוד לגילוי הראשון של גלי כבידה, לפני כשנה, שמקורו בהתמזגות שני חורים שחורים, אשר ככל הנראה אינם פולטים כלל קרינה אלקטרומגנטית). מדענים מאוניברסיטת תל אביב מובילים חלק נכבד מהמאמץ, הן התצפיתי, והן התיאורטי על ידי ניתוח התצפיות ופענוחן.

 

חלון חדש אל הלא נודע

"פתיחת "חלון גלי הכבידה" של היקום מאפשר פוטנציאל אדיר לראיית דברים שהיו לגמרי בלתי נראים או לא ידועים לנו לפני כן, כמו התמזגות של חורים שחורים וכוכבי נויטרונים," אומר פרופ' דן מעוז מהחוג לאסטרופיזיקה בבית הספר לפיזיקה ולאסטרונומיה של אוניברסיטת תל אביב. "התגלית הזו פותחת תחום חדש של אסטרונומיה מרובת שליחים, בה נוכל לגלות ולחקור תופעות על ידי איתור אותות מקבילים: גלים אלקטרומגנטיים (כלומר - אור באורכי גל שונים), גלי כבידה, ובקרוב, אני מקווה - גם נויטרינים."

 

באופן חסר תקדים התפרסמו אתמול עשרות מחקרים, רבים מהם בכתבי העת Nature ו-Science, המנתחים את האירוע האסטרונומי, חלקם בהובלה של מדענים מאוניברסיטת תל אביב. בין הנושאים שנחקרו: איתור הגלקסיה בה התרחש המיזוג, במרחק 120 מיליון שנות אור מאיתנו, הבנת תהליכי הפיצוץ, וזיהוי אירועים כאלה כמקור למגוון מתכות כבדות המצויות על פני כדור הארץ, בהן זהב ואורניום.

 

לדברי פרופ' דובי פוזננסקי מהחוג לאסטרופיזיקה, "קשה להפריז בחשיבות גילויים של גלי הכבידה ושל קרינה בו זמנית. זו תגלית שפותחת עידן חדש בחקר היקום. עד לאחרונה היה באפשרותנו להתבונן ביקום כמעט אך ורק באמצעות גלי האור המגיעים אלינו  ­- חוש הראיה. היכולת לקלוט גם גלי כבידה היא אנאלוגית לחוש המישוש. היום יש לנו את היכולת לחקור את היקום באמצעות שילובם של שני החושים. לראות ולמשש בו זמנית.״

 

עידן חדש בחקר היקום

"קיומם של גלי כבידה נחזה על ידי אלברט איינשטיין לפני כמאה שנה, במסגרת תורת היחסות הכללית," מסביר פרופ' אהוד נקר מהחוג לאסטרופיזיקה. "מדובר בגלים הנוצרים ומתפשטים ביקום בעקבות אירוע אלים במיוחד: התמזגות של שני גופים בעלי מאסה וצפיפות עצומות, בעיקר חורים שחורים וכוכבי נויטרונים, שנעים זה סביב זה במהירות המתקרבת למהירות האור. מאז שנות ה-70 עמלים מדענים על תכנון ובניית גלאים שיהיו רגישים דיים כדי לקלוט את הגלים, שעוצמתם חלשה ביותר. בשנה האחרונה סוף סוף עלה הדבר בידי צוות בארה"ב, שזכו השנה בפרס נובל על תגליתם."

 

ד"ר יאיר הרכבי, שנמצא כיום בהשתלמות באוניברסיטת סנטה ברברה בקליפורניה, ועתיד להצטרף בקרוב לחוג לאסטרונומיה של אוניברסיטת תל אביב, הוביל את אחת הקבוצות שאיתרה את מיקומו המדויק של האירוע:  גלקסיה בשם NGC4993, שנמצאת 'בשכונה שלנו' ביקום – 'רק' כ-120 מיליון שנות אור מכדור הארץ. למחקר זה, שמתפרסם היום בכתב העת Nature שותפים גם פרופ' דובי פוזננסקי, פרופ' דן מעוז מאוניברסיטת תל אביב ותלמידיהם. "כשהפנינו את הטלסקופ אל אזור האירוע, גילינו עצם שדעך בבהירותו פי 100 בכמה ימים, ומהר מאד הפך מכחול לאדום," אומר ד"ר הרכבי. "התנהגות זו אינה דומה לשום דבר שאנחנו מכירים. בזכות רשת הטלסקופים שלנו ב-Las Cumbres Observatory שפרוסה מסביב לעולם, יכולנו לעקוב אחר ההשתנות המהירה של העצם כל כמה שעות, ולחזות בדעיכתו המהירה בזמן אמת. הנתונים שאספנו ילמדו אותנו על התהליכים שמתרחשים בהתמזגות כוכבי נויטרונים ועל חשיבותם ביצירת החומרים שמרכיבים את היקום שלנו.״

 

"התגלית הזו מרגשת ביותר כי היא הראשונה בהיסטוריה, אבל ההבנה האמיתית תגיע עם התגליות העתידיות של אירועים אסטרונומיים דומים או שונים לזה, שיתנו לנו את התמונה המלאה על התמזגות כוכבי נויטרונים ותפקידם בייצור החומרים הכימיים ביקום. אין לנו ספק שזו רק ההתחלה," מסכם פרופ' דן מעוז. "היכולת לגלות אור וגלי כבידה ביחד מבשרת על עידן חדש באסטרונומיה, ואנחנו מצפים להרבה תגליות מפתיעות בשנים הקרובות."

 

מחקר

17.08.2017
החיישן המהפכני לאבחון רפואי שעבר במהירות שיא מן המעבדה אל התעשייה

הטכנולוגיה שפותחה במעבדתו של פרופ' דורון שבת מבית הספר לכימיה, מבוססת על חיישנים כימיים פולטי-אור, ועשויה לשפר באופן דרמטי את הנוחות והמהירות של בדיקות ביולוגיות

  • מדעים מדויקים
  • מדעים מדויקים

תהליך כמולומיניסנציה (Chemiluminescence) מתרחש כאשר תגובה כימית מייצרת אור. במעבדתו של פרופ' דורון שבת מבית הספר לכימיה פיתחו ריאגנטים (מגיבים - חומרים המשתתפים בתגובה כימית) לזיהוי ויזואלי של תהליכים מולקולריים בתוך תאים או דגימות ביולוגיות באמצעות כמולומיניסנציה.

 

ייחודם של החיישנים החדשניים הוא יכולתם לפלוט כמות גדולה של אור בסביבת מימית, מה שהופך אותם למתאימים במיוחד לשימוש בתוך רקמות ביולוגיות בתנאים פיזולוגיים שונים, אך ניתן להשתמש בהם גם לצרכים חוץ-גופיים. החיישנים רגישים ויעילים יותר מחיישנים שקיימים כיום בשוק, והם יכולים לעבוד באופן עצמאי ללא צורך באמצעים ביולוגיים שיגבירו את עוצמת פעילותם.

 

החיישנים החדשניים נרשמו על ידי "רמות", חברת המסחור של אוניברסיטת תל אביב, תחת השם AquaSpark™, ויש להם יישומים אפשריים רבים בשווקים מגוונים – הן לצורכי מחקר והן לצורכי אבחון רפואי. בין היתר הם עשויים לאתר ולסמן גידולים סרטניים ברמת דיוק גבוהה במיוחד, כולל גרורות זעירות.

 

הפצת הטכנולוגיה ברחבי העולם

כעת, "רמות" חתמה על הסכם רישיון עם החברה הבינלאומית Biosynth משווייץ, המתמחה, בין היתר, בפיתוח ובייצור של חומרים כימיים לצורכי אבחון רפואי. ההסכם מקנה ל-Biosynth זכות לייצר ולמכור את חיישני AquaSpark™. רשת ההפצה הגלובלית של Biosynth תאפשר הפצה יעילה של הטכנולוגיה ברחבי העולם, וההערכה היא כי מדובר בשוק פוטנציאלי של מיליארדי דולרים.

 

העסקה החדשה נרקמה במהירות נדירה בעולם האקדמי, ונחתמה כחמישה חודשים בלבד לאחר פרסום המאמר המדעי של פרופ' שבת. "ברגע שקראתי את המאמר של דורון הבנתי את הפוטנציאל העצום של ההמצאה," אמר נשיא Biosynth, ד"ר אורס שפיץ. "היא צפויה לשפר באופן דרמטי את הנוחות והמהירות של בדיקות ביולוגיות."

 

"אין לנו ספק ש-Biosynth היא השותף הנכון, עם הכלים המקצועיים הטובים ביותר, כדי להביא את הטכנולוגיה לשוק במהירות," אמר ד"ר עדי אלקלס, סמנכ"ל פיתוח עסקי בתחום מדעי החיים של רמות. "בכוונתנו לעבוד עם החברה בשיתוף פעולה, על מנת לייצר הסכמים עם מגוון שחקנים במגזרים השונים של מדעי החיים, ולהפוך את AquaSpark™ לחיישן החדשני הסטנדרטי בתחומי המחקר והאבחון."

 

מחקר

09.07.2017
מדע מדויק: חוקר מאוניברסיטת תל אביב חזה את מסתו של חלקיק נדיר

כוח הניבוי של המחקר התיאורטי מתגלה במלוא הדרו עם הגילוי החדש של החלקיק במאיץ החלקיקים ב-CERN

  • מדעים מדויקים
  • מדעים מדויקים

לפני שלוש שנים חזה פרופ' מרק קרלינר, פיזיקאי תאורטיקן המתמחה בפיזיקת החלקיקים האלמנטריים מבית הספר לפיזיקה ולאסטרונומיה באוניברסיטת תל אביב, בשיתוף עם עמית מארה"ב, את מסתו של חלקיק תת-אטומי חדש שטרם נצפה כמותו. פיזיקה תאורטית היא ענף בפיזיקה המשתמש במודלים מתמטיים ובמערכות פיזיקליות מופשטות כדי לתאר ולנבא התנהגות של מערכות פיזיקליות טבעיות. זאת בניגוד לפיזיקה ניסויית המשתמשת בכלים ניסויים כדי לבדוק מערכות אלו.

 

בשבוע שעבר, מדענים במאיץ החלקיקים הענק ב-CERN ליד ג’נבה הכריזו על הגילוי הניסיוני של החלקיק. המסה שלו נמדדה ונמצאה זהה כמעט לחלוטין למסה שחזה פרופ' קרלינר: הניבוי התברר כמדויק ברמה של קצת מעל 99.8%. הפרטים אודות החלקיק החדש, המכונה ++Xi-cc, הוצגו בכנס של פיזיקת אנרגיה גבוהה בוונציה.

 

החלקיק החדש בעל השם המוזר יוכל לשפוך אור על אופי הכוחות הפועלים בין הקווארקים – החלקיקים היסודיים מהם מורכבים פרוטונים וניוטרונים, אשר בתורם מהווים את אבני הבניין מהם עשויים גרעיני האטומים, ולפיכך גם כל החומר ביקום שסביבנו.

 

הכוח החזק של גרעין האטום

ישנם שלושה קווארקים קלים ושלושה כבדים. מבין השישה, הקווארק הכבד ביותר, המכונה top, חי זמן קצר כל כך שאינו מספיק להתקשר עם חמשת הקווארקים האחרים. יתר החמישה יוצרים קשרים זה עם זה. כל שלישייה מתוך החמישה יכולה להתקיים במגוון רחב של קומבינציות. ככל שהחלקיקים כבדים יותר, קשה יותר לייצר אותם במאיץ החלקיקים, מפני שיצירתם דורשת יותר אנרגיה והם מתפרקים מהר. הכוח הפועל בין הקווארקים מכונה "הכוח החזק" והוא אחד מארבעת כוחות היסוד בטבע (לצד הכוח האלקטרומגנטי, הכוח החלש וכוח הכבידה). לא לשווא הוא מכונה "הכוח החזק" – עוצמתו היא פי 1038‎ מעוצמת כוח הכבידה. אך טווח הפעולה של הכוח החזק הוא מצומצם מאוד - בסדר הגודל של קוטר גרעין האטום. הכוח החזק מחבר קווארקים לכדי האדרונים (חלקיקים מורכבים העשויים מקווארקים וגלואונים). ההאדרונים נחלקים לבאריונים ומזונים. עם הבאריונים נמנים הנוקליאונים, שהם הפרוטון והנייטרון.

 

עד היום נצפו באריונים שכוללים שלושה קווארקים קלים או קווראק כבד אחד ושניים קלים, אך בין המומחים היה קונצנזוס מוחלט שחייבים להיות קיימים גם באריונים עם שני קווארקים כבדים. "האתגר היה לחזות מתוך התיאוריה את התכונות השונות של השלישייה שכוללת שניים כבדים ואחד קל," מסביר פרופ' קרלינר, "וזה כולל בראש ובראשונה את המסה שלהם.”

 

במאמר שכתב פרופ' קרלינר בשנת 2014, בשיתוף עם פרופ' ג'ונתן רוזנר מאוניברסיטת שיקאגו, שבצעירותו היה חוקר בתר דוקטורט אצל פרופ' יובל נאמן באוניברסיטת תל אביב, הם חישבו את כל הקומבינציות האפשריות של שני קווארקים כבדים וקווארק אחד קל, והגיעו למסקנה שישנן שלוש אפשרויות עם תת גוונים.

 

החיזוי המדויק ביותר

"במאמר חזינו את המסה של החלקיק ועוד תכונות שטרם נמדדו. בתוצאות שפורסמו בכנס גדול של החברה האירופית לפיזיקה המוקדש לחלקיקים אלמנטריים, שחררו המדענים את התוצאה הנסיונית שהם עובדים עליה כמעט שלוש שנים בסודיות מוחלטת. השורה התחתונה היא שהמסה שהם מדדו מאוד קרובה למסה שאנחנו חזינו. המסה שהם מדדו היא 3621 פלוס מינוס 1, ביחידות הנקראות MeV. החיזוי שלנו מלפני שלוש שנים הוא 3627 פלוס מינוס 12. השגיאה בניבוי היא פחות מ-0.2% ממה שהתגלה בפועל. רבים לפנינו ניסו לנבא את המסה, עשו חישוב בשיטות שונות, פרסמו את התוצאות וכעת מתברר שפספסו. החיזוי שלנו הכי מדויק. על מנת להמחיש, החלקיק החדש כבד כמעט פי 4 מהפרוטון, והמטען החשמלי שלו כפול מזה של הפרוטון.”

 

עתה, צוות המחקר ב-CERN ימדוד מאפיינים נוספים של החלקיק ++Xi-cc. המדידה הזו תאפשר להעמיק באופן משמעותי את הבנת הכוח הפועל בין הקווארקים, ותסייע לחוקרים להבין טוב יותר את הכוח החזק, המחזיק את מרכזי האטומים יחד. אנשי CERN יעשו מאמץ למצוא חלקיקים נוספים הכוללים שני קווארקים כבדים.

 

"הדבר הראשון שאני מצפה לו היא מדידה של זמן מחצית החיים של החלקיק, כלומר כמה זמן לוקח לו עד שהוא דועך לחלקיק קל יותר. גם לנתון זה יש תחזית במחקר שלנו, וכשימדדו אותו נדע כמה דייקנו גם בזה." מסכם פרופ' קרלינר.

 

מחקר

05.06.2017
נמצאו עדויות להשפעות האדם על הסביבה כבר בימי המהפכה החקלאית

הפיכת שטחים טבעיים לשדות חקלאיים ולשטחי מרעה בתקופת המהפכה החקלאית, הגדילה משמעותית את הסחף שהצטבר בקרקעית ים המלח

  • מדעים מדויקים
  • רוח
  • מדעים מדויקים
  • רוח

ידוע מזמן שזיהום, הרס אזורי מחייה של בעלי חיים וביעור יערות מאז המהפכה התעשייתית שינו משמעותית את הפלנטה שאנו חיים בה. לאחרונה, גילו חוקרים מאוניברסיטת תל אביב שהשינויים מעשי ידי אדם בכדור הארץ התחילו הרבה לפני כן. בעזרת קידוחים לעומק של 460 מטרים מתחת לקרקעית ים המלח, הצליח צוות משולב של גיאולוגים וארכיאולוגים למצוא עדויות לשינויים סביבתיים כתוצאה מראשית המהפכה החקלאית מלפני 11,500 שנה.

 

את המחקר ערך ד"ר ין לו (Yin Lu) בהנחיית פרופ' שמואל מרקו, ראש בית הספר למדעי כדור הארץ באוניברסיטת תל אביב, יחד עם הארכיאולוג פרופ' דני נדל והגיאולוג ד"ר ניקולס וולדמן מאוניברסיטת חיפה. תוצאות המחקר התפרסמו לאחרונה בכתב העת היוקרתי Global and Planetary Change.

 

יורדים לעומקו של ים המלח

"קידוח העומק נעשה במטרה לתעד את השינויים הסביבתיים שחלו באזור במהלך 200 אלף השנים האחרונות", אומר פרופ' מרקו. "לאחר הקידוח, שהגיע לעומק של 460 מטרים מתחת לקרקעית ים המלח, הוצאנו צינור שקוף עמוס בחומרים שהצטברו לאורך השנים על קרקעית האגם. חומרים אלו נחקרו ביסודיות לפי השכבות הדקיקות שהצטברו בקרקעית ותוך ניתוחים גיאו-כימיים מורכבים, המשלימים זה את זה. הצלחת המחקר מדגימה את היתרונות בשיתוף פעולה אינטרדיסציפלינרי בין מדעי הטבע לארכיאולוגיה".

 

קטע מהקידוח: החלק העליון של התמונה שנראה כהה יותר, מעיד על אספקת סחף בכמות גדולה, הנגרמת כתוצאה מהשפעת האדם, לעומת החלק התחתון הבהיר יותר - שם האדם עוד לא פיתח חקלאות ולא ביית בעלי חיים (לפני 11,500 שנה).

קטע מהקידוח: החלק העליון של התמונה שנראה כהה יותר, מעיד על אספקת סחף בכמות גדולה, הנגרמת כתוצאה מהשפעת האדם, לעומת החלק התחתון הבהיר יותר - שם האדם עוד לא פיתח חקלאות ולא ביית בעלי חיים (לפני 11,500 שנה).

 

שילוב בין גיאולוגיה וארכיאולוגיה

בבחינה מדוקדקת של תכולת הסחף השנתי לקרקעית ים המלח לאורך השנים, החוקרים מצאו גידול בכמות הסחף שהגיע בשיטפונות לים המלח לפני 11,500 שנה. כמות הסחף גדלה באופן דרמטי יחסית לאלפי השנים קודם לכן, ונשארה גבוהה מאוד מאז.

 

"הממצאים הגיאולוגיים הושוו לממצאים ארכיאולוגיים מאגן ההיקוות של ים המלח", מסביר פרופ' מרקו. "המחקר הארכיאולוגי מלמד שבזמן הזה האדם התחיל להתיישב בכפרים גדולים, תוך כדי מעבר מציד ולקט לכלכלה המבוססת על חקלאות, הלא היא המהפכה הנאוליתית, המוכרת גם בשם המהפכה החקלאית".

 

להבין את העבר כדי לשמור על העתיד

החוקרים מייחסים את הגידול בכמות הסחף למהפכה החקלאית, כאשר, לראשונה בתולדות האדם, כפרים גדולים נבנו ברחבי המזרח התיכון. הגידול בסחף לים המלח מהווה עדות מוחשית להשפעת הכפרים החקלאיים על הסביבה הטבעית: השינויים שהתחוללו בעקבות הפיכת שטחים טבעיים לשדות חקלאיים, כריתת עצים רבים על מנת להשתמש בהם כחומר גלם לבניין, ושריפת יערות על מנת להפוך אותם למרחבי עשב המאפשרים מרעה של בעלי חיים מבויתים כגון צאן, בקר וחזירים.

 

"כל השינויים האלה גרמו לפני השטח להיות פגיעים יותר לסחיפה. הגשמים הובילו יותר סחף מדרונות לאגן ים המלח מאשר בתקופה שלפני המעבר ליישובי קבע ולחקלאות. המעבר לחקלאות התרחש בתקופה בינקרחונית, לאחר תקופת הקרח האחרונה שהתקיימה מלפני כ-110 אלף שנה עד לפני כ-20 אלף שנה. הקידוח העמוק בים המלח מאפשר השוואה עם התקופה הבינקרחונית שקדמה לתקופת הקרח האחרונה. ניכר שבתקופה הבינקרחונית הקודמת, מלפני כ-130 אלף עד כ-110 אלף שנה לפני זמננו, כמות הסחף שהצטברה בקרקעית האגם הייתה קטנה בהרבה יחסית לתקופה שבה האדם פיתח חקלאות וביית בעלי חיים, ולכן אנו מייחסים את העלייה הגדולה בסחף לשינוי המהותי בדגמי היישוב של האדם – ולא רק לשינוי האקלימי".

 

לדברי פרופ' מרקו, חקר השפעת האדם על סביבתו בעבר קריטי להבנת ההשפעה שלנו על הסביבה בהווה. "המחקרים הללו קריטיים להבנת התרומה האנושית להתחממות כדור הארץ ולצעדים שעל האנושות לנקוט על מנת להבטיח שהדורות הבאים יוכלו לחיות כאן. לכן אנחנו ממשיכים את המחקר שלנו, בין היתר על ידי שיחזור מערכות מזג האוויר והשינויים שחלו בהן עם מעבר כדור הארץ בין תקופות קרח לתקופות בינקרחוניות".

 

מחקר

13.02.2017
ארכיאולוגים וגיאופיזיקאים בעקבות תעלומת השדה המגנטי של כדור הארץ

למקרה שדאגתם, השדה המגנטי המגן על כדור הארץ מפני קרינה, אינו בסכנת קריסה, כך טוענים ארכיאולוגים וגיאופיזיקאים, שהצליחו לשחזר את עוצמת השדה המגנטי הקדום בעזרת קנקנים מימי ממלכת יהודה

  • מדעים מדויקים
  • רוח
  • מדעים מדויקים
  • רוח

מסתבר שקנקנים מימי ממלכת יהודה לא רק שימשו ככלי קיבול לנוזלים, אלא גם כמקליטי השדה המגנטי של כדור הארץ. נשמע כמו מדע בדיוני? מחקר רב-תחומי חדש, שבחן עשרות קנקנים מימי ממלכת יהודה, בין המאה ה-8 למאה ה-2 לפנה"ס, הביא את החוקרים למסקנות לגבי תהליכים גיאופיזיים בכוכב הלכת שאנו חיים בו.

 

את המחקר ערכו ד"ר ארז בן יוסף, פרופ' עודד ליפשיץ ותלמיד המחקר מייק מילמן מהחוג לארכיאולוגיה באוניברסיטת תל אביב, וד"ר רון שער מהאוניברסיטה העברית בירושלים, בשיתוף עם המעבדה המגנטית של Scripps בסאן דייגו, ארה"ב. תוצאות המחקר התפרסמו בכתב העת היוקרתי PNAS.

 

תעלומה שאפילו איינשטיין לא פתר

"השדה המגנטי הוא שמאפשר את קיומם של חיים בכדור הארץ כפי שאנו מכירים אותם," אומר ד"ר ארז בן יוסף. "השדה הזה מגן עלינו מפני הקרינה הקוסמית ומפני רוח השמש, הוא משמש בעלי חיים רבים לניווט והוא משפיע ישירות על תהליכים רבים נוספים בטבע. למרות זאת, השדה המגנטי של כדור הארץ היה ונותר חידה מדעית שרב בה הנסתר על הגלוי. אלברט איינשטיין הגדיר את הבנת מקור השדה כאחת מחמש התעלומות החשובות ביותר בפיזיקה".

 

"לפי התיאוריה המקובלת, השדה המגנטי נוצר בגלעין החיצוני של כדור הארץ, בעומק של יותר מ-2900 ק״מ ובטמפרטורה של למעלה מ-4000 מעלות. הגלעין מורכב ברובו מברזל נוזלי. התנועה של הברזל, שהוא חומר מוליך חשמלית, מייצרת שדה מגנטי כתוצאה מסיבוב כדור הארץ סביב צירו. מאז אמצע המאה ה-19 נערכות מדידות ישירות של עוצמת השדה – אלא שמדידות אלו מצביעות על היחלשותו."

 

מה יקרה כשהמצפן יצביע דרומה?

"מאז שהחלו המדידות, כדור הארץ איבד כ-10% מהשדה המגנטי", מסביר ד"ר בן יוסף. "בנוסף, אנחנו יודעים שהיחלשות העוצמה קשורה לתופעה הנדירה של היפוך הקטבים. אם עוצמת השדה המגנטי תמשיך לרדת, והוא יחלש כמעט עד אפס, יכול להתרחש תהליך שנקרא היפוך קטבים. יש חוקרים שרואים את הירידה הנוכחית בעוצמה כראשיתו של היפוך כזה." בתהליך של היפוך הקטבים של השדה המגנטי, מצפנים שמצביעים לכיוון צפון יצביעו לכיוון דרום, והוא עלול לבלבל בעלי חיים, שמסעותיהם מונחים על ידי השדה המגנטי של כדור הארץ, לפגוע בלוויינים ובקווי החשמל ולגרום לשיבושים שונים בחיים על פני כדור הארץ.

 

"ההיפוך עצמו מטריד לא מעט אנשים ומזין לא מעט תיאוריות קונספירציה." ממשיך ד"ר בן יוסף, "אמנם רוב המדענים חושבים שלא תהיה קטסטרופה אפילו במקרה של היפוך הקטבים, אבל יש מספר חוקרים שסבורים שלא נצליח להתקיים ללא שדה מגנטי. מן הסתם, כל השאלות הללו מובילות לשאלת עוצמת השדה המגנטי בעבר, לפני שהחלו המדידות".

 

כדי למדוד את השדה המגנטי הקדום יש להשתמש בחומרים גיאולוגיים או ארכיאולוגיים, ש"הקליטו" את השדה המגנטי הקדום בזמן היווצרותם. חומרים אלו, כמו בזלות למשל, מכילים חלקיקים מגנטיים שהסתדרו בהתאם לשדה המגנטי בזמן שהחומר התקרר. ככלל, ממצאים ארכיאולוגיים כמו חרסים, לבנים, רעפים וכבשנים מאפשרים מקור מדויק יותר מחומרים גיאולוגיים לעוצמת השדה המגנטי ב-10,000 השנים שחלפו מאז שהאדם למד להשתמש באש.

 

"במחקר הנוכחי נעזרנו במחקר הארכיאולוגי היסודי שנערך על ממלכת יהודה הקדומה", אומר ד"ר בן יוסף. "מהמאה השמינית ועד למאה השנייה לפנה"ס פעלה ביהודה מערכת ביורוקרטית מסודרת, שנהגה להטביע את ידיות קנקני האגירה בחותמות מנהל שונות, כמו החותמת 'למלך'. חותמות אלו מאפשרות לנו להתאים תאריך מדויק לעוצמת השדה שהוקלטה בקנקנים, בדיוק של עד עשרות שנים בודדות, ובכך לשחזר 600 שנים של שדה מגנטי קדום – מסד נתונים חסר תקדים בהיקפו".

 

השדה המגנטי נחלש והתאושש

את קנקני "למלך" של ממלכת יהודה שלחו החוקרים למעבדה המגנטית של פרופ' ליסה טוקס במכון Scripps בסאן דייגו. התוצאות שהתקבלו מראות שאין סיבה לחשוש מהיחלשות השדה המגנטי בימינו, שכן הוא נחלש הרבה יותר בעבר הקרוב – ו"התאושש" לאחר מכן.

 

"מהקנקנים אנו למדים שעוצמת השדה המגנטי פחתה ב-20% תוך 30 שנה, כך שהיחלשות השדה המגנטי ב-10% במהלך 180 השנים האחרונות אינה צריכה לעורר דאגה מיוחדת, מסביר ד"ר בן יוסף, " הממצאים החדשים מצביעים על כך שלפני 3,000 שנה עוצמת השדה המגנטי הייתה חזקה פי 2.5 מעוצמתה היום – השדה המגנטי  הוא תנודתי יותר משחשבנו."

 

חלון הבנה דו-כיווני

בנוסף לתרומת מסד הנתונים החדש להבנת השדה המגנטי של כדור הארץ, החוקרים מקווים שהוא יתרום גם להבנה טובה יותר של הארכיאולוגיה המקומית. "זה חלון הבנה דו-כיווני. אנחנו יכולים לקחת קנקן משנת 630 לפנה"ס, למדוד את תכונותיו המגנטיות, ובכך לשחזר את עוצמת השדה המגנטי הקדום של כדור הארץ – או שאנחנו יכולים לקחת קנקן שאנחנו לא יודעים את גילו, ולהשתמש בשדה המגנטי הקדום כדי לתארך אותו. החזון שלנו הוא לבסס מסד נתונים על השדה המגנטי הקדום שיהווה כלי נוסף לתיארוך ארכיאולוגי באזורנו, בדומה לתיארוך בפחמן 14".

אסטרונאוטים זה פאסה – קבלו את עידן חקר החלל על ידי לוויינים זעירים

מחקר

08.02.2017
ננו-מעבדה בחלל החיצון

אסטרונאוטים זה פאסה – קבלו את עידן חקר החלל באמצעות לווייני מחקר זעירים

  • מדעים מדויקים
  • מדעים מדויקים

בקרוב מאוד, לחוקרים מרחבי העולם תהיה גישה ישירה למחקרים בחלל. חברת ספייס פארמה הישראלית מתכוונת לראשונה לשגר לחלל לוויין מסחרי זעיר, הכולל מעבדה המאפשרת לחוקרים שיישארו על פני כדור הארץ לנהל את מחקריהם בחלל.

 

הלוויין הזעיר, ששוקל לא יותר מ-4.5 ק"ג, הוא למעשה מעבדה ניידת. הוא יסייר בחלל מעל כדור הארץ במשך שנה, מקוטב לקוטב. חוקרים ממעבדות שונות ברחבי העולם יוכלו לשלוט על הניסויים מהמעבדה שלהם – דרך המחשב או אפילו דרך הטלפון הסלולרי. החוקרים יוכלו להתערב בניסוי, לנהל אותו, לשלוף תמונות מיקרוסקופיות ולקבל נתונים בזמן אמת (לדוגמה, על הקרינה והטמפרטורה).

 

אחת המעבדות שתקבל גישה ללוויין המחקר הזעיר היא מעבדתו של פרופ' אהוד גזית, המופקד על הקתדרה לננו-ביולוגיה באוניברסיטת תל אביב, שבודק בניית פפטידים בתנאי חוסר כבידה.

 

מעבדתו של גזית הינה הראשונה בעולם לזהות מבנים ננו-מטריים בעלי תכונות ייחודיות, הבנויים מיחידות ההיכרות הפשוטות ביותר בטבע - די-פפטידים. המבנים שהתגלו הם חזקים כמתכת, בעלי תכונות אופטיות, פייזואלקטריות, ומשמשים כמוליכים למחצה. אחת השאלות הפתוחות היא על הדרך שבה תנאי חוסר כבידה ישפיעו על תכונות אלו. שיתוף הפעולה בין מעבדתו של גזית וחברת ספייס פארמה לבחינת תהליך ההרכבה העצמית של הדי-פפטידים בחלל, מקדם משמעותית את אחד התחומים הנחקרים בננו-ביוטכנולוגיה. התובנות מחקר החלל הן בעלות משמעות רבה בחקר החומרים, אלקטרוניקה אורגנית ורפואה.

 

בשנה הקרובה מתכננים בחברת ספייס פארמה בניית מעבדת חלל מוטסת, שתכיל ארבעה ניסויים נוספים - שניים אמריקאיים ושניים ישראליים.

 

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
שנעשה בתכנים אלה לדעתך מפר זכויות נא לפנות בהקדם לכתובת שכאן >>