Uzdāvini zvaigznes!
Kā nokļūt līdz observatorijai (Small)
ZINĀŠANAI:

Izķemmēt tumšo matēriju ar DNS ķemmi (2116/2)


Publicēts: 3.07.2012

Vienas no lielākajām un visaktīvāk apmeklētajām sacensībām mūsdienu zinātnē ir tumšās matērijas meklējumi. Tā kā to nav iespējams ieraudzīt, tā ir nodēvēta par tumšo. Tomēr tiek uzskatīts, ka tumšās matērijas izpausme ir ieraugāma tās gravitācijas iedarbībā uz galaktikām, galaktiku kopām un citiem ar gravitāciju saistītiem fenomeniem.

Ja fiziķiem ir taisnība, tad Visums ir piepildīts ar tumšo matēriju. Tās ir daudz vairāk nekā parastā jeb redzamā matērija. Tumšā matērija atrodas gan Piena Ceļa galaktikā, gan mūsu Saules sistēmā. Šajā pašā brīdī mēs brāžamies cauri tumšās matērijas jūrai, Saulei lidojot Gulbja zvaigznāja virzienā savā orbītā ap galaktikas centru.

Tādēļ dažādas zinātnieku komandas steidzas noķert šo izvairīgo substanci ar dārgiem un sarežģītiem uztvērējiem, kas izvietoti dziļi pazemē, kur tos neskar cita veida starojums, kas varētu piesārņot rezultātus.

Šajos eksperimentos tiek meklēts unikāls signāls, kurš, kā tiek uzskatīts, veidojas Zemei riņķojot ap Sauli. Pusgadu tumšā matērija veido pretvēju, otru pusgadu - pūš Zemes kustības virzienā.

Patiesi, dažas grupas jau ir paziņojušas, ka ir atradušas šo signālu, lai gan rezultāti ir pretrunīgi un šķietami konflikē ar citu grupu paziņojumiem, ka tās šo signālu nav atklājušas.

Ir vēl tiešāks veids, kā atrisināt šo dilemmu. Tumšās matērijas signālam vajadzētu mainīties ne tikai gada, bet pat dienas ietvaros, Zemei riņķojot ap savu asi.

Tumšās matērijas "pretvējš" plūst no Gulbja zvaigznāja virziena, tādēļ labs uztvērējs spētu reģistrēt plūsmas virziena izmaiņas dienas laikā.

Ir kāda būtiska problēma. Neviens vēl nav uzbūvējis šādu uztvērēju.

Tādēļ ļoti revolucionāru ideju piedāvā interesanta biologu un fiziķu savienība, kuru vada astrofiziķe Katrīna Frīza no Mičiganas universitātes un ģenētiķis Džordžs Čērčs no Hārvardas universitātes.

Viņi apgalvo, ka tumšās matērijas daļiņas viņi varētu sameklēt ar DNS palīdzību.

Piedāvātais uztvērējs, maigi sakot, ir visai netradicionāls. Tas sastāv no plānas zelta plāksnes, no kuras nokarājas daudzas vienas ķēdes DNS molekulas. Tās visas ir identiskas, izņemot brīvajā galā piekabinātu identifikātoru, kas kalpo kā adrese, lai varētu noteikt, kurā vietā uz zelta plāksnes atrodas šī molekula.

Kad tumšās matērijas daļiņa saduras ar smago zelta atomu, tā to izsit no plāksnes un triec cauri DNS "mežam". Zelta atoma kodols savā ceļā "izstumj stigu", noraujot daļu no DNS molekulām.

Šīs norautās ķēdes nokrīt īpašā paplātē, kuru nomaina reizi stundā. Izmantojot polimerāzes ķēdes reakciju, šie fragmenti tiek pavairoti, lai iegūtu spēcīgāku signālu.

Tā kā katras ķēdes secība un atrašanās vieta ir zināma, ir skaidrs, ka saprast, kur tika norauti fragmenti, ir vienkāršāk par vienkāršu. Tādēļ zelta daļiņas ceļu iespējams rekonstruēt ar nanometra precizitāti.

Uztvērējā būtu simtiem vai tūkstošiem šādu plākšņu. Lai izveidotu nelielu uztvērēju, vajadzētu aptuveni kilogramu zelta un 100 gramus vienas ķēdes DNS molekulu.

Uztvērēja precizitāte, ņemot vērā, ka DNS secība ļautu noteikt bojājumu viena nukleotīda līmenī, ir ļoti augsta. Tā daudzkārt pārsniegtu mūsdienās pieejamos uztvērējus.

Ne mazāk būtiska ir priekšrocība, ka uztvērējs spēj darboties istabas temperatūrā, atšķirībā no citiem aparātiem, kurus ir jāatdzesē, lai reģistrētu enerģiju, kas rodas tumšās matērijas daļiņu sadursmēs.

Pateicoties īpašām poliestera plēvēm, kas kā grāmatas lapas izkārtotas starp zelta plāksnēm, uztvērējs spētu reģistrēt daļiņu kustības virzienu. Pēc tam, kad zelta kodols ir izgājis cauri DNS "mežam", plēve absorbētu tā enerģiju. Augstākas enerģijas kodoli, kuri veidotos no fona starojuma vai kosmiskajiem stariem, spētu izlidot cauri vairākām lapām. Tādēļ viegli varētu atsijāt dažāda veida starojumu.

Kad iekārta ir vērsta vienā virzienā, tumšās matērijas daļiņa trāpa zelta kodolam un tas tiek izdzīts cauri DNS "biezoknim". Ja pretējā, tad zelta daļiņa nonāk plēvē, kur tā tiek absorbēta. Tādēļ šī iekārta varēs reģistrēt tikai konkrēta virziena notikumus.

Ja zinātnieku ieceres ir pareizas, tad ar šīs iekārtas palīdzību būs iespējams pamanīt tumšās matērijas signāla izmaiņas dienas ietvaros. Protams, lai arī ideja šķiet interesanta, zinātniekiem nāksies pārvarēt virkni izaicinājumu.

Pirmkārt, neviens tā īsti nezina, kā ātri, spēcīgi jonizēti zelta atomu kodoli mijiedarbosies ar vienas ķēdes DNS molekulām vai to grupu. Šo aspektu komanda gatavojas izpētīt tuvākajā laikā.

Nākamais izaicinājums ir izveidot pietiekami garas DNS secības, lai izveidotos pietiekami liels "biezoknis", kuram cauri lidotu zelta atoma kodoli. Zinātnieki domā, ka vajadzētu ķēdes, kuras sastāvētu no 10 000 bāzēm, lai pilnībā tiktu absorbēta zelta kodola enerģija.

Šobrīd tirgū ir pieejamas virknes, kas sastāv no 250 bāzēm. Lai sāktu eksperimentus, vajag vismaz 1000 bāžu garas ķēdes.

Jāņem vērā, ka DNS ķēdēm ir jābūt nostieptām, tās nedrīkst savērpties. DNS mērogā elektriskie un magnētiskie spēki gūst virsroku pār gravitāciju, tādēļ DNS molekulu būs ne tikai grūti noturēt taisnu, bet arī nebūs viegli panākt, lai norautie fragmenti nokrīt savācējtraukā.

Komanda cer izviedot īpašu ķemmi, ar kuras palīdzību DNS tiks iztaisnota. Viena no idejām ir DNS brīvajā galā piekabināt nelielu magnētu, kas ļautu fragmentu nostiept.

Vēl viena nianse, kas sarežģī izstrādi, ir oglekļa izotopi. Tā kā C-14 ir dabiski radioaktīvs, DNS būtu jāveido no C-12 un C-13.

Protams, kvadrātmetru lielu DNS masīvu un savācējtrauku izveidošana arī nebūt nav no vieglajiem uzdevumiem, nemaz nerunājot par daudzajiem nezināmajiem, kas rada papildus risku. Tomēr šai pieejai ir savi lielie plusi, jo citi tumšās matērijas uztvērēji, kas spētu reģistrēt noteikta virziena kustību, ir dārgi, sarežģīti un milzīgi. DNS "ķemme" ir aizraujošs piedāvājums.

Visiem ir skaidrs, ka tumšās matērijas atklājējam Nobela prēmija ir garantēta. Ņemot vērā šo faktu, pats par sevi saprotams, ka šajā sfērā tiks investēts daudz.

Daļa zinātnieku izturas piesardzīgi, jo ir pilnībā iespējams, ka tumšā matērija nemaz neeksistē. Ir skaidrojumi, kas daudz labāk apraksta novērojumus.

Ja šai nelielajai grupai izrādīsies taisnība, mēs kādu dienu uz tumšās matērijas meklējumiem lūkosimies tāpat kā tagad uz flogistona ideju. Laiks un varbūt tieši DNS "ķemme" parādīs, vai tumšā matērija ir reāla vai nē.

MIT Technology Review

Komentāri

  1. dzimmijs13 tieši 4.07.2012 domāja šādi:

    Ok, un kā īsti ir ar citu tik pat mistisku jēdzienu, tā dēvēto tumšo enerģiju? Vai uzskata, ka šī enerģija rodas pateicoties tumšās matērijas vibrācijām, vai arī tumšā matērija un tumšā enerģija tiek uzskatīti par savstarpēji pilnīgi nesaistītām vienībām... vai arī neviens ne vella nezin?

  2. Andis tieši 4.07.2012 domāja šādi:

    Izklausās, ka atdzimusi vecā ideja par pasaules ēteru, kura gan eksperimentos tika noliegta. Viss jaunais ir labi aizmirsts vecais. :)






Atļauts izmantot: <b><i><br>Manas domas:


MĒNESS FĀZE