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Pela primeira vez, os físicos detectaram sinais de neutrinos no Grande Colisor de Hádrons

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Ensine primeiro no CERN Facility Preview para a próxima campanha de pesquisa de 3 anos.

A equipe internacional Forward Search Experiment, liderada por físicos da Universidade da Califórnia, Irvine, fez a primeira detecção de um neutrino candidato produzido pelo Grande Colisor de Hádrons em CERN Instalação perto de Genebra, Suíça.

Em um artigo de pesquisa publicado na revista em 24 de novembro de 2021 revisão física dEm 2018, os pesquisadores descrevem como observaram seis interações de neutrinos durante uma execução experimental de um detector de emulsão pressurizada instalado no LHC em 2018.

“Antes deste projeto, não havia sinal de neutrinos no colisor de partículas”, disse o coautor Jonathan Feng, Distinguido Professor de Física e Astronomia da UCI e co-líder da Colaboração FASER. “Esta importante descoberta é um passo em direção ao desenvolvimento de uma compreensão mais profunda dessas partículas indescritíveis e do papel que desempenham no universo.”

Ele disse que a descoberta feita durante o piloto deu à sua equipe duas informações importantes.

Detector de Partículas FASER

O detector de partículas FASER aprovado pelo CERN a ser instalado no Large Hadron Collider em 2019 foi recentemente aprimorado com um detector de neutrino. A equipe FASER liderada pela UCI usou um detector menor do mesmo tipo em 2018 para fazer as primeiras observações das partículas elusivas geradas no colisor. Os pesquisadores disseram que o novo instrumento será capaz de detectar milhares de interações de neutrinos nos próximos três anos. Fonte da imagem: CERN

“Primeiro, verifique se a posição dianteira do ponto de interação do ATLAS no LHC é o local correto para a detecção de neutrinos do colisor”, disse Feng. “Em segundo lugar, nossos esforços demonstraram a eficácia do uso de um detector de emulsão para monitorar esses tipos de interações de neutrino.”

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O instrumento experimental foi composto por placas de chumbo e tungstênio alternadas com camadas de emulsão. Durante as colisões de partículas no LHC, alguns neutrinos causaram a quebra dos densos núcleos de metal, criando partículas que viajam através das camadas da emulsão e criam marcas visíveis após o processamento. Essas inscrições fornecem pistas sobre as energias e sabores da partícula – tau, múon ou elétron – e se são neutrinos ou antineutrinos.

De acordo com Feng, a emulsão funciona de maneira semelhante à fotografia na era pré-câmera digital. Quando o filme de 35 mm é exposto à luz, os fótons deixam rastros que aparecem como padrões conforme o filme é revelado. Os pesquisadores do FASER também foram capazes de ver as interações dos neutrinos depois que as camadas de emulsão no detector foram removidas e desenvolvidas.

“Depois de verificar a eficácia da abordagem do detector de emulsão na observação das interações dos neutrinos gerados pelo colisor de partículas, a equipe do FASER está agora preparando uma nova série de experimentos com um instrumento completo que é muito maior e significativamente mais sensível”, disse Feng .

Mapa de experiência mais rápido

O experimento FASER está localizado a 480 metros do ponto de interação do Atlas no Grande Colisor de Hádrons. De acordo com Jonathan Feng, Distinto Professor de Física e Astronomia da UCI e co-líder da colaboração FASER, este é um bom site para detectar neutrinos de colisões de partículas nas instalações. Fonte da imagem: CERN

Desde 2019, ele e seus colegas estão se preparando para conduzir um experimento usando os instrumentos FASER para examinar a matéria escura do LHC. Eles esperam descobrir fótons escuros, o que dará aos pesquisadores um primeiro vislumbre de como a matéria escura interage com os átomos naturais e outras matérias no universo por meio de outras forças além da gravidade.

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Com o sucesso de seu trabalho com neutrinos nos últimos anos, a equipe FASER – composta por 76 físicos de 21 instituições em 9 países – está combinando um novo detector de emulsão com o instrumento FASER. Enquanto o detector experimental pesa cerca de 64 libras, o instrumento FASERnu pesará mais de 2.400 libras e será mais reativo e capaz de distinguir entre os tipos de neutrinos.

disse o co-autor David Kasper, co-líder do FASER e professor associado de física e astronomia na UCI. “Vamos descobrir os neutrinos de mais alta energia que foram produzidos a partir de uma fonte feita pelo homem.”

O que torna o FASERnu único, disse ele, é que enquanto outros experimentos foram capazes de distinguir entre um ou dois tipos de neutrinos, eles serão capazes de observar todos os três sabores, bem como seus equivalentes antineutrinos. Casper disse que houve apenas cerca de 10 observações de neutrinos de tau em toda a história humana, mas ele espera que sua equipe seja capaz de dobrar ou triplicar esse número nos próximos três anos.

“Esta é uma conexão incrivelmente fascinante com a tradição do departamento de física aqui na UCI”, disse Feng, ao dar continuidade ao legado de Frederick Raines, um membro fundador do corpo docente da UCI que ganhou o Prêmio Nobel de Física por ser o primeiro a descobrir neutrinos. “

“Produzimos um experimento de classe mundial no principal laboratório de física de partículas do mundo em tempo recorde e com recursos pouco convencionais”, disse Casper. “Temos uma grande dívida de gratidão com a Fundação Heising-Simons e a Fundação Simons, bem como com a Sociedade Japonesa para a Promoção da Ciência e o CERN, que nos apoiaram generosamente.”

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Referência: “Os primeiros candidatos à interação neutrino no LHC” de Henso Abreu et al. (Colaboração FASER), 24 de novembro de 2021, disponível aqui. revisão física d.
DOI: 10.1103 / PhysRevD.104.L091101

Savannah Shivley e Jason Arakawa, Ph.D. da UCLA. Estudantes de física e astronomia também contribuíram com a pesquisa.

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Como as memórias são selecionadas para preservação?

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Como as memórias são selecionadas para preservação?

resumo: Os pesquisadores revelaram como o cérebro escolhe quais experiências cotidianas deseja transformar em memórias de longo prazo durante o sono, e identificaram “picos” no hipocampo como o mecanismo crucial. Este fenómeno sugere que eventos seguidos de picos agudos têm maior probabilidade de serem consolidados em memórias duradouras. A investigação revela que estas ondulações ocorrem durante os períodos de cessação da inactividade que se seguem às experiências sensoriais, e actuam como um sistema de sinalização natural para reiniciar e fortalecer certos padrões neurais durante o sono, facilitando assim a formação da memória.

Principais fatos:

  1. Ondulações agudas como marcadores de memória: Experiências seguidas de picos agudos no hipocampo têm maior probabilidade de se tornarem memórias de longo prazo.
  2. Pausa ociosa e reinicialização da memória: Essas ondulações ocorrem durante as pausas após as experiências de vigília, com os padrões marcados sendo reativados durante o sono.
  3. Possibilidade de melhorar a memória: A compreensão dos comprimentos de onda nítidos pode levar a futuros tratamentos ou dispositivos que possam melhorar a memória ou aliviar memórias traumáticas.

fonte: NYU Langone

Nas últimas décadas, os neurocientistas demonstraram a ideia de que algumas experiências cotidianas são transformadas pelo cérebro em memórias permanentes durante o sono naquela mesma noite.

Agora, um novo estudo sugere um mecanismo que determina quais memórias são classificadas como importantes o suficiente para permanecerem no cérebro para que o sono se torne permanente.

O estudo, conduzido por pesquisadores da Escola de Medicina Grossman da NYU, gira em torno de células cerebrais chamadas neurônios que “disparam” – ou causam flutuações no equilíbrio de suas cargas positivas e negativas – para transmitir sinais elétricos que codificam memórias.

Grandes grupos de neurônios em uma área do cérebro chamada hipocampo disparam juntos em ciclos rítmicos, criando sequências de sinais com intervalos de milissegundos entre si que podem codificar informações complexas.

Chamados de “picos agudos”, esses “gritos” direcionados ao resto do cérebro representam o disparo quase sincronizado de 15% dos neurônios do hipocampo, nomeados devido à forma que assumem quando sua atividade é captada por eletrodos e registrada em um dispositivo de gravação. . Gráfico.

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Embora estudos anteriores tenham ligado as ondulações à formação da memória durante o sono, o novo estudo foi publicado online na revista Ciências Em 28 de março, descobriu-se que eventos diurnos imediatamente seguidos por 5 a 20 picos agudos são repetidos com mais frequência durante o sono e depois consolidados em memórias duradouras. Eventos que foram seguidos por poucos ou nenhum pico agudo não conseguiram formar memórias duradouras.

“Nosso estudo descobre que os picos são o mecanismo fisiológico que o cérebro usa para decidir o que manter e o que descartar”, disse o autor sênior do estudo, Gyorgy Buzaki, MD, Ph.D., Ph.D., professor de neurociência no Departamento. de Neurociências da Biggs University. Neurociências e Fisiologia na NYU Langone Health.

Caminhe e pare

O novo estudo baseia-se num padrão bem conhecido: os mamíferos, incluindo os humanos, experimentam o mundo por alguns momentos, depois fazem uma pausa, depois experimentam um pouco mais e depois fazem uma nova pausa. Depois que prestamos atenção a alguma coisa, dizem os autores do estudo, a computação do cérebro muitas vezes muda para o modo de reavaliação “adormecido”. Essas pausas momentâneas ocorrem ao longo do dia, mas períodos mais longos de desaceleração ocorrem durante o sono.

Buzsaki e colegas demonstraram anteriormente que picos agudos não ocorrem enquanto exploramos ativamente informações sensoriais ou nos movemos, mas apenas durante pausas antes ou depois.

O presente estudo descobriu que os picos representam um mecanismo natural de marcação durante essas pausas após os testes de vigília, com padrões neurais marcados sendo reativados durante o sono pós-tarefa.

Mais importante ainda, sabe-se que pontas afiadas consistem em “células locais” no hipocampo disparando em uma ordem específica que codifica cada sala em que entramos e cada braço do labirinto em que o rato entra.

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Quanto às memórias lembradas, essas mesmas células disparam em alta velocidade enquanto dormimos, “repetindo o evento gravado milhares de vezes por noite”. Este processo fortalece os laços entre as células envolvidas.

Para o presente estudo, labirintos sucessivos realizados pelos ratos do estudo foram rastreados através de eletrodos por populações de células do hipocampo que mudam constantemente ao longo do tempo, apesar do registro de ensaios muito semelhantes. Isto revelou pela primeira vez um labirinto no qual as ondulações ocorrem durante a cessação da vigília e depois são restauradas durante o sono.

Os picos agudos eram normalmente registrados quando o rato fazia uma pausa para saborear uma guloseima açucarada após cada corrida no labirinto. Os autores dizem que o consumo de recompensas prepara o cérebro para mudar do modo exploratório para o sedentário, de modo que possam ocorrer picos acentuados.

Usando sondas de silicone de dupla face, a equipe de pesquisa conseguiu registrar até 500 neurônios simultaneamente no hipocampo dos animais enquanto eles corriam pelo labirinto. Isto, por sua vez, cria um desafio porque os dados se tornam muito complexos à medida que mais neurônios são registrados de forma independente.

Para obter uma compreensão intuitiva dos dados, visualizar a atividade neuronal e gerar hipóteses, a equipe conseguiu reduzir o número de dimensões nos dados, de certa forma como transformar uma imagem 3D em uma imagem plana, e sem perder a integridade do dados.

“Tiramos o mundo exterior da equação e analisamos os mecanismos pelos quais o cérebro dos mamíferos marca inata e subconscientemente algumas memórias como permanentes”, disse o primeiro autor Wan'an (Winnie) Yang, Ph.D., um estudante de pós-graduação. na Universidade Buzaki. laboratório.

“Por que tal sistema foi desenvolvido permanece um mistério, mas pesquisas futuras podem revelar dispositivos ou tratamentos que podem desligar picos agudos para melhorar a memória ou até mesmo reduzir a lembrança de eventos traumáticos.”

Junto com os Drs. Buzsacki e Yang, autores do estudo do Instituto de Neurociências da NYU Langone Health, são Roman Huzar e Thomas Haenmueller. Kirill Kiselev, do Centro de Neurociências da Universidade de Nova York, também foi autor, assim como Chen Sun, do MILA, o Instituto de Inteligência Artificial de Quebec, em Montreal.

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Financiamento: O trabalho foi apoiado pelas bolsas R01MH122391 e U19NS107616 dos Institutos Nacionais de Saúde.

Sobre esta notícia de pesquisa de memória

autor: Gregório Williams
fonte: NYU Langone
comunicação: Gregory Williams – NYU Langone
foto: Imagem creditada ao Neuroscience News

Pesquisa original: Acesso fechado.
Seleção de experiência para memória por ondas agudas no hipocampo“Por György Buzsáki et al. Ciências


um resumo

Seleção de experiência para memória por ondas agudas no hipocampo

Os experimentos devem ser marcados durante o aprendizado para maior consolidação. Contudo, os mecanismos neurofisiológicos que selecionam experiências para memória permanente são desconhecidos.

Ao combinar gravações neurais em larga escala em camundongos com técnicas de redução de dimensionalidade, observamos que sucessivas travessias de labirinto foram rastreadas por conjuntos de neurônios em constante movimento, fornecendo assinaturas neurais de locais visitados e eventos encontrados.

Quando o estado do cérebro mudou durante o consumo da recompensa, picos de ondas agudas (SPW-Rs) ocorreram em alguns testes, e seu conteúdo específico de pico decodificou os blocos de teste que os cercavam.

Durante o sono pós-teste, os SPW-Rs continuaram a reproduzir os blocos experimentais que foram reativados repetidamente enquanto o SPW-R estava acordado. Assim, a repetição do conteúdo dos SPW-Rs acordados pode fornecer um mecanismo de rotulagem neurofisiológica para selecionar aspectos da experiência que são mantidos e consolidados para uso futuro.

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Daily Telescope: Observando um remanescente de supernova de 800 anos

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Daily Telescope: Observando um remanescente de supernova de 800 anos
Mais Zoom / Imagem composta de SNR 1181.

NASA, ESA, JPL e outros. o.

Bem-vindo ao Telescópio Diário. Há muito pouca escuridão neste mundo e pouca luz, muito pouca pseudociência e pouca ciência. Deixaremos que as outras postagens forneçam seu horóscopo diário. Na Ars Technica faremos um caminho diferente, inspirando-nos em imagens muito reais de um universo repleto de estrelas e maravilhas.

Bom dia. É 28 de março e a imagem de hoje vem do Observatório de Raios-X Chandra da NASA, bem como de uma série de outros observatórios.

É uma imagem composta do remanescente de supernova SNR 1181. O nome do objeto nos dá uma pista de quando este objeto se tornou uma supernova: o ano de 1181. Durante cerca de meio ano, a “nova” estrela apareceu na constelação de Cassiopeia. Demorou muito até que os astrónomos, utilizando telescópios modernos, conseguissem encontrar os restos desta supernova, mas finalmente conseguiram na última década.

Esta imagem combina comprimentos de onda de raios X, ópticos e infravermelhos para dar vida aos restos mortais. Ao fazer isso, os astrônomos conseguiram descobrir o que causou a supernova. Aparentemente foi uma quantidade incrível de espionagem astronômica:

Estudos da composição das várias partes do remanescente levaram os cientistas a acreditar que ele foi formado em uma explosão termonuclear, mais precisamente, um tipo especial de supernova denominado evento subluminoso Tipo Iax. Durante este evento, duas estrelas anãs brancas se fundiram, e normalmente não seriam esperados vestígios deste tipo de explosão. Mas explosões incompletas podem deixar uma espécie de estrela “zumbi”, como a massiva estrela anã branca deste sistema. Esta estrela extremamente quente, uma das estrelas mais quentes da Via Láctea (cerca de 200.000 graus Celsius), tem ventos estelares rápidos de até 16.000 quilómetros por hora. A combinação de uma estrela e uma nebulosa torna esta uma oportunidade única para estudar explosões tão raras.

Aliás, o Observatório Chandra enfrenta severos cortes orçamentais, apesar de continuar a funcionar. Há um esforço para salvar O Grande Observatório.

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fonte: Observatório de raios X Chandra

Quer enviar uma foto para o Daily Telescope? Entre em contato conosco e diga olá.

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Como os sólitons distorcem o tempo, o espaço e as regras

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Como os sólitons distorcem o tempo, o espaço e as regras

Os sólitons topológicos, que são parte integrante de vários processos naturais e tecnológicos, estão a ser aproveitados através de interações não recíprocas para inovação na ciência dos materiais e na robótica, oferecendo novas possibilidades de locomoção autopropulsada e funcionalidade avançada. Crédito: SciTechDaily.com

Se anda como uma partícula e fala como uma partícula… provavelmente não é uma partícula. Um sóliton topológico é um tipo especial de onda ou deslocamento que se comporta como uma partícula: pode se mover, mas não pode se espalhar e desaparecer como seria de esperar, por exemplo, de uma ondulação na superfície de um lago. Em um novo estudo publicado em naturezaPesquisadores da Universidade de Amsterdã demonstraram o comportamento incomum de isolamentos topológicos em um metamaterial robótico, algo que poderá ser usado no futuro para controlar como os robôs se movem, sentem o que os rodeia e se comunicam.

Isolados topológicos podem ser encontrados em muitos lugares e em muitas escalas de comprimento diferentes. Por exemplo, eles assumem a forma de dobras Os fios telefônicos estão enrolados E moléculas grandes, como proteínas. Numa escala completamente diferente, A Buraco negro Pode ser entendido como um sóliton topológico na estrutura do espaço-tempo. Os solitons desempenham um papel importante nos sistemas biológicos, estando relacionados aos organismos vivos Dobramento de proteínas E Morfologia – Desenvolvimento de células ou órgãos.

As características únicas dos sólitons topológicos – que podem se mover, mas sempre mantêm sua forma e não podem desaparecer repentinamente – são particularmente interessantes quando combinadas com as chamadas interações não recíprocas. “Nesta interação, o fator A interage com o fator B de forma diferente da forma como o fator B interage com o fator A”, explica Jonas Veenstra, estudante de doutoramento na Universidade de Amesterdão e primeiro autor da nova publicação.

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“As interações não recíprocas são comuns na sociedade e nos sistemas vivos complexos, mas têm sido ignoradas há muito tempo pela maioria dos físicos porque só podem existir num sistema fora do equilíbrio”, continua Veenstra. Ao introduzir interações não recíprocas nos materiais, esperamos remover as fronteiras entre materiais e máquinas e criar materiais vivos ou semelhantes à vida.

O Laboratório de Materiais Automatizados onde Veenstra conduz suas pesquisas é especializado em design metamateriais: Materiais artificiais e sistemas robóticos que interagem com seu ambiente de forma programável. A equipa de investigação decidiu estudar a interação entre interações não recíprocas e isolamentos topológicos há quase dois anos, quando os estudantes Anahita Sarvi e Chris Ventura Minnersen decidiram prosseguir o seu projeto de investigação para o curso de mestrado “Habilidades Académicas para Investigação”.

Soluções robóticas de metamateriais

O metamaterial robótico soliton e anti-soliton fica na fronteira entre as seções inclinadas para a esquerda e para a direita da cadeia. Cada haste azul é conectada às suas vizinhas com elásticos rosa, e há um pequeno motor sob cada haste que torna as interações entre as hastes adjacentes não recíprocas. Crédito: Jonas Veenstra/UvA

Soliton se move como um dominó

O metamaterial hospedeiro soliton desenvolvido pelos pesquisadores consiste em uma série de hastes rotativas ligadas entre si por faixas elásticas – veja a figura abaixo. Cada haste é montada em um pequeno motor que aplica uma pequena força à haste, dependendo de como ela está orientada em relação aos vizinhos. Mais importante ainda, a força aplicada depende de qual lado o vizinho está, tornando as interações entre as barras adjacentes não recíprocas. Finalmente, os ímãs nas barras são atraídos por ímãs colocados próximos à corrente, de modo que cada barra tenha duas posições preferidas, giradas para a esquerda ou para a direita.

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Os isolados encontrados neste metamaterial são os locais onde as partes giratórias esquerda e direita da cadeia se encontram. Limites complementares entre seções de cordas giradas para a direita e para a esquerda são chamados de antisólitons. Isso é semelhante às torções nos fios telefônicos enrolados à moda antiga, onde seções de fio que giram no sentido horário e anti-horário se encontram.

Quando os motores em série são desligados, os sólitons e contra-solidões podem ser acionados manualmente em qualquer direção. No entanto, uma vez que os motores – e, portanto, as interações mútuas – são acionados – os sólitons e anti-sólons deslizam automaticamente ao longo da cadeia. Ambos se movem na mesma direção, a uma velocidade determinada pela propriedade de não reciprocidade imposta pelos motores.

Feenstra: “Muitas pesquisas se concentraram em mover sólitons topológicos aplicando forças externas. Nos sistemas estudados até agora, descobriu-se que sólitons e anti-solitons se movem naturalmente em direções opostas. No entanto, se você quiser controlar o comportamento de (anti-sólitons) -solitons) ), você pode querer empurrá-los na mesma direção. Descobrimos que as interações não recíprocas conseguem exatamente isso. As forças não recíprocas são proporcionais ao spin gerado pelo soliton, de modo que cada soliton gera seu próprio força motriz.

O movimento dos sólitons é como a queda de uma série de dominós, cada um derrubando o outro. No entanto, ao contrário do dominó, as interações não recíprocas garantem que a “derrubada” só possa acontecer numa direção. Embora um dominó só possa cair uma vez, um sóliton movendo-se ao longo do metamaterial simplesmente configura a corrente para que o anti-sóliton se mova através dele na mesma direção. Em outras palavras, qualquer número de isolados e anti-isolados pode passar pela cadeia sem precisar ser “reinicializado”.

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Controle de movimento

Compreender o papel do impulso não recíproco não só nos ajudará a compreender melhor o comportamento dos sólitons topológicos em sistemas vivos, mas também poderá levar a avanços tecnológicos. O mecanismo que gera os sólitons autônomos unidirecionais revelados neste estudo poderia ser usado para controlar o movimento de diferentes tipos de ondas (conhecido como direção de ondas) ou para fornecer ao metamaterial uma capacidade básica de processamento de informações, como a filtragem.

Os robôs futuros também poderiam usar silos topológicos para funções robóticas básicas, como movimento, sinalização e detecção do ambiente. Estas funções não serão mais controladas a partir de um ponto central, mas surgirão da soma das partes ativas do robô.

No geral, o efeito dominó dos sólitons em materiais sintéticos, agora uma observação interessante em laboratório, poderá em breve começar a desempenhar um papel em vários ramos da engenharia e do design.

Referência: “Sólitons topológicos não recíprocos em metamateriais ativos” por Jonas Veenstra, Oleksandr Gamayon, Xiaofei Guo, Anahita Sarvi, Chris Ventura Meinersen e Corentin Collet, 20 de março de 2024, natureza.
doi: 10.1038/s41586-024-07097-6

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