RE:Wichtigste Forschung 2017 - 3

Physiker erschaffen "Zeitkristalle"
Neuer Materiezustand ist zeitlich und räumlich diskret und geordnet
Es klingt wie Science-Fiction: Forscher haben erstmals Zeitkristalle erzeugt - Materialien, die in Raum und Zeit diskret geordnet sind. Die Bausteine dieser Zeitkristalle bilden wie in einem normalen Kristall regelmäßige Gitter, gleichzeitig aber verändern sie ihren Zustand in einem regelmäßigen Takt. Diese lange als unmöglich geltenden Gebilde wurden erst vor wenigen Jahren theoretisch postuliert, jetzt berichten gleich zwei Forscherteams in "Nature" die praktische Umsetzung.

Zitat

---

Umklappende Ionen-Spins
Der erste Zeitkristall besteht aus zehn Ytterbium-Ionen, die in einem elektrischen Feld über einer Oberfläche in der Schwebe gehalten werden. Christopher Monroe von der University of Maryland und seine Kollegen traktierten diese Ionen mit regelmäßigen Laserpulsen, die die Spins der Teilchen umklappen ließen und so das System daran hinderten, ins Gleichgewicht zu kommen.

Das Seltsame jedoch: Die Ytterbium-Ionen folgten nicht dem Takt des Lasers, sondern bildeten eine eigene Wechselschwingung aus. Sie klappten nur bei jedem zweiten Puls um. Nach Angaben der Physiker spricht dies dafür, dass dieses System eine eigenständige, zeitlich diskrete Struktur eingenommen hat – es ist ein Zeitkristall. "Die Oszillation und Synchronisation der interagierenden Spins zeigt, dass dieser Zeitkristall robust auf Störungen im antreibenden Puls reagiert", berichten die Forscher.

Schwingende Lücken im Diamantgitter
Der zweite Zeitkristall besteht aus einem synthetischen Diamanten, in dem das Kohlenstoffgitter rund eine Million Fehlstellen aufweist, sogenannte Stickstoff-Lücken. An diesen Stellen fehlt ein Kohlenstoffatom, stattdessen lagern sich an dieser Lücke Stickstoffatome an. Sonwoon Choi von der Harvard University und seine Kollegen lösten in diesen Lücken mittels Mikrowellen ebenfalls ein Umklappen von Spins aus.

Und auch bei diesem System entstand ein periodischer, doppelt so langsamer Takt im Wechselmuster der Spins. "Dieses System bricht damit die zugrundeliegende zeitliche Symmetrie des Pulses und bildet die diskrete Ordnung eines Zeitkristalls", berichten die Physiker.

Neuer Zustand der Materie
Damit scheint bewiesen, dass es die einst als unmöglich geltenden Zeitkristalle tatsächlich geben kann. "Beide Gruppen präsentieren Beweise für einen Zeitkristall", meint auch Chetan Nayak von der University of California in Santa Barbara in einem begleitenden Kommentar. "Auch wenn nun noch gezeigt werden muss, dass diese Oszillationen auch über längere Zeit in Phase bleiben und nicht durch Fluktuationen verwaschen werden."

Die Existenz der Zeitkristalle bedeutet zwar nicht, dass Zeitreisen wie in der Serie "Dr. Who" damit in greifbare Nähe rücken. Doch es könnte für diesen neuen Materiezustand in Zukunft durchaus Anwendungen geben. Sie könnten beispielsweise helfen, Daten in Quantencomputern besser gegen Störungen abzusichern, wie die Forscher erklären.

---

http://www.scinexx.de/wissen-aktuell-21233-2017-03-09.html



Quantenphysik:
Zeitkristalle – bizarre Materie in endloser Schwingung
Zwei Forschergruppen haben im Labor exotische Strukturen erzeugt, die erst wenige Jahre zuvor vorhergesagt worden waren: Muster in Quantensystemen, die sich mit der Zeit wiederholen.

Zitat

---

Ein Triumph in zwei Experimenten

Das erste Team um Jiehang Zhang von der University of Maryland hat dazu zehn in einer Magnetfalle aufgereihte Ionen mit Lasern manipuliert. Ein ständiges Laserfeld brachte das System aus dem thermodynamischen Gleichgewicht, und mit einem zweiten Laserstrahl gaben die Forscher den Ionen in regelmäßigen Abständen einen Stoß. Das System folgte der Anregung nicht im gleichen Takt. Stattdessen synchronisierten sich die Spins so, dass sie erst nach der doppelten Zeitdauer in den Ursprungszustand zurückkehrten.

Dieses seltsame Verhalten entsprach genau den Erwartungen an einen Zeitkristall. Das ließ sich gut überprüfen, da es sich um einen überschaubaren und somit theoretisch berechenbaren Versuchsaufbau handelte. Doch gerade das könnte man als Schwäche auslegen – reichen wenige Ionen tatsächlich, um eine langreichweitige Ordnung zu demonstrieren, wie sie für Kristalle charakteristisch ist? Analog würde man bei zehn räumlich gruppierten Wassermolekülen kaum von einem Eiskristall sprechen.

Solche Bedenken zerstreute die zweite Forschergruppe um Soonwon Choi von der Harvard University. Die Forscher verwendeten eine wesentlich größere Zahl von Spins, nämlich rund eine Million so genannte Stickstofffehlstellenzentren in einem Diamanten, und manipulierten sie mit Mikrowellen. In diesem völlig anderen Quantensystem beobachteten die Harvard-Wissenschaftler ein ähnliches Verhalten wie das Team aus Maryland. Das System antwortete je nach Anregung mit einer eigenen zeitlichen Ordnung von dem Zwei- oder Dreifachen der Periode und war robust gegenüber Störungen. Beide Teams haben zudem eine Art Phasendiagramm ihres Zeitkristalls vermessen, also festgestellt, bei welchen Störparametern er seine Eigenschaften verliert und gewissermaßen schmilzt.
Durchbruch zu einer ungewöhnlichen Stoffklasse

Die vergleichbaren Ergebnisse bei zwei so grundverschiedenen Experimenten untermauern die Vermutung der Theoretiker, dass Zeitkristalle ein generelles Phänomen darstellen. Auch zeichnen sich Anwendungsbereiche dieser neuartigen Materialklasse ab. Die Systeme aus den beiden Versuchen, das heißt lasermanipulierte Ionenfallen und Spins in Diamanten, sind ohnehin Bauteile von Quantencomputer-Prototypen. Vielleicht lässt sich dieser besondere innere Taktgeber nutzen, so spekulieren die Autoren in ihren Veröffentlichungen, um die Quantensysteme gegenüber Störungen zu stabilisieren oder Präzisionsmessungen weiter zu verbessern.

Warum haben Quantenphysiker das Konzept von Zeitkristallen nicht schon viel früher durchgespielt? Zwar haben sie heute die besten experimentellen Möglichkeiten für die Überprüfung, aber der Idee hätte das nicht im Weg gestanden. Ein Grund könnte sein: Aus alltäglicher Erfahrung vermuten wir Strukturen wohl eher im gewohnten Raum und im thermodynamischen Gleichgewicht. Möglicherweise warten in der Nichtgleichgewichtsphysik weitere ungewöhnliche Ordnungsprinzipien auf ihre Entdeckung.

---

http://www.spektrum.de/news/wie-erzeugt-...ristall/1440322



Ein Photon mit einer Billionen Atome verschränkt
Physiker können Informationen in einer großen Gruppe verschränkter Rubidium-Atome zwischenspeichern.
Atomklumpen im Quantenzustand: Forscher haben erstmals ein Photon mit einem makroskopischen Objekt verschränkt – einem Klumpen aus einer Billion Atome. Sie konnten dadurch Informationen eines Photons auf die gesamte Gruppe von Rubidium-Atomen übertragen und wieder abrufen. Zudem blieb die Verschränkung mehrere Mikrosekunden stabil – ebenfalls ein wichtiger Fortschritt.

Zitat

---

Die Zukunft der Informationstechnologie liegt in Quantencomputern. Diese sollen große Datenmengen innerhalb kürzester Zeit verarbeiten. Möglich wird das dank simultan ablaufender Rechenoperationen, welche auf der Überlagerung von Zuständen basieren - auch als Quantenverschränkung bekannt. Wenn zwei Teilchen miteinander verschränkt sind, können Informationen über ihren Zustand sowohl an dem einen, als auch an dem anderen Teilchen ausgelesen werden.

Während oft die kurze Lebensdauer solcher quantenverschränkter Zustände eine Hürde darstellt, haben Physiker nun vor allem bei der Größe des verschränkten Systems einen sprichwörtlichen Quantensprung erzielt.

Verschränkung im großen Stil
Dem Team um Wojciech Wasilewski am Quantum Memories Laboratory in Warschau ist es gelungen, ein einzelnes Photon mit einer Billionen heißer Rubidium Atome zu verschränken. Sie bestrahlten die Atome mit einem Laser und zeichneten einzelne Photonen des Streulichts mit Spezialkameras auf.


Analysen ergaben, dass dabei das Photon in Bezug auf seinen Impuls mit der ganzen Atomgruppe verschränkt war. "Ein einzelnes detektiertes Photon trägt die Information über den Quantenzustand der gesamten Atomgruppe mit sich," erklärt Michal Dabrowski von der Universität Warschau. Dies sei das erste Mal, dass die Verschränkung eines Photons mit einem so großen Objekt gelungen sei.

---

http://www.scinexx.de/wissen-aktuell-21217-2017-03-03.html



Medizin:
Nanomaschinen gehen den nächsten Schritt
Winzige Transporter, die in unserem Körper gezielt Medikamente an ihren Wirkungsort bringen - dieser Vision sind Wissenschaftler jetzt ein entscheidendes Stück näher gekommen.

http://www.spektrum.de/news/nanomaschine...schritt/1440931

Der Stress allerdings mit den Kids hinterher, lässt rasant schnell altern

Eine neue klinische Studie zeigte positive Wirkungen durch die Kombination der Medikamente Lapatinib und Trastuzumab gegen HER2-positiven Brustkrebs in einem Behandlungszeitraum von nur 11 Tagen.
https://futurism.com/a-new-treatment-des...-without-chemo/

https://www.theguardian.com/science/2017...tors-funnel-web

Hier kommt schon der nächste Durchruch. Zumindest liest sich dies hier sehr vielversprechend:

Forscher identifizierten ein Molekül im Gift der Trichternetzspinne, das anscheinend die Neuronen-Schädigung nach Schlaganfällen oder Hirnblutungen drastisch lindern kann, selbst wenn
die Substanz Stunden nach dem Ereignis verabreicht wurde. (Ratten). Interessanterweise sei die Struktur des Moleküls ähnlic aufgebaut wie ein bekanntes neuroprotektivs Molekül, welches hier ledier nicht genannt wird

Edit:
http://www.pnas.org/content/early/2017/03/14/1614728114

Es handelt sich um ein disulfit-reiches peptid. Ähnliche Peptide kommen in praktisch allen Tiergiften vor. Leider auch hier kein Hinweis auf:
"The molecule, called Hi1a, stood out because it looked like two copies of another brain cell-protecting chemical stitched together. It was so intriguing that scientists decided to synthesise the compound and test its powers. “It proved to be even more potent,” said Glenn King at the University of Queensland’s centre for pain research."

Zitat von Prometheus im Beitrag #56

---

Bei Hunden konnte jetzt erstmals ein Zahnkeim biotechnologisch hergestellt werden und wuchs nach Implantation zu einem bleibenden Zahn heran:

Practical whole-tooth restoration utilizing autologous bioengineered tooth germ transplantation in a postnatal canine model
http://www.nature.com/articles/srep44522

Kommentar Prometheus:
Ein Durchbruch für die Zahnheilkunde - im wahrsten Sinne!

---

Die CEO von Bioviva USA Inc, Elizabeth Parrish, behauptet sie wäre der erste Mensch bei dem die Umkehr des Alterungsprozesses durch Gentherapie gelungen sei!
https://futurism.com/gene-therapy-report...ological-aging/

http://www.riseofthevegan.com/blog/scien...-against-cancer

Wissenschaftler haben einen Mechanismus gefunden, wie die Maus DNA wieder verjüngt und zukünftige Schäden vermieden werden können.
Innerhalb von 6 Monaten sollen Versuche an Menschen möglich sein.
Ich kann es nicht glauben.
I can't believe it!
"Researchers have identified a cellular mechanism that allows them to reverse ageing in mouse DNA and protect it from future damage.
They've shown that by giving a particular compound to older mice, they can activate the DNA repair process and not only protect against future damage, but repair the existing effects of ageing. And they're ready to start testing in humans within six months."
http://www.sciencealert.com/scientists-h...-ageing-in-mice

Zitat

---

Even if you aren’t elderly, your body is home to agents of senility—frail and damaged cells that age us and promote disease. Now, researchers have developed a molecule that selectively destroys these so-called senescent cells. The compound makes old mice act and appear more youthful, providing hope that it may do the same for us....
Cell biologist Peter de Keizer of Erasmus University Medical Center in Rotterdam, the Netherlands, and colleagues were investigating how senescent cells stay alive when they uncovered a different strategy for attacking them. Senescent cells carry the type of DNA damage that should spur a protective protein, called p53, to put them down. Instead, the researchers found that a different protein, FOXO4, latches onto p53 and prevents it from doing its duty.

To counteract this effect, De Keizer and colleagues designed a molecule, known as a peptide, that carries a shortened version of the segment of FOXO4 that attaches to p53. In a petri dish, this peptide prevented FOXO4 and p53 from hooking up, prompting senescent cells to commit suicide. But it spared healthy cells.

The researchers then injected the molecule into mutant mice that age rapidly. These rodents live about half as long as normal mice, and when they are only a few months old, their fur starts to fall out, their kidneys begin to falter, and they become sluggish. However, the peptide boosted the density of their fur, reversed the kidney damage, and increased the amount of time they could scurry in a running wheel, the scientists report online today in Cell. When the researchers tested the molecule in normal, elderly mice, they saw a similar picture: In addition to helping their kidneys and fur, the molecule also increased their willingness to explore their surroundings.

“The paper adds a potentially new way to target senescent cells,

---

http://www.sciencemag.org/news/2017/03/m...igns-aging-mice

Eine von der University of New South Wales koordinierte Wissenschaftlergruppe, folgte Anregungen aus der Salamanderregeneration. Sie sagt, dass eine daraus entwicklelte Stammzelltherapie in der Lage ist, jedes menschliche Gewebe, das durch Verletzung, Krankheit oder Alterung beschädigt wurde, zu regenerieren. Diese soll in wenigen Jahren dank innovativer neuer Technik möglich sein
Die aktuellen Versuche verwenden iMS aus erwachsenen menschlichen Fettzellen, die in Mäuse eingefügt werden. Versuche im Humanbereich werden bis Ende 2017 erwartet.
https://futurism.com/game-changing-stem-...ique-developed/

Ein Bericht über einen Einsatz von reprogrammierten Stammzellen zur Verhinderung einer Erblindung.
https://futurism.com/videos/reprogrammed...40ee2-246910541

Forscher haben die vorhandenen Gehirnzellen in Mäusen in dopaminergen Neuronen umprogrammiert, um ihre Symptome der Parkinson-Krankheit zu reduzieren.
Dieser neuartige Ansatz könnte verwendet werden, um die Parkinson-Krankheit mit Stammzellen zu behandeln, die nicht transplantiert, sondern aus den eigenen Gehirnzellen des Patienten induziert werden.
https://futurism.com/your-brain-cells-co...insons-disease/

Wissenschaftler untersuchen die Möglichkeiten, Gene an und ab zu schalten, um Krebs zu bekämpfen. Dies könnte schließlich zu hoch personalisierten Behandlungen, auf genetischer Ebene, gegen Krebs führen. Solche Methoden könnten die Abwehr von Krebs gegen Medikamente abschalten.
https://futurism.com/researchers-want-to...-defeat-cancer/