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Un nouveau paradigme ouvre la voie à des dispositifs optiques durables

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Un nouveau paradigme ouvre la voie à des dispositifs optiques durables

Une nouvelle étude réalisée montre comment les coquilles vitreuses des diatomées ont tendance à aider ces organismes microscopiques à effectuer la photosynthèse dans des conditions sombres..

Une nouvelle étude optique révèle comment les coquilles vitreuses des diatomées aident ces organismes unicellulaires à photosynthétiser même dans des conditions sombres. Leurs coquilles contiennent des trous qui modifient le comportement de la lumière en fonction de leur taille, de leur espacement et de leur composition. Crédit photo : Santiago Bernal, Université McGill

Une meilleure compréhension de la façon dont ces phytoplanctons ont tendance à récolter et à communiquer avec la lumière pourrait conduire à l’amélioration des capteurs, des cellules solaires et des composants photovoltaïques.

Le modèle informatique et la boîte à outils que nous avons développés pourraient ouvrir la voie à des dispositifs optiques durables et manufacturables à grande échelle et à des outils de collecte de lumière plus efficaces basés sur des coquilles de diatomées.. Cela pourrait être utilisé dans des dispositifs biomimétiques de capteurs, de nouvelles technologies de communication ou des moyens abordables de produire de l’énergie propre.

Santiago Bernal, membre de l’équipe de recherche, Université McGill

Les diatomées sont des organismes unicellulaires présents dans la plupart des plans d’eau. Leurs coquilles sont voilées dans des trous qui réagissent différemment à la lumière en fonction de leur espacement, de leur taille et de leur composition.

dans la revue Matériel visuel ExpressLes scientifiques, dirigés par David V. Plant et Mark Andrews de l’Université McGill, rapportent l’étude visuelle initiale de la coquille complète d’une diatomée. Ils ont examiné comment différentes sections du cortex, ou frustule, réagissaient à la lumière du soleil et comment cette réponse était liée à la photosynthèse.

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« Sur la base de nos découvertes, nous estimons que les granules pourraient contribuer à une augmentation de 9,83 % de la photosynthèse, en particulier lors de la transition d’un ensoleillement élevé à un faible ensoleillement.. Notre modèle est le premier à expliquer le comportement optique d’un champ entier. Par conséquent, cela contribue à l’hypothèse que les granules favorisent la photosynthèse chez les diatoméesC’est ce qu’a déclaré Yannick de Melo, premier auteur de l’article.

Combinez microscopie et simulation

Les diatomées ont évolué pendant des millions d’années pour survivre dans n’importe quel environnement aquatique. Sa coquille se compose de plusieurs régions qui travaillent collectivement pour récolter la lumière du soleil. Afin de mieux comprendre la photoréponse des frustules de diatomées, les scientifiques ont combiné des simulations photométriques computationnelles avec diverses méthodes de microscopie.

Les scientifiques ont commencé par imager la structure du fristol à l’aide de quatre méthodes de microscopie à haute résolution : la microscopie électronique à balayage, la microscopie à fond noir, la microscopie optique à champ proche et la microscopie à force atomique. De plus, ils ont utilisé ces images pour informer un ensemble de modèles construits par des scientifiques pour examiner chaque partie du frustule à travers une simulation 3D.

À l’aide de ces simulations, les scientifiques ont analysé comment les différentes couleurs de la lumière du soleil communiquent avec les structures et ont identifié trois mécanismes principaux de collecte de l’énergie solaire : la redistribution, la capture et la rétention. Cette méthode leur a permis de combiner les différentes idées photosynthétiques de la pierre et de montrer comment elles fonctionnent collectivement pour aider à mener à bien le processus de photosynthèse.

Nous avons utilisé différentes simulations et techniques de microscopie pour examiner chaque composant séparément. Nous avons ensuite utilisé ces données pour construire une étude de la façon dont la lumière interagit avec la structure, à partir du moment où elle est captée, jusqu’à où elle est distribuée ensuite, combien de temps elle est retenue, et jusqu’au moment où elle est susceptible d’être absorbée par la cellule. ..

Yannick de Mello, auteur principal de l’étude, Département de génie électrique et des communications, Université McGill

Promouvoir la photosynthèse

L’étude a révélé que les longueurs d’onde avec lesquelles le cortex interagissait correspondaient aux longueurs d’onde qui étaient absorbées au moment de la photosynthèse. Cela indique qu’il pourrait être développé pour aider à capter la lumière du soleil. Les scientifiques ont également découvert que différentes régions des granules peuvent redistribuer la lumière pour l’absorber dans toute la cellule.

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Cela indique que le revêtement a évolué pour améliorer l’exposition de la cellule à la lumière ambiante. De plus, leurs découvertes ont indiqué que la lumière circule longtemps dans les gelées pour faciliter la photosynthèse pendant les périodes de transition allant de la haute à la basse lumière.

Un modèle de frustule nouvellement développé pourrait permettre de cultiver des espèces de diatomées qui ont tendance à récolter la lumière à différentes longueurs d’onde, leur permettant ainsi d’être adaptées à des applications spécifiques.

Les mécanismes de collecte de lumière des diatomées peuvent être utilisés pour améliorer l’absorption des panneaux solaires en permettant à la lumière du soleil d’être collectée à plus d’angles, supprimant ainsi partiellement la dépendance du panneau à faire face directement au soleil..

Santiago Bernal, membre de l’équipe de recherche, Université McGill

Les scientifiques travaillent actuellement à affiner leur modèle et prévoient d’utiliser leur nouvelle boîte à outils pour étudier d’autres types de diatomées. Ensuite, ils ont prévu d’étendre le modèle au-delà des interactions de la lumière au sein d’un seul frustule pour analyser les comportements causés par la multitude de frottements.

Référence de la revue :

D’Mello, Y. et al. (2022) Mécanismes de récupération d’énergie solaire à partir de frustules Nitzschia filiformis diatomées. doi.org/10.1364/OME.473109.

la source: https://www.optica.org/en-us/home/

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Le T. rex était peut-être beaucoup plus lourd et plus long qu’on ne le pensait auparavant – étude

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Le T. rex était peut-être beaucoup plus lourd et plus long qu’on ne le pensait auparavant – étude

Les chercheurs suggèrent que le Tyrannosaurus rex était peut-être 70 % plus lourd qu’on ne le pensait auparavant et 25 % plus long.

Le plus grand T. rex jamais trouvé vivant pourrait être beaucoup plus grand que le plus grand spécimen actuellement connu, puisqu’il pèse environ 15 tonnes au lieu de 8,8 tonnes et mesure 15 mètres de long au lieu de 12 mètres, selon l’étude.

De nombreux dinosaures plus grands appartenant à divers groupes ont été identifiés à partir d’un seul bon spécimen fossile.

Il est donc impossible de savoir si cet animal est un grand ou un petit exemplaire de cette espèce.

Les chercheurs soulignent que déterminer quel dinosaure était le plus grand, sur la base d’une poignée de fossiles, n’a pas beaucoup de sens.

Dans la nouvelle étude, le Dr Jordan Malone du Musée canadien de la nature à Ottawa, au Canada, et le Dr David Hone de l’Université Queen Mary de Londres, ont utilisé la modélisation informatique pour évaluer un groupe de dinosaures T. rex.

Ils ont pris en compte des facteurs tels que la taille de la population, le taux de croissance, la durée de vie moyenne et le caractère incomplet des archives fossiles.

« Notre étude suggère que pour les grands animaux fossiles tels que le T. rex, nous n’avons aucune idée, d’après les archives fossiles, de la taille absolue qu’ils ont pu atteindre », a déclaré le Dr Malone.

« C’est amusant de penser à un T. rex de 15 tonnes, mais les implications sont également intéressantes d’un point de vue biomécanique ou écologique. »

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Le Dr Hohn a déclaré : « Il est important de souligner qu’il ne s’agit pas vraiment du T. rex, qui constitue la base de notre étude, mais que cette question s’applique à tous les dinosaures et à de nombreuses autres espèces fossiles.

« Se disputer sur « qu’est-ce qui est le plus gros ? » en se basant sur quelques squelettes n’a pas vraiment de sens. »

Le T. rex a été choisi pour le modèle car bon nombre de ses détails étaient déjà bien appréciés.

Le modèle est basé sur des modèles de crocodiles vivants, choisis en raison de leur grande taille et de leur relation étroite avec les dinosaures.

Les chercheurs ont découvert que les plus grands fossiles connus de T. rex se situent probablement dans le 99e centile, soit le 1 pour cent supérieur de la taille du corps.

Cependant, ils soulignent que pour trouver un animal parmi les 99,99 pour cent (un tyrannosaure sur dix mille), les scientifiques devraient fouiller des fossiles au rythme actuel pendant encore 1 000 ans.

Les estimations de taille sont basées sur un modèle, mais la découverte de géants d’espèces modernes suggère qu’il devait encore y avoir des dinosaures plus grands.

« Certains des os et morceaux isolés indiquent clairement des individus plus gros que les squelettes dont nous disposons actuellement », a déclaré le Dr Hoon.

Les résultats ont été publiés dans la revue Ecology and Evolution.

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Comment des physiciens américains ont joué à Dieu et ont créé un nouvel élément appelé Livermorium à l’aide d’un faisceau de particules de titane

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Comment des physiciens américains ont joué à Dieu et ont créé un nouvel élément appelé Livermorium à l’aide d’un faisceau de particules de titane

Un scientifique du Lawrence Berkeley National Laboratory travaille sur un dispositif de séparation lors d’une expérience. Crédit image : Laboratoire national Lawrence Berkeley

Une équipe de scientifiques et de chercheurs du Lawrence Berkeley National Laboratory en Californie a récemment annoncé une réalisation révolutionnaire : la création du Livemorium, ou élément 116, à l’aide d’un faisceau de particules de titane.

C’est la première fois qu’un hépatique est fabriqué de cette manière, rapprochant les chercheurs de l’insaisissable « îlot de stabilité », où les éléments très lourds sont censés avoir une durée de vie plus longue, ce qui les rend plus faciles à étudier. Plus important encore, c’est la première fois qu’un objet extrêmement lourd est fabriqué de cette manière par des humains.

Rainer Kröcken, directeur des sciences nucléaires au Berkeley Lab, a exprimé son optimisme quant à la découverte, soulignant la nature collaborative de l’expérience. Il a déclaré que la production de l’élément 120, la prochaine cible, prendrait beaucoup plus de temps mais semblait désormais possible. Annoncé lors de la conférence Nuclear Structure 2024, l’article sera bientôt disponible sur le référentiel de prépublications arXiv et sera soumis à la revue Physical Review Letters.

Utilisation innovante d’une poutre en titane pour créer l’élément 116
Dans leur expérience, les scientifiques ont utilisé un faisceau de titane-50, un isotope spécifique, pour générer du Livemorium, ce qui en fait l’élément le plus lourd créé à ce jour au laboratoire de Berkeley. Ce laboratoire a une riche histoire de découverte d’éléments, qui a contribué à l’identification de 16 éléments allant du technétium (43) au seaborgium (106).

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Jacqueline Gates, qui a dirigé le dernier effort, a exprimé sa confiance dans les résultats, notant que les chances que les résultats soient une anomalie statistique sont très faibles. Le processus impliquait de chauffer le titane à environ 3 000 °F (1 649 °C) jusqu’à ce qu’il se vaporise. L’équipe a ensuite bombardé le titane vaporisé avec des micro-ondes, en enlevant 22 électrons et en préparant les ions pour l’accélération dans un cyclotron de 88 pouces au laboratoire de Berkeley.

Les ions de titane accélérés sont dirigés vers une cible de plutonium, des milliards d’ions frappant la cible chaque seconde. Ce bombardement intense a finalement créé deux atomes de Livermorium sur une période de 22 jours. L’utilisation du titane à cette fin représente une nouvelle technologie pour synthétiser des éléments plus lourds, car les éléments précédents de cette gamme, de 114 à 118, avaient été synthétisés à l’aide d’un faisceau de calcium 48.

Jennifer Burr, physicienne nucléaire au groupe des éléments lourds du Berkeley Lab, a souligné l’importance de cette méthode. La production de l’élément 116 à partir de titane valide cette nouvelle approche, ouvrant la voie à de futures expériences visant à produire des éléments plus lourds, comme l’élément 120.

Trouver l’article 120
Le succès de la création de l’élément 116 a ouvert la voie au prochain objectif ambitieux de l’équipe : créer l’élément 120. S’il est atteint, l’élément 120 sera l’atome le plus lourd jamais créé et fera partie de « l’îlot de stabilité », un groupe théorique d’éléments super-lourds de qui devrait être plus long que ceux découverts jusqu’à présent.

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Le laboratoire prévoit de commencer à tenter de créer l’élément 120 en 2025. Le processus devrait prendre plusieurs années, reflétant la complexité et les défis inhérents à cette recherche de pointe. Les physiciens explorent les limites du tableau périodique, s’efforçant de repousser les limites de la connaissance et de la compréhension humaines en explorant les limites de la stabilité atomique.

Cette réalisation majeure démontre non seulement la créativité des scientifiques du Berkeley Lab, mais ouvre également la voie à de futures découvertes dans le domaine des éléments super-lourds, qui pourraient ouvrir la voie à de nouvelles connaissances sur la nature fondamentale de la matière.

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L’Institut des sciences spatiales et cosmiques commence une étude coordonnée de l’atmosphère autour des exoplanètes naines de type M

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L’Institut des sciences spatiales et cosmiques commence une étude coordonnée de l’atmosphère autour des exoplanètes naines de type M

L’Institut des sciences spatiales et cosmiques commence une étude coordonnée de l’atmosphère autour des exoplanètes naines de type M

La directrice de l’Institut des sciences spatiales et cosmiques, la Dre Jennifer Lutz, a accepté la recommandation principale du groupe de travail sur les initiatives exoplanétaires stratégiques et a décidé de procéder à une étude à grande échelle des exoplanètes naines rocheuses de type M.

Le programme utilisera environ 500 heures du temps discrétionnaire du directeur sur le télescope spatial James Webb pour rechercher l’atmosphère de plus d’une douzaine de systèmes proches.

Près de 250 observations ultraviolettes en orbite avec le télescope spatial Hubble seront utilisées pour déterminer l’activité des étoiles hôtes. Les observations seront effectuées par une équipe de direction du Space Science Institute dirigée par le Dr Nestor Espinosa et soutenue par le Dr Hannah Diamond Lowe en tant qu’équipe adjointe.

L’Institut des sciences spatiales et cosmiques emploie également un comité consultatif scientifique externe pour donner des conseils sur tous les aspects du programme, y compris la sélection des cibles, la vérification des données et les interactions communautaires équitables. Les membres du comité consultatif scientifique seront représentatifs de la communauté exoplanétaire au sens large, couvrant un large éventail d’affiliations institutionnelles et d’étapes de carrière.

Le Space Science Institute annoncera bientôt la possibilité de soumettre des candidatures, y compris des auto-nominations. La contribution de la communauté sera sollicitée sur la liste des cibles ; Les plans d’observation seront publiés bien avant la date limite de GWebb IV.

Rapport du groupe de travail sur les initiatives exoplanétaires stratégiques avec le télescope spatial Hubble et le télescope spatial James Webb

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Astrobiologie

Membre de l’Explorers Club, ancien gestionnaire de charge utile de la Station spatiale de la NASA/biologiste spatial, homme de plein air, journaliste, ancien grimpeur, synesthésie, mélange de Na’vi, Jedi, Freeman et bouddhiste, langue des signes américaine, camp de base de l’île Devon et vétéran de l’Everest, (il /lui) 🖖🏻

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