Comment «bonnes» bactéries protègent notre intestin et promouvoir la santé?

Ce qui rend les légumes-feuilles en bonne santé? Selon une étude, le sucre dans l’aide

Une nouvelle découverte découvre comment les bactéries se nourrissent sur une molécule de sucre inhabituel trouvé dans les légumes verts feuillus pourrait détenir la clé expliquant comment «bonnes» bactéries protègent notre intestin et promouvoir la santé. Le résultat suggère que les légumes-feuilles sont essentiels pour nourrir les bonnes bactéries de l'intestin, ce qui limite la capacité des mauvaises bactéries à coloniser l'intestin par les excluant du premier 'immobilier'. Des chercheurs de Melbourne et le Royaume-Uni ont identifié une enzyme inconnue utilisée par les bactéries, les champignons et autres organismes pour se nourrir de la sulfoquinovose de sucre inhabituel, mais abondante, SQ pour faire court, trouvé dans les légumes verts

Chaque année, les légumes verts feuillus, comme les épinards, produire le sucre sur une échelle énorme à l'échelle mondiale, comparable à la production annuelle de minerai de fer total dans le monde. La découverte fournit également des informations cruciales qu'un jour peut être exploitée pour développer une toute nouvelle classe d'antibiotiques. L'étude a été publiée dans Nature Chemical Biology.

Le vinaigre peut aider à lutter contre la colite ulcéreuse,

Souffrant de la maladie de l'intestin? Cet ingrédient de cuisine commune peut aider

Les chercheurs croient que le liquide populaire pourrait aussi aider à lutter contre la colite ulcéreuse, une maladie inflammatoire de l'intestin qui est lié à l'microbiome intestinal. Ils ont trouvé que le vinaigre supprime les protéines de l'inflammation induisant tout en améliorant le maquillage bactérienne de l'intestin

Non seulement elle donne une touche de saveur à une assiette de frites, mais aussi du vinaigre pourrait aider à traiter une affection douloureuse du système digestif, une nouvelle étude a suggéré. Les chercheurs ont dit que le liquide populaire pourrait aussi aider à lutter contre la colite ulcéreuse, une maladie inflammatoire de l'intestin que la recherche suggère est liée au microbiome intestinal. Ils ont trouvé que le vinaigre supprimé protéines de l'inflammation induisant tout en améliorant le maquillage bactérienne de l'intestin chez la souris. Les chercheurs ont testé le vinaigre et son principal ingrédient, l'acide acétique, dans un modèle murin de colite ulcéreuse. Donner les souris soit la substance en l'ajoutant en petites quantités pour leur eau potable des symptômes significativement réduits de la condition

Une analyse d'échantillons de selles de souris a montré que les animaux traités présentaient des taux élevés de bactéries telles que Lactobacillus et Bifidobacterium. D'autres études ont montré que ces bactéries bénéfiques à des souris présentant des symptômes de colite-like. Le traitement a également abaissé les taux de protéines qui induisent une inflammation potentiellement dommageables dans l'intestin. Les chercheurs disent que des travaux supplémentaires seraient nécessaires pour déterminer les effets de vinaigre sur la colite ulcéreuse chez les humains. L'étude paraît dans le Journal ACS de chimie agricole et alimentaire.

Comment le sucre peut aider les médecins à détecter une tumeur cancéreuse?

Maintenant, le sucre peut aider les médecins à détecter une tumeur cancéreuse comment est!

La nouvelle technique d'imagerie a été combinée avec l'analyse du sucre naturel en remplacement de métal dans les agents de contraste. Les résultats ont montré que les tumeurs malignes (cellules cancéreuses) indiquent la consommation de sucre supérieure à celle du tissu environnant.

Des chercheurs suédois ont développé une nouvelle technique d'imagerie magnétique qui utilise le sucre pour évaluer la malignité des tumeurs dans le cancer des patients. La nouvelle technique d'imagerie a été combinée avec l'analyse du sucre naturel en remplacement de métal dans les agents de contraste. Les résultats ont montré que les tumeurs malignes (cellules cancéreuses) indiquent la consommation de sucre supérieure à celle du tissu environnant. « Si le sucre remplace le métal comme un agent de contraste dans le corps, il peut aussi avoir un effet psychologique positif et rendre les patients plus calmes, dit Linda Knutsson, professeur à l'Université de Lund en Suède. En outre, les agents de contraste à base de sucre sont moins chers que les agents à base de métal, conduisant à une réduction du coût des soins médicaux. Voici tout ce que vous devez savoir sur les dernières avancées dans le traitement du cancer.

Cependant, les agents de contraste à base de sucre ne peuvent pas être utilisés dans les examens de patients diabétiques qui peuvent avoir le cancer, les chercheurs ont expliqué dans l'étude publiée dans la revue Tomographie. Les tests ont été effectués sur trois personnes avec une tumeur au cerveau et quatre personnes en bonne santé. Les scientifiques ont constaté que les propriétés d'une tumeur peuvent être examinées par l'injection d'une petite quantité de sucre en elle, puis en mesurant la quantité de sucre la tumeur consomme. Le plus de sucre la tumeur consomme, plus il est malin, ils ont remarqué

Pratiquer la pleine conscience peut améliorer votre taux de glucose

L’attention de tous les jours est le trait inhérent d'être conscient de ses pensées et ses sentiments présents et maintenant, une équipe de chercheurs a elle liée à des niveaux de glucose sains.

L’attention de tous les jours est le trait inhérent d'être conscient de ses pensées et ses sentiments présents et maintenant, une équipe de chercheurs a elle liée à des niveaux de glucose sains. Dans une nouvelle étude de 399 personnes qui ont mesuré des indicateurs de santé, y compris la pleine conscience dispositionnel et de la glycémie, les chercheurs ont constaté que ceux avec des scores plus élevés pour la pleine conscience étaient beaucoup plus susceptibles que les personnes ayant de faibles scores d'avoir des niveaux de glucose sains. Les résultats montrent une association et ne prouvent pas une cause, mais ils font partie d'un programme dirigé par l'Université Brown, où les chercheurs étudient si les interventions qui augmentent la vigilance peuvent améliorer la santé cardiovasculaire. Leurs hypothèses sont primordiales que les gens qui pratiquent des degrés de vigilance plus élevées peuvent être mieux à même de se motiver à l'exercice, pour résister à des envies de haute teneur en gras, des friandises riches en sucre, et de rester avec le régime alimentaire et les régimes d'exercice recommandés par leurs médecins

Les chercheurs ont donc cherché à identifier les facteurs qui pourraient expliquer la connexion qu'ils ont vue entre la pleine conscience plus élevé et le taux de glucose plus sains. Leur analyse des données a montré que le risque d'obésité (les gens conscients sont moins susceptibles d'être obèses) et le sentiment de contrôle (les gens conscients sont plus susceptibles de croire qu'ils peuvent changer bien des choses importantes dans leur vie) à la fois contribuer à la liaison. Les auteurs dirigé par Eric Loucks a écrit que cette étude a démontré une association significative de l'attention dispositionnel avec la régulation du glucose, et fourni de nouveaux éléments de preuve que l'obésité et le sentiment de contrôle peuvent servir de médiateurs potentiels de cette association)

Ils ont ajouté que la pleine conscience est probablement un trait modifiable, cette étude fournit des preuves préliminaires d'un déterminant potentiel relativement nouveau et modifiables du diabète risque. La recherche n'a pas montré, un lien statistiquement significatif direct entre l’attention et diabète de type 2 risques, ce qui est la préoccupation médicale liée à une glycémie élevée. Les participants ayant des niveaux élevés de l'attention étaient environ 20 pour cent moins susceptibles d'avoir le diabète de type 2, mais le nombre total de personnes dans l'étude de la condition peut-être trop petit pour permettre des conclusions définitives, Loucks dit. L'étude est publiée dans l'American Journal of Health Behavior

Essayer d'agir heureux devant vos enfants

Essayer d'agir heureux devant vos enfants peuvent faire des ravages sur votre santé émotionnelle

Il est toujours important d'être un modèle positif pour vos enfants et maintenant, une nouvelle étude a révélé le coût émotionnel pour les parents qui ont mis un visage heureux

Il est toujours important d'être un modèle positif pour vos enfants et maintenant, une nouvelle étude a révélé le coût émotionnel pour les parents qui ont mis un visage heureux. L'Université de Toronto recherche suggère que les tentatives des parents pour supprimer négatif et amplifier les émotions positives au cours de la garde des enfants peut nuire à leur bien-être et les obligations parent-enfant de haute qualité. Dans deux études, l'une et l'autre expérimentales d'une étude de l'expérience quotidienne de 10 jours, les scientifiques ont examiné la façon dont les parents suppression des émotions négatives et l'amplification de l'émotion positive peut façonner le bien-être personnel et de la relation des parents. Dans les études des parents ont déclaré éprouver l'authenticité inférieure, bien-être émotionnel, la qualité de la relation, et la réactivité aux besoins de leurs enfants quand ils ont supprimé les émotions négatives et amplifiées émotions positives lors des soins à leurs enfants L'auteur principal Bonnie Le dit qu'en examinant la régulation des émotions positives et négatives en tandem, les résultats peuvent faire la lumière sur les effets uniques de l'utilisation de chaque stratégie .Dans la première expérience avec 162 parents, qui mettait l'accent sur rappelant soins donnant des expériences passées avant de répondre à une série de questions, les chercheurs ont constaté divers coûts émotionnels pour les parents

Co-auteur, le Dr Emily Impett pour la moyenne des parents les résultats suggèrent quand ils tentent de cacher leur expression négative de l'émotion et sur-exprimer leurs émotions positives avec leurs enfants, ce qui en fait à un coût: cela peut conduire les parents à se sentir pire se .Les auteurs reconnaissent que pendant que les parents peuvent éprouver des coûts de se livrer à ces stratégies de régulation des émotions, il sera important d'examiner si les enfants peuvent effectivement bénéficier de leurs parents efforts pour cacher potentiellement émotions blessantes et surexpriment des émotions positives. L'étude paraît dans le Bulletin de psychologie sociale et de personnalité

Comment vous êtes intelligent?

Votre cerveau a une personnalité et il dicte comment vous êtes intelligents

Tout comme les traits de personnalité de personnes peuvent différer, les cerveaux ont aussi des traits différents qui affectent la fois les facteurs anatomiques et cognitifs, tels que l'intelligence et la mémoire, selon une nouvelle étude.

Tout comme les traits de personnalité de personnes peuvent différer, les cerveaux ont aussi des traits différents qui affectent la fois les facteurs anatomiques et cognitifs, tels que l'intelligence et la mémoire, selon une nouvelle étude. Les traits rapportés dans cette étude sont un moyen unique d'examiner la façon dont les cerveaux diffèrent entre les personnes, a déclaré le premier auteur de l'étude Patrick Watson, chercheur postdoctoral à l'Institut Beckman for Advanced Science and Technology, Université de l'Illinois à Urbana-Champaign, Etats-Unis. Cette connaissance peut aider les chercheurs à étudier les différences subtiles liées aux capacités cognitives, Watson a noté.« Nous avons été en mesure d'identifier les caractéristiques cognitives anatomiques qui permettent de prédire l'intelligence générale et représentent des différences individuelles dans un réseau spécifique du cerveau qui est essentielle à l'intelligence - le réseau fronto-pariétal," a déclaré le chef de l'étude Aron Barbey de l'Université de l'Illinois. Les résultats ont été publiés dans la revue NeuroImage. Les chercheurs ont mesuré la taille et la forme de fonctions dans le cerveau. « Nous avons été en mesure d'examiner les faisceaux nerveux de fibres, les secteurs de la substance blanche, le volume, l'épaisseur corticale et la circulation sanguine, dit Watson

«Nous avons également été en mesure d'examiner les variables cognitives comme la fonction exécutive et de la mémoire de travail tout à la fois, 'a noté Watson. En utilisant une technique statistique appelée analyse en composantes indépendantes, les chercheurs regroupés mesures qui ont été liés les uns aux autres en quatre traits uniques. Ensemble, ces quatre traits ont expliqué la plupart des différences dans l'anatomie du cerveau des individus. Mais les différences cérébrales qui ont été inexpliquée par les quatre traits représentent les différences individuelles dans l'intelligence et la mémoire. « En recherchant des différences cérébrales inattendues, nous avons pu dans la maison sur des parties du cerveau liées à des choses comme la mémoire et de l'intelligence», a noté Watson

Le cuivre peut détruire MRSA 'superbactérie' qui est résistant à de nombreux antibiotiques

Les chercheurs ont découvert que le cuivre a les propriétés pour détruire la «superbactérie» résistante à la méthicilline Staphylococcus aureus (MRSA) - une bactérie qui est résistante à de nombreux antibiotiques.

Les chercheurs ont découvert que le cuivre a les propriétés pour détruire la «superbactérie» résistante à la méthicilline Staphylococcus aureus (MRSA) - une bactérie qui est résistante à de nombreux antibiotiques. Souvent touché des surfaces dans les zones occupées - comme les hôpitaux, les centres de transport et les bâtiments publics - peut aider à propager le SARM. Les bactéries déposées sur une surface par une seule personne le toucher, ou par des fluides corporels contaminés, peuvent être captés par les utilisateurs suivants et se propagent à d'autres surfaces, causant potentiellement des milliers d'infections dans le monde entier. Cette nouvelle étude, publiée dans la revue Applied and Environmental Microbiology, a démontré que le SARM meurent sur des surfaces en cuivre par une attaque à multiples facettes d'ions de cuivre et les espèces réactives de l' oxygène (ROS).«Notre dernière recherche montre que la contamination du bout des doigts simulé des surfaces avec des millions de MRSA ou MSSA, les cellules peuvent rester en vie pendant de longues périodes sur des surfaces non antimicrobiennes - comme l'acier inoxydable - mais sont tués encore plus rapidement que la contamination des gouttelettes sur le cuivre et alliages de cuivre », a déclaré l'étude de l'auteur principal Sarah Warnes de l'Université de Southampton en Angleterre.(Lire: Le miel de Manuka trouvé pour être efficace contre le SARM ou la méthicilline superbactérie résistante )

«L'exposition aux dommages de cuivre de la respiration bactérienne et d'ADN, ce qui entraîne dans la dégradation irréversible des cellules et la mort, 'Warnes noté. Les surfaces tactiles en cuivre antimicrobien solide sont déjà utilisées par les hôpitaux, les écoles, les centres de transport en commun, des installations sportives et des bureaux dans le monde entier pour réduire la propagation des infections. « Il est important de comprendre le mécanisme de l'efficacité antimicrobienne de cuivre, car les micro-organismes ont évolué divers mécanismes pour véhiculer la résistance aux désinfectants et des antibiotiques,« co-auteur Bill Keevil de l'Université de Southampton, a souligné

«Notre travail montre que les cibles de cuivre différents sites cellulaires, non seulement tuer les agents pathogènes bactériens et viraux, mais aussi détruire rapidement leur matériel génétique acide nucléique donc il n'y a aucune chance de mutation se produise et rien à transmettre à d'autres microbes, un processus appelé gène horizontal transfert », a expliqué Keevil.'Par conséquent, cette aide à prévenir la reproduction de la prochaine génération de superbactérie, dit Keevil

Une protéine immunitaire cellulaire pourrait lutter contre le cancer

Des chercheurs découvrent une protéine immunitaire cellulaire qui pourrait lutter contre le cancer

Cette découverte pourrait aider à lutter contre les cellules étrangères dans le corps en tant que scientifiques affirment que cette protéine agit en détruisant et traquer les tumeurs et les cellules de mélanome

Des chercheurs de Walter et Eliza Hall Institute en Australie ont affirmé avoir découvert comment une protéine fonctionne pour stimuler les cellules immunitaires naturelles-tuant du corps. Ces cellules sont un type de globule blanc qui chasse et détruit les cellules étrangères dans le corps, y compris les tumeurs, du sein et le cancer du côlon et des cellules de mélanome.

L'étude qui a été publiée dans la revue Immunity indique qu'une protéine appelée "ID2" fonctionne comme un interrupteur qui peut également être manipulé pour combattre les infections virales ou pour aider les patients dont le système immunitaire ne sont pas développés correctement parce que leurs corps manquent cells. It tueuses naturelles œuvres en permettant des cellules tueuses naturelles deviennent sensibles aux facteurs de croissance dans le sang, appelé 'interleukine -15 (IL-15)' qui gardent les cellules tueuses naturelles actif et vivant.

Utilisation du facteur de croissance, l'IL-15, les déficiences immunitaires dans les cellules peut être conquises par «tromper» les cellules immunitaires à devenir des cellules tueuses naturelles, les chercheurs ont expliqué. Le chercheur principal Nick Huntington dit: «Le véritable changement de paradigme est que nous pouvons maintenant faire des cellules tueuses naturelles apparaissent même lorsque ce commutateur est manquant, purement en fournissant plus de facteur de croissance à l'environnement spécifique - nous pouvons pousser les cellules à devenir des cellules tueuses naturelles. Il est une découverte biologique vraiment nouvelle.

A l'inverse, le commutateur de cellules tueuses naturelles pourrait aussi potentiellement être désactivé dans les cas où ces cellules se sont avérées préjudiciables, comme quand ils invitent le rejet des cellules souches du donneur dans les greffes de moelle osseuse ou de produire des signaux qui en résultent dans le syndrome de choc toxique potentiellement mortelle.

Souffrant de maux de dos?

Souffrant de maux de dos? Vous pouvez essayer cette nouvelle application

Des chercheurs européens créent une nouvelle application qui pourrait aider dans le traitement des maux de dos

Des chercheurs européens sont en train de concevoir une application similaire à FitBit qui peut aider à traiter avec votre mal de dos et de déterminer les bons exercices qui peuvent être effectuées en dépit de la condition débilitante.« Si cela se révèle efficace, nous aurons une solution très rentable qui peut soulager la vie quotidienne pour de nombreux patients souffrant de douleurs dorsales, dit Paul Jarle Mork, professeur à l'Université norvégienne des sciences et de la technologie (NTNU). Nommé selfBACK, le projet a récemment reçu un financement de cinq millions d'euros de l'Union européenne. En combinant la compréhension scientifique des maux de dos avec la technologie de pointe, les chercheurs tentent de créer un système d'aide à la décision basée sur des données recueillies au moyen d'un bracelet et une application smartphone, selon NTNU.

«Le bracelet capture l'activité d'un individu physique, la fréquence cardiaque, et le nombre de mesures prises. Sur la base des données générées à partir de la bande et l'application, nous pouvons vous conseiller le patient sur l'activité physique et le sommeil, par exemple, qui sont deux aspects critiques liés à des problèmes de dos », ajoute Mork, qui est le coordonnateur principal du projet.

La mission du projet est de mettre en œuvre une forme d'intelligence artificielle. Ce sera construit en utilisant le code open source, et recueillera des données critiques du patient. Cette collection continue de données constitue toute la base pour le système d'aide à la décision qui fournira des conseils personnalisés à chaque individu.

«Les patients doivent être en mesure d'entrer dans l'application et voir comment et pourquoi ils devraient suivre les conseils donnés. Ces suggestions sont basées sur l'information de base du patient et toutes les informations collectées par le bracelet et l'application de l'individu », dit Kerstin Bach, chercheur à NTNU. Au cours des cinq prochaines années, une équipe de chercheurs internationaux va travailler sur le projet selfBACK.

Comment améliorer la capacité mentale chez les schizophrènes?

Les scientifiques conçoivent une méthode pour améliorer la capacité mentale chez les schizophrènes

La cible de la suppression de l'inflammation dans le corps ainsi que la thérapie standard peut améliorer les problèmes cognitifs des patients atteints de schizophrénie, selon des chercheurs américains.

Brian J Miller du Medical College of Georgia à l'Université Augusta a constaté que tocilizumab - un médicament immunosuppresseur régulièrement prescrits pour l'arthrite rhumatoïde juvénile et - significativement amélioré les capacités cognitives. « Cela ajoute à l'évidence croissante que l'inflammation joue un rôle chez les patients atteints de schizophrénie et suggère que le ciblage inflammation peut être une cible thérapeutique viable au moins pour la déficience cognitive», fait remarquer Miller. Les problèmes cognitifs sont une source majeure de dysfonctionnement et d’invalidité chez ces patients et peuvent être parmi les premiers symptômes de la schizophrénie, a déclaré M. Miller dans le document publié dans le Journal of Clinical Psychiatry

À partir de 25 à 50 pour cent des patients peuvent avoir des inflammations du cerveau contribuant à un dysfonctionnement. Tocilizumab médicament cible le récepteur de l'IL-6 - une protéine qui aide à réguler l'inflammation et est souvent élevée chez les patients atteints de schizophrénie. Plus élevés d'IL-6 ont également été mises en corrélation avec un plus petit hippocampe, ainsi que des symptômes psychiatriques plus. Cependant, les cinq patients de l'étude n'a pas connu d'amélioration du niveau global des symptômes psychiatriques tels que des hallucinations et des délires, Miller a dit. Selon Miller, alors que tout semblait bénéficier de la thérapie anti-inflammatoire ciblée, seulement la moitié avait élevé de protéine C réactive (un indicateur de l'inflammation) niveau, ce qui signifie qu'une plus grande étude, en double aveugle est nécessaire

Les gènes identifiés qui peuvent vous donner un coup

 Dans ce qui est considéré comme la plus grande étude du genre, une équipe internationale de chercheurs a identifié de nouveaux gènes qui prédisposent à un AVC ischémique, la cause d'environ 85 pour cent de tous les accidents vasculaires cérébraux.

Dans ce qui est considéré comme la plus grande étude du genre, une équipe internationale de chercheurs a identifié de nouveaux gènes qui prédisposent à un AVC ischémique, la cause d'environ 85 pour cent de tous les accidents vasculaires cérébraux .Un examen complet du génome humain a également aidé les chercheurs à identifier un nouveau gène qui pourrait devenir une cible thérapeutique pour les médecins qui cherchent à prévenir cette maladie potentiellement mortelle et souvent débilitante.« Nous avons commencé à modifier la mortalité par accident vasculaire cérébral, qui est grande et passionnante,» dit un des chercheurs Bradford Worrall de l'Université de Virginie aux États-Unis. 

«Toutefois, si vous regardez tous les facteurs de risque connus, ils sont assez pauvres pour prédire le risque d'un individu. Il y a des statistiques qui suggèrent que jusqu'à 50 pour cent du risque résiduel est inexpliquée, ce qui explique pourquoi la compréhension des contributeurs génétiques sous-jacents est si important, 'Worrall noté. Pour faire avancer la compréhension de l'AVC ischémique, les chercheurs de l'Institut national des troubles neurologiques et des maladies de l'AVC Réseau de génétique (SIGN) et l'International Stroke Genetics Consortium (ISGC) des États-Unis a mené l'étude massive.

Le projet est censé être environ deux fois plus grand que toute étude précédente enquête sur les facteurs génétiques qui contribuent à un AVC ischémique. Le projet a examiné les génomes de dizaines de milliers de patients atteints d'un accident vasculaire cérébral et beaucoup plus de contrôle participants. Les résultats, publiés en ligne dans la revue Lancet Neurology, représentent le travail des chercheurs du monde entier. 

L'AVC ischémique représente une collection de plusieurs sous-types de course différentes, y compris les accidents vasculaires cérébraux causés par des caillots sanguins qui se forment dans ou à proximité du cœur et d'AVC qui résultent de durcissement des artères (athérosclérose) dans la tête ou du cou. Le nouveau gène identifié par l'étude, par exemple, est considérée comme étant associée aux accidents vasculaires cérébraux qui résultent de la grande athérosclérose de l'artère. L'étude a également mis en lumière le seul gène qui a été lié à toutes les formes d'accident vasculaire cérébral ischémique

Le cannabis affecte la capacité des utilisateurs

Selon une étude, pot de fumer peut vous faire froid cœur

Le cannabis

Le cannabis affecte de manière significative la capacité des utilisateurs à reconnaître, traiter et sympathiser avec les émotions humaines comme le bonheur, la tristesse et la colère, suggère une nouvelle étude.

Le cannabis affecte de manière significative la capacité des utilisateurs à reconnaître, traiter et sympathiser avec les émotions humaines comme le bonheur, la tristesse et la colère, suggère une nouvelle étude. « Nous ne prenons pas une position pro ou anti, mais nous voulons juste savoir, que fait-il? Il est vraiment à donner un sens de celui-ci », a déclaré un des chercheurs Lucy Troup, professeur adjoint de psychologie à l'Université d'État du Colorado aux États-Unis. Les résultats ont été publiés dans la revue PLoS ONE. 

Pour l'étude, impliquant 70 participants, les chercheurs ont mesuré l'activité électrique dans le cerveau déclenchée par l'attention visuelle - quand on remarque quelque chose. Les participants se sont auto-identifiés comme chronique, modéré ou non-utilisateurs de cannabis. Les expériences étaient les suivants: Avec les participants connectés à un électroencéphalogramme (EEG), ils ont été invités à voir les visages représentant quatre expressions distinctes: neutres, heureux, de peur et de colère

Chaos dans le cœur

Les scientifiques de l'Institut Fritz Haber de la Société Max Planck à Berlin et à l'Université de Barcelone ont découvert que le comportement chaotique dans les réactions chimiques et la fibrillation cardiaque peut être influencée de manière sélective et supprimée

Un cœur sain bat à un rythme régulier déterminé par des impulsions électriques générées à l'intérieur du cœur qui se propagent sous forme d'ondes à travers le muscle cardiaque. Ces ondes d'excitation produisent des contractions cardiaques normales. Parfois, ce comportement bien organisé est cependant remplacé par des motifs irréguliers d'excitation qui conduisent à la fibrillation cardiaque et peuvent être considérés comme une forme de comportement chaotique. les ondes chaotiques similaires peuvent également se développer dans les systèmes avec des réactions chimiques. En collaboration avec des scientifiques espagnols, AS Mikhailov (Fritz Haber Institute) a maintenant découvert que ce genre de chaos peut être supprimé par la faible modulation périodique de l'excitabilité moyenne. Si vérifié pour le cœur, cette découverte pourrait conduire à de nouvelles méthodes pour mettre fin à la fibrillation cardiaque.

Une vague d'excitation électrique traverse le cœur et le fait de contracter une fois par seconde. Parfois, cependant, la propagation des ondes ordonné tombe en panne et, en conséquence, des contractions physiologiques normales disparaissent et les ensembles de fibrillation dans. Si cette condition ne soit pas immédiatement arrêtée, l'issue est fatale.

D'un point de vue mathématique, la fibrillation peut être considérée comme une forme particulière de chaos. Des formes similaires de chaos sont également possibles dans les milieux chimiquement excitables, comme par exemple, la fameuse réaction Belousov-Zhabotinsky périodique. Dans des études expérimentales de cette réaction, scientifique américain Arthur Winfree a découvert les ondes dites de défilement tournant en 1973. Dans sa section transversale, une vague de défilement ressemble à une spirale. Ces spirales sont empilés les uns sur les autres pour former un motif en forme de spirale, ressemblant à une feuille roulée de façon lâche de papier. Le rouleau tourne autour d'un filament central. Ce filament peut être droit ou courbe; il peut aussi construire des boucles et des anneaux. Par la suite, Winfree a suggéré que le chaos dans les médias excitables en trois dimensions peut émerger à travers la dynamique désordonnée de ces filaments. À son avis, cela peut souvent expliquer le développement de la fibrillation et le phénomène de la mort subite d'origine cardiaque.

Les enquêtes menées par AS Mikhailov (Institut Fritz Haber) en collaboration avec S. Alonso et F. Sagues (Université de Barcelone) ont montré que le chaos Winfree des vagues de défilement est typique et peut être observé dans les modèles généraux de médias excitables. La figure donne un exemple d'une telle forme d'onde chaotique.

Il y a deux ans, Mikhailov et ses collègues de l'Institut Fritz Haber ont réussi à observer et contrôler les modèles chaotiques dans une réaction chimique .Dans sa nouvelle publication "Science", les scientifiques montrent que le chaos des ondes de défilement peut généralement être contrôlé - supprimé ou induite - par une faible modulation périodique des paramètres déterminant le seuil d'excitation d'un milieu. Cette découverte, qui a été découvert pour les modèles mathématiques abstraits, pourrait à l'avenir conduire à de nouvelles méthodes pour supprimer la fibrillation cardiaque.

Êtes-vous lent dans la coordination de vos pensées?

Les scientifiques de Max Planck découvrent une limite de vitesse dans les réseaux de neurones

De nombreux systèmes complexes sont constitués d'un grand nombre d'unités semblables qui sont reliés d'une manière compliquée. Un exemple important est fourni par les réseaux de neurones, où les cellules nerveuses dans le cerveau communiquent par l'échange d'impulsions via des connexions synaptiques. A la différence des atomes dans un cristal qui sont agencés sur une base régulière, par exemple maille cubique, les cellules nerveuses dans le cerveau se développent des connexions synaptiques d'une manière hautement spécifique, mais irrégulière. Dans ces systèmes, une question particulière est de savoir comment une coordination rapide, par exemple la synchronisation, entre les unités d'un réseau complexe peut être atteint. Trois théoriques neuro-physiciens de l'Institut Max Planck pour la recherche de flux de Goettingen ont maintenant un éclairage nouveau sur cette question pour les réseaux d'oscillateurs à impulsions couplées, des modèles simples de réseaux de neurones dans le cerveau 

Pour analyser l'impact de la structure du réseau sur sa fonction les scientifiques utilisent la théorie des matrices aléatoires. Initié par les travaux de Wigner sur les corrélations des niveaux d'énergie dans les noyaux atomiques, théorie des matrices aléatoires a été largement étudiée depuis les années 1950. Son champ d'application n'a cessé de croître depuis lors et aujourd'hui comprend l'étude des différents phénomènes aussi différents que les aspects mécaniques quantiques du chaos et les fluctuations des prix sur les marchés financiers. Timme, Wolf et Geisel ont maintenant démontré que la théorie des matrices aléatoires peut également être appliquée à l'évolution dynamique des réseaux complexes. Cette nouvelle approche permet à l'explorationof l'impact de la topologie d'un réseau sur sa dynamique, systématique et analytiquement. De la théorie des matrices aléatoires les chercheurs issus des expressions mathématiques qui déterminent précisément comment les neurones rapides peuvent coordonner leur activité, à savoir à quelle vitesse les réseaux neuronaux peuvent synchroniser. L'utilisation de ces expressions de la théorie de la matrice aléatoire, la dépendance sur les propriétés des neurones individuels, ainsi que de la topologie du réseau peut être prédit avec précision.

Max Planck structures modèle de chercheur

 du cerveau que les réseaux de neurones. 

Leurs nouveaux résultats montrent que le

complexe ..

Comme on pouvait s'y attendre, ils ont constaté que plus vite les neurones synchronisent plus les connexions synaptiques entre les unités sont. Curieusement, cependant, la nouvelle étude a révélé qu'il existe une limite de vitesse à la synchronisation de réseau: Même pour la synchronisation arbitraire des interactions fortes ne peut être atteint plus rapidement que la limite supérieure. Cette limite de vitesse est réglée par la connectivité du réseau complexe et est absent si chaque unité est couplée à toutes les autres. La limite provient du fait que, même si un seul appareil est sorti de la synchronie complète cette information doit être étendu à toutes les unités dans le réseau avant la synchronisation est réalisée à nouveau.

Si cette analyse capture les principaux mécanismes de coordination de l'activité dans les réseaux de neurones du cerveau, cela signifierait que la vitesse de traitement de l'information neuronale, c.-à-penser et de réagir, peut être sévèrement limitée par la connectivité réseau. Par exemple, l'analyse a révélé que, dans des réseaux aléatoires de la vitesse de synchronisation augmente lentement avec le nombre moyen de connexions par neurone. Cela impliquerait que les zones du cerveau, dans lequel l'échange d'information rapide est essentiel, doivent être très connectées.

A haute vitesse un caméra enregistre la turbulence

Les chercheurs de Max Planck de Göttingen répondent à la question de la façon dont les particules se séparent en turbulence vieux de plusieurs décennies

La turbulence se trouve partout: dans le soleil et dans une tasse de café, dans un moteur à turbine et en biologie. Comment fonctionne la turbulence est l'un des problèmes non résolus de longue date pour les scientifiques et les ingénieurs. Maintenant, cependant, les chercheurs ont été en mesure de tester expérimentalement, plusieurs décennies les vieilles théories sur la façon dont les particules se séparent en forte turbulence; le travail a été fait par des scientifiques de l'Institut Max Planck de dynamique et d'auto-organisation à Göttingen, Allemagne; Université Cornell aux États-Unis; le Laboratoire de géophysique et Fluid industrielle Flux au CNRS à Grenoble, France; et le Laboratoire national de Risø à Roskilde, au Danemark. Les scientifiques ont développé leur propre système de caméras à haute vitesse; avec eux, ils ont montré que les particules se déplacent plus lentement que ce qui avait été prédit. Ces résultats pourraient conduire à de meilleurs modèles de transport et de séparation des produits chimiques et substances biologiques.

Les particules dans la turbulence. Les petites

 sphères sont une visualisation de toute autre

 image prise par une caméra à grande vitesse –

 un ...

La turbulence Fluid est partout dans le monde qui nous entoure. Elle nous concerne tous sur une base quotidienne, que ce soit en remuant le lait dans notre tasse de café le matin, le mélange des gaz de combustion dans un brûleur, ou dans la propagation de polluants ou de bioagents dans l'atmosphère. Les biologistes essaient d'apprendre comment les animaux cherchent des partenaires et proies suivantes senteurs transportées par le vent et l'eau des écoulements turbulents. Turbulence influe également sur la façon dont il est probable que deux agents vont se réunir et de réagir chimiquement - comment la pollution ou des poisons dispersés et fluctuent à travers les océans et l'air. La turbulence affecte également la façon dont se forment les nuages et l'ozone atmosphérique se raréfient.

25 micromètre grandes sphères de polystyrène sont

ballottés  dans un  flux. Un laser vert les lumières et

l'obturateur de l' appareil photo est ..

La turbulence se produit naturellement quand un fluide, comme l'air ou l'eau, est poussé à grande vitesse ou à grande échelle, et se caractérise par des modèles de flux chaotiques, apparemment aléatoires. Il est plus facilement reconnaissable lorsque les «particules» sont ballottés dans un flux, comme lorsque les feuilles dansent dans un vent d'automne ou de rubans de brume apparaissent derrière un excès de vitesse de la voiture sur une route mouillée. Pendant des décennies, les scientifiques ont tenté de comprendre comment exactement la turbulence qui se passe. Une de leurs principales questions a été: lorsque des particules commencent près de l'autre, combien de temps faut-il pour la turbulence de les séparer? Dans les années 1920, un scientifique britannique, Lewis Fry Richardson, a prédit que la séparation quadratique moyenne d'une paire d'éléments de fluide devrait croître comme la troisième puissance du temps. Ce résultat, connu comme la loi de Richardson-Obuhov, est couramment utilisé dans les modèles de transport dans la turbulence. En raison d'une grande complexité de la turbulence, la loi suppose que la séparation d'écoulement est indépendante de la distance d'origine entre les particules. 

Dans les années 1950, cependant, l'australien George Batchelor à Cambridge a conçu une autre formule de séparation qui est en effet fonction de la distance initiale entre les particules. Il a vu la séparation de paire en augmentant avec le temps au carré, et a en outre suggéré que la loi Richardson-Obukhov serait, à long terme, être obéi.

Le dispositif expérimental. Deux moteurs

et hélices spécialement conçues mélange

100 litres d'eau au-dessus et au-dessous.

 Le ..

Maintenant, une équipe de recherche allemand-français-États-Unis, dirigée par le professeur Eberhard Bodenschatz, a testé expérimentalement les deux théories. Ils ont créé un système de suivi des particules de trois caméras à haute vitesse et un laser très lumineux (images 2, 3). Les scientifiques ont mis très petites particules dans les flux d'eau turbulents (image 1) et ont mesuré les mouvements de particules. Les caméras ont enregistré la distance entre les particules plus de 25.000 fois par seconde. Cela représente environ un million de fois plus petit et plus rapide que le mouvement de deux flocons de neige dans une tempête de neige.

Les chercheurs ont trouvé des résultats en excellent accord avec les prédictions de Batchelor, mais qui n'a pas respecté la loi Richardson-Obukhov. Contrairement aux attentes communes, la formule de Batchelor semble prédire le mouvement des particules dans à peu près tous les écoulements turbulents sur la Terre; particule distance de séparation peut en effet avoir son influence. Les mesures suggèrent également que les particules se déplacent plus lentement loin de l'autre qu'on ne le pensait.

Ces résultats pourraient avoir des implications pour un certain nombre de domaines de la science et de l'ingénierie, de se mélanger efficacement des matériaux industriels à la modélisation de l'intérieur des étoiles.

Comment les structures embryonnaires simples produisent les manifestations de la nature vivante?

Mécanisme de commande pour motif biologique Formation décodée

Une équipe de chercheurs de Fribourg ont révélé le mécanisme moléculaire qui 

Comment les structures embryonnaires simples capables de produire les manifestations variées et complexes de la nature vivante? Les scientifiques de Fribourg ont identifié des protéines qui régulent le modèle de formation de cheveux chez la souris. Ils ont découvert que les protéines produites par la peau, les Wnt, qui sont essentiels pour l'induction des follicules pileux, ainsi que des inhibiteurs dits DKK contrôlent l'espacement des follicules. En utilisant un modèle mathématique basé sur les réactions des protéines et des diffusions, les chercheurs ont été en mesure d'expliquer la dynamique et les paramètres de la formation des cheveux et de fournir pour la première fois la confirmation expérimentale de l'hypothèse de Turing de formation de motif biologique.

Comme la peau arrive à maturité, une séquence bien ordonnée des processus moléculaires conduit à la création de différentes structures épidermiques, y compris les follicules pileux de mammifères et les follicules des plumes d'oiseaux. Une caractéristique particulière de ces follicules est leur distribution spéciale caractéristique et densité. Des molécules de signalisation de la famille Wnt jouent un rôle dominant parmi les substances qui sont impliquées dans l'induction et la maturation des follicules. Si ces protéines ne remplir leur fonction, alors il n'y a pas d'indications morphologiques ou moléculaires de formation de motif à tous. L'effet de Wnt est régulé par des inhibiteurs de la famille des couronnes de protéines, entre autres. Ceux-ci sont également produits au cours de l'induction follicule.

Une explication possible pour la création de modèles biologiques a été offerte au cours des années 1950 par le mathématicien anglais Alan Turing, qui est également connu pour sa participation à décoder le code allemand Enigma pendant la Seconde Guerre mondiale et ses travaux fondamentaux sur la théorie de l'ordinateur. Sur la base de considérations purement théoriques, Turing a proposé un mécanisme de réaction et la diffusion entre les deux substances chimiques. En utilisant les mathématiques, il a prouvé qu'un tel système simple pourrait produire une multitude de motifs. Si une substance, l'activateur, lui-même et un inhibiteur produit, alors que l'inhibiteur décompose ou inhibe l'activateur, un schéma de distribution spontanée de substances sous forme de rayures et de patchs peuvent être créé. Une exigence essentielle est que l'inhibiteur peut être distribué plus rapidement grâce à la diffusion de l'activateur, ce qui stabilise la distribution irrégulière. Ce genre de dynamique pourrait déterminer l'agencement des structures corporelles périodiques et le modèle de marques de fourrure.

Les biologistes de l'Institut Max Planck d’immunobiologie à Fribourg, en collaboration avec des physiciens et des mathématiciens théoriques à l'Université de Fribourg, ont pour la première fois fourni la preuve expérimentale de l'hypothèse de Turing de formation de motif. Ils ont réussi à identifier les substances qui déterminent la répartition des follicules pileux chez les souris. Adopter une approche biologique du système, qui reliait les résultats expérimentaux avec des modèles mathématiques et des simulations informatiques, ils ont pu montrer que les protéines de la famille WNT et DKK jouent un rôle crucial dans le contrôle de la disposition spatiale des follicules pileux et satisfaire aux exigences théoriques du Turing hypothèse de formation de motif. Conformément aux prédictions du modèle mathématique, la densité et la disposition des follicules pileux changent avec augmenté ou réduit l'expression des protéines WNT et DKK .

En plus de l'importance fondamentale pour la compréhension de la formation de structures biologiques, ces résultats constituent la base pour expliquer en détail le processus de formation des cheveux, en tenant compte d'autres facteurs qui travaillent vraisemblablement en contrôlant la Wnts et DKKs. En ce qui concerne le rôle général des signaux WNT dans la création de structures épidermiques est concerné, l'étude actuelle pourrait être d'importance à long terme pour la production in vitro de la peau appropriée pour les transplantations.

Pourquoi quelqu'un peut construire un château de sable?

Des chercheurs de l'Institut Max Planck de dynamique et d'auto-organisation à Göttingen démêlent la structure complexe des granulés humides

Pour la construction d'une compétence sandcastle et l'imagination sont des ingrédients aussi nécessaires que l'eau, qui transforme le sable en un matériau moulable. Curieusement, cependant, la personne n'a besoin de suivre une recette pour la quantité précise d'eau: les propriétés mécaniques du sable humide sont tout à fait indépendantes de la teneur en liquide. Des chercheurs de l'Institut Max Planck de dynamique et d'auto-organisation à Göttingen, l'Université nationale Australie, l'Université d'Erlangen, et l'ESRF à Grenoble ont étudié ce phénomène à un niveau microscopique en utilisant x-ray micro tomographie. Ils ont découvert que lorsque la teneur en liquide du mélange est passée de moins de 1% et nettement supérieur à 10%, la distribution du fluide entre les grains de sable des changements de façon spectaculaire. La rigidité mécanique, cependant, reste pratiquement constante.

En médecine, les rayons X micro tomographie est également connu comme la tomographie par ordinateur. Les scientifiques irradient un objet avec des rayons X à partir de différents angles pour produire des images en deux dimensions. Ces images sont ensuite analysées au moyen d'un ordinateur, ce qui révèle la structure tridimensionnelle de l'objet à l'étude. Quand les scientifiques utilisent une source de rayons X lumineux comme la source de synchrotron à l'ESRF à Grenoble, la tomographie par ordinateur donne une résolution spatiale d'environ un millième de millimètre. Ceci est suffisant pour résoudre les structures de fluide minuscules et très complexes qui se forment à l'intérieur des granules humides.

Qu'est-ce que l'équipe de recherche a constaté en analysant ces images en trois dimensions est tout à fait étonnante: Le fluide ne remplit pas la structure de granulat complètement, forçant ainsi tout l'air sur les petits espaces entre les grains. Au lieu de cela, le liquide et coexiste air dans le mélange, formant une géométrie délicate.

Avec le recul, la raison de ce type de distribution est simple à comprendre. Comme les couches fluides les grains, il tente de s'entourer d'autant «grain» que possible. Le meilleur moyen où deux grains se touchent. L'espace «vide» entre les deux est relativement peu attrayante pour le fluide et peut donc être rempli d'air.

Comme les scientifiques ont réalisé des études plus précises, ils ont été surpris à nouveau: non seulement ne toutes les structures présentent la même pression; la pression était également indépendante de la teneur en fluide. Ceci explique la rigidité du matériau universel. La pression constante correspond à une force constante à l'intérieur de la structure et conduit aux mêmes propriétés mécaniques donc.

"Ces propriétés ne sont pas seulement importants pour la construction de châteaux de sable», explique Stephan Herminghaus de l'Institut Max Planck de dynamique et d'auto-organisation. Ils sont également pertinents pour les industries pharmaceutiques et de production alimentaire et aident à comprendre certaines catastrophes naturelles telles que les glissements de terrain. Herminghaus ajoute: «granulés humides sont pertinents dans de très nombreux domaines, et nous avons maintenant une meilleure compréhension de leurs propriétés mécaniques."

Mettre fin à la turbulence

Que ce soit dans les oléoducs ou les conduites d'eau de la ville - les scientifiques de l'Institut Max Planck de dynamique et d'auto-organisation ont découvert que l'écoulement turbulent est pas stable

Quand un flux atteint une certaine vitesse, les choses deviennent turbulent: Le fluide ou le gaz ne circule plus d'une façon ordonnée, mais tourbillonne autour sauvagement. Cependant, contrairement à ce que les chercheurs supposé jusqu'à présent, cet état est pas permanent. Les scientifiques de l'Institut Max Planck de dynamique et d'auto-organisation à Göttingen, en Allemagne et l'Université technique de Delft, Pays-Bas, ont montré que dans les flux de tuyaux, toutes les turbulences vont disparaître avec le temps. Les nouvelles mesures sont nettement plus précise que toutes les expériences précédentes et des simulations informatiques concernés par cette question. 

Les écoulements turbulents dans les tuyaux sont d'une importance pour de nombreuses applications de tous les jours. Qu'est-ce qu'ils ont tous en commun est leur apparition: Ils se déplacent vers le bas le bouillonnement de la conduite et gargouillis comme un ruisseau de montagne. Le flux ne se calme lorsque sa vitesse est réduite. Les scientifiques appellent cela plus calme laminaire de l'Etat. Déterminant la différence entre le flux laminaire et turbulent sont les forces internes qui relient la molécule d'eau à l'autre. Seulement si l'influence de ces forces intérieures est plus petite que l'influence des forces qui accélèrent l'écoulement peut turbulences apparaissent.

Jusqu'à présent, les scientifiques ont supposé qu'un écoulement turbulent voyagent avec une vitesse constante restera toujours turbulent. Cependant, les scientifiques de Göttingen et de Delft ont trouvé des preuves qui pointent à l'effet contraire. "Nos mesures montrent que chaque écoulement turbulent dans un tuyau deviendra inévitablement laminaire", explique le Dr Björn Hof de l'Institut Max Planck de dynamique et d'auto-organisation. En fonction de la géométrie exacte de la conduite de cette transition peut prendre de nombreuses années. Mais tout comme une balle à l'intérieur d'un creux, qui roule toujours dans la position d'équilibre, que l'écoulement laminaire est stable.

Pour leurs mesures scientifiques permettent l'écoulement d'eau à travers les tuyaux de verre jusqu'à 14 mètres de longueur et seulement quelques millimètres de diamètre. Avec l'aide d'une impulsion d'eau à court du côté ils ont créé un tourbillon turbulent dans l'écoulement laminaire par ailleurs parfaitement. Ils ont ensuite suivis de près, comment ce tourbillon changé comme il a voyagé le long du tuyau. De la probabilité avec laquelle il a atteint l'extrémité de la conduite qu'ils pourraient tirer les principes de base qui régissent la turbulence.

"Afin de déterminer si la turbulence est stable ou a seulement une très longue durée de vie, nos mesures devaient être très exact", dit Hof. Par exemple, il est essentiel de maintenir la température de l'eau absolument constante pendant l'expérience. La précision de mesure que les scientifiques obtenus de cette manière a dépassé toutes les expériences précédentes. Même les simulations informatiques ne peuvent pas fournir de telles données précises.

Il est encore difficile de savoir si les nouveaux résultats sont également valables pour les flux extérieurs de tuyaux. Mais même maintenant les résultats pourraient aider à mettre fin à la turbulence dans les tuyaux d'une manière contrôlée. «Flux Turbulent consomme plus d'énergie que ne le font les laminaires. Dans de nombreuses applications telles que les pipelines de pétrole, ils sont donc gênants", explique Hof. Etant donné que les flux laminaire aspirent à tourner sur eux-mêmes, il pourrait être possible de raccourcir la durée de vie de la turbulence à l'aide d'une petite perturbation. Cela pourrait aider à économiser de l'énergie.

Turbulence autour de transport de chaleur

le transport de la chaleur dans le manteau de la terre et dans l'atmosphère n'est probablement pas aussi efficace que ne le pensait

Non seulement dans le manteau de la Terre, dans l'atmosphère et dans les couches extérieures du Soleil, mais aussi dans un réacteur chimique, l'échange de chaleur peut ne pas être aussi efficace que le pensait initialement. Là, parce que la hausse des fluides chauds et donc induit le mouvement, la convection turbulente peut être de 100 milliards de fois plus forte que dans le pot de cuisson typique. Les fluides chauds se mélangent avec des fluides chauds turbulent. Comme la différence de température entre les côtés chaud et froid augmente, les transports de chaleur augmentent de façon exponentielle. Quand la turbulence est très forte, la croissance exponentielle diminue double. Des physiciens de l'Institut Max Planck de dynamique et d'auto-organisation, Université de Californie à Santa Barbara, et le Centre national français de la Recherche Scientifique dans le rapport Nancy cette découverte dans le issule actuel de New Journal of Physics. La théorie de longue date pour le transport turbulent convective de 1962 à la chaleur avait prédit que la croissance exponentielle augmenterait. Maintenant, la théorie devra être reconsidérée. (New Journal of Physics, le 1er Décembre, 2009).

À certains égards, le dispositif expérimental d’Eberhard Bodenschatz et ses collègues est similaire à une cocotte-minute gigantesque - même si le directeur à l'Institut Max Planck de dynamique et d'auto-organisation appelle (en raison de sa forme), le "sous-marin Göttingen". Dans le sous-marin hermétiquement scellé, un haut récipient à deux mètres d'un mètre de diamètre est chauffé par le bas et on le refroidit au-dessus. En entre-deux, un gaz sous pression est mélangé par convection turbulente, où le gaz chaud monte de la plaque chaude et puits de celui cool. La principale différence est que la convection dans le "sous-marin Göttingen" est un million de fois plus forte que dans une marmite. Avec cela, les scientifiques veulent en apprendre davantage sur la turbulence dans le manteau de la Terre, dans l'atmosphère et dans les couches extérieures du Soleil, où la convection est encore 100.000 fois plus forte.

"Nous avons mesuré le transport de chaleur de très forte convection et trouvé qu'il est complètement différent de ce que nous attendons sur la base de la théorie établie précédemment», explique Eberhard Bodenschatz. Plus la turbulence mélange le gaz chaud et le froid, plus le transport de chaleur à partir du bas chaud au sommet froid sera - essentiellement les transports de chaleur augmente de façon exponentielle. L'équipe a mesuré cette augmentation et a constaté, de façon surprenante, que l'exposant dans la loi diminue par la puissance de deux. Pour une différence de température donnée, non seulement une mais deux états ont été observés; une fois où l'exposant se situe de 0,308 à 0,253, et, parfois, pour une deuxième fois à 0,17. En 1962, le physicien américain Robert Kraichnan prédit que l'exposant devrait augmenter de 0,3 à 0,4, puis devrait être à peu près constante dans ce régime ultime de la turbulence thermique. "En attendant, nous avons effectué plusieurs mesures au niveau de turbulence élevée et encore trouvé un autre état avec éventuellement un autre exposant" dit Eberhard Bodenschatz: "Cette fois-ci, il peut être le régime Kraichnan prédit La multiplicité des états et les exposants nous déconcerte, comme. les processus physiques doivent encore être compris ".

Pour mieux comprendre cela, nous allons jeter un coup d'œil de plus près à la «marmite» dans le sous-marin. Sur les plaques inférieure et supérieure, la chaleur est conduite à travers une couche limite thermique de quelques centaines de microns d'épaisseur dans le gaz. Ici, un panache thermique se développe qui transporte du gaz chaud ou du froid à l'intérieur du récipient. Il est bien connu que les panaches de ce type forment une lampe à lave - pour des raisons encore inconnues cependant, la hausse et la baisse des panaches fusionnent pour créer une grande circulation qui coule jusqu'à un côté et tombe sur l'autre. Selon la théorie de Kraichnan, cette circulation devrait conduire la couche limite pour devenir turbulent. A partir de là, la conduction de chaleur devrait augmenter plus rapidement. "Au lieu de cela l'efficacité diminue et nous trouvons deux états au lieu d'un», dit Eberhard Bodenschatz: "Somehow les couches limites sont en train de changer, mais nous ne savons pas comment".

Pour étudier le transport de chaleur dans une planète comme la Terre ou d'une étoile comme le Soleil est finalement difficile. Même si les scientifiques ne veulent que d'étudier la turbulence lui-même, les conditions sont difficiles à réaliser dans le laboratoire. Par conséquent, les données expérimentales connues sont très limitées. "Récemment, avec le sous - marin , nous avons pu atteindre des niveaux de turbulence très élevés en utilisant un haut récipient et hexafluorure de soufre de deux mètres (SF 6) à 20 fois la pression atmosphérique» , explique Eberhard Bodenschatz.

Les données expérimentales de Guenter Ahlers, Denis Funfschilling et Eberhard Bodenschatz pose une énigme qui mettra au défi les théoriciens et expérimentateurs semblables. L'équipe internationale est déjà sur la voie de la conception d'une expérience qui peut résoudre les fines échelles de la couche limite. Les résultats donneront un aperçu plus approfondi des processus convectifs dans la Terre, l'atmosphère et le Soleil, ainsi que le potentiel d'optimiser le transfert de chaleur dans les réacteurs industriels.

Comment la taille des réseaux peut monter en flèche?

Les scientifiques de l'Institut Max Planck de dynamique et d'auto-organisation découvrent comment la taille des réseaux peut monter en flèche

Une nouvelle connexion unique peut améliorer considérablement la taille d'un réseau - peu importe si cette connexion représente un lien supplémentaire dans l'Internet, une nouvelle connaissance dans un cercle d'amis ou une connexion entre deux cellules nerveuses dans le cerveau. Les résultats, qui sont publiés dans Nature Physics, faisaient partie d'une étude théorique réalisée par des chercheurs de l'Institut Max Planck de dynamique et d’auto-organisation, le Centre Bernstein for Computational Neuroscience Göttingen et l'université de Göttingen. Cette étude décrit mathématiquement pour la première fois l'influence des liens supplémentaires simples dans un réseau. 

Imaginez le scénario suivant: Dans votre équipe sportive vous apprenez à connaître un nouveau joueur et prendre des dispositions pour aller voir un film sur le week-end prochain. Le nouveau membre de l'équipe apporte avec trois amis - et tout à coup par l'ajout d'un nouveau contact, votre propre cercle d'amis a augmenté de quatre personnes. Le processus de ce genre de croissance se produit dans de nombreux réseaux: Neurones dans le cerveau établissent constamment de nouvelles connexions, sites Web un lien entre eux et une personne voyageant infecté par la grippe crée un réseau de lieux infectés avec chaque arrêt intermédiaire. Du point de vue scientifique, ces processus de croissance sont encore mal connus: Comment un changement de réseau lorsque des liens simples sont ajoutés? À quelle vitesse un réseau croître de cette façon?

Pour répondre à ces questions, les scientifiques de Göttingen suivi la croissance des réseaux lien en lien. Une nouvelle connexion, cependant, peut non seulement ajouter un nouvel élément. Il peut également fusionner deux réseaux (comme dans l'exemple de l'équipe de sport ci-dessus). Les chercheurs se sont concentrés sur une forme particulière de la croissance du réseau qui introduit une forme de concurrence entre les liens possibles: Si plusieurs nouvelles connexions sont possibles, seule une connexion est créée: celle qui se traduit par le plus petit nouveau réseau. "Il existe des preuves, que les réseaux de plus en plus de neurones dans un premier temps préfèrent former de petits groupes et donc suivre à peu près le processus de croissance, nous discutons", explique Jan Nagler, chercheur du personnel à l'Université de Göttingen et l'Institut Max Planck de dynamique et d'auto-organisation.

La situation peut être comparée aux contacts sociaux établis dans un camp d'été pour les enfants, dont les participants ne savent pas tous les uns des autres au début de leurs vacances. Très probablement, les enfants seront à la première équipe en petits groupes et paires. Si une telle paire veut élargir son cercle social, il procède généralement prudemment, approchant une autre paire ou un petit groupe plutôt que d'une grande clique. Au début des vacances, les réseaux sociaux au sein du camp poussent donc lentement. A la fin, tous les enfants auront connaître: Le réseau a alors atteint sa plus grande taille possible et relie tous les éléments du système. 

"Dans notre étude, nous avons zoomé sur une phase de croissance intermédiaire. Cette phase survient après que les éléments ont commencé à se connecter de façon sporadique en petits groupes, mais avant tout le système est lié », explique Marc Timme, chef du groupe Dynamique de réseau à l'Institut Max Planck de dynamique et d'auto-organisation. Comment les nombreux petits réseaux relient pour former un tout? Plusieurs grands réseaux créés en même temps ou ne un réseau dominant développent que des tours au-dessus des autres? En plus d'effectuer des simulations informatiques, les chercheurs étaient Göttingen pour la première fois en mesure de tirer des expressions mathématiques qui décrivent ce lien de phase de croissance par liaison.

Les scientifiques ont constaté que, après un certain nombre de nouveaux liens, une poussée de croissance soudaine se produit: La taille du plus grand réseau au sein du système est améliorée de façon spectaculaire. "En ce qui concerne la taille du système, ce saut est plus dramatique dans les petits systèmes que dans les grandes", dit Nagler. Cependant, même dans les systèmes qui se composent d'un grand nombre d'éléments - comparables par exemple au nombre de neurones dans le cerveau - la taille du plus grand réseau peut doubler. «Au début, de nombreux réseaux de taille moyenne se développent de cette manière", dit Timme. Ainsi, un réseau de spanning dominante émerge seulement à un stade avancé dans le processus de croissance.

Dans une prochaine étape, les chercheurs veulent maintenant identifier les formes de concurrence dans les systèmes naturels de la biologie et la physique impliquent cette croissance rapide et d'étudier les conséquences de ces poussées de croissance.

Une forte protection des mots de passe faibles

La combinaison de codes simples et captchas, qui sont encore plus crypté à l'aide d'un processus chaotique, produit une protection efficace de mot de passe

Les mots de passe de l'avenir pourraient devenir plus sûr et, en même temps, plus simple à utiliser. Des chercheurs de l'Institut Max Planck pour la physique des systèmes complexes à Dresde ont été inspirés par la physique des phénomènes critiques dans leurs tentatives d'améliorer considérablement la protection par mot de passe. Les chercheurs ont divisé un mot de passe en deux sections. Avec le premier, facile à mémoriser la section, ils chiffrer un Captcha - une image que les programmes informatiques en tant que tels ont de la difficulté à déchiffrer. Les chercheurs font également plus difficile pour les ordinateurs, dont la tâche est de casser automatiquement les mots de passe, de lire les mots de passe sans autorisation. Ils utilisent des images d'un système physique simulé, dont ils font en outre méconnaissables avec un processus chaotique. Ces p-captchas permettent aux physiciens Dresde pour atteindre un niveau élevé de protection par mot de passe, même si l'utilisateur n'a qu'à se souvenir d'un mot de passe faible.

Les ordinateurs utilisent parfois la force brutale. Les programmes de piratage utilisent ce qu'on appelle des attaques en force d'essayer toutes les combinaisons possibles de caractères de deviner les mots de passe. CAPTCHA (Completely Automated Public Turing Test de dire Computers and Humans Apart) sont donc conçu comme une garantie supplémentaire dont l'entrée provient d'un être humain et non pas à partir d'une machine. Ils posent une tâche pour l'utilisateur qui est assez simple pour tout être humain, mais très difficile pour un programme. Les utilisateurs doivent entrer un texte déformé qui est affiché sur l'écran, par exemple. Les captchas sont de plus en contournés, cependant. Les données personnelles des membres du réseau social "SchülerVZ" pour les élèves de l'école ont déjà été volés de cette manière.

Des chercheurs de l'Institut Max Planck pour la physique des systèmes complexes à Dresde ont maintenant mis au point un nouveau type de protection par mot de passe qui est basé sur une combinaison de caractères et un Captcha. Ils utilisent également des méthodes mathématiques de la physique des phénomènes critiques pour protéger le Captcha d'être consulté par des ordinateurs. «Nous faisons ainsi la protection par mot de passe à la fois plus efficace et plus simple», dit Konstantin Kladko, qui a eu l'idée de cette approche interdisciplinaire lors de son passage à l'Institut Max Planck de Dresde; il est actuellement chercheur à Axioma Research in Palo Alto / Etats-Unis.

Les chercheurs basés sur Dresde combinent initialement mot de passe et Captcha dans un tout nouveau moyen. Le Captcha est plus générée à nouveau chaque fois afin de distinguer l'utilisateur humain d'un ordinateur sur une base de cas par cas. Au contraire, les physiciens utilisent le mot de code dans l'image, qui ne peut être déchiffré par les humains comme le mot de passe réel, ce qui permet d'accéder à un réseau social ou un compte bancaire en ligne, par exemple. Les chercheurs ont en outre chiffrer ce mot de passe en utilisant une combinaison de caractères.

Cependant, ce n'est pas tout: le Captcha est un instantané d'un système hamiltonien dynamique, chaotique en deux dimensions. Par souci de simplicité, son image peut être imaginé comme une matrice de pixels en échelle de gris, où chaque pixel représente un oscillateur. Les oscillateurs sont couplés à un réseau.Chaque oscillateur oscille entre deux états et elle est influencée par les oscillateurs voisins comme elle le fait, conduisant ainsi à des échelles de gris.

Développement Chaotic rend illisible le mot de passe

Les physiciens quittent alors le système à développer chaotiquement pendant une période de temps. La matrice de gris change la couleur de ses pixels. Le résultat est une image qui ne contient plus d'un mot identifiable. Les chercheurs ont ensuite chiffré cette image avec la combinaison de caractères et de sauvegarder le résultat. «Nous parlons donc d'un Captcha protégé par mot de passe ou p-Captcha», dit Sergej Flach, qui a fait équipe avec Tetyana Laptyeva pour atteindre les résultats de recherche décisifs à l'Institut Max Planck pour la physique des systèmes complexes. Etant donné que l'évolution chaotique de l'image initiale est déterministe, soit réversible, la procédure entière peut être inversée en utilisant la combinaison de caractères, de sorte que l'utilisateur peut encore lire le mot de passe caché dans le Captcha.

"La combinaison de caractères que nous utilisons pour crypter le mot de passe dans le Captcha peut être très facile de se rappeler», explique Konstantin Kladko. "Nous prenons donc en compte le fait que la plupart des gens ne veulent, ou ne peut, rappelez-vous des mots de passe simples." Le fait que les mots de passe sont en conséquence faibles est désormais plus important, parce que la protection réelle vient du mot de passe crypté dans le Catcha.

D'une part, le mot de passe caché dans le Captcha est trop long pour les ordinateurs pour être en mesure de le deviner en utilisant une attaque par force brute dans un laps de temps raisonnable. D'autre part, les physiciens utilisent un système critique pour générer l'image de mot de passe. Ce système est proche d'une transition de phase: avec une transition de phase, le système passe d'un état à un autre, à partir paramagnétique à l'état ferromagnétique, par exemple. Près de la transition, les régions forment à plusieurs reprises qui ont temporairement déjà terminé la transition. "L'image résultante est toujours très granuleuse. Par conséquent, un ordinateur ne peut pas distinguer de l'original, il est à la recherche », explique Sergej Flach.

"Bien que l'étude vient d'être soumis à une revue spécialisée et est disponible uniquement en ligne dans une archive, il a déjà provoqué un grand nombre de réponses de la communauté - et pas seulement dans Hacker Nouvelles», dit Sergej Flach. «Je suis très impressionné par la profondeur de certains commentaires dans certains forums - à Slashdot, par exemple." Les spécialistes sont évidemment impressionnés par l'ingéniosité de l'approche, ce qui signifie que les mots de passe peuvent être très difficiles à craquer à l'avenir. En outre, le procédé est facile et rapide à mettre en œuvre dans les systèmes informatiques classiques. "Une expansion à plusieurs niveaux p-Captcha est évident», dit Sergej Flach. Hoiwever, cela nécessite une puissance accrue pour inverser le développement chaotique dans un délai raisonnable de calcul: «Nous voulons donc étudier divers systèmes hamiltoniens et non-hamiltonien à l'avenir pour voir si elles fournissent plus rapide et même une protection plus efficace."

L'effet de pirouette dans le chaos de la turbulence

Les conclusions sur la façon dont se comportent les tourbillons dans un écoulement turbulent pourraient faciliter la simulation de nuages dans les modèles climatiques

Le mélange rapide du café et du lait après une agitation ou la formation de gouttes de pluie dans les nuages: ce ne sont que deux des nombreux phénomènes dans lesquels les écoulements turbulents jouent un rôle décisif. Des chercheurs de l'Institut Max Planck de dynamique et d'auto-organisation et de l'Ecole Normale Supérieure de Lyon ont maintenant découvert que les écoulements turbulents apparemment aléatoires ont en fait une structure étonnamment uniforme. Selon les résultats, les tourbillons sont un ingrédient de base des écoulements turbulents et ils se comportent de façon similaire à un patineur effectuant une pirouette - une technique par laquelle le patineur se penche ses bras pour augmenter la vitesse de rotation. Les chercheurs ont surveillé cet effet dans pirouette tourbillons de différentes tailles dans un liquide turbulent. Ce faisant, ils démêlé un mystère qui a confondu les chercheurs de turbulence depuis des décennies - à savoir la question de la façon dont les flux d'énergie des grands à toujours plus petits tourbillons, et comment elle est finalement convertie en chaleur dans les plus petits tourbillons.

Dès la première moitié du siècle dernier, les physiciens ont déjà exploré la question de savoir comment les écoulements turbulents convertissent l'énergie d'un flux directionnel en énergie thermique omni-directionnelle. L'explication ils sont venus avec le concept était soi-disant «cascade d'énergie" - un concept selon lequel l'énergie cinétique, par exemple d'une rivière, coule d'abord dans les grands tourbillons tournant rapidement quand cascade vers le bas d'une cascade. Les grands tourbillons se brisent ensuite en petits tourbillons, qui à son tour se décomposent en même les plus petits. Plus les tourbillons ne deviennent, plus la vitesse de leur rotation. Dans la rotation lente des mini-tourbillons, la force de frottement est telle que l'énergie cinétique est finalement convertie en énergie thermique.

Ce processus en cascade d'énergie est utilisé par des personnes sur une base quotidienne, par exemple dans des procédés de mélange: lorsque l'agitation du lait dans le café, le débit de lait déclenché initialement par la cuillère est convertie en quelques secondes à une directionless, une distribution uniforme de petites gouttes de lait. Les matériaux de base des réactions chimiques sont également mélangés à l'aide d'un écoulement turbulent, le procédé étant ainsi beaucoup plus rapide que si les matériaux ne sont pas mélangés.

Les écoulements turbulents dans la perspective des particules flottantes

Toutefois, les chercheurs ne comprennent pas encore les mécanismes d’écoulements turbulents. Une telle compréhension pourrait grandement simplifier la modélisation informatique des processus turbulents et donc, par exemple, la simulation de nuages dans les modèles climatiques. Physiciens Eberhard Bodenschatz et Haitao Xu de l'Institut Max Planck de dynamique et d'auto-organisation à Göttingen et Alain Pumir de l'Ecole Normale Supérieure de Lyon ont franchi une étape importante vers la compréhension des écoulements turbulents. En étudiant une seule particule flottant dans un écoulement turbulent pour la première fois, ils ont découvert un ingrédient de base dans les écoulements turbulents.

À cette fin, ils ont utilisé une caméra à grande vitesse pour surveiller des particules de polystyrène dans un écoulement d'eau turbulent, qui ont été éclairé par un laser très lumineux. Lors de l'analyse des images, ils du doigt une particule entourée de trois autres particules. Ces particules ont été séparées par une distance égale de sorte qu'ils forment un tétraèdre. Ils ont observé comment les positions des particules par rapport à l'autre changé au fil du temps, à savoir la façon dont le tétraèdre dans le liquide turbulent changements de forme et de la manière dont il tourne. Ce processus a impliqué extrêmes enregistrements time-lapse de 30.000 images par seconde.

Le résultat a étonné les physiciens: les particules effectivement exécuté une danse similaire à la pirouette dans le patin à glace. Quand un patineur sur glace plie ses bras tout en faisant tourner, la vitesse de rotation augmente considérablement. La raison de ceci est la conservation d'une grandeur physique connue sous le moment angulaire. Une particule de masse situé à l'extérieur de l'axe de rotation, exerce une plus grande résistance à la rotation d'une particule de masse située à l'intérieur de l'axe, ce qui signifie que la vitesse de rotation augmente à mesure que la particule de masse se déplace vers l'intérieur.

La simulation des écoulements turbulents est en train de devenir plus facile

Bodenschatz et son équipe ont observé un effet analogue dans l'eau turbulente. Le flux tendu tétraèdre de sorte qu'il est devenu plus mince. En outre, l'axe du tétraèdre de rotation aligné de façon qu'il soit parallèle à la direction d'étirement initial de l'écoulement. La vitesse du tétraèdre étiré de rotation en fin de compte a augmenté. "Pendant tout ce temps, le moment angulaire a été conservée», dit Bodenschatz. De cette façon, les dynamiques observées correspondent à une pirouette d'un patineur sur glace filer. Bodenschatz et ses collègues se réfèrent donc à ce que l ' «effet de pirouette".

Le fait que le moment angulaire du tourbillon est conservée dans le centre d'un liquide turbulent était quelque chose qui a surpris les physiciens. «Nous ne comprenons pas encore pourquoi cela est le cas," dit Bodenschatz. Les tourbillons dans le chaos d'un écoulement turbulent devraient effectivement l'expérience des forces de torsion qui changent leur moment angulaire. L'effet de pirouette montre que "un degré relativement élevé de l'ordre» qui prévaut dans le chaos d'un écoulement turbulent, dit le physicien.

Cet ordre dans le chaos peut être vu sur différentes échelles de taille. En utilisant la méthode décrite ci-dessus, les physiciens à base de Göttingen ont étudié avec des diamètres tourbillons allant de quelques millimètres à plusieurs centimètres. "Tous ont démontré l'effet de pirouette», dit Bodenschatz. "Notre résultat confirme le modèle de cascade d'énergie», explique le physicien. Depuis les années 1930, les chercheurs ont agi sous l'hypothèse que la cascade d'énergie a été fortement influencée par la dynamique des vortex. Selon ce concept, les tourbillons dans le tronçon d'écoulement et tournent plus vite autour de leur axe longitudinal - devenant ainsi instable et se décompose en petits tourbillons, qui subissent alors le même processus jusqu'à ce qu'une cascade est atteinte avec de très petits tourbillons.

Au cours des trente dernières années, cependant, cette notion semble être réfutée par des calculs selon lesquels l'axe de rotation n'aligne avec la direction le plus fort étirement du flux, mais reste verticale à cela. "Ces calculs, cependant, seulement examinés Snap Shots du champ d'écoulement", dit Bodenschatz. Ils représentent, pour ainsi dire, des instantanés. "Pour la première fois, d'autre part, nous avons surveillé la façon dont les tourbillons flottent avec le liquide», dit le physicien. Ceci est la seule façon de suivre le développement d'un vortex au cours du temps. Une analyse d'une particule flottante unique dans le flux a confirmé l'effet de pirouette, quelque chose qui a seulement été une hypothèse jusqu'à présente.

Bodenschatz voit ce résultat comme une étape vers la résolution d'un problème important dans la simulation par ordinateur des écoulements turbulents. "De nombreux aspects des écoulements turbulents peuvent déjà être simulés, mais on n'a pas encore été en mesure de simuler comment les différentes échelles de taille interagissent les uns avec les autres.» Il croit que cela pourrait changer si nous avons une meilleure compréhension de la dynamique des tourbillons de différentes tailles.

Les microsphères de silice dans les cristaux liquides

Les microsphères de silice dans les cristaux liquides offrent la possibilité de créer chaque concevable nœud.

Knots peuvent maintenant être attachés systématiquement dans le monde microscopique. Une équipe de scientifiques dirigée par Uroš Tkalec de l'Institut Jožef Stefan à Ljubljana (Slovénie), qui a travaillé à l'Institut Max Planck de dynamique et d'auto-organisation à Göttingen (Allemagne) depuis Septembre 2010, a maintenant trouvé un moyen de créer chaque nœud imaginable dans un cristal liquide. Les points de départ de la nouvelle méthode sont des microsphères de silice minuscules confinés dans des couches minces de cristaux liquides. Autour de ces microsphères, un réseau de lignes fines est formé là où l'orientation moléculaire du cristal liquide est modifié. Les chercheurs ont découvert une méthode pour tordre et relier ces lignes de manière à créer chaque nœud imaginables.

Knots sont omniprésents: Nous les rencontrons dans les matériaux tissés, dans les nœuds de nombreux marins, et des câbles électriques constamment enchevêtrés et les rallonges. Lors de la mise sur leurs chaussures, même les petits enfants apprennent à maîtriser leurs premiers nœuds - longtemps avant de pouvoir lire et écrire. Même notre ADN peut être complicatedly noué. D'un point de vue mathématique, les nœuds qui semblent complètement différent à première vue peuvent appartenir à la même classe. Le critère essentiel est que un nœud peut être transformé en un autre au moyen de simples déformations. L'exemple le plus simple est une bande de caoutchouc. parlant topologiquement, toutes les formes que vous pouvez créer à partir sans couper ouvert la boucle et se joindre à nouveau ensemble est équivalent à la bande de caoutchouc initial. Un nœud complètement différent, par exemple, est le nœud de trèfle (voir figure 1). Ce nœud ne peut pas facilement être lié d'une bande de caoutchouc intact. En outre, plusieurs boucles emboîtées peuvent représenter des structures plus complexes.

En dépit de ce système mathématique bien rangé organiser le fouillis général de nœuds, une question demeure: chaque nœud concevable peut-il être mis en œuvre dans un système microscopique, physique? Dans son étude la plus récente Uroš Tkalec a trouvé un tel système, dans lequel des nœuds complexes peuvent être créés de manière ciblée: les microsphères de silice au sein d'une épaisse couche de cristaux légèrement liquides nématiques confinée entre deux plaques de verre. Ces cristaux liquides constituent également la base des écrans LCD ordinaires.

"Les plaques de verre ont été traitées de manière à forcer les molécules cristallines liquides pour aligner parallèlement à la surface», explique Tkalec. Une microsphère de silice unique entrant dans la couche change l'alignement entourant sensiblement: autour de la sphère forme une région en forme d'anneau dans lequel aucune direction préférentielle ne peut être discernée. Les scientifiques se réfèrent à de telles perturbations dans l'ordre moléculaire sous forme de lignes de défauts. Etant donné que l'anneau de défaut entourant une microsphère réfléchit la lumière différente de celle du reste du cristal liquide, il peut être facilement détectée. "Il semble que chaque microsphère était entouré par sa propre bague - semblable à la planète Saturne", explique Tkalec (voir la figure 2, à gauche). Les anneaux de Saturne ceux-ci sont orientés perpendiculairement à l'orientation moyenne des molécules entre les plaques de verre. Si plusieurs microsphères sont confinées à ces couches nématiques minces, ils peuvent être déplacés ensemble et disposées en lignes à l'aide d'un laser, de façon similaire en utilisant une paire de pinces à épiler. Les anneaux puis se rejoignent pour former plus complexes, des lignes enchevêtrées entourant les sphères alignées.

"Toutefois, dans ces rangées de sphères sans nœuds peuvent être assemblés", dit Tkalec. Créant des nœuds nécessite des anneaux de défauts de microsphères voisins pour pouvoir joindre les uns aux autres dans deux directions. Pour y parvenir, les scientifiques ont utilisé un "truc": si la plaque supérieure de confinement de la couche de cristaux liquides est tourné de 90 degrés, l'alignement des molécules est modifiée. Tandis que les molécules plus faibles indiquent toujours dans le même sens que précédemment, les supérieurs sont également mis en rotation de 90 degrés. Entre-temps, la transition est graduelle. Les scientifiques se réfèrent à ce qu'un cristal liquide nématique torsadé ou chirale. "Dans ce dispositif expérimental, les anneaux de défauts entourant les sphères sont légèrement bouclées - comme une roue voilée d'une bicyclette", dit Tkalec (voir la figure 2, à droite). Les anneaux de sphères voisines peuvent donc traverser et lien: une exigence cruciale pour la création de nœuds.

Dans une étape essentielle, les chercheurs ont découvert une façon de manipuler les régions entre les sphères en rejoignant et en séparant les anneaux voisins. Tout d'abord, on chauffait la région entre les sphères avec un laser. Cela détruit la caractéristique d'alignement des molécules. Après avoir éteint le laser, l'alignement est rétablie - mais souvent d'une manière différente qu'auparavant. Ainsi, il est possible de joindre des anneaux qui contournés entre eux avant ou reconnecter les anneaux d'une manière différente.

Mais les chercheurs ont non seulement prouvé tour de main dans la manipulation expérimentale des microsphères et des lasers. Dans la partie théorique de leur étude, ils ont montré que pour chaque nœud concevable un nœud mathématiquement équivalent peut être trouvé qui peut être mis en œuvre dans ce sens. "Avec l'aide de microsphères dans un cristal liquide nématique chiral, nous pouvons créer pratiquement tous les nœuds que vous pouvez imaginer", dit Tkalec.

Les chercheurs espèrent maintenant que ces résultats aideront à mieux comprendre le nouage complexe de l'ADN. "Le nouage des molécules d'ADN, par exemple, joue un rôle important dans de nombreux processus vitaux tels que la réplication ou la transcription de l'ADN", dit Uroš Tkalec. En outre, la stratégie peut stimuler l'assemblage de circuits optiques reconfigurables dans des matériaux souples qui guideraient une lumière dans les applications photoniques futurs.