Uppdaterat SI-system

Via @KarinBojs såg jag att The General Conference on Weights and Measures har enhälligt röstat för att inleda processen med att byta definitionerna av enheterna kilogram, Ampere, mol och Kelvin.

Bild från New Scientist.

I stället för att kilot skall definieras av en metallklump i Paris skall man sätta ett konstant värde på Placks konstant. Även elektronens laddning, Bolzmanns konstant och Avogadros tal kommer att få bestämda värden på samma sätt som ljusets hastighet i vacuum idag är definierad som exakt 299792458 meter per sekund.

Jag har skrivit tidigare här på bloggen om arbetet med att byta SI-definitionerna. Det är framförallt kilo och Ampere som ställt till problem med sina konstiga definitioner; kilot som massan av en klump metall och Ampere som en ström genom oändligt långa ledare i vakuum. Det sistnämnda kan vara något svårt att reproducera i ett labb. Den konstiga definitionen på  Ampere har gjort att man för länge sedan använder alternativa definitioner i praktiska tillämpningar och det man nu mäter egentligen är en enhet oberoende av SI-enheten (även of den har samma värde).

Peer review

De senaste dagarna har jag flera gånger retat mig på hur vetenskapsjournalister och andra som borde veta bättre beskriver peer review, dvs den granskning av vetenskapliga manuskript som andra forskare gör innan publicering. Det började med The Guardians podcast "Science weekly" som förra veckan spelades in inför publik på Natural History Museum i London. En av paneldeltagarna kritiserade diskussionen kring överljusneutrinerna och tyckte att då resultaten inte genomgått peer review så var det i princip fel att ens diskutera dem. Detta oaktat att det är normalt modus operandi inom grenar av fysiken att förpublicera manuskript på arXiv för att få feed-back på dem innan den officiella peer reviewen. Paneldeltagaren upprepade flera gången att "peer review är guldstandarden för forskning".

Via Åsa Larssons twitterflöde (@archasa) snubblade jag över en annan artikel i ... The Guardian som berör peer review. Artikelförfattaren verkar på något sätt mena att peer review skulle garantera att det som presenteras i en vetenskaplig artikel är sant. Och visst, vi forskare har gjort mycket för att under blåsa den bilden. Det är lätt att få uppfattningen, som ovan, att det går en skarp gräns mellan det som är granskat och därmed sant och det som inte är granskat och som man därför bör ignorera.

Peer review har ett syfte. Det är viktigt att manuskript granskas av andra forskare och forskning som inte genomgått granskning bör man vara vaksam mot.

MEN, allt som står i granskade artiklar är inte sant. Det är en av chockerna man får som ung student/doktorand när man inser hur mycket av den publicerade, peer reviewade forskningen som är ... inte osann... men opålitlig. Oftast är det inte ett medvetet försök av forskarna att fuska utan misstag, misstolkningar, spekulationer utöver det experimenten visar... och så vidare.

En hel del av det här borde fångas upp av en god peer review, men slinker igenom för att granskningen ibland sker slarvigt och slentrianmässigt. Men även den bästa granskaren kommer att missa många fel. Det beror på att det inte är granskningens syfte att kontrollera resultaten. Peer review innebär normalt sett att en anonym forskare får ett manuskript tillsänt sig. Hon/han läser manuskriptet, försöker bedöma om resultaten är intressanta nog för att publiceras (i den aktuella tidskriften), försöker bedöma om resultaten går att utläsa ur de experiment* forskarna  presenterar. Man kritiserar oklarheter, kan ställa frågor om metoder, kräva mer mätningar och i bästa fall också ge förslag på hur manuskriptet kan förbättras. Man granskar alltså resultaten utifrån de presenterade mätningarna. Vad man normalt sett inte gör är att granska mätningarna i sig. Om en forskare presenterar felaktiga eller t.o.m. påhittade mätningar kommer det troligtvis att gå igenom granskningen. Det finns många exempel på sådant (t.ex. Jan-Hendrik Schön).

Peer review är alltså inte guldstandarden! Det är upprepning av resultaten av andra forskare som är den verkliga guldstandarden. Där ligger vetenskapens självkorrigerande mekanism. Peer review är ett viktigt instrument i den processen, men det vore bra om vi slutade låtsas som om den är en garanti för god forskning.


*eller analogt för teoripapper.

Nobelpriset i fysiologi eller medicin

Årets nobelpris i fysiologi eller medicin belönade upptäckter om hur immunförsvaret (vår kropps system för att skydda oss mot tex virus och bakterier) aktiveras. Ralph M Steinman (som tyvärr hann avlida ett par dagar innan priset tillkännagavs) får ena halvan för sin upptäckt av dendritceller på 70-talet. Dendritceller finns utspridda i kroppen och upptäcker när något främmande kommit in i kroppen och aktiverar då det förvärvade immunförsvaret. Bruce A Beutler och Jules A Hoffman delar på andra halvan av priset för sina upptäckter om det medfödda immunförsvaret. Hoffmann upptäckte att mutationer i en viss gen (som kodar för en receptor som kallas Toll) gjorde att bananflugor inte kunde skydda sig mot infektioner. Ett par år senare visade Beutler att samma sak gäller för möss. Här är det relativt nya resultat från andra halvan av 90-talet som belönas. På SvD finns en bra sammanfattning. En mer utförlig beskrivning finns på nobelstiftelsens hemsida.

Byråkratisering

Från The Scientific Journal Club på LinkedIn hittade jag två artiklar som otäckt väl beskriver känslan man har ibland som forskare just i steget mellan post-doc och PI. Den första, en kolumn i Nature, börjar med orden "When I grow up, I want to be a scientist. Sometimes, though, I fear that it is no longer possible." Författaren fortsätter: "My academic experience thus far has taught me that science has become something done mainly by graduate students and postdoctoral researchers" Och så känns det. Ju närmare man kommer att bli erkänd som en "riktig" forskare, ju längre bort kommer man från det. Det blir mer administration, mer tid går till att söka pengar, o.s.v. 

Den andra artikeln, från tidskriften Medical Hypotheses, "The cancer of bureaucracy: How it will destroy science, medicine, education; and eventually everything else" beskriver hur komittébeslutsfattandet sprider sig om en cancer och att ingen längre har någon individuell beslutsrätt och därmed heller inget individuellt ansvar. Det sista är naturligtvis inte ett problem bara inom vetenskapen utan i högsta grad i samhället i stort. I den artikeln är den något dramatiska slutsatsen att byråkratiseringen kommer att leda till en samhällskollaps och en tillbakagång till ett agrart medeltida samhälle... 

Jag tror inte riktigt att det är så illa, men det känns verkligen som om man jobbar sig bort från forskningen ju längre man stannar i akademin. Känner folk det på samma sätt inom andra områden också?

Livets enzym

På den pågående ISACS4-konferensen på MIT under titeln "Challenges in renewable energy" handlar mycket om kemin bakom vattendelning med hjälp av ljus. Vattendelning är kärnan i den process som vi känner som fotosyntes. Även om fotosyntes oftast är sett som produktion av organiska molekyler från koldioxid, vatten och ljus så är det i delningen av vatten till syre och väte som nästan all energi utvinns. Därför är det naturligt att mycket av diskussionerna här handlar om just vattendelning och möjligheterna för artificiell fotosyntes.
Speciellt har det varit mycket uppmärksamhet kring en artikel som publicerades i Nature* för två veckor sedan där strukturen hos enzymet som är ansvarigt för vattendelningen bestämts i detalj. Enzymet kallas Photosystem II (PSII) och är en av de allra viktigaste byggstenarna för livet på jorden. Så mycket att en av talarna kallade det för livets enzym.

Att känna till strukturen hos enzymet är inte bara viktigt ur en grundforskningssynvinkel, det hjälper även till att tillverka konstgjorda katalysatorer för vattendelning. En av de mer uppmärksammade är det artificiella löv som nyligen presenterades av konferensens ordförande Dan Nocera. Det är en stålskiva med katalysator för syreproduktion på ena sidan och väteproduktion på andra. (En prototyp finns redan utställd på MIT museum). Det är ett stort framsteg, men det är fortfarande mycket forskning som behövs innan vi kan säga att problemet med vattendelning är löst, vilket skulle vara ett viktigt steg mot en grönare energiframtid. Vätet från vattendelning kan inte bara användas direkt som bränsle, t.ex. i en bränslecell för att generera elektrisk energi det kan även kombineras med med koldioxid för att ge olika flytande bränslen. Som en intressant sidonot kan man nämna att Nocera kallade växternas förmåga att använda det frigjorda vätet att tillverka socker en "intressant ingenjörslösning" för att de inte kan lagra väte i gasform.

ISACS4 är en intressant konferens om ett mycket intressant och aktivt område där många av världens främsta fysikalkemister är verksamma.

* Nature 473, 55 (2011).

Location:Cambridge, Ma

Elektronen är rund!

I dagarna har resultat presenterats i Nature¹ som visar att elektronens dipolmoment är 0, med hyfsat god precision*. Det är Ed Hinds grupp på Imperial Collage som ägnat det senaste decenniet att mäta detta. För att vara ett resultat som egentligen inte visar något oväntat har det fått mycket uppmärksamhet på bloggar, i fackpress, media o. dyl. Det intressanta här är att standardmodellen säger att elektronen dipolmoment skall vara noll, eller i alla fall väldigt, väldigt nära noll, men det finns alternativa modeller som förutsäger ett större dipolmoment. Mätningarna sätter därmed gränser för vilka teorier som är förenliga med experiment. Och genom att titta oerhört noggrant på så små effekter så testar man i princip teorier som det behövs LHC-klass-acceleratorer att se på "traditionell väg". Som det står i abstrakt till artikeln:

Our measurement of atto-electronvolt energy shifts in a molecule probes new physics at the tera-electronvolt energy scale.

Den som har mycket gott minne kommer ihåg att jag skrev om de här mätningarna redan för drygt fyra år sedan.

För en, som vanligt, utmärkt beskrivning rekommenderas stark bloggen Uncertain Principles, men även Economistbloggen Babbage ger en god inblick i det intressanta.


¹ J.J. Hudson et al., Improved measurement of the shape of the electron, Nature 473, 493–496 (2011).

Andra bloggar om fysik, dipolmoment, elektron, vetenskap

* Ed Hinds var på Natures podcast och förklarade att om man skulle blåsa upp elektronens storlek till motsvarande hela solsystemet så skulle den största möjliga avvikelsen från absolut rundhet vara bredden på ett mänskligt hårstrå. Så, hyfsat rund :)

Pappersbaserade detektorer

Det finns i princip tre anledningar till att man utvecklar utvecklar nya mätinstrument och -metoder. Den första, och sexigaste, är att man vill kunna mäta något som inte tidigare var möjligt. Den andra är att man vill kunna mäta något bättre än vad som tidigare var möjligt. Dessa två är det man i allmänhet förknippar med forskning och utveckling. Tänk partikeldetektorer, atomur eller cancerdiagnostik... Men den tredje anledningen, att kunna mäta något billigare än vad som tidigare var möjligt, är kanske den allra viktigaste för kommersialiseringen och spridningen av en metod. Inom företag ägnas mycket forskning åt den tredje anledningen, men inom akademin är det något som ses som mindre intressant.

Ett undantag från den bilden är George M. Whitesides, professor på Harward och en av kemins superstjärnor.* På senare år har Whitesides intresserat sig för papper, istället för kisel eller PDMS, som bas för detektorer. I en rad artiklar har hans grupp publicerat pappersbaserad ELISA, och electrokemiska detektorer. I en artikel som accepterats i Lab on a Chip presenterar man nu en piezoelektisk kraftsensor av papper. 

Pappersbaserad kraftsensor.

En piezoelektrisk sensor fungerar genom att en ledare ändrar resistans när den deformeras. Genom att tillverka ledaren av kolbaserat bläck stencilerat på papper kunde man tillverka en sensor som kan mäta krafter på upp till 16mN (motsvarande tyngden av en 0,16 grams vikt) med ca 1% precision. Har man väl tillgång till bläcket tillverkas sensorn på under en timme med hjälp av en målarkniv och en pappersskärare. Den totala materialkostnaden är ungefär 0,04US$. På samma sätt tillverkade de även en våg för vikter upp till 15 gram med en mätnoggrannhet på 0,4g.

Det papperslösa kontoret gör plats för det pappersbaserade labbet.

* Whitesides har publicerat drygt 1000 vetenskapliga artiklar, och har ett h-index runt 100. Han har startat ett dussin företag och har varit en ledande figur inom än mängd områden i modern kemi, spektroskopi och nanoteknologi, bl.a. var han en av de absoluta pionjärerna inom mikrofluidik. Hans labb har som mål att "fundamentalt förändra de vetenskapliga paradigmen". Och han lyckas ofta.

X. Liu, M. Mwangi, X.J. Li, M. O'Brien och G. M. Whitesides, Paper-based piezoresistive MEMS sensors, Lab Chip, in press, doi:10.1039/C1LC20161A.

Diffraktion och interferens

Nästa post* i serien om de båda Natureartiklarna handlar om diffraktion, och speciellt om hur man kan använda diffraktion för att få fram strukturen hos en kristall.

Diffraktion betyder böjning av vågor och är något som händer när ljusvågor stöter emot ett hinder, som t.ex. en liten spalt, ett hårstrå eller går in i ett material med annat brytningsindex. Att olika våglängder böjs olika mycket ger upphov till det färgade mönster som syns när ljus träffas en CD-skiva. Om ljus faller in mot en liten öppning så kommer det att böjas runt kanten på öppningen. 

Interferens av två vågor i fas och helt
ur fas. Bild från Wikipedia.

Interferens är när två vågor summeras. Om vågorna är i fas ger de en högre resulterande våg. Om de har samma våglängd och är helt ur fas kan de släcka ut varandra.

Diffraktions- och interferensmönster i
dubbelspalt. Bild från Wikipedia.

Samverkan mellan interferens och diffraktion ger upphov till de mönster som syns i t.ex. ett dubbelspaltexperiment. Ljus från den ena spalten släcker ut ljuset från den andra i vissa riktningar och förstärker det i andra.

Braggspridning i två kristallplan.
Bild från Wikipedia.

I en kristall sitter atomerna ordnade i ett bestämt mönster som upprepas om och om igen. När man tittar in i kristallen från olika riktningar ser atomerna ut att vara ordnade i plan, ungefär som när man ser gravstenar på rad på militärkyrkogårdar. När ljus träffar en kristall kommer en del av ljuset att studsa mot det första atomplanet. En del tränger igenom det första kristallplanet och studsar mot det andra. Ytterligare en del studsar mot det tredje, o.s.v. Ljuset som reflekteras från de olika planen kommer att interferera och släcka ut varandra om inte skillnaden i sträcka mellan plan n och plan n+1 är exakt en multipel av en våglängd. Det här kallas för Braggs lag efter William Henry Bragg och William Lawrence Bragg som fick Nobelpriset för sina studier av kristallstrukturer.

Exempel på diffraktionsmönster
från olika kristallstrukturer.
Bild från Penn State.

Skillnaden i väglängd är beroende av vinkeln ljuset sprids i och på avståndet mellan planen. Man kommer alltså att se spritt ljus bara i vissa speciella vinklar från varje kombination av kristallplan. Genom att studera i vilka riktningar ljuset sprids kan man beräkna hur kristallstrukturen ser ut.

Men, eftersom avståndet mellan atomplanen är väldigt litet och det krävs att våglängder är ungefär den samma som avståndet mellan planen fungerar det inte att använda synligt ljus för att undersöka kristallstrukturer. Istället får man använda röntgenljus med en våglängd mindre än en nanometer.

* Lite senare än beräknat, men jag får skylla på att det kändes högre prioriterat att svara på en granskningsrapport.

När kollade du innehållsförteckningen senast?

Förra veckan sände Uppdrag granskning ett program om "nanoteknikens okända effekter på hälsan". Om detta kan man säga mycket (bland annat att man verkade använda nanoteknik=nanopartiklar vilket inte på något sätt är korrekt), och rätt många människor har uttryckt sin skepsis mot "nanopartiklar" i kosmetika efter detta program. Det får man förstås gärna vara tveksam till (och jag tycker att man ska ta människors "kemikalierädsla" på allvar, men jag tycker inte att man ska underblåsa densamma med tendentiösa och inte helt välunderbyggda reportage i media).

Hur som helst, reportaget och kommentarerna fick mig att fundera på om de som är rädda för nanopartiklarna känner sig helt bekväma med alla andra kosmetiska produkter de använder. Så nedan följer innehållsförteckningarna* från två produkter som fanns lättillgängliga i mitt eget badrum. Den första använder jag dagligen, den andra är ett varuprov som ännu är oöppnat. Någon som vågar sig på gissa vad det är för produkter?

Produkt 1: vatten, isopropylpalmitat, sorbitol, lanolin, glycerylstearat, cetylestrar, steareth-2 (en polyetylenglykoleter), PEG-100 stearat (PEG=polyetylenglykol), cerasin, trietanolamin, tocoferylacetatsteareth-20, carbomer, metylparaben, parfym, bensylbensoat, butylparaben, etylparaben, hydroxycitronellal, isobutylparaben, propylparaben, limonen, geraniol, linalool, citronellol, kanelalkohol, alfa-isometyljonon

Produkt 2: vatten, dietylhexylkarbonat, canola, glycerin, polyglycerol-3 metylglukosdistearat, cetearyl isononate, glycerylstearat, butyrospermum parkii, cetearylalkohol, hydrogenerad coco-glycerider, natrium hyaluronate, pantenol, hydroxyetylacrylat/natrium akryldimetyl taurat copolymer, squalane, tocoferylacetat, dimetikon, PEG-100 stearat, natriumcitrat, xanthangummi, allantoin, polysorbat 60, citronsyra, ceramid 3, ceramid 6II, ceramid 1, fytosfingosin, kolesterol, carbomer, natrium laurayl lactylat, metylsilanol mannuronat, betain, tocoferol, natriumlaktat, natrium pca, glycin, fruktos, urea, niacinamid, inositol, mjölksyra, natriumbensoat, metylparaben, natriummetylparaben, propylparaben, fenoxyetanol, sorbinsyra

*Jag har försökt översätta till svenska, men kan ha missat på något ställe. Jag vill också påpeka att en del namn är trivialnamn även om de låter "kemiska".

Frielektronlasrar

Det mest utmärkande draget för en laser, men kanske inte det man först tänker på, är att ljuset den skickar ut är väldigt koherent. Koherens är en egenskap hos en vågor som talar om hur väl korrelerad en våg är med en annan våg eller med sig själv. Enkelt uttryckt innebär koherens att om man undersöker en våg på en plats kan man säga hur den kommer att se ut på en annan plats (rumskoherens) eller på samma plats vid en annan tidpunkt (tidskoherens). Att vågor är koherenta är en förutsättning för att man skall kunna se fenomen som interferens.

I en typisk laser alstras koherent strålning genom stimulerad emission (därav "ser" i ordet laser -stimulated emission of radiation). Först ser man till att lasermediet, som kan vara en gas, en kristall, eller en halvledare, innehåller en stor andel atomer/molekyler/elektroner i ett speciellt exciterat tillstånd genom att pumpa det med energi från en extern källa. När en ljusvåg passerar genom lasermediet stimulerar den de exciterade partiklarna att skicka i väg ljus av samma fas och våglängd med resultatet att man får en förstärkt ljusvåg med samma egenskaper som den ursprungliga ("la" light amplification).

Undulator. 1. Magneter 2. Elektronstråle
3. Cyklotronstrålning. Bild från Wikipedia.

En frielektronlaser (FEL) fungerar efter en helt annan princip. När en laddad partikel, i det här fallet en elektron, böjs i ett magnetfält skickar den ut elektromagnetisk strålning, så kallad cyklotronstrålning (eller om energin hos partiklarna är hög - synchrotronstrålning). Genom att skicka in elektroner från en accelerator, med en hastighet juuust under ljushastigheten, i en s.k. undulator, en uppsättning magneter med alternerande polriktning, så kan man få elektronerna att röra sig i en oscillerande bana och skicka ut ljus i varje sväng. Denna teknik har utnyttjats länge i synchrotroner för att få fram ljus av hög intensitet. I en synchrotron är ljuset inte koherent. I en FEL kan man få fram koherent ljus genom att ha en längre undulator där elektronerna har tid att påverkas av fältet i det utsända ljuset. Elektronerna klumpas då ihop (microbunching) och skickar ut ljus koherent. Principen har varit känd länge, men tekniska problem har börjat överkommas endast de senaste åren.

I likhet med en synchrotron kan våglängden hos ljuset från en FEL varieras från någon ångström till millimeter, dvs från röntgen till mikrovågor. Röntgenljus går inte att alstra med några andra typer av lasrar eftersom det inte finns några material att tillverka de nödvändiga speglarna av. Ljuspulserna kan vara så korta som några tiotals femtosekunder (på 100 fs hinner ljus röra sig ca 30 µm eller ca radien på ett hårstrå) med en intensitet 10 miljarder gånger större än hos en synchrotron.

Världens kraftigaste FEL finns i Stanford där man byggde om den berömda acceleratorn på SLAC till en gigantisk FEL. Linac Coherent Light Source (LCLS), som togs i bruk i slutet av 2009, kan leverera ljus från 540 till 9000 eV (2.3 till 0.14 nm) med en pulsenergi på 2-3 mJ. Då pulslängden kan vara runt 100 fs ger det en effekt på 10 GW och en flödesdensitet på >10²⁰W/m² i röntgenområdet. Så korta intensiva röntgenpulser öppnar för mycket ny forskning, som vi skall se.

Men man är inte nöjda med det. I en läsvärd artikel från 2005¹ beskrivs metoder för att kunna nå ännu kortare pulser ner till hundratals attosekunder. Det skulle öppna ytterligare dörrar.


1 Feldhaus, J., Arthur, J. & Hastings, J. B. X-ray free-electron lasers. J. Phys. B 38, S799-S821 (2005).

Diffraktion, röntgen, protein, acceleratorer...

Två intressanta artiklar publicerades just back-to-back i Nature [1,2]. Båda artiklarna handlar om samma ämne och är  till stor del skrivna av samma författare. Det rör sig om röntgendiffraktion av biopartiklar. Artiklarna är intressanta av flera anledningar. Den första anledningen är så klart själva resultaten. Men för mig är det ändå hur många olika vetenskapsområden som är berörda som är det riktigt intressanta. Att artiklarna har drygt 80 olika författare från 20 lab runt om i världen (varav några svenska) understryker det. Om man skulle sammanfatta artiklarna i ett par meningar skulle man kunna säga att forskarna använt en frielektronlaser (FEL) för att bestråla virus eller nanokristaller av biopartiklar. Man kan sedan använda spridningen av ljuset, i det här fallet i röntgenområdet, för att beräkna kristallstrukturen hos de bestrålade partiklarna. Det nya är att genom att använda en FEL kan man göra mätningarna på mindre kristaller, eller som i [2] på enstaka virus.

Den aktuella forskningen är i sin komplexitet en guldgruva att välja bloggämnen ur. Till exempel:

• Hur funkar en laser, och vad tusan är en frielektronlaser
• Acceleratorer och deras fysik
• Vad är diffraktion och hur ger det kristallstrukturer
• Hur går det normalt till när man tar fram proteinstrukturer ur diffraktionsmönster
• Olika tidsskalor för energidistribution
• Massor av biologi... antar jag
• osv.

Jag tänkte under de närmaste dagarna (eller kanske veckan, beroende på arbetsbörda) skriva ett par bloggposter om några av ovanstående punkter, och lära mig något själv också. Sedan kan man återvända till artiklarna och kanske förstå vad som är så nytt och coolt som gör att det är värt inte en utan två Nature-artiklar.

UPPDATERING: På DESYs hemsida finns ett mycket bra pressmeddelande om artiklarna. Läsvärt för den som kan tyska.

UPPDATERING 2: Läs om frielektronlasrar.

[1] Chapman, H. N. et al. Femtosecond X-ray protein nanocrystallography. Nature 470, 73-77 (2011).
[2] Seibert, M. M. et al. Single mimivirus particles intercepted and imaged with an X-ray laser. Nature 470, 78-81 (2011).

Geparder har mer genetisk variation än man tidigare trott

I Biologiundervisning nämns ibland Geparden (Acinonyx jubatus) som ett exempel på ett djur som har mycket låg genetisk variation. Det borde man sluta med nu. En ny artikel i tidskriften Molecular Ecology visar nämligen att den genetiska variationen är större än man trott. Författarna visar också att Geparder från Asien är genetiskt mycket olika de som finns i Afrika och de asiatiska individerna bildar en egen grupp i släktträdet. Den asiatiska geparden är utrotningshotad och finns numera bara i Iran, men hade tidigare en mycket större utbredning. Även i Afrika är olika underarter av Geparder mycket olika varandra. Studien inkluderade både nutida geparder och historiskt material från museum. Huvudorsaken till att denna studie visar att det finns mer genetisk variation än man tidigare trott, är att den undersöker gepardpopulationer som aldrig förut undersökts genetiskt.

Referens:

Charruau et al (2011) Phylogeography, genetic structure and population divergence time of cheetahs in Africa and Asia: evidence for long-term geographic isolates. Molecular Ecology 20: 706-724.

Kemikalender året runt

I och med att den officiella invigningen av internationella kemiåret går av stapeln idag så lanseras nu också en av de västsvenska satsningarna på detsamma.

Ett samarbete mellan Chalmers, Göteborgs Universitet, Universeum och Molecular Frontiers (i samarbete med filbolaget Untamed Science) presenterar den första av filmerna som kommer att produceras för det man valt att kalla "Kemikalendern". En ny film för varje månad, olika teman, som ska illustrera så väl kemins roll i vardagen, som en del av den forskning som pågår. Först ut är temat "konst och kultur" - inte helt otippat handlar det om färger. (Kemisten i filmen är för övrigt en kollega till mig.)

Snart dags att kasta metallklumpen?

Jag skrev för länge sedan om hur man vill ändra definitionerna av SI-enheterna till att vara bestämda av värden på naturkonstanterna, så som metern idag är definierad ur det exakta värdet på ljushastigheten i vakuum. Det stora problemet med dagens SI-enheter är så klart kilot som enligt definitionen är "equal to the mass of the international prototype of the kilogram" som förvaras i Paris. Bättre hade varit att definiera kilogrammet mot en naturkonstant. I en läsvärd artikel från 2006¹ (tyvärr bakom betalvägg) redogör författarna för möjliga nya definitioner för kilogram, ampere, kelvin och mol.

We propose here that these four base units should be given new definitions linking them to exactly defined values of the Planck constant h, elementary charge e, Boltzmann constant k and Avogadro constant N_A, respectively.

I dagarna publicerades en artikel i Physical Reveiw Letters² där en grupp forskare lyckats bestämma N_A genom att tillverka en sfär av kisel och mäta dess vikt och räkna ut atomantalet i den. Det låter kanske inte så imponerande, de flesta har gjort liknande experiment i gymnasiet. Skillnaden ligger så klart i precisionen. Artikeln, som finns gratis tillgänglig som pre-print på ArXiv, är en fascinerade inblick i högprecisionsmätningar.

För att kunna göra mätningarna måste man ha en isotopiskt och kemiskt ren sfär med extremt väl känd storlek, och därtill helt utan kristalldefekter. Först tog man fram rent ²⁸Si genom att centrifugera SiF₄-gas på samma sätt som man anrikar uran genom att centrifugera UF₆. Sedan användes den rena gasen till att växa kiselkristaller som sedan formades till sfärer. Dessa sfärer är bland de rundaste föremål som någonsin tillverkats - de avviker från perfekt sfäriskhet med bara 1 del på 10 miljoner - eller annorlunda uttryckt - hade de varit stora som jordklotet hade det högsta berget varit 5 meter högt och den djupaste dalen 8 meter djup. Eftersom gitterkonstanten (avståndet mellan atomerna i kristallen) hos kisel kan mätas med röntgendiffraktion och man känner till storleken och massan hos sfärerna kan man räkna ut Avogadros tal. Resultatet är att man från två prover lyckas mäta talet till N_A = 6,022 140 78(18) x 10²³ mol^-1 vilket är en relativ onoggrannhet på 30 miljarddelar. Man skriver att det inte är riktigt tillräckligt för att ännu kunna ersätta PtIr-klumpen i Paris, men att man tror sig kunna uppnå tillräcklig noggrannhet inom "överskådlig tid".

Jag trodde faktiskt att det skulle vara så enkelt att man sedan definierad om kilot genom att t.ex säga att N_A ¹²C-atomer väger exakt 12g. Men snarare är tanken att man skall definiera mängden mol med hjälp av det uppmätta värdet på N_A och sedan definiera kilot med hjälp av Plancks konstant.

En intressant sidoeffekt av sådana definitioner med fixt värde på en konstant är att man inte mäter konstanten, utan enheten. Exempel: alla har väl då och då gjort experiment med att mäta ljushastigheten (om inte pröva choklad-mikrougnsvarianten). Men eftersom ljushastigheten är exakt 299 792 458 m/s är det egentligen inte den man mäter, utan längden på en meter. Visst låter det underligt, men tänk på det en stund... Det är alltså en helt legitim fråga att ställa sig "Hur lång är en meter?".

Referenser
¹ I. M. Mills, P. J. Mohr, et al. (2006). "Redefinition of the kilogram, ampere, kelvin and mole: a proposed approach to implementing CIPM recommendation 1 (CI-2005)." Metrologia 43: 227-246. (länk)
² Andreas, B., Y. Azuma, et al. (2011). "Determination of the Avogadro Constant by Counting the Atoms in a ²⁸Si Crystal." Physical Review Letters 106: 030801. (länk, gratis ArXiv)

Är en doktorsexamen slöseri med tid?

Det är frågan som en reporter i The Economists julspecial ställer sig i artikeln "The disposable academic" med undertiteln just "Why doing a PhD is often a waste of time". Artikeln fokuserar på det faktum att mängden examinerade doktorer har ökar lavinartat de senaste decennierna, medan mängden personer som anställs inom akademin, där en doktorsexamen i allmänhet är ett krav, inte ökad i samma grad. Hon går vidare med att presentera en lång rad data som visar att det till stor det inte är ekonomiskt försvarbart för en individ att doktorera och sedan gå vidare ut i industrin - i många fall tjänar en doktor mindre än en person med masters-examen i samma ålder.

Så varför utbildar universiteten så många doktorer om de ändå inte kommer att få jobb inom akademin? En anledning, argumenterar reportern, är att de fungerar som billig arbetskraft att hålla labb och undervisning igång. Tillsammans med post-docs, som kallas "the dark underbelly of academia", sköter doktoranderna mycket av forskningen som någon form av underbetald "slave labours". Artikeln går sedan vidare och argumenterar för att mycket av det man lär sig inom doktorandutbildningen, t.ex. "[w]riting lab reports, giving academic presentations and conducting six-month literature reviews", inte är särskilt relevant för att liv utanför akademin. Artikeln avslutas med att inom många institutioner räknas ett högt antal disputerade som en indikator på framgång, medan metriken kanske egentligen borde vara hur snabbt de får jobb och hur mycket de tjänar.

Jag tycker artikeln tar upp ett intressant problem - det finns en överproduktion av doktorer och doktorsutbildningen kanske inte alltid lär ut det som efterfrågas vare sig i industrin eller akademin - men jag tycker att den helt missar målet. Den fokuserar väldigt mycket på ekonomisk payoff, men jag har svårt att tro att det är många som ger sig efter en doktorsutbildning för pengarnas skull. I princip alla jag känner som doktorerar/at har gett sig in i det för att det är en möjlighet att fördjupa sig i något man tycker om. Om inte alltid ämnet per se så själva processen att forska, att lista ut något, att ständigt fortsätta lära sig något nytt.

"A short course in supply and demand" heter en avdelning i artikeln där det beskrivs hur doktorander underbetalas för att sköta undervisning o.s.v. Men samma rubrik kan man sätt på det faktum att att folk fortfarande verkar vilja doktorera, t.o.m i ett land som Polen, där det ibland är svårt att ens klara sig på den lilla lönen man får. Lite underligt att det missas i en liberal tidskrift som The Economist.

Det är bra att man är frank med att en stor del av dem som doktorerar inte kommer att få jobb inom akademien. Det är också bra att studenter får klart för sig att att en Dr kanske inte alltid är det som industrin efterfrågar. Men när studenter har det klart för sig, och det tror jag de flest har idag, så har jag lite förståelse för gnäll som artikelförfattaren som "slogged through a largely pointless PhD in theoretical ecology". Det kanske även behövs en liten förändring i attityd bland doktorander och deras kollegor - att det är ok att sluta om det inte är din kopp te. Det är inte mer ett misslyckande än att sluta på ett annat jobb. Jag har nämligen också svårt att förstå dem som ser doktorerandet som ett kall där man skall härdas genom lidande...

Vad tycker ni? Har ni doktorerar? Funderar ni på det? Är det överskattat och onödigt eller ger det värdefull erfarenhet för livet både inom och utom akademin?

Ett år för ett ämne med imageproblem

2011 är av FN:s generalförsamling utsett till "International Year of Chemistry". (2009 var astronomins år och 2010 var det biodiversitet på schemat, för den som eventuellt undrade.) 2011 råkar också sammanfalla med "hundraårsjubileet" av Marie Curies nobelpris i kemi, som hon tilldelades för upptäckterna och studierna av grundämnena radium och polonium.

Ett antal mål har ställts upp för året, och lyder som följer

• Increase the public appreciation and understanding of chemistry in meeting world needs;
• Encourage the interest of young people in chemistry ;
• Generate enthusiasm for the creative future of chemistry ;
• Celebrate the role of women in chemistry or major historical events in chemistry, including the centenaries of Marie Curie’s Nobel Prize and the founding of the International Association of Chemical Societies.
  

Med tanke på att kemin i även i vanliga fall har vissa imageproblem (väldigt många människor är till exempel omotiverat rädda för "kemikalier" trots att de glatt klär sig i GoreTex och aldrig skulle drömma om att tvätta håret med enbart vatten - som i sig är ett ämne med minst sagt speciella kemiska egenskaper) och året har startat med en kemisk skandal - dioxinerna i tyskt djurfoder - så kan det behövas lite imageförbättrande åtgärder. Hurvida det kommer att lyckas återstår förstås att se.

Min egen ambition är i alla fall att få till några poster här om vad kemi egentligen är bra för, och varför vi ska vara glada att den moderna kemin finns. Ämnen som kan tänkas komma under behandling är bland annat Vatten och Mat, Material och Kläder, Energi och inte minst Läkemedel. Och så kanske det blir något inlägg om varför våra politiker borde veta lite mer om naturvetenskap i allmänhet. Då kanske vi skulle slippa populistiska, tillika idiotiska krav på kemikaliefria zoner, eller koldioxidfria samhällen.

Gott nytt kemiår på er!

Länkar:
UNESCO
Kemins år 2011
Ameican Chemical Society firar kemins år