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.