A testünket és környezetünket felépítő molekulák könnyen sérülnek, ha sugárzás éri őket. A víz teszi ki az élő szervezetek nagy részét, valamint nagy mennyiségben található meg egyes bolygók és üstökösök légkörében. A különböző ionokkal történő ütközések során a vízmolekulák elveszíthetik elektronjaik egy részét, ami általában a molekula szétesésével jár. Egy másik folyamatban az ionok maguk ütnek ki atomokat a molekulákból direkt ütközések révén. A molekulatöredékek többnyire pozitív töltésűek. Ezek vizsgálata számos sugárterápiás és asztrofizikai alkalmazáshoz nélkülözhetetlen, jelenleg is aktív kutatási terület. Néhány éve figyeltük meg, hogy direkt ütközések során negatív töltésű molekulatöredékek is keletkeznek főként H- anionok. A mennyiségük jóval kevesebb, mint a pozitív töltésű H+ kationoké, de az anionok nagy reakcióképessége miatt ezek jelentősége sem elhanyagolható. A kísérletek során azt tapasztaltuk, hogy az anion/kation arány a megfigyelési szögtől függetlenül állandó. A jelen munkánkban azt vizsgáltuk, hogy igaz-e ez a lágy ütközések során is, amikor a lövedékion csak elektronokat vesz el vagy üt ki a molekulából. Meglepő tapasztalat volt, hogy az arányosság fennáll, vagyis, hogy az ellentétes töltésállapú molekulatöredékek energia és szögeloszlása hasonló képet mutatott. Lágy ütközések után, általában, a magára hagyott többszörösen ionizált molekulaionban több pozitív centrum alakul ki, majd az ezek között fellépő elektromos taszítás okozza a molekula szétesését. Meglepő, hogy ilyen módon negatív töltésű töredékek is keletkeznek, amelyeknek az eloszlása is hasonló. Ez azt jelzi, hogy az egyszeresen töltött lassú ionlövedékek esetén, mint amilyen a kísérletünkben volt, a kép árnyaltabb. A kapott eredményeket különböző elméleti modellekkel értelmeztük, amelyek eredménye jól egyezett a tapasztaltakkal. Klasszikus 4-test számítást végezve írtuk le az atomi centrumok mozgását. A molekulatöredékek eloszlására abban az esetben kaptunk jó eredményeket, ha feltételeztük, hogy egy bizonyos eloszlással rendelkezésre áll egy többlet-energia, ami a molekulák felbomlását okozza. Ez az energia a molekula lövedék általi gerjesztéséből származhat. Egy másik modellünkben feltételeztük, hogy a molekula energiaszintjeinek betöltöttége hőmérsékleti eloszlást követ az ütközés során. Ez a megközelítés is jó eredményeket ad a molekulatöredékek eloszlására, és a lejátszódó fizikai folyamatokat is sikerült azonosítani. A modell szerint a lövedék csak akkor tudja a molekulát effektíve széttörni, ha azt nagyon megközelíti. A lövedék így nagy hatással van a kirepülő töredékek eloszlására, ami miatt a kationok energiaeloszlása elmosódott, egyenletes képet mutat (ellentétben a nagytöltésű vagy nagyenergiájú lövedékionok esetében tapasztaltakkal). Ez azt is érthetővé teszi, hogy miért hasonló az anionok és kationok eloszlása.

A modern fizika alappillérei közül viszonylag közismert a kvantumelmélet és az Einstein-féle speciális relativitás. Az alappillérek közé tartozik a fázisátalakulások elmélete is, ami talán kevésbé tűnik meghatározó jeneltőségűnek hiszen egyszerűbb rendszerek esetében már elemi tanulmányaink során talalkozunk vele. Ilyen például a víz forrása, fagyása. Mégis alapvető fontosságú mert alig lehet olyan fizikai kutatási területet említeni ahol ne jelenne meg valamilyen fázisátalakulás; a Világegyetem is fázisátalakulások során nyerte el ma ismert alakját, vagy a nemrég felfedezett Higgs részecske is fázisátalakulás során ad tömeget elemi részecskéknek.

A fázisokat illetve a fázisok közti átmenetet két dolog határozza meg: a rendszer dimenziója, amely lehet többek között térbeli vagy síkbeli, valamint a rendszer szimmetriái. Szimmetriak alatt itt azt értjuk, hogy a rendszer vátozatlan marad valamely transzformáció hatására. Azonban lehetnek nem egyértelmű helyzetek, ilyen például amikor valamilyen módon összecsatolunk két síkbeli rendszert. Tekinthetünk erre úgy mint egy lényegében két dimenziós esetre vagy ha egy három dimenziós rendszer síkokra bontásából indulunk ki akkor egy nagyon leegyszerüsített három dimenziós modellre.  

Jelen munkában azt a kérdést vizsgáltuk meg, hogy mi lesz a fázisszerkezete két csatolt úgynevezett XY—azaz két dimenziós—spin modellnek, amelyet mágneses anyagok illetve szupravezető rendszerek fizikájának leírására használunk. A kérdés megválaszolására egyaránt használtunk analitikus és numerikus elméleti módszereket. Azt kaptuk, hogy az egyetlen síkot tartalmazó esetre, azaz az XY modellre jellemző fázisszerkezet mellett megjelenik egy új, eddig nem tanulmányozott fázis, ami tekinthető egy újfajta mágneses rendezettségnek és egyértelmű jele annak, hogy nem tiszta két dimenziós esetet vizsgáltunk. Ennek kísérleti ellenőrzése, vizsgálata illetve lehetséges gyakorlati alkalmazások felderítése a következő lépés, ami folyamatban van.

    A komplex környezet-, és környezettörténeti kutatások egyik nehézségét az jelenti, hogy számos tudományterületre kell támaszkodniuk ahhoz, hogy helytálló eredményeket kapjunk és megbízható következtetéseket vonjunk le. Az élővilágot vizsgáló, strukturális leíró kutatások a természettudományok bizonyos területein már klasszikusnak számítanak, ezeket csak alkalmazással vagy újabb molekuláris mechanizmusok feltárásával összefüggésben közlik le a magasabb rangú tudományos folyóiratok. Azonban ez a jelenség nem jelenti azt, hogy ne lenne szükség ilyen jellegű alapvető tudásra. Szükségtelen hangsúlyozni a növényi fiziológia folyamatok és az ezeknek teret adó struktúrák fontosságát a kémiai elemek körforgásában, minthogy a növényi fotoszintézis a földi élet egyik alapja. Ahhoz, hogy a növényi maradványok, makro- és mikrofosszíliák nyújtotta információkat feltárjuk és helyesen értékeljük, megbízható növényanatómiai ismeretekkel kell rendelkeznünk.

   Jelen közlemény egy, többek között a szilícium növényi forgalmát és a fitolitok (kovatestek) képződését bemutató review kritikai észrevételein alapul, listázva a leírás hibáit és részletezve a valós anatómiai felépítést. A téma tévedésekkel és hiányosságokkal történő bemutatása megengedhetetlen, különösen review típusú közleményben, amely a pályakezdő kutatók elsődleges, összegző jellegű informálódási forrásainak tekinthetők.

   E helyen nem részletezzük a közlemény hibáit és hiányosságait, inkább a helyes ismereteket hangsúlyozzuk. Számos növény vesz fel kovasavat a gyökerein keresztül, és a szilíciumot hidratált SiO₂ formájában sejtfalaiban, a sejtek között, vagy az egész sejtet kitöltő módon raktározza. A monokovasav felvétele történhet energiát nem igénylő, passzív módon, apoplazmatikus úton, a sejtfalakban és a sejtek között haladva, illetve aktív, energiát igénylő módon, amelyet általában ioncsatornák segítenek a sejtmembránban. Ezideáig az Lsi1, Lsi2 és Lsi6 nevű ioncsatornák felelősek bizonyítottan a Si transzportért. A párologtatás szívóhatása következtében a vízzel polimerizálódott SiO₂ kondenzálódik az akkumuláció helyén. Az így lerakódott kova őrzi a sejt méretét, alakját; ezt hívjuk kovasejtnek, vagy fitolitnak. Az elpusztult növényi szervezetek szétesése során a fitolitok a talajba, üledékbe kerülnek, és ott, lévén maradandóak és bizonyos korlátok között jellemzőek a növénycsoportokra, sokáig őrzik azon környezet vegetációs lenyomatát, amelyben az adott talaj- vagy üledékréteg képződött. Emiatt a fitolitok a paleoökológiában és a régészetben használatos környezeti indikátorok.

    A fitolitelemzés nem csupán a fitolit morfotipizálás adta információk feltárására irányul, de a fitolitokban rejlő egyéb mérhető jellemzők (elemösszetétel, izotóparányok) környezettörténeti indikátorként való alkalmazhatóságának vizsgálatát is célozzák. Biztos növényanatómiai ismeretekkel egy kovásodott, szövetekből kiszabadult sejt egykori anatómia helye felismerhető, sok esetben növénycsaládra, vagy mérésekkel (referencia adatokkal alaposan támogatva) akár fajra is azonosítható. A kritizált cikk által hibásan ismertetett szöveti felépítés alapján sem mikrofosszília alapú, sem makrofosszília alapú vegetáció rekonstrukció nem lenne lehetséges.

   Az ábrán egy pázsitfű mellékhajtás (karcsú perje - Poa angustifolia L.) felszíni levélepidermiszének visszaszórt elektron technikával készült pásztázó elektronmikroszkópos képe látható. A fitolitok világosak. Számos kovásodott rövidsejt látható, melyeknek Si akkumulációja genetikailag fixált. A hosszú sejtek kovásodása akkor következik be, ha a talajban bőségesen áll rendelkezésre felvehető monokovasav. A serteszőrök Si akkumulációja a csúcs felé növekszik. (Részletesebb leírás mikrofotókkal a cikkben.)

Nagyon eltérő alakok együttes fellépése (koegzisztenciája) gyakran előforduló jelenség a soktestrendszerekben, így az atommagokban is. A (közel) gömbölyű alapállapot mellett ma már több magban megtalálták kísérletileg a szuperdeformált állapotot is, ami egy 2:1:1 tengelyarányú ellipszoidhoz hasonlít. Néhányban már a hiperdefromált (3:1:1) alakra is van jelölt. Ez a jelenség napjaink magfizikai kutatásának az egyik forró pontja. 

Az ilyen alakizomér állapotok elméleti megjóslásának és vizsgálatának hagyományos módszere a követketző. Egy magszerkezet-modellből szisztematikusan meghatározzák a különböző alakokhoz tartozó állapotok energiáját, a deformációs paraméterek változtatásával. A kapott energiafelület lokális minimumai adják az alakizomér állapotokat. A legmélyebb völgy szolgáltatja az alapállapot környéki spektrumot, a második adja a szuperdeformált alakot, sít.

A jelen publikáció egy új módszert mutat be az erősen deformált magalak meghatárzására.
Ez az eljárás nem az energia számolására alapoz, hanem a könnyű magokban jó közelítéssel helytálló SU(3) szimmetrát vizsgálja. Az SU(3) szimmetria (konkrétan az azt jellemző két kvantumszám) kölcsönösen egyértelmű kapcsolatban áll a mag (kvadrupólus, beta es gamma parameterekkel jellemzett) deformációjával. Ennélfogva a szimmetria vizsgálata egyúttal a deformáció tanulmányozását is jelenti.

Részletesebben az történik, hogy a deformációs paraméterek (szisztematikus) változtatásával meghatározzák a különböző alakú potenciálokban kialakuló egyrészecske-állapotokat. Ezeket feltöltik nukleonokkal, az energiaminimum- és a Pauli-elv figyelembevételével. Meghatározzák a soknukleon-rendszer szimmetriáját (és egyúttal deformációját). Megvizsgálják, hogy ez a szimmetria (és deformáció) mely tartományokban 
stabil, és milyen mértékben esik egybe a kiinduló deformációval (azaz, teljesíti az önkonzisztencia feltételét).

Az derült ki, hogy a szimmetria (és deformáció) stabilitási és önkonzisztens tartományai meghatározzák a magok alakizomér állapotait. A hagyományos, enerigiafelületi számításokkal nagyon jó az egyezés.

Az új módszer előnye az, hogy az általa meghatározott szimmetriára kiválasztási szabály alapozhtó. Ezáltal lehetővé teszi az alakizomér állapotok lehetséges fürtösödésének (klaszerizációjának) meghatározását. Ez pedig közvetlen módon felfedi, hogy mely reakciócsatornák alkalmasak az egzotikus állapotok előállítására.

Ábraszöveg:
Az alakizomér állapotok meghatározására használt két alapvető módszer sematikus összevetése. A felső kép a hagyományos, energiafelületi számolás eredményét szemlélteti.
Az alsó az új, szimmetrián alapuló módszert mutatja. A rövidítesek jelentése: GS alapállapot, SD szuperdeformált, HD hiperdeformált. Beta a deformációs paraméter, ami a gömbalaktól való eltérés mértéke. E az energiát jelöli. A szimmetria (és deformáció) stabilitási tartományait az alsó ábrán a vízszintes szakaszok képviselik. Ezek kezdőpontján a deformáció bemenő (in) és végeredméy (out) értéke (közel) megegyezik. Ez jelenti az önkonzisztencia követelmény teljesülését.
 

Az alsó paleolitikumban a Pireneusok a Földközi-tengertől az Atlanti-óceánig mintegy 415 km hosszan elnyúló láncolata természetes határt jelentett a népvándorlásnak. Ezzel szemben a felső paleolitikumban a vonulat déli és északi oldalának kapcsolata már bizonyítható a nyersanyagbeszerzési és tipológiai vizsgálatok alapján. A kőkori vadászcsoportok vándorlását főképp a kőeszköz-nyersanyagok vizsgálatával lehet nyomon követni. Ennek megfelelően a kovaköveken végzett vizsgálatok alapvetőek az ősember környezethez való viszonyának jobb megértéséhez.

A források elkülönítésére geokémiai módszerek jól használhatók, azonban a kövakövek analízisének egyik fő problémája, hogy a nagy szilíciumtartalom mellett a néhány ppm koncentrációjú nyomelemek kimutatása olykor nehézséget okoz. Továbbá annak meghatározása sem egyszerű, hogy ezen elemek magában a tömbi anyagban vagy zárványokban találhatók. Így esett a választás az elemek eloszlásának feltérképezésére alkalmas roncsolásmentes analitikai technikára, a részecskeindukált röntgenemisszióra (PIXE). A vizsgálatok elvégzésére az MTA Atomki Ionnyaláb-fizikai Laboratóriumában került sor a H2020 IPERION CH projekt keretében. A kutatás során a Közép-Pireneusok északi oldalán található három geológiai lelőhelyről (Buala, Montgalliard és Montsaunès) származó kovaköveket vizsgáltunk és hasonlítottunk össze a magdaléni időszakban (i.e. 18800-13700) használt kovakő műtárgyakkal, melyek régészeti lelőhelyei (Forcas I Shelter, Cova del Parco és Montlleó) a hegyvonulat déli oldalán találhatóak. Elsődleges célként tűztük ki a nyomelemek mennyiségi és minőségi meghatározását a minták mátrixában és a fellelhető zárványokban, hogy képet kapjunk a földtani és a régészeti leletek közötti különbségekről és hasonlóságokról. A kovakövek jellemzésére a PIXE analitikai módszerrel kapott koncentrációadatokat statisztikai analízisnek (főkomponens analízis) vetettük alá.

Összetételük alapján a parcói leletek és néhány montlleói tárgy összefüggésbe hozhatók a Montgalliard és Montsaunès geológiai lelőhelyekkel, míg a Forcasban talált műtárgyak eddig ismeretlen területről származnak. Eredményeink a Pireneusokon átívelő nyersanyagbeszerzési stratégiára utalnak a korszakban.

Az atommagok vizsgálata során már igen korán, az 1930-as években felismerték, hogy bizonyos proton- illetve neutronszámoknak kitüntetett jelentősége van az atommagok szerkezetében. A 2, 8, 20, 28, 50, 82, … neutront és/vagy protont tartalmazó elemek gyakoribbak, mint a környezetükben levő más elemek. A β-stabilitási völgy közelében ezek az atommagok igen nehezen gerjeszthetők, különösen stabil szerkezettel és gömbölyű alakkal rendelkeznek. Ezeket a különleges számokat Wigner Jenő nevezte el mágikus számoknak, mivel kötési energiáik az atommag első modelljével, a folyadékcsepp modellel nem voltak értelmezhetőek.

Az elmúlt évtizedben többek között az Atomki kutatói által végzett kísérletek egyértelműen bizonyítják, hogy a stabilitási sáv közelében megszokott számok elveszítik mágikusságukat és helyettük új mágikus számok keletkeznek a nukleon-elhullatási vonalak közelében. A neutron-elhullatási vonal közelében megszűnik az N=8, és analóg módon a proton-elhullatási vonalon túl a Z=8 héjzáródás. Extrém, 2:1 neutron/proton-aránynál eltűnik az N=20 héjköz és helyette létrejön előbb az N=14, majd az N=16 alhéjzáródás. Az N=2Z vonal közelében elmosódik az N=28 héjzáródás is a ⁴²Si-ban. A magszerkezet-kutatás egyik kulcskérdése, hogy mennyire stabilak a nagyobb mágikus számok. A következő mágikus szám az 50, melynek stabilitása a neutrongazdag oldalon a ⁷⁸Ni, protongazdag oldalon a ¹⁰⁰Sn kétszer mágikusnak várt magok szerkezetét érinti leginkább.

A ⁷⁸Ni körüli atommagok szerkezetére vonatkozó kutatásainkat a világ vezető radioaktív ionnyalábgyárában – ahol a különleges izotópok választéka a legszélesebb és intenzitásuk a legnagyobb – Japánban a RIKEN-ben végeztük egy nemzetközi kutatócsoport részeként. ²³⁸U hasításával állítottunk elő ⁷⁹Cu és ⁸⁰Zn magokat, amiket folyékony hidrogén céltárgyra vezettünk. A hidrogénen lezajló (p,2p) és (p,3p) reakciókban állítottuk elő a ⁷⁸Ni gerjesztett állapotait. A gerjesztett állapotok bomlásából származó gamma-sugárzásokból származtattuk a mag gerjesztett állapotainak energiáit. A ⁷⁸Ni atommag első gerjesztett állapotának az energiája 2.6 MeV-nek adódott, ami azt mutatja, hogy a ⁷⁸Ni még kétszer mágikus, az N=50 héjzáródás Z=28-nál megmaradt. A fenti ökölszabály szerint a ⁷⁴Cr-nál várható, hogy alapállapotában már nem érződik az N=50 mágikus szám hatása. A ⁷⁴Cr deformált alapállapotával analóg állapotot is sikerült azonosítani a ⁷⁸Ni-ben 2.9 MeV-es gerjesztési energiánál.

Az elért eredményekről a Nature-ben számoltunk be.