Higgs-partikkelen årets største gjennombrot

Curiositys landing på Mars og kartlegging av DNAet til ei utdøydd menneskegruppe er blant årets 10 største gjennombrot for vitskapen i 2012.

AN2012-SWITZERLAND-SCIENCES-PHYSICS-PARTICLES-CERN-FILES

Etter 50 års leiting vart elementærpartikkelen Higgs endeleg målt ved ein proton-proton-kollisjon i partikkelakseleratoren i CERN.

Foto: European Organization for Nuclear Research (CERN) / NTB Scanpix

Funnet av den flyktige elementærpartikkelen Higgs, er kåra til det mest viktige vitskaplege gjennombrotet i 2012 av tidsskriftet Science.

– Velfortent

Etter 50 års jakt kunngjorde partikkelfysikarar ved CERN den 4. juni i år funnet av noko som svært sannsynleg er den etterlengta elementærpartikkelen Higgs.

Partikkelen har vore den manglande biten i standardmodellen for partikkelfysikk som forklarar korleis alt i verda er bygd opp av naturens minste byggeklossar, partiklar.

Higgs er partikkelen som gir andre elementærpartiklar masse, gjennom eit omliggande Higgsfelt, som er ekvivalent med eit elektromagnetisk felt.

Fysiker Bjørn Hallvard Samset

Fysikar Bjørn Hallvard Samset.

Foto: Silje Hagen, NRK

Partikkelfysikar Bjørn Samset er ein av seks tusen forskarar som har fått namnet sitt på oppdaginga av Higgs, og er kanskje ikkje heilt uhilda til å svare på om førsteplassen er velfortent. Men vi spør likevel:

– Ein ny partikkel blir berre oppdaga kvart jubelår, og akkurat denne er dessutan ein nøkkelpartikkel. At han finst bekreftar at vi har forstått partiklanes indre liv på riktig måte. Så ja, dette er ei velfortent topplassering, seier Samset til NRK.no

I tillegg til årets vitskaplege gjennombrot, har Science og den ideelle vitskapsorganisasjonen AAAS som gir ut tidsskriftet, også kåra ni andre banebrytande forskingsbragder i 2012 som alle deler andreplassen.

På årets liste er partikkelfysikk sterkt representert med to andre gjennombrot i tillegg til Higgs, mens genteknologien har kapra heile fire plassar på lista.

Kartla DNA til utdøydd mennesketype

Forsker Matthias Meyer arbeider med å analysere ur-DNA

Forskar Matthias Meyer arbeider med å analysere ur-DNAet.

Foto: Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology

I 2010 fann forskarar menneskeknoklar av ein ukjend mennesketype i ei hole i Russland. Mennesketypen som fekk namnet Denisovanar viste seg å ha døydd ut for mellom 30.000 og 50.000 år sidan, og blir karakterisert som ei søstergruppe av neandertalarar.

I 2012 skauv forskarar ved Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology grensene for genforsking då dei klarte å kartleggje det samla arvematerialet til eit denisovanar-menneske frå eit ørlite fragment av ein fingerknokkel frå ein barnefinger.

Curiositys landingssystem

Roboten Curiosity

Å lande ein 3,3 tonn tung rover på Mars er ei ingeniørbragd som fortener plass på lista over årets gjennombrot for vitskapen, synest Science.

Foto: NASA/JPL

6. august 2012 sette ingeniørane ved NASAs Jet Propulsion Laboratory roveren Curiosity trygt ned på Marsoverflata.

Då hadde roveren nettopp gjennomført den mest halsbrekkande landinga NASA nokosinne hadde gjort på ein framand planet.

Den 3,3 tonn tunge roveren var for tung for tradisjonelle landingar, derfor måtte teamet ta i bruk ei kreativ løysing som involverte fallskjerm for å bremse farten inn i atmosfæren, deretter ein landingskonstruksjon med åtte rakettar og tre kablar som heiste roveren ned på overflata.

Utan å kunne teste landinga i Mars-atmosfære, tok ingeniørteamet blant anna i bruk verdas største vindtunnel for å teste ut fallskjermen på førehand.

Landinga har tryggja NASA på at dei vil kunne lande fartøy som kan hente tilbake Marsprøvar samla av framtidige roverar.

Stamceller la museegg

JAPAN-HEALTH-SCIENCE-STEMCELL-PREGNANCY

Desse musene er resultatet av eggceller laga frå stamceller, eit gjennombrot i stamcelleforsking frå japanske forskarar ved Universitetet i Kyoto.

Foto: KYOTO UNIVERSITY / NTB Scanpix

Japanske forskarar viste i 2012 at embryostamceller frå mus kunne bli omforma til levedyktige eggceller.

Forskarane lukkast også i å befrukte egga i laboratoriet, og å få surrogatmus til å bere fram dei befrukta egga til levande museungar.

Metoden kan bli eit verkty for å studere genar og andre faktorar som påverkar fruktsamheit og utvikling av eggceller.

Røntgenlaser gir proteinstruktur:

Protein involvert i sovesjuke-parasitt

Ved hjelp av ein ekstremt sterk røntgenlaser klarte forskarar å finne strukturen til eit protein involvert i sovesjuke, ein alvorleg sjukdom som blir overført med mygg.

Foto: Greg Stewart / SLAC National Accelerator Laboratory

For hundre år viste forskarar at røntgenstrålar kunne nyttast til å avsløre den indre strukturen i krystallar.

I 2012 tok forskarar teknikken til yttergrensa då dei for første gong klarte å bruke røntgenstråler til å bestemme strukturen av eit protein.

Proteinet dei bestemte strukturen av er eit enzym hos sovesjuke-parasitten Trypansoma brucei. Gjennombrotet er eit viktig steg på vegen for å lage nye medisinar mot sovesjuke, ein sjukdom som tar livet av tusenvis av menneske kvart år.

Dette viser også at røntgenlasarar kan nyttast til å dekode protein som konvensjonelle røntgenkjelder ikkje kan.

Kraftfullt genteknologisk verktøy

DNA-molekyl

Eit metodegjennombrot i genteknologien kalla TALEN har gitt forskarar større moglegheit til å finne ut korleis genar fungerer.

Foto: Colourbox

Genteknologar fekk i år fleire kraftige nye verktøy som kan gjere det enklare å lage genmodiferte organismar. Eitt av desse verktøya heiter TALEN (Transcriptor activator-like effector nucleases), og det kan øydeleggje eller endre bestemte genar hos dyr.

– TALEN-teknologien er svært viktig fordi det er eit stort behov i genetisk forsking for å forstå genars funksjon, seier professor Svein Valla ved Institutt for bioteknologi ved NTNU.

For å forstå korleis spesifikke genar fungerer er det vanleg å slå ut eller øydeleggje det genet ein vil studere, eller å modifisere det. Då kan ein i etterkant sjå kva for effekt dette har på heile organismen, forklarar Valla.

Mens forskarar lenge har kunne genmodifisert enkle organismar som bakteriar, har det vore svært komplisert å utføre dette på høgare organismar som til dømes mus. TALEN endrar dette.

– I praksis betyr det at ein kjem mykje raskare fram til korleis genar fungerer, og det er også flott at same teknologi fungerer i prinsippet i alle organismar, seier Valla.

Ei gruppe kinesiske forskarar har alt nytta TALEN til å lage ein miniatyrgris som er nyttig for å studere hjartesjukdommar.

Gjennombrota i genteknologiske metodar gir forskarane på sikt moglegheit til å finne ut kva enkeltgenar gjer, og til å korrigere sjukdomsgenar hos menneske.

Eksotisk partikkelfunn

Teamet bak målinga av Majorana-fermionet

Professor Leo Kouwenhoven og teamet hans som bak målinga av Majorana-fermionet.

Foto: Foto © Sam Rentmeester

Higgspartikkelen er ikkje den einaste elementærpartikkelen som vart funne i 2012.

Etter sju tiår med leiting, klarte forskarar i 2012 for første gong å bevise eksistensen av den underlege elementærpartikkelen Majorana-fermionet.

Det var den italienske fysikaren Ettore Majorana som i 1937 føreslo eksistensen av ein svært spesiell partikkel på grensa mellom materie og antimaterie.

Denne grensetilstanden gir Majorana-fermionet den eksotiske eigenskapen at det er sin eigen antipartikkel slik at det kan tilintetgjere seg sjølv (annhilere).

Teamet av nederlandske forskarane frå TU Delfts Kavliinstiutt og Foundation for Fundamental Research on Matter fann partikkelen ved å designe eit elektronisk måleapparat i nanoskala der to Majorana-fermion viste seg ved enden av ein ekstremt tynn nanotråd.

Funnet kan vise seg å bli viktig for framtidas superdatamaskiner, kvantedatamaskinene:

– Mens elektron og lyssignal som ligg til grunn for dagens PC-ar er enkle, er kvantetilstandar svært vanskelege å flytte rundt på, fortel Bjørn Samset.

– Majorana-fermionar vil ifølgje forskarane her vere meir stabile og stødige. Dei er med andre ord ein kandidat til å erstatte elektriske signal i morgondagens superkule PC-ar, seier Samset, som understrekar at det enno er lenge att før vi er dit.

Søppel-DNA viktig likevel

ENCODE

ENCODE-prosjektet har funne ut det er mindre søppelgenar i vårt DNA enn vi tidlegare har trudd.

Foto: ENCODE/ Youtube

ENCODE-prosjektet (the Encyclopedia of DNA Elements) er ei påkosta tiårig studie på det menneskelege arvestoffet. Studien byggjer på Human Genom-prosjektet som kartla menneskets om lag 23 000 genar.

Mens Human Genom-prosjektet viste oss korleis arvematerialet vårt ser ut, har ENCODE som mål å finne ut kva arvematerialet vårt faktisk gjer.

I september i år publiserte forskarar i ENCODE til saman 30 artiklar der dei presenterte innleiande resultat frå studiane.

Resultata viser blant anna at mykje av genomet som tidlegare har blitt karakterisert som søppel-DNA i realiteten speler ei viktig rolle blant anna med å slå genar på eller av.

Dei konkluderte med at deira studiar tyder på at minst 80 prosent av genomet er biokjemisk aktivt.

Resultata vil bane vegen for større innsikt i vårt arvemateriale, trur Science.

Tankestyrte maskiner festar grepet

Jan Scheuermann styrer protesearm med hjernen

Jan Scheuermann, som er lam frå nakken og ned på grunn av ein sjukdom, fører ein robotarm ved hjelp av elektrodar operert inn i hjernen. Teknologien som blir kalla brain-machine interface har vist svært lovande resultat i 2012.

Foto: UPMC

I 2012 har fleire ulike forskargrupper gjort stadig nye gjennombrot i tankestyrte rørsler av protesar, såkalla Brain-machine-interface. Sist ut var denne vekas publikasjon i The Lancet frå forskarar ved University of Pittsburgh, der dei til no aller beste resultata innan dette feltet vart presentert.

Tre månader etter at Jan Scheuermann hadde fått operert inn to ørsmå plater med elektrodar inn i hjernen oppnådde ho ein kontroll over robotarmen som er dei beste forskarane har sett hos menneske til no.

Dei siste framstega, som byggjer på tiår med dyreforsøk, gir håp om at grensesnittet hjerne-maskin snart kan bli terapeutisk verkelegheit.

– Om 5 til 10 år kan vi kanskje ha ei innretning som kan bli brukt i kvardagen for menneske som ikkje kan bruke armane sine, sa professor Michael Boninger i ei pressemelding frå universitetet.

Tettare på spøkelses-nøytrinoar

Daya Bay-nøytrinoeksperimentet

Daya bay-nøytrinoreaktoren i Kina var i 2012 åstad for eit svært lovande fysikkeksperiment.

Foto: Roy Kaltschmidt, Berkeley Lab Public Affairs

Nokre gongar er det ikkje så mykje resultatet i seg sjølv som kva det lovar for framtida som er mest viktig, skriv Science i presentasjonen av det kinesiske neutrinoeksperimentet som er tatt med blant årets gjennombrot.

Resultata frå nøytrino-eksperimentet ved Daya bay-reaktoren i Kina gir fysikarar ei moglegheit til å måle ein til no ukjend parameter ved nøytrinoar.

– Nøytrinoar er ein type spøkelsesaktig partikkel som det flyg enorme mengde av rundt oss heile tida, og som vi normalt ikkje merkar noko som helst til, fortel Bjørn Samset.

–Dei flyg rett igjennom oss, gjennom jorda, gjennom det aller meste nesten utan å reagere. Derfor er dei skikkeleg vanskelege å forske på.

I tillegg har nøytrinoar ein spesiell eigenskap. Dei tre typane nøytrinoar, elektron-nøytrino, myon-nøytrino og tau-nøytrino kan alle bli til kvarandre.

– Det er som om ei av dei tre døtrene mine går gjennom stova, før ho plutseleg blir til ei av dei andre når ho kjem inn på kjøkenet, før ho igjen blir til den tredje når ho når inn på badet, forklarer Samset.

Daya bay-eksperimenta ser ut til å kunne måle den siste til no ukjende parameteren for overgangen frå den eine nøytrino-forma til den andre, noko som er viktig for vår forståing av Standardmodellen for partikkelfysikk.

– Håpet er at vi skal finne noko vi ikkje forventa, seier Samset. – Vi veit jo at dagens forståing ikkje er riktig, sidan den for eksempel manglar mørk materie og ikkje inkluderer tyngdekrafta, men kor skal vi begynne for å lage noko nytt og betre? Vi må først måle noko som ikkje stemmer med forventingane våre.

–Enn så lenge er vel ikkje resultata frå Daya bay gode nok til å seie noko slikt, men dei er på god veg og lovar å bli betre.

Dersom forskarane ved partikkelakseleratoren i CERN ikkje finn nye partiklar som ikkje er inkludert i standardmodellen for partikkelfysikk, kan nøytrinofysikk bli framtida for partikkelfysikk, skriv Science, og avsluttar:

I det tilfellet kan resultata frå Daya bay markere augneblinken då dette feltet tok av.