Читайте также: |
|
При охлаждении атомов в оптической патоке до температур - около 1мкК - процесс отдачи сопровождает поглощение и испускание фотонов всеми атомами, в том числе и самыми холодными. Это приводит хотя и к небольшим, но не пренебрежимо малым изменениям скоростей частиц, что и означает наличие у газа некоторой температуры. Если заставить самые медленные атомы не "замечать" фотоны в оптической патоке, то можно надеяться достичь и более низких температур. Один из способов сделать атомы "темными", т. е. невидимыми для фотонов, и тем самым избежать поглощения был известен. Однако было неясно, как скомбинировать этот способ с лазерным охлаждением.
Все же группе Коэн-Таннуджи, потратившей немало времени на поиски, удалось найти метод охлаждения, в котором медленные атомы переходят в темное состояние. Метод был назван избирательным по скорости, когерентным пленением населенностей (velocity-selective coherent population trapping). Эксперимент проводился с атомами гелия, для которых отвечающая пределу отдачи температура составляет 4 мкК. Использовался пучок атомов, предварительно возбужденных в метастабильное состояние с достаточно большим временем жизни - около 10-2 c. Характер электронного строения 4He позволяет осуществить оптическую накачку неподвижных атомов в стационарное смешаное состояние, невосприимчивое к фотонам охлаждающих лучей. Для движущихся атомов такое состояние не стационарно, но вероятность поглощения света оказывается пропорциональной квадрату их скорости, так что чем медленнее они движутся, тем дольше находятся в темном состоянии. Это и означает "накапливание" атомов в состояниях с малыми импульсами поступательного движения и когерентным распределением по внутренним степеням свободы. В первом эксперименте было достигнуто поперечное охлаждение пучка, для которого одномерное распределение атомов по скоростям отвечало температуре 2 мкК. С четырьмя лазерными лучами они получили двумерное распределение, температура которого 0.25 мкК означала уже выход в наноградусную область. Наконец, в шестилучевой геометрии полное распределение частиц по скоростям соответствовало температуре 0.18 мкК. В этих условиях атомы гелия еле движутся, их средняя скорость всего 2 см/с!
Группа Чу нашла другой путь охладить атомы ниже предела отдачи. Они совместили рамановские переходы (комбинационное рассеяние света) между сверхтонкими подуровнями основного состояния атомов натрия с оптической накачкой в нижнее по энергии состояние этого дублета через отдельный вспомогательный уровень. По сравнению с обычным однофотонным переходом между подуровнями сверхтонкой структуры рамановские переходы в два раза чувствительнее к допплеровскому сдвигу движущихся атомов, если лучи с частотами f1 и f2, вызывающие рамановский переход, распространяются навстречу друг другу. Если разность f1 - f2меньше чем требуется для двухфотонного резонанса, тормозиться будет атом, имеющий скорость+v (летящий навстречу лучу f1). При изменении направления лучей на противоположное тормозиться будет атом, скорость которого - v. Создав серию рамановских импульсов с изменяющимися частотой, отстройкой, длительностью и направлением, можно не только растянуть частотный спектр лазерного поля, но и задать ему требуемую эволюцию так, чтобы заставить все атомы возбуждаться на верхний подуровень основного состояния за исключением самых медленных. Замедленные на этом подуровне атомы далее переводятся на самый низкий по энергии уровень путем оптической накачки, как сказано выше. Этот метод, названный рамановским охлаждением (Raman cooling), потребовал для своей реализации высокого экспериментального мастерства и позволил группе Чу также достичь наноградусной области при охлаждении атомов натрия в одномерной геометрии (до температуры 0.1 мкК).
Методы охлаждения газов в микроградусную область температур и ниже были развиты С.Чу, К.Коэн-Таннуджи и У.Д.Филлипсом в целом ряде работ, начиная с середины 80-х годов. Полученные результаты значительно продвинули наши знания о взаимодействии излучения с веществом и позволили глубже понять квантовомеханическое поведение газов при сверхнизких температурах. На основе развитых нобелевскими лауреатами методов недавно удалось наблюдать тонкое явление - конденсацию Бозе-Эйнштейна в атомарных газах. Реализован новый атомный эталон частоты, точность которого на два порядка выше ныне существующего - цезиевого. Разработка более точных атомных часов, в частности для их использования в космической навигации, скоро станет технологической проблемой. Отмеченные Нобелевским комитетом методы указывают пути к созданию атомного интерферометра, который поможет выполнить точнейшие измерения гравитационных сил, атомного лазера - инструмента будущего квантовой микроэлектроники, атомно-волновых элементов квантовых компьютеров. Поднимаясь по лестнице своей эволюции, оптика по очереди прошла ступени фотонов, электронов, нейтронов. Теперь она вышла на следующий уровень - оптику атомов. Блистательный прорыв в микроградусную область открыл новые горизонты для будущих исследований.
Ю.К.Джикаев,
кандидат физико-математических наук
Москва
Global patterns of peatmoss biodiversity
DNA sequence data from the nr ITS and the cpDNA trnL-trnF regions were used to quantify geographic partitioning of global biodiversity in Sphagnum, and to compare patterns of molecular diversity with patterns of species richness. Molecular diversity was estimated for boreal, tropical, Neotropical, nonboreal (tropical plus Southern Hemisphere), Old World, and New World partitions, based on a total of 436 accessions. Diversity was partitioned among geographic regions in terms of combined nuclear and chloroplast sequence data and separately for the ITS and trnL data sets. Levels of variation were estimated using phylogenetic diversity (PD) and the number of polymorphic nucleotide sites.
Estimates of species richness suggest that peatmoss diversity is higher in New World than Old World regions, and that the Neotropics constitute a "hotspot" of diversity (Fig. 1). Molecular estimates, in contrast, indicate that peatmoss biodiversity is almost evenly divided between New and Old World regions,and that the Neotropics account for only 20-35% of global peatmoss diversity. Levels of tropical and boreal peatmoss molecular diversity were comparable.
S. sericeum from the Old World tropics and S. lapazense from Bolivia, are remarkably divergent in nucleotide sequences from all other Sphagna and together account for almost 20% of all peatmoss diversity (Table 1), although they are represented by only 3 of the 436 accessions (0.7%). These species clearly demonstrate the nonequivalence of species biodiversity value.
Table 1. Phylogenetic diversity (PD) estimates for peatmosses (Sphagnum) partitioned among geographic regions. Three highly divergent accessions of S. lapazense (South America) and S. sericeum (Malaysia and Borneo) were not included in the analyses. Values represent percentages of total PD (tree length). The total data set includes 436 accessions. Values in parentheses following the regions are sample sizes. Mean values (� sd) for subsamples are based on from 100 random samples of the size indicated parenthetically.
Combined | nrDNA | cpDNA | |
S. lapazense & S. sericeum | |||
Boreal (313) | |||
Nonboreal (120) | |||
Boreal (subsampled:120) | 48 (� 3) | 49 (� 3) | 47 (� 4) |
Tropical (110) | |||
Boreal (subsampled:110) | 46 (� 3) | 48 (� 3) | 44 (� 4) |
Neotropical (74) | |||
Boreal (subsampled:74) | 39 (� 2) | 40 (� 3) | 38 (� 3) |
New World (237) | |||
Old World (196) | |||
New World (subsampled:196) | 62 (� 2) | 67 (� 2) | 55 (� 2) |
Reference:
Shaw, A. J., C. J. Cox, & S. B. Boles. 2003. Global patterns of peatmoss biodiversity. Molecular Ecology 12: 2553-2570. reprint
Phylogeny, species delimitation, and interspecific hybridization in Sphagnum section Acutifolia Nucleotide sequences for six nuclear and one chloroplast loci were used to reconstruct phylogenetic relationships in the section Acutifolia. The combined data matrix, which includes 136 accessions (129 ingroup taxa and 7 outgroups) and 5126 nucleotide sites, was analyzed using Bayesian inference. Most of the individual morphospecies generally recognized in the section were represented by multiple populations, in some cases by up to 16 accessions from throughout the Northern Hemisphere. Results of the combined seven-locus analysis resolved many of the species as monophyletic, but the deeper nodes were generally without support. Separate analyses of single-locus data sets revealed significant conflicts, indicating interspecific gene flow within the section. Sequence data allowed likely parentage to be identified for several species of hybrid origin, and identified individual accessions that appear to be genetic admixtures. Taxonomic conclusions that can be made from the analyses include: 1. Sphagnum wulfianum and S. aongstroemii should both be included in section Acutifolia, 2. S. subtile cannot be separated from S. capillifolium, and the two should be synonymized, 3. S. capillifolium and S. rubellum each contain a monophyletic core of populations and should be retained as separate species, but 4. S. rubellum cannot be separated from S. andersonianum and S. bartlettianum and they should be merged, 5. S. tenerum is highly differentiated from S. capillifolium and should be treated as a separate species, 6. inter-specific mixed ancestry is demonstrated for S. russowii (a likely allopolyploid), S. skyense, S. arcticum, and S. olafii. Interspecific recombination appears to be rather common in the Acutifolia, yet species, for the most part, maintain cohesiveness. Fig. 1. Phylogenetic reconstruction for Sphagnum sect. Acutifolia, based on heterogeneous Bayesian analyses of seven genomic regions. Thick branches are supported at � 95% Bayesian joint posterior probability. The accession of S. subtile (no. 1281, identified by J. Shaw and L. E. Anderson) indicated by a solid black circle does not group with other accessions of the morphospecies. Reference: Shaw, A. J., C. J. Cox, & S. B. Boles. 2005. Phylogeny, species delimitation, and interspecific hybridization in Sphagnum section Acutifolia. Systematic Botany 30: 16-33. reprint | ||
Дата добавления: 2014-12-18; просмотров: 134 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |