[작성자:] admin

이를 탐구하기 위해 북중국과기대학교의 Yingjie Liu는 연구팀을 이끌고 사람들이 의사소통자와 공유하는 관계에 따라 정보를 판단하는 방식을 조사했습니다.

뇌 영상을 통한 속임수 연구

에 발표된 연구 결과에 따르면 JNeurosci연구진은 66명의 건강한 성인의 뇌 활동을 관찰하기 위해 신경 영상 방법을 사용했습니다. 한 쌍의 참가자는 서로 마주 앉아 컴퓨터 화면을 통해 상호 작용하여 과학자들이 정보의 흐름을 제어할 수 있었습니다. 참가자들이 교환한 각 메시지는 “득점” 또는 “손실”로 설명되는 결과를 가져왔습니다. “이득”은 두 사람 모두에게 이익이 되는 정보를 의미하는 반면, “손실”은 부정적인 결과를 낳는 정보를 의미합니다. 기고 연구원인 Rui Huang은 “우리가 ‘이득’과 ‘손실’ 맥락을 선택한 주요 이유는 사람들이 잠재적인 보상이나 처벌에 반응하여 의사 결정을 조정하는 방식을 보여주기 때문입니다.”라고 설명했습니다.

팀은 사람들이 “이득” 상황에서 잘못된 정보를 더 신뢰한다는 사실을 발견했습니다. 이러한 행동은 보상을 처리하고, 위험을 평가하고, 다른 사람의 의도를 해석하는 뇌 영역의 활성화와 일치합니다. 이는 정보가 의심을 불러일으킬지라도 긍정적인 결과에 대한 약속이 거짓말을 믿을 수 있는지 여부에 큰 영향을 미칠 수 있음을 시사합니다.

친구들은 속임수를 쓰는 동안 독특한 두뇌 패턴을 보여줍니다

가장 놀라운 발견 중 하나는 우정의 역할과 관련이 있었습니다. 잠재적으로 기만적인 정보를 전달하는 사람을 친구로 간주했을 때 두 사람 모두 동기화된 뇌 활동을 보였습니다. 이 동시성은 상황에 따라 바뀌었습니다. 예를 들어, 보상과 관련된 뇌 영역은 “이득” 시나리오에서 더 큰 정렬을 보인 반면, 위험 평가와 관련된 영역은 “손실” 순간에 더 동기화되었습니다. 이 공유 활동은 연구자가 참가자가 친구에게 속을 가능성이 있는 시기를 예측할 수 있는 충분한 정보를 제공했습니다.

사람들이 보상받는 거짓말을 믿을 수 있는 이유

종합해보면, 결과는 정보가 “이득”의 가능성을 시사할 때 사람들이 거짓말을 믿는 데 특히 취약할 수 있음을 나타냅니다. 이 연구는 또한 친구들 사이에서 뇌가 사회적 정보를 어떻게 다르게 처리하는지를 강조합니다. 이로 인해 말하는 내용의 진실성을 정확하게 판단하기가 더 어려워질 수 있습니다. 보상 중심 사고와 대인 관계의 결합은 사람들이 정직성을 평가하는 방식에 영향을 미치고 잠재적으로 특정 상황에서 잘못된 정보를 더 쉽게 받아들이게 만드는 것으로 보입니다.

태양을 포함한 대부분의 별은 그룹 내에서 형성됩니다. 나이가 들수록 이들 그룹은 점차 흩어지기 때문에 어떤 스타가 함께 탄생했는지 추적하기 어렵다. 천문학자들은 별의 회전을 “우주 시계”로 사용할 수 있는데, 어린 별은 빠르게 회전하고 나이가 많은 별은 시간이 지남에 따라 속도가 느려지기 때문입니다. UNC-채플힐 팀은 이 기술을 사용하여 중앙 성단 너머 멀리 퍼져 있는 플레이아데스 성단의 오랫동안 사라진 구성원들을 찾아냈습니다. NASA의 TESS의 회전 데이터와 ESA의 Gaia의 정확한 측정을 통해 그들은 플레이아데스가 밀집된 그룹이 아니라 훨씬 더 크고 천천히 분산되는 성협의 밀집된 핵이라는 결론을 내렸습니다.

UNC-채플힐 물리학 및 천문학 분야의 수석 저자이자 대학원생인 앤드류 보일(Andrew Boyle)은 “이 연구는 우리가 플레이아데스를 보는 방식을 변화시킵니다. 단지 7개의 밝은 별뿐만 아니라 하늘 전체에 흩어져 있는 오랫동안 잃어버린 수천 개의 형제자매들입니다.”라고 말했습니다.

문화적 의의와 과학적 통찰력 확대

이번 발견은 천체물리학을 넘어서는 것입니다. 플레이아데스는 오랫동안 어린 별과 외계 행성을 이해하는 주요 기준점 역할을 해 왔으며 많은 사회에서 문화적 의미를 지니고 있습니다. 구약성서와 탈무드에 등장하며, 뉴질랜드에서는 마타리키(Matariki)로 존경받고, 일본에서는 스바루(Subaru)의 로고로 그려져 있다. 공동저자이자 UNC-채플힐 물리학 및 천문학 교수인 앤드류 맨(Andrew Mann)은 “우리는 태양 근처에 있는 많은 별들이 복잡한 구조를 지닌 거대한 확장된 항성군에 속한다는 사실을 깨닫고 있다”고 말했다. “우리의 작업은 이러한 숨겨진 관계를 밝혀내는 새로운 방법을 제공합니다.”

은하수의 숨겨진 구조 매핑

별이 어떻게 회전하는지 연구함으로써 연구원들은 은하계 지역을 매핑하는 새로운 방법을 개발했습니다. 그들의 발견은 한때 고립되어 있다고 생각되었던 많은 성단이 실제로 훨씬 더 큰 항성군에 속할 수 있음을 시사합니다. 이 방법은 결국 과학자들이 태양 자체의 기원을 조사하고 태양이 비슷하게 광범위한 항성 그룹 내에서 형성되었는지 여부를 결정하는 데 도움이 될 수 있습니다.

보일은 “별들이 어떻게 회전하는지 측정함으로써 전통적인 방법으로는 탐지하기에는 너무 흩어져 있는 별군을 식별할 수 있어 우리 은하의 숨겨진 구조를 들여다볼 수 있는 새로운 창을 열어줄 수 있다”고 말했다.

태양계가 어떻게 형성되는지 이해하기

이 연구는 별과 행성이 탄생하는 환경을 재구성하려는 지속적인 노력에 기여합니다. 이러한 통찰력은 우리 태양계를 포함한 태양계가 시간이 지남에 따라 어떻게 형성되고 진화하는지 이해하는 데 필수적입니다.

연구 논문은 온라인에서 볼 수 있습니다. 천체 물리학 저널.

태양을 포함한 대부분의 별은 그룹 내에서 형성됩니다. 나이가 들수록 이들 그룹은 점차 흩어지기 때문에 어떤 스타가 함께 탄생했는지 추적하기 어렵다. 천문학자들은 별의 회전을 “우주 시계”로 사용할 수 있는데, 어린 별은 빠르게 회전하고 나이가 많은 별은 시간이 지남에 따라 속도가 느려지기 때문입니다. UNC-채플힐 팀은 이 기술을 사용하여 중앙 성단 너머 멀리 퍼져 있는 플레이아데스 성단의 오랫동안 사라진 구성원들을 찾아냈습니다. NASA의 TESS의 회전 데이터와 ESA의 Gaia의 정확한 측정을 통해 그들은 플레이아데스가 밀집된 그룹이 아니라 훨씬 더 크고 천천히 분산되는 성협의 밀집된 핵이라는 결론을 내렸습니다.

UNC-채플힐 물리학 및 천문학 분야의 수석 저자이자 대학원생인 앤드류 보일(Andrew Boyle)은 “이 연구는 우리가 플레이아데스를 보는 방식을 변화시킵니다. 단지 7개의 밝은 별뿐만 아니라 하늘 전체에 흩어져 있는 오랫동안 잃어버린 수천 개의 형제자매들입니다.”라고 말했습니다.

문화적 의의와 과학적 통찰력 확대

이번 발견은 천체물리학을 넘어서는 것입니다. 플레이아데스는 오랫동안 어린 별과 외계 행성을 이해하는 주요 기준점 역할을 해 왔으며 많은 사회에서 문화적 의미를 지니고 있습니다. 구약성서와 탈무드에 등장하며, 뉴질랜드에서는 마타리키(Matariki)로 존경받고, 일본에서는 스바루(Subaru)의 로고로 그려져 있다. 공동저자이자 UNC-채플힐 물리학 및 천문학 교수인 앤드류 맨(Andrew Mann)은 “우리는 태양 근처에 있는 많은 별들이 복잡한 구조를 지닌 거대한 확장된 항성군에 속한다는 사실을 깨닫고 있다”고 말했다. “우리의 작업은 이러한 숨겨진 관계를 밝혀내는 새로운 방법을 제공합니다.”

은하수의 숨겨진 구조 매핑

별이 어떻게 회전하는지 연구함으로써 연구원들은 은하계 지역을 매핑하는 새로운 방법을 개발했습니다. 그들의 발견은 한때 고립되어 있다고 생각되었던 많은 성단이 실제로 훨씬 더 큰 항성군에 속할 수 있음을 시사합니다. 이 방법은 결국 과학자들이 태양 자체의 기원을 조사하고 태양이 비슷하게 광범위한 항성 그룹 내에서 형성되었는지 여부를 결정하는 데 도움이 될 수 있습니다.

보일은 “별들이 어떻게 회전하는지 측정함으로써 전통적인 방법으로는 탐지하기에는 너무 흩어져 있는 별군을 식별할 수 있어 우리 은하의 숨겨진 구조를 들여다볼 수 있는 새로운 창을 열어줄 수 있다”고 말했다.

태양계가 어떻게 형성되는지 이해하기

이 연구는 별과 행성이 탄생하는 환경을 재구성하려는 지속적인 노력에 기여합니다. 이러한 통찰력은 우리 태양계를 포함한 태양계가 시간이 지남에 따라 어떻게 형성되고 진화하는지 이해하는 데 필수적입니다.

연구 논문은 온라인에서 볼 수 있습니다. 천체 물리학 저널.

연구팀은 아프리카, 아시아, 유럽 전역에서 발견된 51명의 인류의 화석화된 치아를 조사했습니다. 샘플에는 네안데르탈인과 같은 현대 인류와 고대 인류, 오스트랄로피테쿠스 아프리카누스그리고 멸종된 유인원을 포함하여 기간토피테쿠스 블랙이(Gigantopithecus blacki).

연구된 화석의 73%에 납 흔적이 있었으며, 현대 및 고대 인류 샘플의 71%가 오염된 것으로 나타났습니다. 화석 G. 블랙키 180만년 전으로 거슬러 올라가서 가장 높은 수준의 급성 노출이 밝혀졌습니다.

이전에는 기록된 역사에서, 특히 납 파이프가 물 시스템에 사용되었던 로마 시대와 이후 산업 혁명 기간에 인간이 심각한 납 노출에 직면하기 시작했다고 생각되었습니다. 납 오염은 20세기 후반이 지나서야 감소했습니다.

“우리는 납이 얼마나 독성이 있는지 깨달았을 때 일상 생활에서 납 사용을 중단했지만 선사 시대에는 납을 연구한 사람이 아무도 없었습니다.”라고 UC 샌디에고 의과대학 소아과 및 세포 및 분자 의학 교수이자 고고학 센터 부소장이자 샌포드 통합 우주 줄기 세포 궤도 연구 센터 소장인 교신 저자인 Alysson Muotri 박사는 말했습니다.

연구자들은 놀랍게도 납 휘발유와 페인트에 대한 노출이 널리 퍼졌던 20세기 중반(1940년대부터 1970년대)에 태어난 사람들의 치아에서 고대 인간 화석과 유사한 납 패턴을 보여주었습니다.

과학자들은 고대 인류와 그 친척들이 후기 로마인들이 그랬던 것처럼 물을 탐색하면서 납을 만났을 수도 있다고 제안합니다.

“한 가지 가능성은 그들이 내부에 흐르는 물이 있는 동굴을 찾고 있었다는 것입니다.”라고 Muotri는 말했습니다. “동굴에는 납이 포함되어 있어 모두 오염되었습니다. 치아 법랑질 연구에 따르면 유아기 초기에 시작되었습니다.”

납 노출은 뇌의 성장과 기능을 방해하고 지능과 감정 조절을 손상시킵니다.

이러한 증거에 직면한 무오트리와 그의 팀은 현대 인류가 진화 과정에서 그러한 독성 조건에도 불구하고 어떻게 번성할 수 있었는지 의문을 갖기 시작했습니다.

작은 유전적 변화

신경종양학적 복부항원 1로 알려진 유전자(NEW1)은 뇌 형성과 시냅스 발달에 중요한 역할을 합니다. 신경 발달의 핵심 조절자 역할을 하는 NOVA1은 신경 전구 세포가 납 노출에 어떻게 반응하는지 결정하는 데 도움을 주며, NOVA1의 활동 장애는 신경 장애와 연관됩니다.

거의 모든 현생인류는 네안데르탈인에서 발견된 버전과 단일 DNA 염기쌍이 다른 NOVA1 유전자 버전을 보유하고 있습니다. Muotri 그룹의 초기 연구에서는 현대적인 방식을 바꾸는 것이 NEW1 오가노이드라고 불리는 소형 뇌 모델의 오래된 변종은 뇌 구조와 연결성에 극적인 변화를 일으켰습니다.

무오트리는 “오가노이드에 관한 모든 것은 유전적 변이를 제외하고 동일하다”며 “우리와 네안데르탈인 사이의 특정 돌연변이가 우리에게 어떤 이점을 주는지 여부를 물어볼 수 있게 해준다”고 말했다. 구식 변종은 뇌 성숙을 가속화했지만 시간이 지남에 따라 복잡성이 줄어들었습니다. “만약 모든 인간이 세계 곳곳에서 이 새로운 돌연변이를 갖고 있다면, 우리 종에서는 매우 강력한 유전적 압력이 이를 선택했을 것입니다.”

납 노출이 이러한 유전적 변화를 형성했는지 여부를 테스트하기 위해 연구자들은 현대와 조상 모두를 사용하여 뇌 유기체를 만들었습니다. NEW1 변종을 유도하여 피질 및 시상 뉴런의 성장을 모니터링합니다.

그들은 납이 변했다는 것을 발견했습니다 NEW1 두 가지 유형의 오가노이드 모두에서 활동하며 자폐증 및 간질과 같은 상태와 관련된 유전자에 영향을 미칩니다.

다만, 고대인만이 NEW1 변종이 활동을 변경했습니다. 폭스P2말과 언어에 중요한 유전자입니다. 특정한 사람들 폭스P2 돌연변이는 복잡한 단어와 문장을 형성하는 데 어려움을 겪습니다.

“복잡한 언어와 관련된 이러한 유형의 뉴런은 고대 버전의 언어에서는 사망하기 쉽습니다. NEW1“라고 Muotri가 말했습니다. 폭스P2 우리와 네안데르탈인의 유전자는 동일하지만, 유전자가 인간에 의해 조절되는 방식은 다음과 같습니다. NEW1 그것은 아마도 언어 차이에 기여할 것입니다.”

진화의 의미

연구 결과에 따르면 현대적인 기술을 습득해야 합니다. NEW1 변종은 납의 해로운 영향으로부터 우리를 보호하여 복잡한 언어 발달과 사회적 결속을 촉진했을 수 있습니다. 이는 납 오염이 존재하는 상황에서도 현생 인류가 네안데르탈인에 비해 상당한 진화적 이점을 갖게 되었을 수 있습니다.

Muotri는 이러한 결과가 환경적 스트레스 요인이 인간 진화 과정에서 뇌 발달을 어떻게 형성했는지 이해하는 데 중요한 의미를 갖는다고 믿습니다. 그는 납 노출이 약 40,000년 전 네안데르탈인의 멸종에 기여했을 수 있다고 추측합니다.

Muotri는 “언어는 매우 중요한 이점이며 변혁적이며 우리의 초능력입니다”라고 말했습니다. “우리에게는 언어가 있기 때문에 사회를 조직하고 아이디어를 교환하여 대규모 운동을 조정할 수 있습니다. 네안데르탈인이 그렇게 할 수 있다는 증거는 없습니다. 그들은 추상적 사고를 가졌을 수도 있지만 그것을 서로 번역할 수 없었습니다. 아마도 그 이유는 우리의 복잡한 언어만큼 효율적인 의사소통 시스템이 없었기 때문일 것입니다.”

방법 이해하기 NEW1 유전자 변이가 영향을 미칠 수 있음 폭스P2 표현은 납 오염과 뇌 발달 사이의 관계를 밝히는 데 도움이 되며 언어 실행증(말소리를 올바르게 생성하는 것을 어렵게 만드는 상태) 및 자폐증을 포함하여 언어와 관련된 신경학적 상태를 밝혀줍니다.

연구의 공동 저자로는 Janaina Sena de Souza, Sandra M. Sanchez-Sanchez, Jose Oviedo, University of California San Diego; Southern Cross University의 Marian Bailey와 Matthew Tonge; Renaud Joannes-Boyau, 서던 크로스 대학교 및 요하네스버그 대학교; 요하네스버그 대학교 및 모나쉬 대학교 저스틴 W. 아담스(Justin W. Adams); Christine Austin, Manish Arora, Mount Sinai의 Icahn 의과대학, Macquarie University의 Kira Westaway; Ian Moffat, 플린더스 대학교 및 케임브리지 대학교; 웨이 왕(Wei Wang)과 웨이 랴오(Wei Liao), 광시 인류학 박물관; Yingqi Zhang, 척추동물 고생물학 및 고인류학 연구소; Luca Fiorenza, Monash 대학교 및 Johann Wolfgang Goethe 대학교; Marie-Helene Moncel, 국립 자연사 박물관; 애리조나 주립대학교 게리 T. 슈워츠(Gary T. Schwartz); Luiz Pedro Petroski와 Roberto H. Herai, Pontifícia Universidade Católica do Paraná; 호세 오비에도(애리조나대학교); Bernardo Lemos, Harvard TH Chan 공중 보건 학교.

이 연구는 부분적으로 국립 보건원(R01 ES027981, P30ES023515, R01ES026033 부여), 호주 연구 위원회(DP170101597 부여), 국립 과학 재단(BCS 0962564 부여) 및 The Leakey 재단의 자금 지원을 받았습니다.

공개: Muotri는 유전자 분석 및 인간 뇌 조직 형성 전문 회사인 TISMOO의 공동 창립자이자 지분을 보유하고 있습니다. 본 계약의 조건은 이해 상충 정책에 따라 캘리포니아 샌디에고 대학의 검토 및 승인을 받았습니다.

“오늘날 우리가 유용한 양자 컴퓨터를 보유하는 것을 막는 진짜 과제는 큐비트를 구축하면 정보가 오래 지속되지 않는다는 것입니다.”라고 연방 자금 지원을 받는 국가 양자 연구 센터의 리더이자 프린스턴 대학의 공학부장이자 논문 공동 조사관인 Andrew Houck은 말했습니다. “이것은 다음으로 큰 도약이다.”

11월 5일자 기사에서 자연프린스턴 팀은 큐비트가 1밀리초 이상 일관성을 유지한다고 보고했습니다. 이 성능은 실험실 실험에서 기록된 가장 긴 수명의 3배이며 산업용 양자 프로세서에 사용되는 표준보다 거의 15배 더 높습니다. 결과를 확인하기 위해 팀은 새로운 큐비트를 기반으로 작동하는 양자 칩을 구축하여 설계가 오류 수정을 지원하고 더 큰 시스템으로 확장할 수 있음을 입증했습니다.

연구원들은 그들의 큐비트가 Google 및 IBM과 같은 주요 회사에서 사용하는 아키텍처와 호환된다는 점에 주목했습니다. 분석에 따르면 Google Willow 프로세서의 핵심 구성 요소를 Princeton의 접근 방식으로 교체하면 성능이 1,000배 향상될 수 있습니다. Houck은 양자 시스템이 더 많은 큐비트를 통합할수록 이 설계의 장점이 더욱 빠르게 증가한다고 덧붙였습니다.

양자 컴퓨팅에 더 나은 Qubit이 중요한 이유

양자 컴퓨터는 기존 컴퓨터가 해결할 수 없는 문제를 해결할 가능성을 보여줍니다. 그러나 복잡한 계산이 완료되기 전에 큐비트가 정보를 잃기 때문에 현재 능력은 여전히 ​​제한적입니다. 따라서 실용적인 양자 하드웨어를 구축하려면 일관성 시간을 연장하는 것이 필수적입니다. 프린스턴의 개선은 지난 10년 동안 일관성 시간 면에서 단일 이득으로는 가장 큰 것입니다.

많은 연구실에서 다양한 큐비트 기술을 추구하고 있지만 프린스턴의 디자인은 트랜스몬 큐비트라고 알려진 널리 사용되는 접근 방식을 기반으로 합니다. 극도로 낮은 온도에서 유지되는 초전도 회로로 작동하는 트랜스몬은 환경 간섭에 강하고 최신 제조 도구와 호환되는 것으로 알려져 있습니다.

이러한 장점에도 불구하고 트랜스몬 큐비트의 일관성 시간을 늘리는 것은 어려운 것으로 입증되었습니다. Google의 최근 결과에 따르면 재료 결함이 이제 최신 프로세서를 개선하는 데 주요 장벽이 되고 있는 것으로 나타났습니다.

탄탈륨과 실리콘: 새로운 재료 전략

프린스턴 팀은 이러한 물질적 과제를 해결하기 위해 두 부분으로 구성된 전략을 개발했습니다. 첫째, 그들은 섬세한 회로가 에너지를 유지하는 데 도움이 되는 것으로 알려진 금속인 탄탈륨을 통합했습니다. 둘째, 표준 사파이어 기판을 컴퓨팅 산업의 기초가 되는 소재인 고순도 실리콘으로 교체했습니다. 실리콘에서 직접 탄탈륨을 성장시키려면 두 재료가 상호 작용하는 방식과 관련된 몇 가지 기술적 문제를 해결해야 했지만, 연구진은 성공하여 공정에서 상당한 이점을 발견했습니다.

Princeton Quantum Initiative의 공동 책임자이자 이 프로젝트의 공동 연구 책임자인 Nathalie de Leon은 탄탈륨-실리콘 설계가 이전 접근 방식보다 더 나은 성능을 발휘할 뿐만 아니라 대규모 제조도 더 간단하다고 말했습니다. “우리의 결과는 실제로 최첨단 기술을 추진하고 있습니다”라고 그녀는 말했습니다.

부분 자금을 제공한 Google Quantum AI의 하드웨어 수석 과학자인 Michel Devoret는 양자 회로의 수명을 연장하는 것이 어렵다고 설명했습니다. 그는 이 문제가 해결 시도의 “무덤”이 되었다고 지적했습니다. 2025년 노벨 물리학상 수상자 Devoret는 “Nathalie는 정말로 이 전략을 추구하고 이를 실현할 용기가 있었습니다”라고 말했습니다.

이 프로젝트는 미국 에너지부 국립 양자 정보 과학 연구 센터와 Houck가 2021년부터 2025년까지 감독하고 현재 수석 과학자로 활동하고 있는 C2QA(Co-design Center for Quantum Advantage)로부터 기본 자금을 지원 받았습니다. 이 논문에는 박사후 연구원 Faranak Bahrami와 대학원생 Matthew P. Bland가 공동 저자로 기재되어 있습니다.

탄탈륨이 큐비트 안정성을 향상시키는 방법

Anthony HP Lee ’79 P11 P14 전기 및 컴퓨터 공학 교수인 Houck은 양자 컴퓨터의 성능이 두 가지 주요 요소에 달려 있다고 설명했습니다. 하나는 서로 연결될 수 있는 큐비트의 총 개수입니다. 다른 하나는 오류가 누적되기 전에 각 큐비트가 완료할 수 있는 작업 수입니다. 단일 큐비트의 내구성을 개선하면 이러한 요소가 모두 강화됩니다. 일관성 시간이 길수록 확장과 보다 안정적인 오류 수정이 직접적으로 지원됩니다.

에너지 손실은 이러한 시스템에서 가장 흔한 고장 원인입니다. 금속의 미세한 표면 결함은 에너지를 가두어 계산 중에 큐비트를 방해할 수 있습니다. 더 많은 큐비트가 추가됨에 따라 이러한 중단은 증가합니다. 탄탈륨은 일반적으로 알루미늄과 같은 금속보다 이러한 결함이 적기 때문에 특히 유용합니다. 결함이 적으면 시스템에서 오류가 적게 발생하고 남아 있는 오류를 수정하는 프로세스가 단순화됩니다.

Houck과 de Leon은 프린스턴의 화학자이자 Russell Wellman Moore의 화학 교수인 Robert Cava의 도움을 받아 2021년에 초전도 칩용 탄탈륨을 도입했습니다. 초전도 물질을 전문으로 연구하는 Cava는 de Leon의 강연을 듣고 이 문제에 관심을 가지게 되었습니다. 그들의 대화는 결국 그로 하여금 탄탈륨을 유망한 물질로 제안하게 만들었습니다. “그런 다음 그녀는 가서 그것을 했습니다”라고 Cava는 말했습니다. “그게 정말 놀라운 부분이에요.”

세 연구소의 연구원들은 이 아이디어를 따라 사파이어 기판에 탄탈륨 기반 초전도 회로를 구축했습니다. 그 결과 일관성 시간이 크게 향상되어 이전 세계 기록에 근접한 것으로 나타났습니다.

Bahrami는 탄탈륨이 내구성이 매우 뛰어나고 제조 중 오염 물질을 제거하기 위해 사용되는 혹독한 세척을 견딜 수 있다는 점에서 그 장점이 있다고 지적했습니다. “탄탈륨을 산에 넣어도 특성은 변하지 않습니다.”라고 그녀는 말했습니다.

오염물질이 제거된 후 팀은 남은 에너지 손실을 평가했습니다. 그들은 사파이어 기판이 나머지 문제의 대부분을 담당한다는 것을 발견했습니다. 고순도 실리콘으로 전환하면 이러한 손실 원인이 제거되고 탄탈륨과 실리콘의 결합은 세련된 제조 기술과 함께 트랜스몬 큐비트에서 지금까지 달성한 ​​가장 큰 개선 중 하나를 가져왔습니다. Houck은 이 결과를 “유용한 양자 컴퓨팅을 가능하게 하는 길에 대한 획기적인 돌파구”라고 설명했습니다.

Houck은 시스템이 성장함에 따라 설계의 이점이 기하급수적으로 증가하기 때문에 오늘날 업계 최고의 큐비트를 프린스턴 버전으로 대체하면 이론적으로 1,000큐비트 컴퓨터가 약 10억 배 더 효과적으로 작동할 수 있다고 덧붙였습니다.

실리콘 기반 설계로 산업 규모의 성장 지원

이 프로젝트는 세 가지 전문 분야에서 비롯됩니다. Houck의 그룹은 초전도 회로의 설계 및 최적화에 중점을 두고 있습니다. De Leon의 연구실은 큐비트 성능을 결정하는 재료 및 제조 방법과 함께 양자 계측을 전문으로 합니다. Cava 그룹은 초전도 물질을 개발하는 데 수십 년을 보냈습니다. 이들의 강점을 결합해 팀은 어느 그룹도 개별적으로는 달성할 수 없었던 결과를 만들어냈습니다. 이들의 성공은 이미 양자 업계의 주목을 받고 있다.

Devoret은 첨단 기술을 발전시키기 위해서는 대학과 기업 간의 협력이 필수적이라고 말했습니다. “산업계와 학술 연구 사이에는 다소 조화로운 관계가 있습니다.”라고 그는 말했습니다. 대학 연구자들은 양자 성능의 근본적인 한계를 조사할 수 있으며, 업계 파트너들은 이러한 발견을 대규모 시스템에 적용할 수 있습니다.

“우리는 이것이 실리콘에서도 가능하다는 것을 보여주었습니다.”라고 de Leon은 말했습니다. “우리가 중요한 단계가 무엇인지, 그리고 이러한 종류의 일관성 시간을 가능하게 하는 중요한 기본 특성을 보여주었다는 사실은 이제 확장된 프로세서에 대해 작업하는 모든 사람이 쉽게 채택할 수 있게 해줍니다.”

“2D 트랜스몬 큐비트의 밀리초 수명 및 일관성 시간”이라는 논문이 11월 5일 Nature에 게재되었습니다. de Leon, Houck, Cava, Bahrami 및 Bland와 함께 저자에는 Jeronimo GC Martinez, Paal H. Prestegaard, Basil M. Smitham, Atharv Joshi, Elizabeth Hedrick, Alex Pakpour-Tabrizi, Shashwat Kumar, Apoorv Jindal, Ray가 포함됩니다. D. Chang, Ambrose Yang, Guangming Cheng 및 Nan Yao. 이 연구는 미국 에너지부, 과학청, 국립 양자 정보 과학 연구 센터, C2QA(Co-design Center for Quantum Advantage)의 1차 지원을 받았으며 Google Quantum AI의 부분 지원을 받았습니다.

수십억 년 전에 태양계는 거대한 회전하는 가스와 먼지 구름이었습니다. 시간이 지나면서 이 물질은 단단한 물체로 합쳐져 최초의 운석을 형성했습니다. 이 운석들은 반복적인 충돌을 통해 점차적으로 합쳐져 원시 지구와 그 주변 행성을 만들었습니다.

초기에 지구는 용암으로 뒤덮인 녹은 세계였습니다. 1억 년이 채 지나지 않아 화성 크기의 몸체가 젊은 행성에 충돌하면서 과학자들이 “거대한 충돌”이라고 부르는 재앙적인 사건을 경험했습니다. 충돌로 인해 행성 내부가 녹아 혼합되어 원래의 화학적 특성이 대부분 사라졌습니다. 수십 년 동안 과학자들은 원시 지구의 모든 흔적이 우주 격변으로 인해 완전히 파괴되었다고 믿었습니다.

그러나 MIT 팀의 새로운 결과는 이러한 가정에 도전합니다. 연구자들은 오늘날 지구상에서 발견되는 대부분의 물질과 다른 고대의 깊은 암석 샘플에서 특이한 화학적 특징을 발견했습니다. 이 특징은 칼륨 동위원소(중성자 수가 다른 동일한 원소의 원자)의 약간의 불균형으로 나타납니다. 광범위한 분석 끝에 과학자들은 이후의 충격이나 지구 내에서 진행 중인 지질학적 과정에 의해 변칙 현상이 생성될 수 없다고 결론지었습니다.

가장 그럴듯한 설명은 이 암석이 원시 지구의 원래 물질의 작은 부분을 보존하여 행성의 격렬한 재형성 속에서 어떻게든 살아남았다는 것입니다.

MIT의 지구 및 행성 과학 분야 Paul M. Cook 경력 개발 조교수인 Nicole Nie는 “이것은 아마도 우리가 원시 지구 물질을 보존했다는 최초의 직접적인 증거일 것입니다.”라고 말합니다. “우리는 거대한 충돌 이전에도 아주 오래된 지구의 일부를 봅니다. 이 아주 초기의 특징이 지구의 진화를 통해 천천히 지워질 것이라고 기대하기 때문에 이것은 놀라운 일입니다.”

Nie의 공동 저자로는 Chengdu University of Technology(중국)의 Da Wang, Carnegie Institution for Science(워싱턴 DC)의 Steven Shirey 및 Richard Carlson, ETH Zürich(스위스)의 Bradley Peters, Scripps 해양학 연구소(캘리포니아)의 James Day가 있습니다.

흥미로운 변칙

2023년에 Nie와 그녀의 팀은 전 세계에서 수집된 수많은 잘 기록된 운석을 조사했습니다. 이 운석은 태양계 전체의 다양한 시간과 위치에서 형성되어 수십억 년에 걸쳐 변화하는 화학적 성질을 포착합니다. 연구자들은 그들의 구성을 지구의 구성과 비교했을 때 독특한 “칼륨 동위원소 이상”을 발견했습니다.

칼륨은 자연적으로 세 가지 동위원소 형태(칼륨-39, 칼륨-40, 칼륨-41)로 존재하며 각각 원자 질량이 약간 다릅니다. 현대 지구에서는 칼륨-39와 칼륨-41이 지배적인 반면, 칼륨-40은 극소량으로만 존재합니다. 그러나 운석은 일반적으로 지구에서 볼 수 있는 것과는 다른 동위원소 비율을 나타냈습니다.

이 발견은 동일한 종류의 칼륨 불균형을 보이는 모든 물질이 거대한 충격이 지구의 화학을 변화시키기 전에 존재했던 물질에서 유래했음이 틀림없다는 것을 시사했습니다. 본질적으로, 이 변칙성은 원시 지구 물질의 지문 역할을 할 수 있습니다.

“그 연구에서 우리는 서로 다른 운석이 서로 다른 칼륨 동위원소 특성을 가지고 있다는 것을 발견했습니다. 이는 칼륨이 지구의 빌딩 블록 추적자로 사용될 수 있음을 의미합니다.”라고 Nie는 설명합니다.

“다르게 제작되었습니다”

이번 연구에서 연구팀은 운석이 아닌 지구 내에서 칼륨 이상 징후를 찾았습니다. 그들의 샘플에는 가장 오래 보존된 암석 중 일부가 발견된 그린란드와 캐나다의 분말 형태 암석이 포함되어 있습니다. 그들은 또한 화산이 맨틀(지각과 핵을 분리하는 행성의 가장 두꺼운 암석층)에서 지구에서 가장 초기의 가장 깊은 물질을 가져온 하와이에서 수집한 용암 퇴적물을 분석했습니다.

“이 칼륨 특성이 보존된다면 우리는 깊은 시간과 깊은 지구에서 그것을 찾고 싶을 것입니다”라고 Nie는 말합니다.

연구팀은 먼저 다양한 분말 샘플을 산에 용해시킨 다음 나머지 샘플에서 칼륨을 조심스럽게 분리하고 특수 질량 분석기를 사용하여 칼륨의 세 가지 동위원소 각각의 비율을 측정했습니다. 놀랍게도 그들은 샘플에서 지구상의 대부분의 물질에서 발견된 것과 다른 동위원소 특징을 확인했습니다.

구체적으로 그들은 칼륨-40 동위원소의 결핍을 확인했습니다. 지구상의 대부분의 물질에서 이 동위원소는 칼륨의 다른 두 동위원소에 비해 이미 미미한 부분입니다. 그러나 연구자들은 그들의 샘플에 훨씬 더 적은 비율의 칼륨-40이 포함되어 있음을 식별할 수 있었습니다. 이 작은 결핍을 발견하는 것은 황사 한 국자를 발견하는 것이 아니라 양동이에 있는 갈색 모래 한 알을 발견하는 것과 같습니다.

연구팀은 실제로 샘플에 칼륨-40이 부족하다는 사실을 발견했는데, 이는 오늘날 우리가 지구에서 볼 수 있는 대부분의 물질과 비교하여 재료가 “다르게 제작”되었음을 보여주는 것이라고 Nie는 말했습니다.

하지만 샘플이 원시 지구의 희귀한 잔재일 수 있을까요? 이에 답하기 위해 연구자들은 이것이 사실일 수 있다고 가정했습니다. 그들은 원시 지구가 원래 칼륨-40이 부족한 물질로 만들어졌다면 이 물질의 대부분은 거대한 충돌과 그에 따른 작은 운석 충돌로 인해 화학적 변화를 겪었을 것이며 궁극적으로 오늘날 우리가 볼 수 있는 칼륨-40이 더 많은 물질이 되었을 것이라고 추론했습니다.

연구팀은 알려진 모든 운석의 구성 데이터를 사용하고 이러한 운석과 거대 충돌에 따른 충격에 따라 샘플의 칼륨-40 결핍이 어떻게 변하는지에 대한 시뮬레이션을 수행했습니다. 그들은 또한 맨틀의 가열과 혼합과 같이 시간이 지남에 따라 지구가 경험하는 지질학적 과정을 시뮬레이션했습니다. 결국 그들의 시뮬레이션은 캐나다, 그린란드 및 하와이의 샘플에 비해 칼륨-40의 비율이 약간 더 높은 구성을 생성했습니다. 더 중요한 것은 시뮬레이션된 구성이 대부분의 현대 재료의 구성과 일치한다는 것입니다.

이 연구는 칼륨-40이 부족한 물질이 원시 지구에서 남겨진 원래 물질일 가능성이 높다는 것을 시사합니다.

흥미롭게도 샘플의 서명은 지질학자들이 수집한 다른 운석과 정확하게 일치하지 않습니다. 팀의 이전 작업에서 운석은 칼륨 이상을 보여주었지만 원시 지구 샘플에서 볼 수 있는 적자는 정확히 아닙니다. 이는 원래 원시 지구를 형성했던 운석과 물질이 아직 발견되지 않았음을 의미합니다.

“과학자들은 다양한 운석 그룹의 구성을 결합하여 지구의 원래 화학 구성을 이해하려고 노력해 왔습니다.”라고 Nie는 말합니다. “그러나 우리의 연구에 따르면 현재 운석 목록은 완전하지 않으며 우리 행성이 어디에서 왔는지에 대해 알아야 할 것이 훨씬 더 많습니다.”

이 작업은 부분적으로 NASA와 MIT의 지원을 받았습니다.

SN 2024ggi는 현지 시간으로 2024년 4월 10일 밤에 처음 발견되었습니다. 그 순간, 중국 베이징 칭화대학교 조교수이자 이번 연구의 주저자인 이양(Yi Yang)은 긴 비행을 마치고 막 샌프란시스코에 도착했습니다. 긴급함을 깨달은 그는 재빨리 움직였다. 12시간 후, 그는 ESO에 관찰 요청을 제출했고 ESO는 곧 이를 승인했습니다. 발견 후 불과 26시간 만인 4월 11일까지 칠레의 VLT는 이미 사건을 관찰하고 있었습니다.

희귀한 인근 폭발

초신성은 은하 NGC 3621, 히드라 별자리 방향으로 약 2,200만 광년 떨어져 있습니다. 천문학자들에게 이 거리는 폭발을 세밀하게 조사하기에 충분히 가깝습니다. 국제 팀은 VLT와 특수 장비를 사용하여 폭발의 초기 동작을 포착했습니다. “첫 번째 VLT 관측에서는 별 표면을 통과하는 별 중심 근처의 폭발로 인해 물질이 가속되는 단계를 포착했습니다. 몇 시간 동안 별의 기하학과 폭발이 함께 관찰될 수 있었습니다.”라고 독일 ESO 천문학자이자 11월 12일에 발표된 이번 연구의 공동 저자인 디트리히 바데(Dietrich Baade)는 말합니다. 과학 발전.

“초신성 폭발의 기하학은 별의 진화와 이러한 우주 불꽃놀이로 이어지는 물리적 과정에 대한 기본 정보를 제공합니다.”라고 Yang은 설명합니다. 과학자들은 여전히 ​​태양 질량의 8배가 넘는 별로 정의되는 거대한 별의 폭발을 촉발하는 정확한 단계를 조사하고 있습니다. SN 2024ggi는 질량이 태양의 12~15배, 반경이 500배 더 큰 적색초거성으로 시작되었습니다. 이는 수명이 다해가는 거대한 별의 교과서적인 예가 됩니다.

거대한 별의 연료가 부족하면 어떻게 되나요?

중력은 안쪽으로 당기고 핵융합으로 인한 압력은 바깥쪽으로 밀려나기 때문에 별은 일생 동안 안정적인 구형 모양을 유지합니다. 별이 연료를 모두 소모하면 이 균형이 무너집니다. 코어가 무너지고 주변 레이어가 안쪽으로 떨어진 다음 밀도가 높은 중심에서 튀어 나옵니다. 이 반동은 바깥쪽으로 이동하는 충격파를 발사하여 궁극적으로 별을 찢어 놓습니다.

충격파가 표면에 도달하면 엄청난 양의 에너지가 방출되고 초신성이 눈에 띄게 됩니다. 폭발이 주변 물질과 상호 작용하기 전 짧은 기간 동안 천문학자들은 초기 폭발 모양을 연구할 수 있습니다.

분광편광법으로 숨겨진 기하학을 밝히다

이 초기 구조를 포착하기 위해 천문학자들은 ‘분광편광측정법’이라는 기술을 사용했습니다. ESO에서 학생으로 경력을 시작한 미국 텍사스 A&M 대학교의 공동저자이자 교수인 Lifan Wang은 “분광편광계는 각도 스케일이 너무 작기 때문에 다른 유형의 관찰로는 제공할 수 없는 폭발의 기하학적 정보를 제공합니다.”라고 말합니다. 폭발하는 별은 빛의 단일 지점으로 보이지만 그 빛의 편광에는 폭발 모양에 대한 미묘한 신호가 포함되어 있으며 팀은 이를 성공적으로 해독했습니다.⁽¹⁾

남반구에서 이러한 유형의 측정을 수행할 수 있는 유일한 시설인 VLT의 FORS2 장비는 첫 번째 물질 폭발이 올리브 모양과 유사한 것으로 나타났습니다. 폭발이 확장되고 별 주변의 물질과 만나면서 대칭축은 일정하게 유지되었지만 모양은 더 평평해졌습니다. Yang은 “이러한 발견은 많은 무거운 별의 폭발을 주도하는 일반적인 물리적 메커니즘을 암시하며, 이는 잘 정의된 축 대칭을 나타내고 대규모로 작용합니다”라고 말합니다.

글로벌 협력을 통한 초신성 과학 발전

이러한 관찰을 통해 과학자들은 일부 기존 모델을 제거하고 다른 모델을 개선하여 대규모 별 죽음에 대한 이해를 높일 수 있습니다. 공동 저자이자 ESO 천문학자인 페르디난도 파타트(Ferdinando Patat)는 “이 발견은 항성 폭발에 대한 우리의 이해를 재편할 뿐만 아니라 과학이 국경을 초월할 때 무엇을 얻을 수 있는지를 보여줍니다”라고 말했습니다. “호기심, 협력, 신속한 행동이 우리 우주를 형성하는 물리학에 대한 심오한 통찰력을 얻을 수 있다는 점을 강력하게 상기시켜줍니다.”

메모

1. 빛 입자(광자)에는 편광이라는 특성이 있습니다. 대부분의 별 모양인 구에서는 개별 광자의 편광이 상쇄되어 물체의 순 편광이 0이 됩니다. 천문학자들이 0이 아닌 순 편광을 측정할 때, 그들은 그 측정을 사용하여 관측된 빛을 방출하는 물체(별이나 초신성)의 모양을 추론할 수 있습니다.

이 연구는 과학 발전.

팀은 Y. Yang(중국 칭화대학교 물리학과(칭화대학교)), X. Wen(중국 베이징 사범대학교 물리천문학부(베이징 사범대학교) 및 칭화대학교), L. Wang(미국 텍사스 A&M 대학교 물리천문학부(텍사스 A&M 대학교)), George P. and Cynthia Woods Mitchell Institute로 구성되어 있습니다. 기초 물리학 및 천문학 텍사스 A&M 대학교, 미국(IFPA 텍사스 A&M 대학교)), D. Baade(독일 남반구 천문 연구를 위한 유럽 기구(ESO)), JC Wheeler(미국 오스틴 텍사스 대학교), AV Filippenko(미국 버클리 캘리포니아 대학교 천문학과(UC 버클리) 및 텍사스 A&M 대학교 Hagler 고등 연구 연구소, 미국), A. Gal-Yam(이스라엘 와이즈만 과학 연구소 입자 물리학 및 천체 물리학과), J. Maund(영국 런던 대학교 로얄 홀로웨이 물리학과), S. Schulze(미국 노스웨스턴 대학교 천체 물리학 학제간 탐구 및 연구 센터), X. Wang(칭화 대학교), C. Ashall(미국 버지니아 공대 물리학과 및 미국 마노아 하와이 대학교 천문학 연구소), M. Bulla(이탈리아 페라라 대학교 물리 및 지구 과학부, INFN, Sezione di Ferrara, 이탈리아 및 INAF, Osservatorio Astronomico d’Abruzzo, 이탈리아), A. Cikota(칠레 제미니 천문대/NSF NOIRLab), H. Gao(베이징 사범 대학교 및 천문학 및 프론티어 연구소) 천체물리학, 베이징 사범대학교, 중국), P. Hoeflich(물리학과, 플로리다 주립대학교, 미국), G. Li(청화대학교), D. Mishra(텍사스 A&M 대학교 및 IFPA 텍사스 A&M 대학교), Ferdinando Patat(ESO), KC Patra(캘리포니아 및 캘리포니아 대학교, 산타크루즈, 미국), SS Vasylyev(UC 버클리), S. Yan(청화대학교).

이번 달에 발표된 VTC의 Fralin Biomedical Research Institute의 새로운 연구 과학 보고서GLP-1 작용제는 알코올이 혈류로 이동하는 속도를 늦추고 결과적으로 뇌에 미치는 영향을 지연시키는 것으로 나타났습니다.

FBRI 건강 행동 연구 센터의 조교수이자 임시 공동 책임자인 Alex DiFeliceantonio는 “술을 마시는 사람들은 와인 한 잔을 마시는 것과 위스키 한 잔을 마시는 것 사이에 차이가 있다는 것을 알고 있습니다.”라고 말했습니다.

각각의 표준 제공량에는 동일한 양(0.6온스)의 알코올이 포함되어 있지만, 주사를 맞으면 혈중 알코올 수치가 훨씬 더 빠르게 상승합니다. 신체가 알코올을 흡수하고 처리하는 방식 때문에 빠른 스파이크가 더 강하게 느껴집니다.

DiFeliceantonio는 “이것이 왜 중요한가? 더 빨리 작용하는 약물은 남용 가능성이 더 높다”고 말했습니다. “그들은 뇌에 다른 영향을 미칩니다. 따라서 GLP-1이 알코올이 혈류로 들어가는 속도를 늦추면 알코올의 영향을 줄이고 사람들이 술을 덜 마시는 데 도움이 될 수 있습니다.”

미국 성인의 절반 이상이 알코올을 섭취하고, 10명 중 1명은 알코올 사용 장애를 앓고 있습니다. 만성적이고 과음은 고혈압, 심장 및 간 질환, 여러 암과 같은 질환과 관련이 있습니다. 올해 초, 미국 공중보건의인 비벡 머시(Vivek Murthy)는 음주가 흡연과 비만에 이어 미국에서 예방 가능한 세 번째 암 발병 원인이라고 밝혔습니다.

연구에서 세마글루타이드, 티르제파티드, 리라글루타이드 등 GLP-1 약물을 복용한 참가자들은 약물을 복용하지 않은 참가자들과 같은 양의 알코올을 섭취했음에도 불구하고 혈중 알코올 농도가 더 느리게 상승하는 것을 경험했습니다. 그들은 또한 자신의 평가에 따르면 덜 취한 느낌을 받았다고 보고했습니다.

Virginia Tech의 Fralin Biomedical Research Institute의 자금 지원을 받은 이 연구는 GLP-1 약물을 복용하는 사람들의 알코올의 신체적, 인지적 영향을 모두 조사하는 것을 목표로 했습니다. 연구자들은 이러한 초기 발견이 그러한 약물이 알코올 소비를 줄이는 데 사용될 수 있는지에 대한 더 크고 장기적인 연구를 형성하는 데 도움이 될 수 있다고 말합니다.

이 연구에는 체질량지수(BMI)가 30 이상인 성인 20명이 포함되었으며, 그 중 절반은 GLP-1 약물을 복용하고 있었고 절반은 그렇지 않았습니다. 참가자들에게는 세션 전에 금식을 요청한 다음 위 내용물을 일정하게 유지하기 위해 스낵바를 제공했습니다.

연구원들은 각 참가자의 혈압, 맥박, 호흡 알코올 농도 및 혈당 수치를 측정했습니다. 90분 후에는 알코올 음료를 제공받아 10분 이내에 식사를 마칠 수 있었습니다. 이후 참가자들은 ‘지금 얼마나 취한 것 같나요? 0에서 10까지 평가됩니다.

GLP-1 약물을 복용하는 사람들은 술에 취한 느낌이 덜하다고 지속적으로 보고했습니다.

음주가 끝난 후 참가자들은 알코올 수치가 떨어지는 동안 회복실에 머물렀습니다. 호흡 알코올은 30분마다 측정되었고 혈당은 2회 측정되었으며 3시간 후에 참가자는 다시 후속 질문에 답변했습니다. 4시간 후, 호흡 알코올 농도가 0.02% 미만으로 측정되고 연구 담당 의사의 확인을 받은 후 퇴원이 허용되었습니다.

“알코올 섭취를 줄이는 데 도움이 되도록 설계된 다른 약물”인 날트렉손과 아캄프로세이트는 “중추 신경계에 작용합니다”라고 해당 연구의 교신 저자인 DiFeliceantonio가 말했습니다. “우리의 예비 데이터는 GLP-1이 다른 메커니즘을 통해 섭취를 억제한다는 것을 시사합니다.”

약물은 위 배출을 느리게 하여 혈중 알코올 농도를 느리게 증가시킬 수 있습니다.

이 연구에 대한 아이디어는 프랄린 생명의학 연구소(Fralin Biomedical Research Institute) 교수 수련회에서 처음 떠올랐고 2024년에 사망한 중독 회복 연구 센터의 교수 겸 소장인 워렌 비켈(Warren Bickel)이 주도했습니다.

이는 커뮤니티 네트워크 Reddit의 소셜 미디어 게시물에 대한 분석을 바탕으로 구축되었습니다. 사용자들은 제2형 당뇨병 및 비만 치료용 약물을 복용하면 알코올에 대한 갈망이 감소한다고 보고했습니다.

Bickel 연구소의 대학원 연구원이자 두 연구의 첫 번째 저자인 Fatima Quddos는 “그의 지도는 초기 아이디어부터 최종 형태까지 이 연구의 모든 단계를 형성했으며 과학적 발견에 대한 그의 열정은 매일 계속해서 나에게 영감을 주고 있습니다”라고 말했습니다.

“Bickel의 연구는 오랫동안 보상을 지연할 때 어떤 일이 일어나는지에 초점을 맞춰왔습니다. 그래서 우리는 ‘GLP-1이 신체가 알코올을 처리하는 방식에 영향을 미치면 어떨까요?’라고 물었습니다.”라고 DiFeliceantonio는 말했습니다. “이 프로젝트를 끝내는 것은 그와의 마지막 협업이었기 때문에 씁쓸했습니다.”

“그는 항상 ‘어떻게 하면 사람들을 가장 빨리 도울 수 있을까?’라고 묻고 있었습니다. 사람들이 음주를 줄이는 데 도움이 되는 것으로 이미 안전한 것으로 입증된 약물을 사용하는 것은 사람들이 빨리 도움을 받을 수 있는 방법이 될 수 있습니다.”라고 DiFeliceantonio는 말했습니다.

연구진은 이번 연구 결과가 그룹 간 명확한 차이를 보여주었으며 알코올 사용을 줄이려는 사람들을 위한 치료법으로 약물을 테스트하는 대규모 실험을 뒷받침하는 초기 데이터를 제공한다고 말했습니다.

지난 5월 버지니아 공대 중개 생물학, 의학 및 보건 대학원 프로그램에서 박사 학위를 취득한 Quddos는 “최근 졸업생으로서 나는 과학적 이해를 발전시킬 뿐만 아니라 미래 치료법을 향한 길을 닦는 데 있어 이 연구가 갖고 있는 잠재력에 깊은 영감을 받았습니다.”라고 말했습니다. “중독으로 어려움을 겪고 있는 사람들에게 새로운 희망을 줄 수 있다는 점에서 이 작업이 매우 의미가 깊습니다.”

이 성과는 물의 완전히 새로운 결정화 경로를 확인하고 이전에 알려지지 않았던 얼음 상을 발견하는 결과를 가져왔습니다. 새로 인식된 구조는 Ice XXI로 명명되어 21번째 결정 형태의 얼음이 되었습니다.

고압이 새로운 형태의 얼음을 만드는 방법

물은 일반적으로 온도가 0°C 아래로 떨어지면 얼음으로 변하지만, 압력이 결정화를 촉진할 수도 있습니다. 적절한 압력 조건에서 얼음은 실온이나 심지어 평소 끓는점보다 높은 온도에서도 형성될 수 있습니다. 예를 들어, 실온에서 0.96 GPa 이상으로 압축된 물은 Ice VI으로 변환됩니다.

냉동하는 동안 물 분자 사이의 수소 결합 네트워크는 복잡한 방식으로 왜곡되고 재구성됩니다. 이러한 변화는 주변 압력과 온도에 따라 다양한 얼음 구조를 생성합니다.

이러한 분자 재배열이 어떻게 발생하는지와 극한 조건에서 이를 제어할 수 있는 능력에 대한 보다 자세한 이해는 지구에 자연적으로 존재하지 않는 완전히 새로운 물질을 만드는 길을 열어줄 수 있습니다.

한 세기의 얼음 연구가 새로운 이정표에 도달했습니다

지난 100년 동안 과학자들은 압력과 온도를 조정하여 20개의 뚜렷한 얼음 결정 상태*를 식별했습니다. 이러한 단계는 온도가 2,000K가 넘고 압력이 100GPa가 넘는 광범위한 범위에 걸쳐 나타납니다. 대기압(0GPa)과 2GPa 사이의 영역은 10개 이상의 서로 다른 얼음 상이 함께 모여 있는 물의 상태도에서 가장 복잡한 영역 중 하나로 간주됩니다.

KRISS의 우주 계측 그룹은 일반적으로 결정화에 필요한 압력의 2배가 넘는 2GPa 이상의 가압에도 불구하고 물이 실온에서 액체로 유지되는 초압축 액체 상태를 만드는 데 성공했습니다. 이는 KRISS에서 개발한 고압 장비인 dDAC**(Dynamic Diamond Anvil Cell)를 통해 가능해졌습니다.

기존의 다이아몬드 앤빌 셀(DAC)은 볼트를 조여 압력을 증가시킵니다. 이 과정에서 압력 구배와 조기 핵 생성을 유발하는 기계적 교란이 발생하는 경우가 많습니다. KRISS dDAC는 기계적 충격을 줄이고 압축 시간을 수십 초에서 단 10밀리초(ms)로 단축하여 이러한 문제를 최소화합니다. 이를 통해 물은 액체를 유지하면서 Ice VI 압력 범위 깊숙이 밀어 넣을 수 있었습니다.

새로운 얼음 단계의 탄생 포착

KRISS 과학자들은 국제 파트너들과 협력하여 dDAC를 유럽 XFEL(세계 최대 X선 자유전자 레이저 시설)과 함께 사용하여 마이크로초 단위의 정밀도로 초압축수의 결정화를 모니터링했습니다. 이러한 관찰을 통해 이전에는 볼 수 없었던 복잡한 실온에서의 결정화 경로가 밝혀졌습니다. 이러한 전환은 새로운 얼음 단계인 Ice XXI를 통해 발생했으며, 이는 21번째 결정 형태의 얼음이 세계 최초로 확인된 것입니다.

연구원들은 또한 Ice XXI의 상세한 구조를 결정하고 그 형성으로 이어지는 다양한 경로를 매핑했습니다. Ice XXI는 알려진 다른 단계에 비해 비정상적으로 크고 복잡한 단위 셀을 보여줍니다. 크리스탈의 기하학적 구조는 두 개의 베이스 가장자리의 길이가 동일한 편평한 직사각형 격자입니다.

대규모 국제 협력

이번 발견에는 한국, 독일, 일본, 미국, 영국 출신의 33명의 연구자와 유럽 XFEL 및 DESY의 과학자들이 참여했습니다. 이번 프로젝트는 연구책임자(PI)를 맡은 이근우 박사의 지휘 아래 KRISS가 제안하고 주도했다.

KRISS 팀에는 김진균 박사(공동 제1저자, KRISS 박사후연구원), 김용재 박사(공동제1저자, 전 KRISS 박사후연구원, 현 로렌스리버모어국립연구소), 이윤희 박사(공동제1저자, 책임연구원), 김민주 박사(공동저자, 박사후연구원), 조용찬 박사(공동저자, 책임연구원), 이근우 박사(교신저자, 책임연구원). 그들은 Ice XXI의 최초 식별을 가능하게 한 실험 설계, 데이터 수집 및 구조 분석을 주도했습니다. 그들의 연구는 고압 물리학 및 행성 과학의 주요 발전을 나타냅니다.

이윤희 박사는 “얼음 XXI의 밀도는 목성과 토성의 얼음 위성 내부의 고압 얼음층과 비슷하다”며 “이번 발견은 우주의 극한 상황에서 생명의 기원을 탐구하는 데 새로운 단서를 제공할 수 있을 것”이라고 말했다.

이근우 박사는 “자체 개발한 dDAC 기술과 XFEL을 결합해 기존 장비로는 접근할 수 없었던 찰나의 순간을 포착할 수 있었다”며 “초고압 및 기타 극한 환경에 대한 지속적인 연구는 과학의 새로운 지평을 열어줄 것”이라고 덧붙였다.

메모

* 이전에는 Ice I에서 Ice XX까지의 얼음 단계가 보고되었습니다. 얼음 I은 육각형 얼음 Ih와 입방 얼음 Ic의 두 가지 구조 형태로 나타납니다.

** dDAC는 한 쌍의 다이아몬드와 압전 액추에이터를 사용하여 미세한 물 샘플의 압력 변화를 동적으로 제어하고 관찰하는 고압 장치입니다.

이번 연구는 국립과학기술연구회(NST)의 4000K급 로켓엔진 초고온 소재 및 측정기술 개발사업의 지원을 받아 수행됐다. 결과는 다음과 같이 출판되었습니다. 자연소재 (Impact Factor: 38.5) 10월.