立即下载 知乎日报 每日提供高质量新闻资讯

科研我看不懂,但这些实验照片可是真惊艳啊

图片:刘小咩 / 知乎

在你科研过程中遇到过哪些惊艳的图片?

S Charm,男,识字。

大概要属大型强子对撞机(LHC)上实验的事件重建了。

比如说,LHC 上的两个实验 CMS 实验和 LHCb 实验都曾经记录过一种衰变模式,叫做 Bs 到μμ,简单来讲,就是在 LHC 上利用质子 - 质子对撞,产生一个叫做 Bs 的粒子,然后这个 Bs 粒子衰变成两个电荷相反的叫做μ子的粒子,然后这两个μ子,在探测器的磁场中,穿过层层的探测模块,最终被探测器完整的记录下来。

CMS 探测器的全称叫做 Compact Muon Solenoid,中文是紧凑μ子线圈,这里这个μ子就是上文中提到的粒子,是一个性质类似于电子,却比电子重一些的粒子。正如 CMS 探测器名称所暗示的那样,它非常适合记录μ子的运动轨迹。CMS 探测器是一个长约 21 米,直径约 16 米的筒状的结构,重量达 12500 吨。这样一个巨大的极具科幻感的探测器,却是用来探测极小的粒子的。

μ子究竟有多小呢,在尺度上,μ子被认为是点粒子,也就是尺度为 0,至今也没有发现任何的内部结构。在质量上,一个μ子与一个鸽子蛋的质量之比,跟一个鸽子蛋与地球的质量之比接近。如此之小的粒子,却可以在粒子探测器中通过电磁效应留下一些径迹,其轨迹也最终可以被探测器捕捉到。

另外一个上文提到的实验 LHCb 的中文名叫做大型强子对撞机底夸克实验。这个实验的重点研究对象是含有底夸克的粒子,比如 Bs 粒子,所以这个实验也是非常适合捕捉μ子的轨迹。

LHCb 探测器和 CMS 探测器的结构不同,后者以质子 - 质子对撞点为中心,成包围结构,而 LHCb 探测器则是将质子 - 质子对撞点置于探测器的一端,像一个宝塔一般,一层一层逐级变大。LHCb 探测器的μ子探测系统则位于它的最后一侧。

至于在 LHC 上的另外两个实验,超环面仪器(ATLAS)和大型离子对撞机实验(ALICE),则因为自身设计侧重于记录其他类型的事件,对于记录 Bs->μ μ这一类的事件并不特别合适。不过他们的对于各自适合的事件的重建也是相当的精彩。

刘小咩,Ph.D. loading...

本科毕设时做硫酸钠结晶……

电镜下石材表面的硫酸钠晶体(400nm左右……ps涂了个色)觉得很像宝石海星hhh

0.5mm毛细管中的硫酸钠结晶,一不小心长出来了,觉得有点像只小鹿。

当时还录了个硫酸钠晶体的生长视频……(已加速)

生长

And前几天离心离出来四只兔子……

莫轩,是个机器人

好看的图片千篇一律,有趣的结果万里挑一

宏观生物到了分子这一层级大都会变的非常的“惊艳”,一是大家谁都没见过,二是这些分子级的小部件确实被设计的极为精妙,甚至超出了人类的水平。

比如,有这么一个部件,它是细菌感染真核生物细胞的强有力武器,分子生物上一般称之为Type III Secretion (三型分泌器),画出来大概是下图的样子。

关于植物与病菌之间如何侵染和反侵染,可参考浅谈植物免疫——植物与病菌的战争

由于细菌尺寸太大,不能直接通过真核生物的细胞膜(植物细胞还有细胞壁),细菌就通过这样的装置刺穿细胞膜,将抗原释放到细胞内部,达到侵染的目的。

图中标注的尺寸,都是纳米级的,只有通过电子显微镜才能隐隐约约看到它的实体。如果把 Basal body 放大,会看到这样的——一个复杂的齿轮咬合结构,是不是像极了人类工业文明的产物?

近期,科学家通过低温电子显微镜,第一次观察到细菌如何通过这个装置感染宿主细胞

第一次亲密接触:细菌侵染宿主

视频中也演示了其工作原理:分泌器的内部是中空的,底座部分是由许多蛋白组成的复合体,类似于一个微小马达,可以驱动分泌器的转动,带动针刺穿宿主细胞的细胞膜。刺穿以后,细菌就将准备好的抗原物质(一般是蛋白或者小分子)通过中空的管道注射进宿主细胞内。当然其中是否还有更多深奥的原理,以目前的科技手段,还不得而知。

很难想象自然界中被人类划分到最低级生命形态的生物,会具有如此精密高级的纳米级武器。

而这样的精密武器,细菌界有一套,至于具体的工作原理,还有哪些未知的,就需要去探索了


说完细菌,再来说说植物。

这张是植物胚的,植物学家把每个阶段都通过显微镜呈现出来。

并用计算机模拟出胚的发育过程。

拟南芥的花芽和叶芽——以后将发育成花和叶的一团细胞

参考文献:

Visualization of the type III secretion mediated Salmonella–host cell interface using cryo-electron tomography

The structural biology of type IV secretion systems

Bacterial Secretion Systems – An overview

扫描二维码下载知乎日报

支持 iOS 和 Android
二维码下载知乎日报
阅读更多 周董这首说不出哪好的歌,我来告诉你为啥好听 下载 「知乎日报」 客户端查看更多