1. Kako skladištiti i savijati svjetlost?
Marin Đujić, Vjekoslav Vulić
Brzina svjetlosti i smjer njenog gibanja u nekom materijalu određeni su indeksom loma tog materijala. Korištenjem dvaju lasera, indeks loma može se mijenjati u laboratorijskim uvjetima, čime možemo kontrolirati kako se svjetlost giba kroz medij. U jednom slučaju, jedan laser služi kao prekidač on/off koji omogućuje da se svjetlosni puls drugog lasera ili zarobi u mediju ili propusti da prođe. Na taj se način mogu skladištiti i vremenski kontrolirati informacije koju svjetlost nosi. U drugome eksperimentu, interferencijom svjetlosti jednog lasera u materijalu mogu se stvoriti optičke rešetke i tuneli, čije paljenje i gašenje određuje kojim smjerom će druga laserska zraka proći kroz medij, koji će biti njen oblik i hoće li ostati u pojedinom tunelu.
U ovom videu ilustrirat ćemo efekte interferencije i difrakcije svjetlosti, njihov utjecaj na modifikaciju indeksa loma medija i kako se promjena indeksa loma koristi za kontrolu propagacije svjetlosti. Pokazat ćemo ćelije s toplim parama atoma rubidija koje se koriste u eksperimentu.
2. Laserski ohlađeni atomi i mjerenje vremena
Mareo Kruljac, Domagoj Kovačić
Atomi u plinovima izvrsni su kandidati za razne senzore, no na sobnoj temperaturi i u atmosferi imaju preveliku brzinu za kontrolu u laboratorijskim uvjetima. Na sobnoj temperaturi atomi se gibaju brzinom od oko 300 m/s. Brzina gibanja atoma povezana je s njihovom temperaturom, stoga da bismo usporili atome, potrebno ih je jako ohladiti.
Hlađenje atoma najbolje se postiže korištenjem lasera u vakuumskoj komori, čime se atomi mogu ohladiti na tisućinku ili desettisućinku stupnja iznad apsolutne nule, što odgovara brzinama od par centimetara po sekundi, malo više od brzine puža. Tako spori hladni atomi mogu se kontrolirati u laboratorijima i koristiti za mjerenje vremena i definiciju sekunde. Atomi posjeduju razne energijske nivoe, a ako se atom natjera da zatitra između dva nivoa, emitirat će svjetlosni val. Oscilacije tog vala mogu se povezati s oscilacijama njihala ili sata, što daje periodički vrlo preciznu jedinicu vremena. Atomski satovi su najprecizniji satovi koji postoje i na njima je definirano trajanje jedne sekunde.
U ovom videu vizualno ćemo ilustrirati metodu laserskog hlađenja, kako se atome usporava i zarobljava u razne optičke stupice i kako ih se kontrolira u laboratorijskim uvjetima. Kao pozadinu dodat ćemo priču o mjerenju vremena i kako su atomski satovi omogućili golemu preciznost, što je korisno za GPS i razne tehnološke sustave koje danas koristimo. Pokazat ćemo i eksperimentalni postav koji uključuje vakuumsku komoru u kojoj se stvaraju i kontroliraju hladni atomi.
3. Laseri i svjetlost u laboratoriju
Cilj ovog videa predstaviti je gledateljima kako izgledaju laboratoriji s laserskom i optičkom opremom i što se sve koristi u njima. Većina učenika nema previše iskustva s optičkim elementima, stoga će video biti primarno vizualan, s puno svjetlećih elemenata – upaljeni laseri crvene i plave boje, optička vlakna koja su provučena po labosu i svijetle dok se svjetlost širi kroz njih, razne leće, zrcala, kristalni djelitelji snopa. Pokazat ćemo razliku između standardnih lasera koji sadrže jednu frekvenciju u svoje spektru i pulsnih lasera čiji je spektar vrlo širok, a što može se vidjeti difrakcijom na rešetci i promatranjem svjetlosti na zastoru. Pokazat ćemo i frekventni češalj – laser s ultrakratkim femtosekundnim pulsevima koji se može koristiti kao „ravnalo“, tj. „metar“ za mjerenje optičkih frekvencija.
4.Mikroskopi s pretražnom probom
Iva Šrut Rakić
Smatra se da je mikroskopija atomskom silom (AFM), ili općenitije mikroskopija s pretražnom probom (SPM), temeljna tehnika koja je omogućila i utječe na razvoj nanotehnologije. Ovdje ćemo prikazati princip rada AFM-a koji se temelji na vrlo oštroj probi (čiji je radijus zakrivljenosti svega nekoliko nanometara), koja se nalazi na elastičnoj slobodno-ljuljajućoj letvici mikrometarskih dimenzija. Letvica i s njom vezani piezo motori omogućuju da proba kontrolirano pretražuje površinu uzorka, pri čemu sile između probe i uzorka vode na savijanje letvice, koje se detektira kao otklon laserske zrake, pri čemu se na temelju tih otklona dobiva topografska (trodimenzionalna) struktura površine uzorka.
Osim topografije, moguće je mjeriti i bogatstvo drugih kvantitativnih vrijednosti (Youngov modul, trenje, izlazni rad, vodljivost, magnetizacija, itd.), s rezolucijom od svega nekoliko nanometra, u pojedinim slučajevima i s atomskom rezolucijom. Pokazat ćemo da je AFM moguće kombinirati i sa optičkim spektroskopijama, pa tako kada se vršak AFM probe obasja infracrvenim laserom, dobiva se pretražna optička mikroskopija bliskog polja (SNOM), pomoću koje se može raditi nano-FTIR spektroskopija.
5. Kriogenika na Institutu za fiziku
Nikolina Novosel
U ovom videu predstavit ćemo načine postizanja vrlo niskih temperatura pomoću kriogenih tekućina – tekućeg dušika i helija. Opisat ćemo proces ukapljivanja helija koji se provodi u Kriogenom postrojenju Instituta za fiziku. Nadalje ćemo prikazati primjenu tekućeg helija u laboratorijima na Institutu za fiziku i objasniti njegovu važnost za provođenje istraživanja. Prikazat ćemo i neobično svojstvo tekućeg helija – pojavu suprafluidnosti koja se javlja na temperaturi nižoj od vrelišta tekućeg helija.
6. Fizika svjetlosnih zaslona
Mario Rakić
Fizika danas pronalazi svoju primjenu u raznim uređajima moderne tehnologije. Jedna od takvih tehnoloških primjena nalazi se i u modernim svjetlosnim LED (skr. od engl. light-emitting diode) zaslonima elektroničkih uređaja bez kojih je život danas gotovo pa i nezamisliv. Cilj prezentacije je objasniti način na koji funkcioniraju svjetleće diode, od čega su sačinjene te na jednostavnom primjeru svjetleće diode kao analogije pikselu na televizoru probuditi svijest u mladim generacijama o važnosti fizike. Ovo je također važno kako bi se uvidjela uloga znanosti u svakodnevnom životu, ali i u razvoju tehnologija budućnosti.
7. Ferotekućina - čudesna tekućina
Matija Čulo
Od otkrića magnetizma prije 4000 godina sve do nedavno, magnetičnost smo povezivali isključivo sa čvrstim tijelima. Situacija se međutim promijenila prije 60-ak godina, u razdoblju ranog razvoja svemirskog programa, kada je NASA prilikom istraživanja načina kontroliranja tekućeg raketnog goriva u bestežinskom stanju sintetizirala prvu magnetičnu tekućinu nazvanu ferotekućina.
Ta, na prvi pogled sasvim obična crna uljasta tekućina, u magnetskom polju postaje snažno magnetizirana i poput željezne piljevine giba se u smjeru porasta magnetskog polja, a njena dotad ravna površina poprima složeni oblik s mnoštvom šiljaka podsjećajući tako na nešto što bi se moglo vidjeti samo u filmovima znanstvene fantastike. Iako NASA-ina početna zamisao nikada nije realizirana, ferotekućine su pronašle primjenu u mnogim područjima ljudske djelatnosti, a jednog dana bi se mogle primjenjivati i u liječenju tumora.
8. Pozlaćivanje ključa
Tomislav Portada
Bilo bi lijepo imati zlatni ključić, ali zlato je skupo i takav bi ključić puno koštao, pa si ga malo tko može priuštiti. Srećom, postoji jeftinije rješenje; umjesto zlatnog ključića možemo uzeti običan metalni ključić pa ga pozlatiti. Ali kako? Jedan od načina je pozlaćivanje kemijskom reakcijom elektrolize. Više o tome saznajte u ovom videu.
9. QuaQua protein
Mario Cindrić
U ovom video predavanju saznajte kako radi spektrometar masa, instrument za kvalitativno i kvantitativno određivanje biomolekula u Laboratorij za bioanalitiku. Riječ je o spektrometru masa visoke rezolucije, koji uz originalna kemijska i softverska rješenja, može nepogrešivo odrediti amino kiselinske sekvence proteina i peptida što je važno u istraživanju vrsta, porijekla hrane, tumora, porijekla tumora. Također, ovaj instrument može nepogrešivo odrediti aminokiselinske sekvence mješovitih vrsta, tzv. metaproteom.
Osim navedenih svojstava instrument sve svoje podatke izvozi u originalni softver koji će u konačnici omogućiti iznimno precizne analize koje imaju svoju primjernu u medicini, farmaceutici, biotehnologiji, bioanalitici te prehrambenoj industriji.
Instrument je vrijedan 331.641,11 eura i nabavljen je u sklopu projekta ''Qua/Qua Protein: Kvantitativna i kvalitativna analiza proteina za potrebe biomedicine i biotehnološke industrije“.Projekt provodi Institut Ruđer Bošković, Zavod za molekularnu medicinu, Laboratorij za bioanalitiku u suradnji s tvrtkom Conscius d.o.o.
Izrada ovog video predavanja sufinancirana je sredstvima Europske unije iz Europskog fonda za regionalni razvoj u sklopu EU projekta ''Qua/Qua Protein: Kvantitativna i kvalitativna analiza proteina za potrebe biomedicine i biotehnološke industrije“. Vrijednost projekta je 1,1 milijun eura, pri čemu je oko 900.000 eura osigurano iz Europskog fonda za regionalni razvoj, Operativnog programa Konkurentnost i kohezija 2014.-2020.
Sadržaj ovog videozapisa isključiva je odgovornost Instituta Ruđer Bošković.