RESEARCH

המחקר נערך בהובלת הדוקטורנט רמי חדור בהנחיית פרופ' משה קול, ראש בית הספר הנכנס לכימיה בפקולטה למדעים מדויקים ע"ש סאקלר, ראש הקתדרה לכימיה ירוקה ע״ש ברונו לנדסברג, וחבר המועצה הירוקה של אוניברסיטת תל אביב, ובשיתוף ד״ר מיכאל שוסטר מחברת כרמל אולפינים ופרופ׳ וינצ׳נזו ונדיטו מאוניברסיטת סלרנו באיטליה. הוא נערך בתמיכת משרד החדשנות, המדע והטכנולוגיה ובתמיכת הקרן הלאומית למדע ופורסם בכתב-העת היוקרתי Angewandte Chemie והובלט כמאמר VIP.

פולימרים, או חומרים פלסטיים, הם חומרים כימיים בעלי מבנה של שרשראות-ענק. תכונותיהם נקבעות על פי אופי החוליות בשרשרת והאופן בו הן מסודרות. החוקרים מסבירים כי מבין כל החלופות האפשריות, הפלסטיק פולי (חומצה לקטית) נחשב לירוק ביותר, מפני שחומר הגלם לייצורו (החוליות), נגזר ממשאבים מתחדשים, בהם גידולים חקלאיים כגון תירס, ומפני שקצב פירוקו בסביבה מבוקרת לאחר השימוש הוא מהיר. עם זאת, מחירו יחסית לפולימרים המסורתיים הוא גבוה ולכן השימוש בו הוא עדיין מוגבל. הפיתוח של המחקר העדכני צפוי להוזיל את ייצורו.

תהליך הכנת הפלסטיק דורש שימוש בזרז, מעין מכונת אריגה כימית שמחברת את החוליות ליצירת שרשראות הפולימר. בתהליך הכנת חומר הגלם, מתקבלות חוליות מסוגים שונים. הזרז התעשייתי איננו מסוגל להבחין בין סוגי החוליות, והשרשראות שהוא יוצר מכילות רצף אקראי של החוליות. בהתאמה, הפלסטיק המתקבל הוא בעל חוזק מופחת. כדי לקבל תכונות רצויות של הפלסטיק, יש לכן לטהר את חומר הגלם על ידי הפרדת החוליות לסוגיהן השונים עוד לפני שלב הפילמור, דבר שמייקר את תהליך הייצור.

בלב התגלית הנוכחית, נמצאים זרזים חדישים שמסוגלים להבחין בין סוגי החוליות השונים. בהתאמה, מרוכזות החוליות השונות באזורים שונים של השרשראות, והפולימר המתקבל הוא גבישי ובעל חוזק מוגבר, גם כאשר הוא מיוצר מחומר גלם בלתי טהור. השימוש בזרזים אלה מייתר את הצורך בטיהור חומר הגלם ועשוי להוזיל את הייצור. אותה יכולת הבחנה של הזרזים החדישים מתקיימת גם בתנאי ייצור תעשייתיים קיצוניים, והזרזים הם יעילים במיוחד.

"אנחנו מקווים שבעזרת הטכנולוגיה שלנו נוכל להשפיע, כבר בעתיד הנראה לעין, על סוגי החומרים הפלסטיים העתידיים ועל אופן ייצורם, בתקווה להפחית בהקדם את טביעת הרגל הפחמנית של התעשייה העולמית"

מענה איכותי ויעיל לבעיה גלובלית

לשאלה מתי אפשר יהיה להתחיל ליישם את השימוש בשיטה החדשנית עונה פרופ' קול כי "הדרך בין פיתוח מעבדתי ליישום תעשייתי היא כרגיל ארוכה. החומרים והטכנולוגיה החדשים צריכים להראות יתרונות מהותיים יחסית לחומרים והטכנולוגיה הקיימים. לדוגמא, הוזלה קלה של התהליך לא תצדיק בניית מפעל חדש בהשקעה של עשרות מיליוני דולרים. התהליך הקיים סובל ממספר בעיות, בהן שימוש בזרז המבוסס על בדיל וצורך בטיהור יקר של חומר הגלם. להערכתי, ההמצאה שלנו עשויה להתגבר על בעיות אלה. כמובן שצריך להיות שותף תעשייתי אשר יהיה מוכן להשקיע כסף, זמן ומאמצים בשיתוף פעולה, כדי בסופו הטכנולוגיה תהיה בשלה ליישום". 

^{מתכלות לאחר מאות שנים. אריזות מזון ל"שימוש יחיד"}

לשאלה עד כמה תהיה להמצאה החדשה השפעה על חיינו ועל חיי ילדינו יש לפרופ' קול תשובה מורכבת. "הפולימר שלנו מהווה חלק קטן מאד מנפח הפולימרים המיוצרים כיום. כמה קטן? פרומיל, כלומר אלפית. עם זאת, קצב הגידול בייצורו עולה מהר מאד ומדי 4-3 שנים כמותו מוכפלת, וזאת על חשבון פולימרים מסורתיים מזיקים יותר. אנחנו מקווים שאם הטכנולוגיה שלנו תוכל להוזיל את ייצורו, ואולי אף לשפר את תכונותיו - הייצור יוכל להתרחב מהר אף יותר, ובכך להשפיע, כבר בעתיד הנראה לעין, על סוגי החומרים הפלסטיים העתידיים ועל אופן ייצורם, בתקווה להפחית בהקדם את טביעת הרגל הפחמנית של התעשייה העולמית. עם זאת, חייבים להדגיש - לא ניתן יהיה להחליף את הפולימרים המסורתיים הקיימים במרבית היישומים, ובייחוד בתחום אריזות המזון", הוא מסכם.

רמות - חברת המסחור של אוניברסיטת תל אביב, הגישה כמה בקשות פטנט המגנות על הטכנולוגיה ויישומה. "אנו מאמינים בפוטנציאל המסחרי הרחב של הטכנולוגיה ומברכים את פרופ' משה קול, דר' רמי חדור ושותפיהם למחקר על תגלית פורצת דרך, המספקת מענה איכותי ויעיל לבעיה גלובלית ובוערת זו", אומרת קרן פרימור כהן, מנכ"לית רמות.

חוקרים מאוניברסיטת תל אביב ומהטכניון הצליחו לראשונה למפות את הקשר בין רשת הקשרים הסבוכה שנוצרת ביריעה דקה לאחר קימוטים חוזרים ונשנים שלה לבין התכונות המכאניות המפתיעות שלה, ובראשן היכולת של המערכת לקודד ולאכסן זיכרונות מכאניים. החוקרים אומרים כי חשיבות המחקר איננה רק בפיצוח המערכת עצמה אלא גם בתובנות שהיא מספקת על משפחה רחבה של מערכות פיזיקליות מורכבות בתחום החומר המעובה. המחקר התבצע בהובלת הדוקטורנט דור שוחט וד"ר יואב לחיני מבית הספר לפיזיקה ואסטרונומיה באוניברסיטת תל אביב. את נושא המידול והסימולציות במחקר הוביל ד"ר דניאל הקסנר מהפקולטה להנדסת מכונות בטכניון, והוא פורסם לאחרונה בכתב העת היוקרתי PNAS.

החוקרים גילו כיצד רשת הקיפולים והקמטים שנוצרת בעת קימוט של יריעות דקות על ידי מאמץ חיצוני, מביאה לשינוי דרסטי בתכונותיה המכאניות של היריעה. תהליך יצירת הרשת כשלעצמו מאפשר קידוד של המאמצים שהופעלו על הנייר עד אותו הרגע, כמעין "זיכרון" פיזיקלי של המערכת. אך באופן מפתיע, לאחר הקימוט מסוגלת היריעה לאחסן זיכרונות מכאניים נוספים, מבלי ליצור קפלים או קמטים חדשים.

לקרוא את זיכרון החומר

ד"ר לחיני מסביר: "כשאנחנו מאחסנים מידע בדיסק הקשיח של המחשב שלנו, אנחנו ממירים אותו לצופן שמורכב מהספרות אפס ואחת בלבד. פיזית, כל ספרה כזו מקודדת ברכיב מגנטי עם שני מצבים יציבים שנקרא "ביט", כשכיוון השדה המגנטי שלו (למעלה או למטה) מקודד את ערך הספרה (אפס או אחת). מעבר בין שני המצבים, לטובת קידוד או קריאה של הזיכרון, מתאפשר על ידי תופעת שנקראת לולאת חשל, או היסטרזיס. מה שזיהינו ביריעות המקומטות הוא תופעה דומה, אבל בעלת אופי מכאני. מסתבר שכאשר מקמטים את היריעה נוצר בה מערך סבוך של קימוטים,  כאשר כל אחד מהם מתפקד כלולאת חשל קטנה עם שני מצבים יציבים – מעין ״ביט״ מכאני. שני המצבים נבדלים בגיאומטריה שלהם, כאשר הקמט יכול לבלוט פנימה או החוצה מהיריעה. לרכיב אחד כזה אנו קוראים היסטרון, והוא המרכיב הבסיסי של תגובת הזיכרון של החומר כולו. אוסף ההיסטרונים שממנו בנויה היריעה כולה יכול לקודד ולשמור זיכרונות מגוונים של אירועים מכאניים שונים שחוותה היריעה. כך, על ידי תכנון מניפולציות מכאניות שונות, אפשר לשמור ולקרוא זיכרון מתוך המערכת.”

הדוקטורנט דור שוחט מוסיף כי "האינטראקציה שקיימת בין ההיסטרונים הללו ממלאת תפקיד חשוב בתכונות המכניות הכלליות של היריעה. כל אחד מהם וכולם יחד 'מקודדים' את התהליכים שהנייר עובר, כך שעקרונית, באמצעות מיפוי וניתוח הקימוטים ביריעה ניתן לשחזר את הפעולות שהתבצעו עליו בדיעבד ו'לקרוא' את הזיכרון. עוד מסתבר שבגלל האינטרקציות החזקות, נוצר מצב שנקרא בעגה המקצועית ״תסכול גיאומטרי״. במצב זה, בגלל המבנה הלא סדור של הקימוטים, ההיסטרונים מפריעים אחד לשני והיריעה המקומטת מתקשה להגיע למצב אנרגטי נמוך, מה שמשכלל עוד יותר את התגובה המכאנית שלה.  בכך יש דמיון למערכת מגנטית מרתקת שנקראת זכוכית ספין (spin-glass), ולמערכות לא מסודרות אחרות".

זו לא הכמות, זה הקימוט

בשנים האחרונות התרחב עד מאוד חקר המערכות הפיזיקליות המורכבות (Complex Systems), אשר דורשות שימוש במודלים תאורטיים יצירתיים וחדשניים שלוקחים בחשבון מספר גדול של דרגות חופש הכרוכות זו בזו – ולא תמיד ניתן לתאר את הדינמיקה ביניהם באמצעות פתרון אנליטי המבוסס על תכונות דרגת החופש הבודדת. השלם, במקרה זה, עולה על סך חלקיו.  

ברוח זו, הדוקטורנט דור שוחט מוסיף: "כיוון שאין פתרון פשוט למערכות מורכבות שכאלה, כדי להבין אותן לעומק יש להבין את הקשר בין התנהגות דרגת חופש בודדת לבין התנהגות המערכת כולה. המחקר על יריעות מקומטות מאפשר ליצור חיבורים כאלה, בזכות המימדים האופייניים הגדולים שלהן. די להחזיק נייר מקומט ביד ולצפות במכאניקה שלו, בכדי לקבל אינטואיציה פיזיקלית. דוגמא פשוטה היא זיכרון הצורה שיש ליריעה המקומטת – אם נכופף אותה מסביב לחפץ מסוים היא תקבל את צורתו מבלי שיווצרו קמטים חדשים – הודות להיסטרונים שמרכיבים אותה שמעניקים לה יכולת לקבל מספר גדול של צורות יציבות". החוקרים מסכמים כי המסקנות החדשות חורגות ממערכת הניסוי הספציפית, והן שופכות אור על היווצרות זיכרון פיזיקלי במערכות מורכבות נוספות, בהן הגישה לדרגות החופש הבודדות קשה יותר.

המחקר הובל על ידי הדוקטורנטית נטע מימון מבית הספר למדעי הפסיכולוגיה ומבית הספר למוסיקה ע"ש בוכמן-מהטה, וליאור מולכו מחברת נוירוסטיר שבראשותו של פרופ' נתן אינטרטור מבית הספר למדעי המחשב ע"ש בלווטניק ומבית ספר סגול למדעי המוח. עוד השתתפו: עדי ששון, שרית רבינוביץ ונועה רגב-פלוטניק מהמרכז הרפואי לשיקום וגריאטריה דורות בנתניה. המאמר פורסם בכתב העת Frontiers in Aging Neuroscience.

במסגרת המחקר, פיתח הצוות שיטה פורצת דרך, שמשלבת בין מכשיר נייד למדידה ולניתוח חדשני של הפעילות החשמלית במוח (EEG), פרי פיתוח של חברת נוירוסטיר, לבין מבחן מוסיקלי קצר של  כ-15-12 דקות, שפותח על ידי נטע מימון.

נטע, בעלת תואר ראשון בביצוע צ'לו באקדמיה למוסיקה ולמחול בירושלים ובוגרת תואר שני במוזיקולוגיה ובפסיכולוגיה קוגנטיבית, בחרה לחקור קוגניציה מוזיקלית, תחום שמשלב את שתי האהבות שלה – מוסיקה ומדע. פרופ׳ נתן אינטרטור הגיע למחקר מתוך אהבה מאוד גדולה למוזיקה והבנה שעל ידי מוזיקה אפשר גם להפעיל את המוח וגם למדוד את הפעילות המוחית, וזאת תוך כדי הנאה ומצב רוח מרומם. "יחד חשבנו איך נוכל להגיע למבחן מתוקף מוזיקלי וגם לתקף את המדדים המוחיים מהמכשיר. זאת היתה דרך ארוכה מאוד ומתאתגרת, תהליך שכלל הרבה מאוד ניסויים", מסבירה נטע.

^{התחברה באופן אישי לניסוי. נטע מימון והצ'לו, באירוע אתנחתא שהתקיים באוניברסיטת תל אביב}

"מוסיקה משפרת את מצב הרוח ומביאה אותנו למצב שהוא אופטימלי לביצוע מבחני אינטליגנציה ויצירתיות"

הניסוי שעשה מצב רוח טוב למשתתפים

במהלך הבדיקה, הנבדק מתחבר למכשיר ה-EEG הנייד באמצעות מדבקה עם שלוש אלקטרודות בלבד שמוצמדת למצחו. אז עליו לבצע סדרה של משימות מוסיקליות-קוגניטיביות על פי הנחיות המושמעות לו באופן אוטומטי באוזניות. המשימות כוללות מנגינות קצרות שמנוגנות על ידי כלים שונים, והנבדק מתבקש לבצע משימות ברמות קושי שונות שקשורות למנגינות. למשל, ללחוץ על כפתור בכל פעם שמושמעת מנגינה, או ללחוץ רק כאשר הכינור מנגן. בנוסף, המבחן כולל גם כמה דקות של מדיטציה מונחית מוזיקה, שנועדה להעביר את המוח למצב של resting state, שידוע ככזה שיכול להצביע על תפקוד מוחי במצבים שונים.

"מוסיקה קודם כל ידועה כמעוררת מהירה של מצבי רוח ככלל, ומעלה רגש חיובי בפרט. מנגד, במצבים שונים, מוזיקה יכולה לאתגר שכלית ולהפעיל את האזורים הקדמיים של המוח, במיוחד אם אנחנו מנסים להתרכז בדברים שונים במוסיקה ולבצע תוך כדי משימה מסיומת", מסבירה נטע.

לדבריה, אם לוקחים את שתי היכולות הללו יחד, ניתן בעצם ליצור מבחנים קוגניטיביים לא פשוטים, אבל כאלה שיהיו גם נעימים ונוחים לביצוע. יתרה מכך, מוסיקה שהיא חיובית וקצבית במידה, תעלה את הריכוז והביצוע של המשימה עצמה. כך למשל "אפקט מוצרט" המפורסם, שמראה ביצועים טובים יותר במבחני אינטליגנציה לאחר האזנה למוסיקה של מוצרט - לא שייך למוסיקה של מוצרט בכלל, אלא לכך שמוסיקה משפרת את מצב הרוח ומביאה אותנו למצב שהוא אופטימלי לביצוע מבחני אינטליגנציה ויצירתיות. לכן, החוקרים העריכו שבעזרת כלים מוסיקליים אפשר יהיה גם לאתגר את הנבדקות והנבדקים במידה שניתן יהיה לבדוק את הפעילות הקדמית של מוחם, וגם להעלות את מצב רוחם כך שיבצעו את הבדיקה באופן טוב יותר ושיהיה להם נעים ונחמד תוך כדי.

"בחרתי בקטעים מוזיקליים שמנוגנים על ידי כלי אחד בודד כל פעם. רציתי לבחור בקטעים שנשמעים טוב ומנוגנות היטב ולכן בחרתי בקטעים מתוך יצירות קלאסיות. הבחירה במוזיקה קלאסית לא הייתה בגלל הסגנון, אלא מפני שבמוזיקה קלאסית קיימים קטעים כאלה לכלי סולו (לבד), בעוד שבז׳נרים של מוזיקה קלה לא נמצא בדרך כלל נגינה של כלי בודד (לדוגמא כינור, חליל, פסנתר ועוד). גם לא רצינו גורמים מתערבים כמו מילים או הכרות עם הקטעים, לכן בחרתי קטעים שהם טיפה פחות מוכרים לשומע הממוצע", היא אומרת.

^{אחד ממשתתפי הניסוי ומכשיר ה-EEG הנייד}

"השיטה שלנו עשויה לסלול את הדרך לניטור קוגניטיבי יעיל של כלל האוכלוסייה, ומכאן לאיתור ירידה קוגניטיבית בשלביה המוקדמים. בכך היא צפויה לשפר לאין ערוך את איכות חייהם של מיליונים רבים בכל העולם"

לזהות ירידה קוגניטיבת לפני שהיא מתחילה

המחקר כלל ניסוי במרכז הרפואי לשיקום וגריאטריה 'דורות' בנתניה. כל מי שמתאשפז ב'דורות', או בכל מוסד אחר לשיקום גריאטרי, עובר מבחן סטנדרטי הקרוי 'מיני-מנטל' להערכת מצבו הקוגניטיבי, כחלק שגרתי מתהליך הקבלה. המבחן נערך על ידי מרפאה בעיסוק שהוכשרה לכך במיוחד, וכולל מגוון משימות כמו לדוגמה, למנות לאחור את ימות השבוע/חודשי השנה. במבחן זה ניתן לצבור עד 30 נקודות, כשציון גבוה מורה על קוגניציה תקינה.

הניסוי של המחקר נערך בקרב 50 מבוגרים המאושפזים במקום, שקיבלו במבדקי המיני-מנטל ציונים של 30-18, המעידים על רמות מגוונות של תפקוד קוגניטיבי. המשתתפים ביצעו את המשימות המוסיקליות-קוגניטיביות שניתנו בצורה אוטומטית, מכשיר ה-EEG רשם את הפעילות החשמלית במוחם במהלך הפעילות והתוצאות נותחו בטכנולוגיות של למידת מכונה. כך זוהו מדדים מתמטיים המצויים במתאם מדויק עם ציוני מבדק המיני-מנטל, או במילים אחרות: החוקרים קיבלו נוירו-מרקרים (סמנים מוחיים) חדשים, שיכולים לעמוד בפני עצמם כמדדים למצבו הקוגניטיבי של הנבדק.

"התוצאות היו מאוד טובות. ראינו מתאם בין המדדים המוחיים שאותם חישבנו על כל הניסויים הקודמים בנבדקים הבריאים, לבין ההידרדרות הקוגניטיבית של הנבדקים המבוגרים. המדד עלה ככל שציון ה'מיני-מנטל' שלהם גבוה יותר. למעשה, הצלחנו להראות שהמוסיקה היא אכן כלי יעיל למדידת הפעילות המוחית. חשוב מכך, כל מי שעברו את הניסוי דיווחו שהוא מצד אחד מאתגר את המוח, אבל נעים ונחמד מאוד לביצוע", אומרת נטע ומוסיפה בחיוך "זה מאוד לא טריוויאלי שבמבחן של 12 דקות יכולנו לזהות פעילות מוחית שיכולה להצביע על הדרדרות קוגניטיבית אפילו קטנה מאוד (הרבה לפני אבחנה של מחלה כמו אלצהיימר או דמנציה). אבל מה שהכי הפתיע אותי זה שהנבדקים בניסוי נהנו ממנו. בניגוד לניסויים רגילים מול מחשב שהם מתישים ומעייפים (אפילו לסטודנטים צעירים ובריאים!), בניסוי הזה התחושה שהם יצאו ממנה היא חיובית ונחמדה. אמנם חלק מהמשימות לא היו פשוטות, אך הם ביצעו אותן בהנאה רבה".

"השיטה שלנו מאפשרת ניטור של יכולות קוגניטיביות ואיתור ירידה קוגניטיבית כבר בשלביה המוקדמים, וכל זאת באמצעים פשוטים ונגישים, עם בדיקה מהירה וקלה לביצוע שניתנת ליישום בכל מרפאה", אומרים החוקרים ומסכמים "לשיטה זו יש חשיבות מיוחדת כיום, בעקבות העלייה בתוחלת החיים וקצב הגידול המואץ של האוכלוסייה בכלל והאוכלוסייה המבוגרת בפרט. כבר היום חיים בעולם מאות מיליוני בני אדם שסובלים, או עלולים לסבול בקרוב, מהתדרדרות קוגניטיבית ומהשלכותיה הקשות, ומספרם רק ילך ויגדל בעשורם הבאים. השיטה שלנו עשויה לסלול את הדרך לניטור קוגניטיבי יעיל של כלל האוכלוסייה, ומכאן לאיתור ירידה קוגניטיבית בשלביה המוקדמים, כאשר ניתן לטפל ולמנוע התדרדרות חמורה. בכך היא צפויה לשפר לאין ערוך את איכות חייהם של מיליונים רבים בכל העולם".

המחקר נערך בהובלת פרופ' שי צוקר, ראש ביה"ס לסביבה ולמדעי כדור הארץ ע"ש פורטר, והדוקטורנט אביעד פנחי מביה"ס לפיזיקה ואסטרונומיה. המחקר שנערך בשיתוף סוכנות החלל האירופית וקבוצת המחקר של טלסקופ החלל Gaia פורסם בכתב העת המדעי Astronomy & Astrophysics.

בין השמשות

במערכת השמש שלנו יש שמונה כוכבי לכת – כדורים ענקיים שמקיפים את השמש בתנועה מחזורית. פחות מוכרים הם מאות מיליארדי כוכבי לכת נוספים בגלקסיה שלנו, גלקסיית שביל החלב, שמכילה כמויות בלתי נתפשות של מערכות שמש. כוכבי לכת במערכות שמש רחוקות התגלו לראשונה ב-1995 ומאז הם מושא מחקר תמידי של אסטרונומים, בתקווה ללמוד בעזרתם עוד על מערכת השמש שלנו.

אביעד פנחי מפרט: "כוכבי הלכת התגלו בזכות העובדה שהם מסתירים חלקית את השמשות שלהם בכל פעם שהם משלימים הקפה, וגורמים לירידה מחזורית בעוצמת האור שמגיע אלינו מאותה שמש רחוקה. כדי לוודא שאכן מדובר בכוכבי לכת,  ביצענו מדידות מעקב בטלסקופ אמריקאי בשם The Large Binocular Telescope הממוקם באריזונה. טלסקופ זה מצויד בשתי מראות ענק שהקוטר של כל אחת מהן הוא 8.4 מטרים, והופכות אותו לאחד מהטלסקופים הגדולים בעולם כיום. באמצעות טלסקופ זה ניתן לעקוב אחר תנודות קטנות של הכוכב הנגרמות עקב הימצאות כוכב לכת סביבו."

הגלקסיה בתלת מימד

Gaia היא חללית של סוכנות החלל האירופית ESA, שמטרתה העיקרית היא מיפוי תלת-ממדי של מבנה הגלקסיה שלנו, גלקסיית שביל החלב, בדיוק חסר תקדים. לצורך משימה זו, Gaia סורקת את השמיים תוך כדי שהיא מסתובבת סביב צירה, ועוקבת אחר מיקומם של כ-2 מיליארד שמשות בגלקסיה שלנו, עם דיוק שמגיע למיליוניות המעלה. לשם המחשה, דיוק כזה שקול ליכולת לזהות מכדור הארץ מטבע של 10 ₪ שנמצא על הירח. במהלך המעקב אחר מיקומי השמשות, Gaia גם מודדת את בהירותן – תכונה חשובה מאין כמותה באסטרונומיה תצפיתית, שכן ניתן ללמוד ממנה רבות על המאפיינים הפיזיים של גופים שמיימים. השינויים שתועדו בבהירות של שתי שמשות רחוקות הם אלה שהובילו לגילוי.

לפרופ' צוקר ניסיון רב בגילוי כוכבי לכת עוד מהימים שבהם היה תלמידו של האסטרונום הוותיק פרופ' צבי מזא"ה. הוא מספר: "המדידות שביצענו ע"י הטלסקופ בארה"ב איששו שמדובר בשני כוכבי לכת ענקיים, הדומים בגודלם לכוכב הלכת צדק שבמערכת השמש שלנו, ונמצאים כל כך קרוב לשמשות שלהם כך שהם משלימים הקפה בפחות מארבעה ימים, כלומר כל שנה על כדור הארץ שקולה ל-90 שנים של אותו כוכב לכת. הגילוי התאפשר בעקבות חיפושים דקדקניים ותוך שימוש בשיטות של בינה מלאכותית, וכך נמצאו שני כוכבי הלכת החדשים. בקרוב נפרסם עוד כ-40 מועמדים נוספים. הנתונים ממשיכים להצטבר, וסביר מאוד ש-Gaia תגלה עוד פלנטות רבות בשיטה זו בהמשך."

מהפכה בעולם האסטרונומיה

תגלית זו מהווה אבן דרך נוספת בתרומה המדעית של משימת החלל Gaia, שכבר רושמת לזכותה מהפכה של ממש בעולם האסטרונומיה. היכולת של Gaia לגלות כוכבי לכת בשיטת ההסתרה החלקית, שמצריכה בדרך כלל ניטור רציף למשך זמן רב, הייתה עד כה מוטלת בספק. צוות החוקרים, עליו הוטלה משימה זו, פיתח אלגוריתם המותאם במיוחד לתכונותיה של Gaia ובמשך שנים חיפשו אחר אותות אלה במאגרי המידע המצטבר מהחללית.

ומה לגבי האפשרות לקיים חיים על פני אותם כוכבי לכת רחוקים וחדשים? אביעד פנחי מסכם: "כאמור, כוכבי הלכת החדשים קרובים מאוד לשמשות שלהם ולכן הטמפרטורה בהם גבוהה ביותר, סביב אלף מעלות צלזיוס, כך שהסיכוי שחיים התפתחו שם הוא אפסי. כוכב לכת מסוג זה נקרא בקהילה האסטרונומית 'צדק חם' (Hot Jupiter) – 'צדק' בזכות גודלו, ו'חם' בזכות קרבתו לשמש שלו. אמנם בכוכבי הלכת שמצאנו אין ממש סיכוי לחיים, אבל אני משוכנע שישנם אינספור אחרים שיש בהם חיים, וסביר להניח שכבר בשנים הקרובות נגלה סימנים למולקולות אורגניות באטמוספירות של כוכבי לכת רחוקים. כנראה שלא נזכה לבקר באותם עולמות רחוקים בזמן הקרוב, אבל אנחנו רק בתחילת הדרך, ומרגש מאוד להיות חלק מהחיפוש."

מתוך ממצאי המחקר עולה כי הדאוטריום, שמופיע כגז בתנאי החדר, מסוגל לשנות את מצב הצבירה ל"על-מוצק" כאשר הוא מצוי בלחץ של 8 מיליון אטמוספירות וקרוב לטמפרטורת האפס המוחלט. המחקר נערך בשיתוף פעולה בין ד"ר צ'אנג-וו מיונג מאוניברסיטת קיימברידג', פרופ' מיקלה פרינלו מהמכון האיטלקי לטכנולוגיה בג'נובה וד"ר ברק הירשברג מבית הספר לכימיה בפקולטה למדעים מדויקים ע"ש ריימונד ובברלי סאקלר. המחקר פורסם בכתב העת היוקרתי Physical Review Letters.

הקיום של על-מוצקים נחזה לפני למעלה מ-50 שנים ברמה התאורטית והצית מחלוקת עזה בקרב פיזיקאים. אולם, לפני כחמש שנים הוכח קיומו באופן חד משמעי בניסויים על אטומים קרים לכודים. החוקרים אומרים כי הבנת המנגנונים העומדים בבסיס התהליך וגילוי על-מוצקים חדשים היא נושא מחקר שתפס תאוצה רבה בשנים האחרונות, ואפילו ביתר שאת מאז התצפית הניסיונית.

"כדי שחומר יזרום ללא חיכוך, מה שמכונה 'על-זורם', פונקציות הגל של האטומים המרכיבים אותו צריכות לחפוף כך שלא ניתן יהיה להבחין ביניהן יותר. ואם כך, נשאלת השאלה – כיצד יתכן שישמרו על הסדר המרחבי שמאפיין מוצקים?", מסביר ד"ר הירשברג.

"הסיבה היא כזו: במחקר גילינו כי הלחץ הגבוה מאלץ את אטומי הדאוטריום להתקרב ולהפוך למוצק בעל תכונות של מתכת. במתכת, שהיא שם נרדף לחומר מוליך, האלקטרונים של אטומי הדאוטריום דוחים זה את זה קצת פחות מאשר בחומר מבודד, מה שמאפשר לאטומים להתקרב עוד יותר. שתי תכונות אלה יחד, מעודדות את היווצרות העל-זורם. נוסף על כך, הראינו בהדמיות מחשב כי דאוטריום הופך לעל-זורם, אך גם שומר על המבנה הגבישי שלו באותה העת, וכך מתקבל מצב הצבירה המכונה על-מוצק. מעט מאוד תחזיות לקיום של חומרים על-מוצקים פורסמו עד כה, ובפרט בחומרים מציאותיים ומוכרים כמו דאוטריום", מוסיף ד"ר הירשברג.

^{זורם כמו נוזל, מסתדר כמו מוצק. חומר על-זורם}

למידת המכונה מתיידדת עם הכימיה

ההדמיות החישוביות שערכו החוקרים, התאפשרו באמצעות אלגוריתם חדש לתיאור מערכות קוונטיות מיוחדות שפיתח ד"ר הירשברג, במהלך שהותו כפוסט-דוקטורנט במכון הטכנולוגי הפדרלי של ציריך (ETH Zurich). בזכות אלגוריתם זה, המבוסס על תיאוריה שפיתח הפיזיקאי ריצ'רד פיינמן, הצליח ד"ר הירשברג להפחית בצורה דרמטית את סך החישובים הנדרש לצורך הדמיית המערכת. בנוסף, כדי לתאר את תחום הלחצים והטמפרטורות הקיצוני, עשו החוקרים שימוש בכלים מתחום למידת המכונה ובכללם רשת נוירונים מלאכותית, לתיאור יחסי הגומלין בין האטומים בחומר.

"השימוש בלמידת מכונה עבור הכוחות המולקולריים הוא כיוון מבטיח בכימיה חישובית. התחזית התאורטית שאנו מספקים במאמר החדש פותחת אופקים חדשים, מכיוון שתחום הלחצים והטמפרטורות הרלוונטי יוכל להיבדק בעתיד הקרוב בניסוי. מעבר לכך אנו צופים כי התובנות שהופקו מהמחקר יהיו בעלות חשיבות גם באיתור על-מוצקים בחומרים נוספים", מסכם ד"ר הירשברג.

^{ד"ר ברק הירשברג}