NobelprizeChemistry

Nobel Prize Chemistry 2011.

Crystals of golden proportions:
Daniel Shechtman received the 2011 Nobel Prize in Chemistry for his discovery of quasicrystals, perfectly ordered materials that never repeat themselves. 

The X-ray diffraction pattern reflects the atom positions in a crystal.
"It's all about symmetry".

The Discovery of Quasicrystals:
The atoms in the crystal in front of Shechtman yielded a forbidden symmetry. It was just as impossible as a football – a sphere – made of only sixcornered polygons. Since then, mosaics with intriguing patterns and the golden ratio in mathematics and art have helped scientists to explain Shechtman’s bewildering observation. 

i) http://news.discovery.com/earth/nobel-prize-chemistry-111005.html
ii) http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2011/sciback_2011.pdf
iii) http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2011/info_publ_eng_2011.pdf

iv) CalculArt at the Dennos

Crystal Cave Palace

"The Crystal's Cave", a Crystal Palace.

 

"The Crystal's Cave" or "Giant Crystal Cave" is a cave connected to the Naica mine in Mexico. Geologist Juan Manuel García-Ruiz of Granada's University calls this cave with stunning crystals "the Sistine Chapel of crystals". The cave at a depth of 300 m is extremely hot with air temperatures reaching up to 58 °C with 90 to 99 percent humidity. This is due to an underground magma chamber below the cave. The magma heated the ground water and it became saturated with minerals, including large quantities of gypsum (CaSO₄.2H₂O). The hollow space of the cave was filled with this mineral rich hot water and remained filled for about 500,000 years. During this time, the temperature of the water remained very stable at over 50°C. This allowed crystals to form and grow to immense sizes. The main chamber contains giant selenite (crystallized gypsum or CaSO₄.2H₂O) crystals. The cave's largest crystal found to date is 11 m in length, 4 m in diameter and 55 tons in weight. The floor of the cave is covered with perfectly-faceted crystalline blocks. Huge crystal beams jut out from both the blocks and the floor. 

At the same level two other caverns were discovered, "The Queen’s Eye Cave" and "The Candle's Cave". 

"The Cave of Swords" is located at a depth of 120 m, above the Cave of Crystals, and contains spectacular, smaller (1-2 m long) crystals.

"The Ice Palace" is at a depth of 150 m and is not flooded, but its crystal formations are much smaller, with small 'cauliflower' formations and fine, threadlike crystals.

Naica's Crystal Cave

Wikipedia: Cave of the Crystals

Naica project

BBC News

Video's: Naica Crystal Cave, Naica's Crystal Cave & #1, #2, #3, #4, #5

 

The heavenly Vatican Sistine Chapel, Terracotta Army of impressive artificial sculpture,

But for us humble crystallographers this Mexican Crystal Palace is an outstanding phenomena of nature,

It’s stunning in beauty and size,

An amazing Crystal Paradise,

Wonder if anybody will ever be able to mount these giant crystals for elucidating their structure.

Strings and branes

Strings and branes.

'M-Theory' is the name of the unknown theory of everything which would combine all five Superstring theories and the Supergravity at 11 dimensions together. It's not a completed theory but rather an approach for producing one. For me it's fascinating to read about (super)strings, (super)gravity, quarks, fermions/bosons, worldline/screens, (mem)branes, curled-up dimensions, supersymmetry, space and time. It makes me even more curious. Recently I heard about two interwoven, non-interacting, worlds at atomic distance. Can you imagine? Two worlds so close and not feeling their existence.

Strings and Branes

Came across a beautiful phrase: "String theory may have the capability to show that all of the happenings in the universe - from the dance of subatomic quarks to the movements of orbiting binary stars, from the big bang to the whirl of celestial galaxies - are reflections of one grand physical principle, one master equation, the theory of everything".

And what about this one?: "In string theory, the elementary particles we observe in particle accelerators could be thought of as the 'musical notes' or excitation modes of elementary strings. The strings in string theory are floating in spacetime. Nonetheless, they have tension".

A brane-world scenario with curled-up dimensions

We still don't know if string theory may be the right theory of nature:
As it stands, string theories are unproved, and perhaps unprovable, as they involve interactions at energy levels far beyond any we can handle. But they are beautiful, to those versed enough in the language of mathematics to follow them. And in their beauty (and perhaps in their impenetrability) they are the heirs to Einstein's - unsuccessful - attempts to produce a unified field theory.

Branes (M-theory)

For further reading about this subject I can highly recommend the clear introduction to String theories.

The Inflationary Model vs. the Brane Collision Model: which one will win? 

Links: 

String theories  (recommended introduction)

Wikipedia String theory

Official String Theory Website

redOrbit M-Theory
Cognition 2.0 (the Higgs Boson and Noetics)
DarkRoastedBlend (Time Machine: CERN's Large Hadron Collider)

Wormhole (gate to another Universe)

Molecular impressions

Molecular impressions.

Origin of life

Stellar nursery: Molecular clouds in the Universe, vast assemblages of molecular gas with masses of 10⁴–10⁶ times the mass of the sun

'Spaceballs' (NU.nl)

Stars reveal carbon 'spaceballs': largest molecules ever seen in space, in a cloud of cosmic dust surrounding a distant star

Fullerene or Buckyball (carbon molecule)

10 nm, 200 MDa PG5: the largest molecule ever created by man could be used to deliver drugs

Hyaluron molecule

3D-model of HIV-virus & movie

The Ribosome

Proteins as galaxies

Chiral molecules

Bijvoet Book Image - 1

Bijvoet Book Image - 2

Prof. J.M. Bijvoet (Utrecht University)

 in Dutch: bijvoet-en-spiegelbeeld  

 hoe-licht-een-handje-hielp-bij-het-onstaan-van-leven
 blogpost Xtalwebary: vikingen-en-kristallen

Chirality (left and right handed molecules)

Vikingen en kristallen

NL Vikingen gebruikten zonnestenen als kompas.

Calciet (Ijslandspaat)

Waarschijnlijk met behulp van stenen, waarmee de stand van de zon kon worden bepaald, waren de Vikingen in staat om op zee te navigeren. Doorschijnende kristallen en mineralen zoals calciet (zie afbeelding) zouden daarvoor kunnen zijn gebruikt als zogenaamde zonnestenen. Het moet daarmee mogelijk zijn geweest om zelfs bij mist of bewolking de stand van de zon in de gaten te houden en daarmee de noordelijke richting te bepalen tijdens hun zeereizen. Volgens Hongaarse onderzoekers zou op een speciale manier zonlicht gefilterd (gepolariseerd) kunnen worden door sommige doorschijnende stenen. Het is in theorie mogelijk om de stenen zodanig te richten en te draaien dat kan worden bepaald waar het zonlicht vandaan komt, zelfs bij mist of bewolking.

De legende van Sigurd (Siegfried)

Met de kristallen kan de exacte locatie van de zon worden vastgesteld, ook als er sneeuw en ijs of veel bewolking is. De wijze van lichtpolarisatie is onafhankelijk van de mate van bewolking in de lucht. Behalve de bepaling van de stand van de zon zouden de Vikingen zeer waarschijnlijk ook in staat moeten zijn geweest om met behulp van een zonnewijzer de tijd vast te stellen. In de Sigurd legende en andere sögur (sagen) wordt aan zonnestenen gerefereerd. Volgens de legende zou Sigurd de onzichtbare positie van de zon hebben bepaald met een zonnesteen. Het fabeltje zou dus wel eens dicht bij de werkelijkheid kunnen liggen. Insecten zoals bijen gebruiken het verschijnsel polarisatie om te kunnen navigeren bij bewolking. Onderstaande afbeeldingen zijn bedoeld om wat licht op het verschijnsel polarisatie te laten schijnen of zouden op zijn minst enigzins verhelderend moeten zijn.

Het principe van polarisatie

 











In ons wetenschappelijke laboratorium van Kristal en Structuurchemie (Universiteit Utrecht) kunnen structuren op moleculair niveau worden opgehelderd van chemische verbindingen en eiwitmoleculen, enkel en alleen als de moleculen driedimensionaal zijn geordend in kristallen ervan. Het is daarbij wenselijk om de kwaliteit van de kristallen te beoordelen, door gebruik te maken van gepolariseerd licht. Geordende kristallen hebben namelijk de eigenschap om de polarisatierichting van licht te kunnen veranderen, of anders geformuleerd te kunnen verdraaien. Dit verschijnsel is waarneembaar door de kristallen te bekijken onder een polarisatiemicroscoop. Als kristallograaf zou ik tenslotte willen stellen: "waar kristallen toch niet allemaal goed voor schijnen te zijn!"

Crystals in polarized light

Tenslotte: Ondanks dat het gebruik van zonnestenen door de Vikingen aannemelijk gemaakt kan worden is er tot nu toe alleen theoretisch bewijs voor geleverd. Een vervolgonderzoek moet uitwijzen of de Vikingen in IJsland en Scandinavie ook daadwerkelijk de beschikking hadden over geschikte kristallen en mineralen om de stand van de zon af te kunnen lezen.

Links en rechts handige aminozuren

De oorsprong van de homochiraliteit van het leven: Nijmeegse onderzoekers publiceerden onlangs een artikel "Hoe licht een handje hielp bij het ontstaan van leven". Het onderzoek van Elias Vlieg en collega's biedt mogelijk een antwoord op de vraag hoe het mogelijk is dat het leven op aarde zo’n sterke voorkeur heeft voor één van de spiegelbeeldvarianten van moleculen. Eraan ten grondslag ligt het gegeven dat aminozuren en andere moleculen ‘richtingsgevoel’ hebben. Het is heel goed mogelijk dat de sterren er wellicht voor hebben gezorgd dat er in de aardse ‘oersoep’ een sterke voorkeur ontstond voor de ‘handigheid’ van de allereerste moleculaire bouwstenen van het leven. De onderzoekers maakten namelijk aannemelijk dat gepolariseerd licht van jonge sterren een sturende rol heeft gehad bij de vorming van de allereerste bouwstenen van het aardse leven. 'Aardse' eiwitten zijn opgebouwd uit L-aminozuren. Het spiegelbeeld ervan wordt gevormd door de D-aminozuren die echter geen deel uitmaken van de bouwstenen van het leven. De sterren hebben dus bepaald dat het leven is ontstaan uit L-aminozuren. Een kwestie van kop of munt dus. Een andere ontdekking van de Nijmeegse onderzoekers was dat via kristallisatie onderscheid gemaakt kan worden tussen verschillende spiegelbeeldvarianten van aminozuur-achtige moleculen.

Bronnen:

NU.nl

Niburu

Birefringence-intro

Kennislink/hoe-licht-een-handje-hielp-bij-het-onstaan-van-leven

Lateral Thinking

Lateral Thinking.

The concept of lateral thinking is a way of thinking to solve a problem through an unconventional, indirect and creative approach. It can be characterized as horizontal thinking opposite to vertical thinking. In principle, lateral thinking is based on ordening existing information to generate new information. Problem solving using lateral thinking is not straightforward. The goal is to find a way that should end up in a solution that is not always obvious or obtainable with common step-by-step logic. In case no result for a solution of the problem can be found, it can be useful in another field, though. Lateral thinking is somehow like thinking outside the box.

Thinking Tools

Lateral thinking is useful for creating new ideas out of a known idea. The following thinking tools are defined:

1. Idea generating tools to break current thinking patterns
2. Focus tools to broaden the search for new ideas
3. Harvest tools to get as much as possible from idea generating output
4. Treatment tools to consider real-world constraints

Idea Generating Tools

• Random Entry Idea Generating Tool: Starting from a random object, or a noun, and connecting that with the specific subject of thought.

• Provocation Idea Generating Tool: Use the most outlandish out of a list of provocations, such as wishful thinking or exaggeration to genererate new ideas.

• Challenge Idea Generating Tool: Fresh new ideas can be retrieved by asking the question "Why?". Nevertheless, the aim is not the problem itself, but to challenge anything at all.

• Concept Fan Idea Generating Tool: Concepts are carried out from ideas. The goal is to expand the range and number of concepts that could end up with a broad range of ideas that can be worthwile to consider.

• Disproving: A way of convincingly disproving an opposite view.

Lateral thinking and problem solving

• Problem Solving: Problem solving deals with finding out what caused the problem and how to solve the problem. The aim is to get the situation normalized, prefarably to where it should be.

• Creative Problem Solving: Solving a problem indirectly and unconventionally by using creativity.

• Creative Problem Identification: Observation and reflexion are very important to gain insight, that can be useful to solve unrelated problems.

The idea for this blogpost about lateral thinking was generated by the thinking portal of my thoughts concerning the blogpost about serendipity.

Serendipity

Serendipity, fortunate discoveries by accident.

 
Serendipity is making fortunate discoveries by accident. Especially when one is looking for something unrelated, these lucky events can occur. In our daily life, sometimes we come across fortunate findings that makes us wonder. Usually, we phrase this as coincidence. Also in Physics and Science, in particular in fields as pharmacology and chemistry, there have been quite a few serendipitous discoveries. A famous example is Alexander Flemings discovery of penicillin. 

A creative serendip link

Links related to serendipity:

• Serendipity definition
• Serendip 

Rodin's The Thinker & 20 microns lasered sculpture

(I'm thinking about spending a blogpost about thinking)

•  Thought
• Blogpost Lateral Thinking
• Lateral thinking (solving problems through an indirect and creative approach)
• Thinking portal 

Serendipity, fortunate findings makes us wonder.

Serendipity, mistakes are the portals of discoveries

Famous serendipitous examples:

• The organic chemist Kekulé had a vision of a snake forming a circle, which led to his solution of closed chemical structures such as the cyclic compound benzene.

• While the chemist Louis Pasteur was investigating the properties of sodium ammonium tartrate, he managed to separate the two optical isomers of the salt. His luck was twofold: it turned out to be the only racemate salt with this property and the room temperature at that day was just below the seperation point.

• A chemist unintentionally, absorbed a small amount of LSD upon investigating it's properties, and had the first trip in history.

• The observation of an apple falling from a tree, by Isaac Newton, was at the basis for a theory about the nature of gravitation. 

• The discovery of X rays by Wilhelm Roentgen as radiation that could pass a lighttight cover.

• Astronomers discovered the rings of Uranus from an observation of periodic brief disappearance of view.

• During the repair of the Star Scan Machine, there was time to inspect photographic plate with the same "defects", a bulge in the planet's image which was actually the moon Charon of Pluto.

• While searching for a nonconducting material, superconductivity was found  instead.

• Inkjet printers were invented by accidently putting a hot iron on a pen, the ink was ejected from the pen's point a few moments later.

• The microwave oven was invented after a peanut candy bar in a men's pocket was melted after exposure with radar waves.

• Columbus was looking for a new way to India and landed in the America's.

Serendipitous example in our laboratory:

closed and open conformation of the PITP protein

For quite a number of trials we failed in improving the X-ray diffraction quality for crystals from a phospholipid-binding transfer protein in order to solve its molecular structure. Finally, we came up with the idea to exchange the bound lipid with a modified lipid having bromine as heavy atom to accomplish phasing. Phasing is essential to solve the crystal structure of a protein with low sequence homology. In the meantime the competitors scooped us by succeeding in solving the structure of the natural phospholipid containing protein (closed holo-form). Luckily, in a later stage, we revealed that the protein was not able to accomodate our modified phospholipid at all, probably due to steric hindrance. Nevertheless, we succeeded in elucidating the crystal structure of this phospholipid free protein (open apo-form), that turned out to be a representative model for the interesting membrane-bound conformation of the protein (see apo-PITP). In view of understanding the role of the  phospholipid binding protein, the model for phospholipid binding and membrane association had major implications for its function: from closed for transport to open for exchange. An example of fortunate discovery by accident.

Cybernetic serendipity, an exhibition of computer art

Serendipity, the art of making happy discoveries

Dopamine

NL Dopamine.

Waarom een blogpost over dopamine? 

De laatste tijd wordt er steeds meer bericht over experimenten waarbij dopamine een belangrijke rol lijkt te spelen. Zo blijkt luisteren naar muziek de aanmaak van deze genotstof in het brein te kunnen stimuleren. Een ander onderzoek toonde aan dat als er 'Liefde' in het spel is, er veel aktiviteit aanwezig is in de zogenaamde beloningsgebieden van het brein waarin dopamine wordt afgegeven. Hierbij kunnen er delen van de hersenen uitgeschakeld raken of kan zelfs een gedeelte van het brein worden geblokkeerd. Dopamine speelt dus een grote rol bij het ervaren van genot, blijdschap en welzijn. De beloningsgebieden zijn blijkbaar gevoelig voor de aanwezige hoeveelheid van de genotstof dopamine. Helaas blijkt een onbalans in de aanmaak van dopamine een nadelige rol te spelen bij ADHD, schizofronie en de ziekte van Parkinson. Het leek me daarom de moeite waard om er iets in deze blogpost over te vermelden.

Volgens Wikipedia is dopamine is een verbinding die fungeert als neurotransmitter (en soms als hormoon) op diverse plaatsen in het lichaam. Het komt in het menselijk en dierlijk organisme ook voor als precursor van de hormonen adrenaline en noradrenaline. Het speelt een grote rol bij het ervaren van genot, blijdschap en welzijn. Positief affect, zoals een prettig gevoel na beloning, blijkt een gunstige uitwerking te hebben op cognitieve prestaties. Volgens de theorie van Ashby speelt hierbij een circuit in de hersenen een rol waarbij dopamine wordt vrijgemaakt in de basale ganglia en vervolgens getransporteerd naar de frontale hersengebieden. Mensen met de ziekte van Parkinson hebben een tekort aan dopamine. Ook bij ADHD is er waarschijnlijk sprake van een onbalans van dopamine. Dopamine speelt tenslotte ook een rol bij schizofrenie.

Muziek zorgt voor aanmaak genotstof in brein (NU.nl en Columnary).
Mensen kunnen intens genieten van het luisteren naar muziek, omdat er onder invloed van muziekklanken dopamine wordt aangemaakt in het menselijk brein.  

Als mensen zich laten meevoeren door een mooi stuk muziek, of genieten van een specifiek muzikaal moment, worden die gevoelens zeer waarschijnlijk veroorzaakt door dopamine. Deze ‘genotstof’ die ook vrij komt onder invloed van seks, drugs en cafeïne, wordt vrijwel direct aangemaakt in het brein bij het luisteren naar muzikale klanken.

Kippenvel: Tijdens een onderzoek, waarbij hersenscans werden gemaakt van mensen die naar muziek luisterden bleek dat er tijdens deze momenten buitengewoon veel dopamine werd geproduceerd in de 'beloningscentra' van hun hersenen.
Hoogtepunten: De aanmaak van de genotstof nam al toe in de vijftien seconden die vooraf gingen aan de muzikale hoogtepunten. Maar ook als de proefpersonen luisterden naar muziek die niet onmiddellijk voor een kippenvelmoment zorgde, kwam er dopamine los in hun brein. De resultaten van het onderzoek suggereren dat ook mensen die wel genieten van muziek maar geen kippenvel krijgen, de effecten van dopamine ervaren.       
Instrumentele muziek: Bij de studie werd alleen gebruik gemaakt van instrumentale muziek. Daarmee is volgens de wetenschappers aangetoond dat de aanwezigheid van zang en songteksten niet noodzakelijk is om de productie van dopamine te stimuleren.
 

Liefde blokkeert gedeelte van brein (NU.nl).

Als verliefde mensen naar hun partner kijken, worden er delen van hun hersenen uitgeschakeld.

Er is gebleken dat liefde inderdaad echt 'blind' maakt. Passionele romantische liefde wordt meestal geactiveerd door visuele input en zorgt voor een allesoverheersende en gedesoriënteerde staat. Verder bleek dat er een specifiek patroon van hersengebieden actief werd als de proefpersonen keken naar hun geliefde. Vooral de zogenaamde beloningsgebieden waarin dopamine wordt afgegeven, vertoonden veel activiteit. 

Uit een geheel ander onderzoek naar het effect van vrouwentranen op mannen blijkt dat niet dopamine maar feromonen (chemische stoffen die boodschappen overbrengen tussen individuen van eenzelfde soort) betrokken zijn.

Extraverte mensen zijn creatiever (NU.nl).

Een extraverte persoonlijkheid is een voorwaarde voor het presteren bij het uitvoeren van creatieve taken. Gemiddeld genomen wordt er meer van de ‘genotstof’ dopamine aangemaakt in de hersenen van niet-introverte personen. Als ze daarbij ook nog in een goede stemming of flow verkeren, bereikt de productie van dopamine en het creatieve denkvermogen een maximaal niveau.  

Links: 

Wikipedia

ColumnAry Kippenvel-en-muziek

NU.nl. Muziek-zorgt-aanmaak-genotstof-in-brein

NU.nl. Liefde-blokkeert-gedeelte-van-brein
NU.nl. extraverte-mensen-creatiever