Chalmersforskare räknar med felmarginaler

Posted on by

Resultat från naturvetenskapliga experiment är sällan huggna i sten. Nästan alltid uppstår en viss variation när en mätning upprepas många gånger, vilket leder till osäkerhet. Forskarna tvingas sätta en felmarginal på sitt resultat. Men när forskarna sedan bygger upp teoretiska modeller som ska beskriva hur naturen fungerar, så brukar de inte gardera sig lika omsorgsfullt.

I stället får varje parameter normalt ett bestämt värde, nämligen det värde som ger bäst överensstämmelse med experimentella observationer.

Det här traditionella sättet att arbeta vetenskapligt – som går igen inom nästan all naturvetenskap – utmanas nu av den nya beräkningsmetod som Chalmersforskarna utvecklat. Målet är att sätta felmarginaler inte bara på experimentella data, utan även på de förutsägelser som görs med hjälp av teoretiska modeller.

Varför får man bättre vetenskap med detta sätt att arbeta?

– Det blir lättare att bedöma om en viss teori stämmer med verkligheten eller inte. Om den inte gör det, kan det betyda att teorin är fel och att det behövs en ny och bättre, förklarar Christian Forssén, som är professor i subatomär fysik och har lett forskningen.

– Ofta är det just i dessa situationer som nya upptäckter görs inom fysiken. Exempelvis uppkom en gång kvantmekaniken ur en sådan bristande överensstämmelse mellan teori och mätresultat.

Kärnfysikerna som tagit fram beräkningsmetoden ägnar sin dagliga forskning åt att försöka förstå en av de fyra grundläggande krafterna – den starka kraft som håller ihop atomkärnans beståndsdelar protoner och neutroner. ‘

Skruva på parametrarna
Den starka kraften är enligt Christian Forssén förmodligen den minst förstådda av de fundamentala krafterna, men det finns förstås teoretiska modeller. En av dessa kallas för kiral effektiv fältteori. Den innehåller ett antal okända parametrar, närmare bestämt 26 stycken i det aktuella fallet.

Detta hindrar inte fysikerna från att skruva på sina parametrar för att få bästa möjliga överensstämmelse med ”verkligheten”, i form av experimentdata.

– Men när man försöker fastställa parametervärdena på det här sättet, så glömmer man lätt att de experimentella resultaten ju hade en viss osäkerhetsmarginal, säger Christian Forssén.

– Det vi har gjort är att föra in dessa osäkerheter i den teoretiska modellen. Det betyder att vi sedan kan använda felmarginalerna när vi gör nya förutsägelser och beräkningar.

Genväg runt berget av beräkningar
Skälet till att fysiker och andra naturforskare hittills bara i liten utsträckning arbetat enligt denna modell är att det varit mycket arbetskrävande att fastställa teoretiska felmarginaler.

– Vi skulle exempelvis behöva göra 100 000 tunga datorberäkningar med små variationer för att få fram ett resultat med tillförlitlig feluppskattning, förklarar Christian Forssén.

Tillsammans med andra chalmersforskare och studenter har han nu hittat en genväg runt detta berg av beräkningar, genom att fastställa felmarginaler på ett nytt sätt – med hjälp av nya beräkningsverktyg och avancerad statistisk analys.

– Vi har tagit fram en av de första seriösa metoderna för att sätta en siffra på osäkerheten i teoretiska modeller. Detta har varit speciellt svårt inom kärnfysiken, men jag tror att den nya beräkningsmetoden kommer att användas även inom annan naturvetenskaplig forskning, sammanfattar Christian Forssén.

Vad visar bilden? Figuren är ett exempel som illustrerar teoretiska förutsägelser som gjorts med den nya beräkningsmetoden. De två resultat som redovisas i figuren är massan hos den vanligaste heliumisotopen (på x-axeln) respektive radien hos tungt väte (på y-axeln). ”Hårkorset” visar de experimentella resultaten, inklusive statistiska felmarginaler. ”Hagelsvärmen” ger en bild av hur de teoretiska beräkningarna fallit ut, med de felmarginaler som den nya beräkningsmetoden möjliggjort.

Fakta om forskningen: Artikeln Uncertainty Analysis and Order-by-Order Optimization of Chiral Nuclear Interactions har publicerats I den nätbaserade vetenskapliga tidskriften Physical Review X. Tidskriften publicerar omkring 200 noggrant utvalda och granskade vetenskapliga artiklar per år, från alla discipliner inom fysiken. Artikelns huvudförfattare är Boris Karlsson, doktorand i subatomär fysik och plasmafysik, som väntas vara klar med sin avhandling i början av 2017. Bland övriga författare finns, förutom Christian Forssén, chalmersforskaren Andreas Ekström och flera andra forskare som är eller har varit knutna till Chalmers fysikinstitution.

För mer information, kontakta: Christian Forssen, 031-772 32 61, christian.forssen@chalmers.se

Läs mer

Lämlarna kraschade samtidigt som människor och megafauna

Posted on by

De extremt köldanpassade halsbandslämlarna dog ut fyra gånger från Europa under den senaste istiden. Djuren försvann ända bort till Uralbergen, och kom sedan tillbaka tre gånger från populationer som överlevt i nordöstra Sibirien.

Det konstaterar en internationell grupp forskare, i en studie som letts från Naturhistoriska riksmuseet. Forskarna har undersökt förhistoriskt dna i käkben från hundratals lämlar, som levde i Europa under senaste istiden, och den genetiska analysen visar att lämlarna gick igenom ett flertal utdöenden, varav det sista skedde för cirka 14.000 år sedan.

Samtidigt utdöende
En annan nyligen publicerad studie tyder på att de människor som levde i Europa vid senaste istidens slut, också kan ha dött ut för cirka 14.000 år sedan, för att sedan ersättas av en ny grupp människor. Samtidigt försvann både grottlejon, ullhårig noshörning och nästan alla mammutar för gott.

Den nya studien på de små halsbandslämlarna visar överraskande att det alltså inte bara var stora däggdjur som försvann vid den här tidpunkten.

– Det är mycket intressant att det sista utdöendet hos lämlarna sammanfaller med ett utdöende hos europeiska stenåldersmänniskor och stora delar av megafaunan. Det tyder på en omfattande förändring i hela ekosystemet, troligen orsakad av en förändring i klimatet, säger Love Dalén, professor i evolutionär genetik vid Naturhistoriska riksmuseet.

Dramatiska förändringar
Lämlarnas fyra utdöenden verkar alla ha skett väldigt snabbt.

– Något stort händer, flera gånger i rad. Och det är inte människan som ligger bakom, säger Love Dalén.

– Nu kommer vi att undersöka vilket mönster vi kan se hos andra små däggdjur som inte är lika köldanpassade som halsbandslämlarna. Det kommer att ge oss en bättre bild av hur historiska klimatförändringar påverkade ekosystemen, säger studiens förstaförfattare Eleftheria Palkopoulou, tidigare doktorand vid Naturhistoriska riksmuseet, som numera forskar vid Harvarduniversitetet i USA.

Människorna kom som bekant tillbaka till Europa, medan halsbands-lämlarna på det stora hela inte återvänt efter sitt senaste utdöende. De lever numer i högarktiska områden i Sibirien, Kanada och Alaska, med bara en spillra av den genetiska diversitet de hade under istiden.

Referens: Palkopoulou et al: ”Synchronous genetic turnovers across Western Eurasia in Late Pleistocene collared lemmings”, Global Change Biology 2016. DOI:10.1111/gcb.13214.

Posted in BMI

Splittrade familjer i ett gränslöst Europa

Posted on by

Beräkningar från nätverket Children Left Behind visar att så många som 500 000 barn i Europa kan leva med minst en förälder i utlandet. Från Östeuropeiska länder som Polen, Rumänien och Litauen söker sig i dag allt fler till den svenska arbetsmarknaden. Men i jakten på ett bättre liv tvingas många familjer leva åtskilda i flera år.

– Det här är ett viktigt och aktuellt ämne där vi behöver mer kunskap. I dag finns det många barn i Östeuropa som i bästa fall lever med sina far-och morföräldrar och i sämsta fall får klara sig helt själva. Man migrerar för att skapa en bättre framtid för sina barn, men det vi har sett i tidigare forskning är att resultatet ofta blir det motsatta. Man kanske får en ekonomiskt bättre situation, men på andra sätt får många barn det tvärtom sämre.

Det säger Ingrid Höjer, professor i socialt arbete vid Göteborgs universitet och projektledare för ett pågående forskningsprojekt om migration som Forte finansierar. Vid sin sida har hon kollegorna Oksana Shmulyar Gréen, lektor i sociologi och Charlotte Melander, lektor i socialt arbete. Tillsammans ska gruppen ta reda på vilka strategier migrerande föräldrar har för att ge omsorg till sina barn på distans och hur familjerna påverkas av åtskildheten. En viktig aspekt är hur institutioner i Sverige påverkar möjligheterna till omsorg.

– Alla migrerande föräldrar har olika strategier för att ge sina barn omsorg. Det kan handla om telefonsamtal, brev eller att ha barnen över på besök. För en del handlar omsorgen endast om att försörja dem ekonomiskt, medan andra tar en mer aktivt omvårdande roll, säger Ingrid Höjer.

Glapp mellan policy och praktik
Trots att omsorgsstrategierna skiljer sig åt ingår för de flesta föräldrar att på något sätt försörja sina barn ekonomiskt. Oksana Shmulyar Gréen berättar att Sverige i ett europeiskt perspektiv ofta ses som ett liberalt och förmånligt land för migranter. Och på pappret är vi det – det finns goda institutionella förutsättningar för att bedriva omsorg på distans, bland annat genom möjligheter till barn-och studiebidrag samt överföring av föräldradagar till den andra föräldern. Men i en verklighet som för många EU-migranter innebär otrygga anställningsvillkor på en svart arbetsmarknad går rättigheterna i praktiken förlorade.

– Policys och regelverk som styr vilka förmåner familjemedlemmar kan få riktar sig bara till de som är etablerade på arbetsmarknaden – de som har uppehållsrätt och längre anställningskontrakt. Men de personer som vi har intervjuat så här långt i studien har inlett sina arbetskarriärer inom den informella sektorn och har haft fleråriga perioder då de varit helt oförsäkrade, säger Charlotte Melander.

För föräldrar som befinner sig utanför systemen påverkas inte bara möjligheten att försörja sina barn ekonomiskt. Utan ett personnummer begränsas också andra rättigheter som kan underlätta omsorgen, till exempel möjligheten att skaffa ett mobilabonnemang, öppna ett bankkonto eller söka bostad.

– Det är en svår situation för de personer som befinner sig utanför den formella arbetsmarknaden. Något vi vill belysa är bostadssituationens villkor för omsorgen. En del migranter bor i bilar, en del bor trångt i ett rum eller hyr bara en säng. Under sådana förhållanden kan det vara svårt att ens ha barnen på besök, säger Charlotte Melander.

Familjebanden försvagas
Trots att de föräldrar som kommer till Sverige ofta har för avsikt att vistelsen ska bli temporär har ingen av forskargruppens respondenter uttryckt att de någon gång försökt återvända hem.

– Den första intentionen är att resa bort en period för att tjäna pengar och förbättra situationen hemma, men det kommer ofta andra livsprojekt emellan, säger Oksana Shmulyar Gréen.

Familjebanden försvagas i takt med att tiden går. När förutsättningarna väl finns på plats för att återförenas är det inte säkert att familjen längre vill det, därför att banden mellan familjemedlemmarna har blivit så svaga.

Ett viktigt mål för forskargruppen är att projektet om migrerande föräldrar ska stärka länken mellan studier om migration och studier om familj. Forskningsresultaten ska också ge en tydligare bild av hur institutionella förutsättningar i Sverige samspelar med människors verkliga liv. Är den svenska arbetsmarknaden och välfärdsstaten anpassad för ett rörligt EU? Eller riskerar policys och riktlinjer att begränsa möjligheter till omsorg och splittra familjer över gränserna?

Text: Antonia Hallberg, Forte

Artikeln publicerades urspungligen i Forte magasin 4 som finns att beställa på Fortes webbplats.

Läs mer

Så skulle det kunna klaffa bättre efter en hjärtinfarkt

Posted on by

– Vi kan se att de modeller som används i dag inte stämmer med våra mätresultat. Därför lägger vi nu fram en ny hypotes hur mitralklaffen fungerar i ett levande hjärta.

Men detta är bara en tolkning och materialet kan kanske även tolkas på andra vis. Det är fritt fram för andra forskare att tolka våra data och bygga ännu bättre modeller, förtydligar Neil Ingels.

För en sak är säker, deras hypoteser går ibland stick i stäv med de modeller som i dag anses ligga närmast sanningen.

Mitralklaffen får ofta ta smällarna
Mitralklaffen är, tillsammans med aortaklaffen, den hjärtklaff som oftast drabbas av skada eller sjukdom. Båda finns de på vänster sida i hjärtat där friskt syresatt blod ska pumpas ut i kroppen.

Kirurgerna kan i dag antingen reparera mitralklaffen, som finns mellan vänster förmak och vänster kammare, eller ersätta den med en konstgjord, men det händer att klaffen trots detta fortsätter att läcka.

Neil Ingels har utvecklat en metod där man sätter små markörer på hjärtklaffarna hos får. Med hjälp av flerskiktsröntgen har hans forskargrupp sedan kunnat studera hur klaffen fungerar i fyra dimensioner.

Rörelsen kan de följa med 1/10 millimeters noggrannhet och med en tidsupplösning på 60 bilder i sekunden.Till en början studerade han hjärtats funktion, men de senaste 20 åren har studierna av aorta- och mitralklaffarna intensifierats.

Klaffbladen rullar ihop sig i kanterna
Hjärtklaffarna är uppbyggda av vävnadsflikar som kallas klaffblad. Friska klaffblad är mycket tunna men också extremt smidiga och starka. När klaffen stängs sluter klaffbladen tätt emot varandra för att hindra blodet att flöda tillbaka.

De är fästa med små muskler och muskeltrådar i hjärtats muskelvägg.Klaffarna öppnas och stängs minst en gång i sekunden i storleksordningen 100 år. I runda slängar 300 miljoner gånger.

– Vilka andra material håller för det slitaget, frågar Neil Ingels retoriskt.

Och så långt är forskare och läkarvetenskap överens. Men mätresultaten visar nu att klaffen ingalunda smäller ihop och täpper till som en ventil. Klaffbladen verkar istället rulla ihop sig i kanterna och sugas ihop i en mjuk rörelse.

Efterlikna naturen
Exakt vilken del av det övre och det undre klaffbladet som möts till en början är inte så noga, bara de möts så suger bladen i vandra och trycket från det strömmande blodet gör sedan att klaffen stängs helt. En mjuk rörelse som kan förklara varför klaffen inte slits mer än den gör.

– Skarven blir mycket stark och tät, eftersom bladet rullat ihop sig består skarven av flera vikta lager. Jämför med ett papper – viker man det dubbelt flera gånger blir det också mycket starkare, förklarar Neil Ingels.

Genom att undersöka och efterlikna naturen borde man kunna tillverka nya och förbättrade mitralklaffar, hoppas Neil Ingels och Matts Karlsson.

– Efter en hjärtinfarkt händer det att hjärtat blir förstorat, det nedre klaffbladet kommer då för långt från det övre för att de ska kunna sugas ihop. Kirurgerna sätter in en stel ring runt klaffen för att bladen ska komma närmare varandra och det fungerar ibland, men inte alltid och påfrestningen på klaffen blir stor, förklarar Matts Karlsson.

Här borde med andra ord finnas plats för nya lösningar och uppfinningar.

Boken, som innehåller 43 kapitel och mängder av data, har titeln Mitral Valve Mechanics, författare är Neil B Ingels Jr och Matts Karlsson och är publicerad på LiU Electronic Press, 2016.

För mer information, kontakta: Professor Matts Karlsson, matts.karlsson@liu.se, 013 28 11 99

Läs mer

Posted in BMI