תצפית משנת 2006 של זוג צבירי גלקסיות מתנגשות המכונות "צביר הקליע", מהווה אתגר משמעותי עבור כל התאוריות המציעות שינוי בכבידה כפתרון לבעיית המסה החסרה, כולל דינ״ם. אסטרונומים מדדו חלוקת מסה כוכבית וגזית בצבירים באמצעות אור נראה ורנטגן, ובנוסף מיפו את הצפיפות המשוערת של החומר האפל באמצעות עידוש כבידתי. על פי חיזוי דינ״ם, ניתן היה לצפות שמרכז המסה החסרה יהיה במסה הגלויה. על פי המודל הסטנדרטי, מצד שני, ניתן היה לצפות שהחומר האפל יתקזז משמעותית מן המסה הנראית מכיוון שהילות שני הצבירים המתנגשים יעברו זה דרך זה, תוך כדי שהגז בצבירים יגיב זה עם זה ובסופו של דבר יסיים במרכז. קיזוז כזה נראה בבירור בתצפיות. הועלתה השערה, עם זאת, שייתכן כי על מודלים מבוססי דינ״ם יוכלו ליצור כזה קיזוז במערכות לא ספירליות-סימטריות באופן משמעותי, כגון צביר הקליע.
מספר מחקרים אחרים ציינו קשיים תצפיתיים עם דינ״ם. לדוגמה, נטען כי יש התאמה דלה של דינ״ם לפרופיל פיזור מהירות של צבירים כדוריים ולפרופיל הטמפרטורה של צבירי גלקסיות, ערכים שונים של a0 נדרשים להתאמה עם עקומות סיבוב של גלקסיות שונות וכי דינ״ם באופן טבעי לא מתאימה להרכבת הבסיס של התאוריה הקוסמולוגית.
מלבד הבעיות התצפיתיות האלה, דינ״ם וההכללות שלה מלאות בקשיים תאורטיים. מספר תוספות ליחסות הכללית נדרשות כדי ליצור תאוריה עם הגבלה שאינה ניוטונית או יחסותית, שפע של גרסאות שונות של התאוריה מציעות תחזיות שונות במצבים פיזיקליים פשוטים ובכך מקשות על בחינת המסגרת באופן חד משמעי ועל ניסוחים מסוימים (ובראשן אלה המבוססות על אינרציה שונה) אשר סבלו מהתאמה דלה עם עקרונות פיזיקליים כגון חוקי שימור.
הקרנת פרוטונים
הקרנת פרוטונים היא סוג של רדיותרפיה חיצונית הנקראת תרפיית חלקיקים, שבעזרתה ניתן לטפל במחלת הסרטן. ההקרנה מתבצעת עם אלומת פרוטונים אל עבר אזורי רקמה חולים. טיפול זה משמש בעיקר על מנת לטפל במחלות הסרטן לסוגיהן. הקרנת פרוטונים מאפשרת טיפול בטווח צר ורמת דיוק גבוהה יותר בהשוואה לסוגי רדיותרפיה אחרים.
תיאור.
התהליך משמיד תאים סרטניים ומונע מהם להתחלק בצורה בלתי מבוקרת. הטיפול מתבצע ללא צורך באשפוז. בשונה מטיפולי קרינה אחרים המשתמשים בפוטונים על מנת להשמיד תאים סרטניים, בטיפול זה משתמשים באלומה של חלקיקים הנקראים פרוטונים.
היתרון של הטיפול הוא שניתן לכוון ביתר דיוק את אלומת הפרוטונים אל הגידול הסרטני, כך שמידת הפגיעה ברקמות הבריאות מסביב לגידול תקטן. עקב יתרון זה לעיתים קרובות משתמשים בתהליך על מנת לטפל במקרים בהם הגידולים קרובים מאוד לאזורים רגישים בגוף. אזורים בהם מטפלים באמצעות קרינת הפרוטונים: מוח., עיניים, ראש וצוואר, ריאות, עמוד השדרה, שלפוחית השתן, בלוטת הלימפה.
השיטה מאפשרת להקרין כמות קרינה גדולה יותר של פרוטונים מאשר קרני הרנטגן והיא נועדה לטפל בתאים סרטניים שטרם התפשטו.
התהליך.
האונקולוג יבצע סריקה הכוללת טומוגרפיה ממוחשבת (CT) או דימות תהודה מגנטית (MRI) על מנת למפות את האזור המדויק המיועד לטיפול ולבצע הדמיה של הגידול, זהו חלק הכרחי ובלתי נפרד מהתהליך אשר מתבצע כהכנה לטיפול. באמצעות הדמיה זו האונקולוג יגדיר את גבולות הגידול ויעבוד עם פיזיקאים כדי לקבוע את טכניקות ההקרנה הבטוחות והיעילות ואת הזוויות שבהן קרינת הפרוטונים עתידה לחדור לגוף המטופל. הסריקה תתבצע בדיוק באותו מיקום כפי שיהיה בטיפול על מנת שהאונקולוג יוכל לעבוד לפי התוכנית שנקבעה במחשב ולמקד את הגידול.
על מנת לבודד את הפרוטונים משתמשים במקור יוני שבו מתפרקים אטומי מימן לאלקטרונים ופרוטונים. הפרוטונים מועברים לסינכרוטרון בו הם מואצים למהירויות של עד 60 אחוז ממהירות האור ובאנרגיה של עד 250 מיליון אלקטרון וולט. משם הם עוברים למערכת המבצעת סלקציה בה נבחרים הפרוטונים המתאימים מבחינת כמות האנרגיה שהם נושאים. המערכת מעבירה את הפרוטונים בעלי האנרגיה והמסלול המתאימים. קרן הפרוטונים מגיעה לחדר הטיפול דרך סוג של מנוף. המנוף מסתובב ב-360 מעלות מסביב למטופל כך שקרן הפרוטונים תוכל לחדור לגוף בכל זווית. הפרוטונים מתנתקים מן המכונה ובעזרת מגנטים ניתן לכוון ולרכז אותם אל הגידול. לאחר שאלומת הפרוטונים חודרת לגוף, האלומה מנווטת לאורך נפח הגידול, שכבה אחר שכבה על מנת להתאים בדיוק מרבי לצורת הגידול. בזכות טכניקת הסריקה הדינמית הפיזיקאים יכולים לשנות את כמות הפרוטונים בכל מקום בגידול. סריקה זו מאפשרת לטפל בגידולים בעלי צורה מורכבת או גידולים בתנועה. הפרוטונים משחררים את רוב האנרגיה שלהם באזור הגידול ובניגוד לטיפול בפוטונים, אשר משתמשים בהם בקרינת הרנטגן, כמות האנרגיה המשתחררת מחוץ לגבולות הגידול היא מזערית. המטופל לא אמור להרגיש בשום סוג של אי-נוחות.
הטיפול אורך כמה דקות ביום לתקופה של שישה עד שבעה שבועות, תלוי בסוג הסרטן.
תופעות לוואי.
כתוצאה מהקרנת פרוטונים עלולות להיווצר תופעות לוואי, אך תופעות אלה עשויות להיות מזעריות יותר בהשוואה לקרינת רנטגן. תופעות הלוואי נגרמות מעצם הטיפול עצמו כמו גם מפגיעה בתאים בריאים באזור הטיפול. תופעות הלוואי תלויות באזור הטיפול וברמת הקרינה. ייתכנו חלק מהתופעות הבאות:
לאחר התהליך.
המטופל אמור לחזור לפעולותיו היומיות. המטופל יצטרך לחזור לרופא לביקורת כל שלושה עד ארבעה חודשים.
מרכזי טיפול.
נכון לינואר 2016, ישנם 58 מרכזי הקרנת חלקיקים בעולם. ישנם 121 חדרי טיפול נגישים למטופלים; יותר מ-96,537 מטופלים כבר טופלו בעולם.
להלן המדינות בהן פועלים מרכזי הקרנת פרוטונים:
ארצות הברית, קנדה, אנגליה, גרמניה, סין, יפן, צרפת, שווייץ, פולין, איטליה, צ'כיה, קוריאה הדרומית ורוסיה.
מתוך 58 המרכזים הפעילים היום בעולם, 20 נמצאים בארצות הברית.
בישראל מתוכנן לקום בעתיד מרכז טיפול הקרנת חלקיקים בביה״ח איכילוב.
גלאי צ'רנקוב
גלאי צ'רנקוב הוא גלאי חלקיקים אשר מסוגל לזהות מעבר של חלקיקים הנעים במהירות גבוהה במיוחד באמצעות גילוי קרינת צ'רנקוב שהם יוצרים בתנועתם.
בסיס מדעי.
לפי תורת היחסות של איינשטיין, אף גוף או חלקיק בעל מסה אינו מסוגל לנוע מהר יותר ממהירות האור בריק- ככל שמהירות הגוף או החלקיק מתקרבת למהירות האור, יש צורך ביותר ויותר אנרגיה על מנת להאיצו, ועל מנת שהחלקיק יגיע למהירות האור יש צורך באנרגיה אינסופית, ולכן הגעה למהירות זו בלתי אפשרית. מהירות האור בריק היא גודל קבוע- c, השווה בקירוב ל-300 אלף קילומטרים בשנייה. לעומת זאת, מהירותו של האור בסוגי תווך שונים שונה באופן ניכר ממהירותו בריק, זאת כיוון שהאור מתנהג גם כחלקיק וגם כגל- ולגל יש מהירות שונה וקבועה עבור כל תווך בו הוא עובר. במים, למשל, מהירותו של האור היא כשלושה רבעים ממהירותו בריק- בערך 225,000 קילומטרים בשנייה. עקב מהירותו הפחותה של האור בסוגי תווך מסוימים, חלקיקים אחרים עשויים לנוע מהר יותר מהאור בעודו בתווך. כאשר חלקיק טעון נע במהירות בחומר, הוא יוצר הפרעה אלקטרומגנטית בחלקיקים שלידו. הפרעה זו מתבטאת בפליטה של קרינה אלקטרומגנטית- אור. כאשר החלקיק הטעון נע מהר יותר מהאור אשר נוצר עקב מעבר החלקיק- למשל בעקבות פגיעת חלקיק נייטרינו באלקטרון- האור יוצר חזית מאחורי החלקיק באופן הדומה לבום העל-קולי הנוצר כאשר מטוס עובר את מהירות הקול- למעשה, נוצר מעין "בום על-אורי", הקרוי קרינת צ'רנקוב. קרינה זו נמצאת ברובה בטווח הסגול עד האולטרא סגול, אך לעין האנושית היא נראית כחולה. הזווית בה מתפרשת חזית הפגיעה של קרינת צ'רנקוב -זווית זו מכונה "זווית צ'רנקוב"- נקבעת לפי מהירות החלקיק הטעון ולפי מקדם השבירה של התווך:
formula_1
כאשר θ היא זווית הפרישה של הקרינה, n הוא מקדם השבירה של התווך ו- β היא מהירות החלקיק הטעון ביחס למהירות האור בריק.
היסטוריה.
הרעיון של קרינת צ'רנקוב הועלה לראשונה בשנת 1888, על ידי אוליבר הביסייד. בשנת 1900 נחזה לראשונה, על ידי מארי ופייר קירי, "זוהר כחול" בנוזלים המכילים ריכוז גבוה של רדיום, אם כי קרינת צ'רנקוב לא נחשדה כמקור הזוהר. התאוריה של הביסייד אוששה בניסוי בשנת 1934, על ידי פאבל אלכסיביץ' צ'רנקוב, ונקראה על שמו. בשנת 1937 הוסברה הקרינה במלואה על ידי איליה פרנק ואיגור תם, אשר זכו יחד עם צ'רנקוב בפרס נובל בשנת 1958 על גילוי הקרינה.
גלאי צ'רנקוב וסוגיהם.
גלאי צ'רנקוב הם גלאים שמתבססים על עיקרון קרינת צ'רנקוב על מנת לגלות מידע על חלקיקים שונים. בגלאים נמדדת הקרינה הנוצרת ממעבר של חלקיקים דרך תווך שתכונותיו ידועות מראש, ומתכונות הקרינה מוסקות תכונות שונות של החלקיקים.
גלאי צ'רנקוב מורכבים משלושה חלקים עיקריים: רדיאטור (חומר/תווך דרכו יעברו החלקיקים הנבדקים), גלאי פוטונים, שמטרתו לזהות ולמדוד את קרינת הצ'רנקוב, ומראות ו/או עדשות שמטרתן לכוון את הקרינה אל הגלאי.
גלאי סף.