Biofizika

Joe Bryan, aki egykor egy kis texasi város népszerű és elismert középiskolai igazgatója volt, több mint 30 éve börtönben van. 99 éves börtönbüntetését tölti felesége 1985-ös lelövéséért és meggyilkolásáért. Az őt terhelő bizonyítékok az áldozat vérének foltjait tartalmazták, amelyeket egy kézi fáklyán találtak., Egy tanú, akit a vérminta analízis (BPA) törvényszéki technikájának szakértőjeként minősítettek, úgy értelmezte ezeket a foltokat, hogy Bryant a felesége közelében helyezte el, amikor lelőtték – egy bizonyság, amely Bryan meggyőződésének élvonalában volt. Ez azt bizonyítja, hogy valójában egy 120 mérföldre lévő konferencián volt – egy alibi, amely szinte lehetetlenné tette, hogy lelőtte a feleségét, mivel el kellett volna hagynia az eseményt, haza kellett utaznia, gyilkosságot követett el, és meghatározott időn belül vissza kellett térnie a konferenciára. Bryan fenntartja ártatlanságát a mai napig.,

Az ilyen bizonyítékok, amelyek a bűncselekmény helyszínén keletkezett vér fizikai viselkedésén alapulnak, a 19. század végén Európában gyökereznek. Az Egyesült Államokban az 1955-ös híres Sam Sheppard-gyilkossági tárgyalás során vált ismertté, és azóta fontos szerepet játszott más gyilkossági tárgyalásokban is-beleértve a labdarúgót és színész O J Simpsont (1994-1995, nem bűnös ítélet) és Phil Spector zenei producert (2007-2009, a bűnös újratárgyalása).,

a rendőrségi nyomozók a BPA-t arra használják, hogy visszafelé dolgozzanak a bűncselekmény helyszínén lévő vérnyomokból, lehetővé téve számukra az érintett emberek és fegyverek helyszíneinek és akcióinak rekonstruálását. A nyomok közé tartoznak a csöpögések, kenetek és fröccsenések, amelyek akkor jönnek létre, amikor egy golyó vagy tompa eszköz hatására vércseppek sugároznak, amíg meg nem találkoznak egy felülettel, és megfestik. De az amerikai Nemzeti Tudományos Akadémia (NAS) 2009.évi megdöbbentő jelentése szerint, amely ma is rezonál, a BPA-nak nincs tudományos szigorúsága és érvényes akkreditációja a szakemberek számára., Ez komoly aggodalomra ad okot, mert a BPA eredményei elítélték az embereket, akik később ártatlannak bizonyultak, ahogyan sokan Bryan-nek vélik; és mivel a BPA elemzésébe vetett bizalom hiánya lehetővé teheti a bűnösök szabadon távozását. Ennek eredményeként elengedhetetlenné vált a BPA mögötti fizika újbóli felmérése.

bár az Egyesült Államok vezeti a világot a fegyver tulajdonjogában – 100 emberenként 120 fegyver van, az amerikai gyilkosságok 64%-a fegyverrel kapcsolatos – más országokban is sok lövöldözés van., Kanadában például az emberölések 30% – a fegyverekkel jár, míg egy tucat nemzet, köztük Brazília, meghaladja az Egyesült Államokat az 100,000 XNUMX emberenkénti fegyverhalál arányában. Létrehozó tudományos érvényességét BPA ezért nemzetközi hatással foglalkozik a világ 250,000 éves fegyvert kapcsolatos halálesetek, azáltal, hogy kategorizálni őket, mint a gyilkosság vagy öngyilkosság–, illetve az előbbi esetben, potenciálisan hozza az elkövetők bíróság elé.,

a fizika szempontjából a BPA rekonstrukció bonyolult probléma a folyadékmechanikában, amely magában foglalja a vér viselkedésének nyomon követését különböző erők és környezeti feltételek mellett. A kihívás nehezebbé válik, mivel a vér összetett folyadék, amely mind a folyadékot (a plazmát), mind a szilárd (a vérsejtek) komponenseket tartalmazza. Ezenkívül a vér tulajdonságai – például a pH vagy a vörösvértestek száma – személyenként változnak.

de ez a munka több, mint egy tudományos gyakorlat., Valódi hatásai is lehetnek, Alicia Carriquiry szerint az Iowa Állami Egyetemen az Egyesült Államokban. Mint statisztikus és igazgatója a Center for Statistics and Applications in for Forensic Evidence – CSAFE) – amely által finanszírozott amerikai National Institute of Standards and Technology (NIST) – Carriquiry széles körű képet törvényszéki tudomány. “A BPA egyike azoknak a területeknek, ahol a tudománynak sok mondanivalója van” – mondja., “Más törvényszéki tudományágakkal ellentétben a BPA-ban valójában fizikai és folyadékdinamikai modellek vannak, amelyek segíthetnek olyan kérdések megválaszolásában,mint például a pályához, a származási ponthoz vagy hasonlóhoz.”

Az alapvető tudományt azonban nem alkalmazták jól a BPA-ra, a 2009-es NAS-jelentés szerint, amely az Egyesült Államokban a törvényszéki tudomány megerősítése volt. Társelnöke egy előkelő amerikai szövetségi bíró és egy tudományos statisztikus, benne közreműködők vonatkozó tudományágak, beleértve a fizika., A jelentés-a DNS-analízis kivételével-általában hiányosságokat talált szinte minden törvényszéki technikában – beleértve a haj, a szálak, az ujjlenyomatok és a harapásnyomok elemzését is. “A törvényszéki bizonyítékok értelmezése nem mindig tudományos vizsgálatokon alapul, hogy meghatározza annak érvényességét” – jelentette ki. “Ez egy komoly probléma.”Egy külön jelentés 2016-ban az amerikai elnök tanácsadók Tanácsa a tudomány és a technológia-írta az igazgató a Hivatal tudományos és Technológiai Politika együtt egy panel a tudósok-visszhangzott ez a kritika.,

különösen a BPA esetében a NAS-jelentés megjegyezte a folyadékdinamika összetettségét, és jelezte, hogy a BPA elemzőinek meg kell érteniük az érintett fizikát. De nem szigorú oktatási követelmények a tanúsító, mint a BPA szakértő – ki vannak képezve, csak követi a csomagolt eljárások – a jelentés megállapította, hogy “a vélemények A vérminta elemzők inkább szubjektív, mint tudományos…A bizonytalanság társul hatalmas.,”2018-ban a Texasi törvényszéki Tudományos Bizottság hasonló következtetéseket vont le a Bryan-ügyről, a BPA bizonyítékainak értelmezését “pontatlannak” és “tudományosan támogathatatlannak”nevezte.

még mindig, megfelelően használt, a BPA értékes nyomokat adhat a lövöldözés körülményeinek megértéséhez. Például olyan vércseppek, amelyek szögben ütköznek a padlóra, elliptikus foltokat hoznak létre, amelyek szélessége-hossza aránya az ütközési szöget adja (1.ábra). A BPA elemzőket arra képezték ki, hogy egyenes vonalú pályákat húzzanak, amelyek az egyes ellipszisek hosszú dimenzióját követik abban az ütközési szögben., Ezek az utak konvergálnak, olyan helyzetet biztosítva, ahonnan a vér származik. Bár ez helyesen adja meg a lövedék helyének a padlóra történő vetítését, az egyenes vonalú eljárás túlbecsüli a seb magasságát, mivel a valódi gravitációs utak aerodinamikai húzással módosított parabolák. A hiba általában elég nagy ahhoz, hogy tévesen helyezze az áldozatot állva, nem pedig ülve.,

Ez az egyik bevált BPA módszer, amelyet a mélyebb fizikai elemzés javíthat. 2011-ben Christopher Varney és Fred Gittes, a Washingtoni Állami Egyetem fizikusai a lövedék-mozgás egyenleteket, köztük a gravitációt és a húzást olyan formába helyezték, amely a fröcskölő vérfoltok (Am. J. Phys. 79 838)., Megállapították, hogy a foltok ütközési szögeinek rajza a függőleges ütközési tengelytől való vízszintes távolságuk inverzével szemben érvényes eredményt ad a magasságra, feltéve, hogy a cseppek indítási szögei nem túl széles körben vannak elosztva. Egy viszkózus vérhelyettesítőt fröcskölő teszt során a kutatók ezt a megközelítést alkalmazták a tényleges indítási magasság 88 cm-től 8% – ig történő kiszámításához. Összehasonlításképpen, a lineáris pályák 100% – kal túlbecsülték az indítási magasságot.,

2015-ben Nick Laan, az Amszterdami Egyetem és a Holland kriminalisztikai Intézet munkatársa és kollégái ehelyett a vér folyadékminőségét használták a lőtt seb magasságának megállapításához (Tudományos jelentések 5 11461). Korábbi munka volt levezetett egyenlet vonatkozó, az ütközési sebesség folyékony csepp vér térfogata, illetve ütközési szög, valamint a szélessége a szárított folt termelt által meghatározott ismert kapilláris pedig viszkózus magatartás a vér. Ennek a módszernek a alkalmazására a kutatók ellenőrzött körülmények között hozták létre az emberi vér fröccsenési mintáit., Mindegyik 40 különálló vérfoltra meghatározták annak szélességét és ütközési szögét, majd egy kereskedelmi 3D felületi szkenner segítségével megmérték a folt térfogatát, amelyből az eredeti csepp térfogatát találták. Ezek a paraméterek megadták az ütközési sebességet, elegendő információt adva a gravitációs mozgás egyenleteinek aerodinamikai húzással történő megoldásához. Az eredmények a magasság, ahol minden csepp származott volt az átlagos értéke 58,5 cm, csak 8% – kal alacsonyabb a valódi magassága 63,7 cm. Eközben az egyenes vonalú módszer 91,1 cm – t adott-sokkal nagyobb 42% – os hiba.,

A bullet ‘ s journey

Ez a két dokumentum és mások a vércseppek viselkedését elemzik a kialakulásuk után, hogy fokozzák a standard BPA-t. De a chicagói Illinois-i Egyetem gépészmérnökei és folyadékdinamikusai, Alexander Yarin és Patrick Comiskey, valamint az Iowa State-i Daniel Attinger is tovább mentek. Modellezték az egész folyamatot a testbe belépő golyótól a végső vérfolt mintáig.,

2016 óta ezek a kutatók folyékony dinamikai elméleteket dolgoztak ki a lőtt hátsófröccsenésre és az elülső fröcskölésre, ahol a vércseppek a golyó irányába haladnak, és különböző jellemzőket mutatnak. A vissza-fröcskölés elemzés – mindkét szabályos (Phys. Rev. folyadékok 1 043201) és tompa orrú (Phys. Rev. folyadékok 2 073906) golyók-a jól ismert Rayleigh-Taylor instabilitáson alapul., Ennek hatására a két különböző sűrűségű folyadék – itt a vér és a levegő – közötti interfészre merőleges gyorsulás egyre nagyobb turbulenciát és keveredést okoz a folyadékok között. (Az instabilitás egyik figyelemre méltó példája a növekvő rák-ködben látható látványos szálak, ahol a két folyadék a rák kezdeti szupernóva robbanása által kibocsátott anyagot, valamint a rák központi pulzárja által működtetett relativisztikus töltött részecskék plazmáját tartalmazza.,) Eközben előre fröccsent okozott, amikor a golyó elhagyja a testet, miután több zavaró találkozás vért, szövetet, kezeltek másképp. Elemzésében perkolációs elméletet használt, amely a rendelkezésre álló útvonalakat véletlenszerűen elrendezett klasztereken keresztül írja le.

mindkét típusú fröccsenés esetén a kutatók kiszámították a golyó által generált vércseppek számát, méretét és dinamikai tulajdonságait; majd meghatározták pályájukat gravitáció és aerodinamikai húzás mellett., Végül a csapat megtalálta a kapott foltok számát, azok területeit, ütközési szögeit és eloszlását a távolság tekintetében (2.ábra).

Ezek a kiszámított eredmények a vérfolt disztribúciók megállapodnak abban, hogy viszonylag jól a kapott adatok lövés golyó a szivacs, vagy műanyag hab átitatott sertés vér vissza fröccsent, egy vérrel teli tartályt előre mutat. Bár a kutatók megjegyzik, hogy több kísérletre van szükség, eredményeik jelentős lépések a fröcskölés valódi, fizika alapú elmélete felé., Munkájuk rámutat a tanulmány új irányaira is, például arra, hogy a levegőt hogyan szállítják a vércseppekkel együtt repülés közben, ami befolyásolja pályájukat, valamint a hőmérsékletnek a vér viszkozitására gyakorolt hatását.

az eddigi elméleti eredmények a folyadékdinamikai megközelítés értékét mutatják, de azt is, hogy összetettsége bizonytalanságot okozhat az elemzésben, például a vér és vérfoltok változó tulajdonságai révén., A hőmérséklet mellett a vér viszkozitása a vörösvértestek százalékos arányától is függ, amely egyénenként változik, és befolyásolhatja a Laan és kollégái által alkalmazott megközelítéseket. Mi több, a vércseppek felületének tulajdonságai megváltoztathatják a terjedésének módját, ezért befolyásolhatják az általa hagyott foltot. Az ilyen zavaró elemeket figyelembe kell venni a teljes mértékben érvényes BPA esetében, amely súlyt hordoz a bíróságon, és korlátozhatja a BPA-val kapcsolatos állításokat. Természetesen sok tennivaló maradt.,

labortól bűnügyi helyszínig

a BPA tudományának előrehaladtával párhuzamos kihívás az, hogy eredményeit új, gyakorlati és átlátható eljárásokká alakítsák a gyilkossági nyomozások és a tárgyalótermi előadások számára. A BPA gyakorlói azonban nem teljesen üdvözölték ezeket a változásokat, amelyek azzal fenyegetnek, hogy felborítják a megállapított helyszíni eljárásokat, a reakciót a kriminalisztikai létesítmény másutt is megtalálják., Mindazonáltal, mondja Carriquiry, sok téma a törvényszéki tudomány ” sikerült, hogy fontos utat, és létrehozott néhány értelmes partnerségek törvényszéki szakemberek, akik látják a munkánkat, mint azt, hogy az övék több objektív és “tudományos””. Ezek a partnerek a Houston Forensic Science Center és a Los Angeles-i rendőrség.

most, a CSAFE és más amerikai szövetségi ügynökségek támogatásával a kutatók kifejezetten a BPA és a fluid dynamics közösségek közötti kapcsolatok erősítésén dolgoznak, és hasznos eredményeket nyújtanak a gyakorlóknak., Például Attinger és társszerzői írtak egy oktatóanyagot, amelyben megvitatják a folyadékdinamikában játszott erőket, és hogyan határozzák meg a vércseppek viselkedését egy bűncselekmény helyszínén (Forensic Science International 231 375). Attinger olyan folyadékdinamikán alapuló diagramokat is közzétett, amelyek egyszerűvé teszik a helyszíni nyomozók számára a vércsepp maximális távolságának becslését (Forensic Science International 298 97).,

3 vér és golyó egy laborban

egy példa a kártyacélon lévő vérvisszafröccsenésre, amelyet az Iowa Állami Egyetem kutatói készítettek a 4. ábrán látható beállítás segítségével. A golyó lyuk látható a bal felső sarokban a középső kép.,

egy másik erőfeszítés, Attinger csapata közzétette vissza-fröcskölés minták emberi vér termelt a laborban lőtt (ábra 3), szigorú ellenőrzése a lőfegyverek és lőszerek használt fizikai elrendezés (adatok rövid 22 269); és egy második sor vérminták által termelt tompa eszközök (ADATOK rövid 18 648). Ezek nagy felbontású képeket nyújtanak a különböző körülmények között keletkezett vérfoltokról, képzési és kutatási célokra (4.ábra)., Az egyik projektben Hal Stern a Kaliforniai Egyetemen-Irvine, a csafe statisztikusa és társigazgatója a képeket olyan jellegzetességekre vizsgálja, amelyeket a szakemberek felhasználhatnak a megfigyelt fröccsenések lehetséges forrásainak megkülönböztetésére. A BPA kutatói a szakmai szervezetekben is előadásokat és képzéseket tartanak.

4 a scene

A Daniel Attinger és iowai kollégái által használt kísérleti beállítás a vérfoltok visszafolyatására.

sajnos a szigorúbb BPA gyakorlat és képzés széles körű elfogadása nem fog gyorsan jönni, vagy automatikusan törli a korábbi hiányosságokat, amelyek megbízhatatlan bizonyítékokat és hamis vádakat hoztak létre. Nem valószínű, hogy a BPA bizonyítékok elfogadásának jogi normái hamarosan megváltoznak, hogy befolyásolják Joe Bryan közelgő fellebbezését egy új tárgyalásra., Ezt a kérést 2018-ban elutasították,de ügyvédei most Utolsó erőfeszítésre készülnek a Texasi Büntetőbíróság előtt. Bryan azonban közel 80 éves. Még akkor is, ha egy új tárgyalást jóváhagynak, előfordulhat, hogy nem jön időben, hogy jót tegyen neki.

bármi is legyen ez az eredmény, a Bryan-ügy kiterjedt lefedettsége a NAS-jelentéssel és a BPA egyéb értékeléseivel együtt feltárta a problémáit, és motiválta a haladást a vérminták jobb fizikája felé., Ez legalább biztosíthatja, hogy a jövőbeli vérvizsgálat hatékonyabban azonosítsa az igazi elkövetőket anélkül, hogy igazságtalanul elítélné az ártatlan embereket.