Unde gravitaţionale

De la originea vieții până la soarta Universului, există numeroase mistere pe care oamenii de știință, pur și simplu, nu au reuşit încă să le dezlege. Cu toate acestea, există progrese în acest sens. Anul 2015 a fost important pentru ştiinţă: s-a adoptat Acordul de la Paris privind schimbările climatice, s-au obţinut imagini ale unor planete pitice și s-au descoperit urme de apă curgătoare pe planeta Marte. Care sunt misterele din ştiinţă care ar putea fi explicate în anul 2016?

Nu mai târziu de mâine, 11 februarie, când este organizată o conferinţă de presă de către LIGO, s-ar putea să aflăm că au fost identificate undele gravitaţionale, ceea ce ar reprezenta o altă descoperire extraordinară a fizicienilor, după ce în anul 2012 au anunţat descoperirea bosonului Higgs.

 

 

1. Ce se află dincolo de modelul standard al fizicii?

Cu ajutorul acceleratorului de particule Large Hadron Collider (LHC), oamenii de ştiinţă au obţinut deja un succes important prin descoperirea bosonului Higgs în anul 2012. LHC a fost repus în funcţiune în anul 2015, după o pauză datorată modernizării sale, iar în prezent acesta poate ciocni protoni cu o energie aproape dublă faţă de cea anterioară. Primele experimente au relevat prezenţa unei noi particule. Acest lucru ar putea reprezenta un indiciu al existenţei particulelor supersimetrice.

 


Large Hadron Collider va revoluţiona fizica în 2016? Credit: FLickr, CC BY-SA

Teoria „supersimetriei” afirmă că există un partener mult mai greu pentru fiecare particulă din modelul standard (cea mai bună teorie actuală a lumii subatomice). Supersimetria este importantă, deoarece aceasta ar putea explica multe mistere fundamentale ale fizicii, cum ar fi: „materia întunecată” sau de ce legile fizicii par să fie fin reglate pentru universul în care trăim. Cu toate acestea, noua particulă ar putea indica existenţa unor dimensiuni spaţiale ascunse, un al doilea boson Higgs sau, pentru a nu ne entuziasma prea tare, o alarmă falsă. Pentru a fi siguri, trebuie să mai aşteptăm până când oamenii de ştiinţă vor obţine mai multe date în 2016.


2. Putem crea mai multe elemente chimice?

Începând cu anii 1930, oamenii de ştiinţă au produs elemente artificiale ciocnind particule pentru a crea noi atomi. În prezent se cunosc aproximativ 24 de elemente sintetice care se regăsesc în tabelul periodic până la elementul 118 (N.t. Ununoctiu este numele temporar al elementului sintetic supergreu având numărul atomic 118). Odată cu recenta sinteză a elementului 117 și cu recunoașterea oficială a patru elemente, cele mai recent descoperite, golurile din tabelul periodic au fost completate.

Oamenii de ştiinţă încearcă în continuare să extindă tabelul periodic prin generarea elementului 120 și a unor elemente cu un număr atomic chiar mai mare de 120. Cele mai recente progrese în acest sens s-au bazat pe utilizarea izotopului Ca-48 pe post de „glonţ nuclear” tras într-un alt nucleu greu pentru a crea un nou element. În viitor s-ar putea utiliza atomi chiar mai grei pe post de glonț, în loc să se folosească atomi țintă mai grei, deși acest lucru este condiţionat de existenţa unor acceleratoare nucleare mai bune. Se crede că un grup de noi elemente grele ar putea exista într-o „insulă de stabilitate”, spre deosebire de cele mai multe elemente sintetice care se dezintegrează rapid.

 


Simularea ciocnirii dintre Ca-48 și Am-243.
Credit: Lawrence Livermore National Laboratory

 

 

3. Ce este materia întunecată”?

Materia întunecată reprezintă o componentă misterioasă a Universului, care este de cinci ori mai abundentă decât materia obișnuită din care sunt formate stelele, planetele și noi înşine. Până în prezent există doar dovezi indirecte privind existenţa materiei întunecate datorită observaţiilor astronomice care au evidenţiat efectul gravitaţional al acesteia asupra stelelor și galaxiilor. Până când nu vom reuşi să detectăm în mod direct acest tip de materie, nu vom cunoaşte cu siguranţă ce este și cum se potriveşte materia întunecată în modelul standard al fizicii particulelor.

În cadrul unor experimente dedicate precise, cum ar fi experimentul Large Underground Xenon (LUX), se încearcă detectarea în mod direct a unui candidat pentru materia întunecată reprezentat de particulele WIMP (Weakly interacting massive particles). Acestea sunt particule ipotetice masive care interacţionează slab cu materia obișnuită de pe Pământ. 2016 ar putea fi anul în care vom vedea, în cele din urmă, misterioasa materie întunecată în condiţii de laborator.

 


Detectorul LUX se află la 1.500 m sub pământ în interiorul unui rezervor conţinând 270.000 litri de apă. Credit: Gigaparsec – English Wikipedia, CC BY-SA

 

4. Există viață pe Marte sau pe orice altă planetă?

Oriunde găsim apă pe Pământ, indiferent că este în mijlocul unui deșert sau în izvoarele hidrotermale din adâncurile oceanului, există viață. Rezultă de aici că dacă pe o planetă există apă, atunci aceasta ar putea chiar găzdui viaţa. Explorările recente ale planetei Marte ne-au schimbat radical modul în care înţelegem această planetă prin descoperirea faptului că aceasta a avut apă în trecut și prin faptul că, mai recent, s-a observat că pe suprafaţa planetei există urme de apă sărată curgătoare.

Tot în anul 2016, în afară de studiul planetei Marte care va continua, misiunea Juno va studia cât de multă apă există pe Jupiter. Un alt loc unde am putea găsi apă în sistemul solar este Enceladus, un satelit al lui Saturn, care are o crustă de gheață şi unde recent s-au descoperit gheizere din care se degajă vapori de apă. Din acest motiv, Enceladus este unul dintre cele mai probabile locuri din sistemul solar (în afara Pământului) unde ar putea exista viața.

 


Enceladus găzduieşte viata?
Credit: NASA/JPL/Space Science Institute

 

5. Există undele gravitaționale?

Așa cum ecuațiile lui Maxwell privind electricitatea și magnetismul au prezis existența undelor electromagnetice, cum ar fi lumina, teoria relativităţii generalizate a lui Einstein prezice existența undelor gravitaționale, acestea fiind valuri în structura spațiu-timpului. Chiar dacă în anul 2015 s-a serbat centenarul teoriei lui Einstein, undele gravitaţionale nu au fost încă observate. Motivul îl reprezintă faptul că unduirile din spaţiu-timp sunt foarte mici. Observatorul LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) caută aceste unde, care provoacă variaţii ale spaţiului de 10.000 de ori mai mici decât mărimea unui proton, pe o distanță de patru kilometri.

 


Parte din infrastructura proiectului LIGO

 

Ca şi LHC, detectorul LIGO a redevenit operaţional în anul 2015, după o modernizare majoră și, în termen de o săptămână, au apărut deja zvonuri cu privire la o posibilă descoperire a undelor gravitaţionale. Până în prezent nu a apărut niciun anunţ oficial din partea echipei LIGO, dar este posibil ca în anul 2016 să constatăm din nou că Einstein a avut dreptate. În fapt, mâine, 11 februarie este anunţată o conferinţă de presă a specialiştilor de la LIGO, iar mai toată lumea se aşteaptă ca anunţul să confirme descoperirea undelor gravitaţionale! Revenim mâine cu detalii...

 

6. Bigfoot este real?

Datorită progreselor din tehnologie, în prezent este mult mai uşor să se verifice dacă există animale încă nedescoperite. Camerele foto „capcană” pot fi declanșate de la distanță atunci când un fascicul infraroșu este întrerupt și acestea pot fi lăsate în funcţiune pentru o lungă perioadă de timp, fără a necesita vreo intervenţie umană. Aceste camere foto sunt folosite tot mai des pentru studiul animalelor sălbatice şi pentru monitorizarea anumitor specii de animale rare cum ar fi leopardul Amur (Panthera pardus orientalis), cel care a fost studiat în China, în mod documentat, pentru prima dată în 62 de ani.

 


Leopardul Amur. Credit: John/Flickr, CC BY-NC

 

Vehiculele aeriene fără pilot (UAV-Unmanned Aerial Vehicle) sau „dronele” sunt, de asemenea, tot mai utilizate în studiul animalelor sălbatice pentru supravegherea din aer a zonelor inaccesibile. De exemplu, un studiu din Canada a constatat că urşii beneficiază de noi surse de hrană, cum ar fi gâștele și ouăle acestora, ca o consecinţă, probabilă, a unui climat arctic în schimbare.

Habitatul probabil al lui Bigfoot ar putea fi supravegheat în viitor cu ajutorul dronelor pentru a se stabili dacă, într-adevăr, Bigfoot este real.

Traducere după From bosons to Bigfoot: six science mysteries that might be solved in 2016 
Articol preluat de pe StiintaOnline.ro, cu acordul editorului