Cose che attualmente sono invisibili

Le cose che la scienza conosce e vede sono solo una piccola parte di ciò che probabilmente esiste. Naturalmente, la scienza e la tecnologia non dovrebbero prendere letteralmente la "visione". Sebbene i nostri occhi non possano vederli, la scienza è stata a lungo in grado di "vedere" cose come l'aria e l'ossigeno che contiene, le onde radio, la luce ultravioletta, la radiazione infrarossa e gli atomi.

Vediamo anche in un certo senso antimateriaquando interagisce violentemente con la materia ordinaria, e quello che generalmente è un problema più difficile, perché sebbene questo lo vedessimo negli effetti dell'interazione, in un senso più olistico, come vibrazioni, per noi è stato sfuggente fino al 2015.

Tuttavia, ancora, in un certo senso, non "vediamo" la gravità, perché non abbiamo ancora scoperto un singolo vettore di questa interazione (cioè, ad esempio, un'ipotetica particella chiamata gravitone). Vale la pena ricordare qui che c'è qualche analogia tra la storia della gravità e .

Vediamo l'azione di quest'ultimo, ma non lo osserviamo direttamente, non sappiamo in cosa consista. Tuttavia, c'è una differenza fondamentale tra questi fenomeni "invisibili". Nessuno ha mai messo in dubbio la gravità. Ma con la materia oscura (1) è diverso.

Come g energia oscurache si dice contenga anche più della materia oscura. La sua esistenza è stata dedotta come un'ipotesi basata sul comportamento dell'universo nel suo insieme. "Vedere" rischia di essere ancora più difficile della materia oscura, se non altro perché la nostra esperienza comune insegna che l'energia, per sua stessa natura, rimane qualcosa di meno accessibile ai sensi (e agli strumenti di osservazione) della materia.

Secondo le ipotesi moderne, entrambi quelli oscuri dovrebbero costituire il 96% del suo contenuto.

Quindi, in effetti, anche l'universo stesso è in gran parte invisibile per noi, senza contare che quando arriva ai suoi limiti, conosciamo solo quelli che sono determinati dall'osservazione umana, e non quelli che sarebbero i suoi veri estremi - se esistono affatto.

Qualcosa ci sta trascinando con l'intera galassia

L'invisibilità di alcune cose nello spazio può essere straziante, come il fatto che 100 galassie vicine si muovano costantemente verso un punto misterioso dell'universo noto come Grande attrattore. Questa regione dista circa 220 milioni di anni luce e gli scienziati la chiamano un'anomalia gravitazionale. Si ritiene che il Grande Attrattore abbia una massa di quadrilioni di soli.

Partiamo dal fatto che si sta espandendo. Questo accade dal Big Bang e la velocità attuale di questo processo è stimata in 2,2 milioni di chilometri orari. Ciò significa che anche la nostra galassia e la sua vicina galassia di Andromeda devono muoversi a quella velocità, giusto? Non proprio.

Negli anni '70 abbiamo creato mappe dettagliate dello spazio. Fondo microonde (CMB) Universe e abbiamo notato che un lato della Via Lattea è più caldo dell'altro. La differenza era inferiore al centesimo di grado Celsius, ma ci bastava per capire che ci stavamo muovendo a una velocità di 600 km al secondo verso la costellazione del Centauro.

Alcuni anni dopo, abbiamo scoperto che non solo noi, ma tutti coloro che erano entro cento milioni di anni luce da noi ci stavamo muovendo nella stessa direzione. C'è solo una cosa che può resistere all'espansione su distanze così vaste, ed è la gravità.

Andromeda, per esempio, deve allontanarsi da noi, ma tra 4 miliardi di anni dovremo... scontrarci con essa. Una massa sufficiente può resistere all'espansione. All'inizio, gli scienziati pensavano che questa velocità fosse dovuta alla nostra posizione alla periferia del cosiddetto Supercluster Locale.

Perché è così difficile per noi vedere questo misterioso Grande Attrattore? Sfortunatamente, questa è la nostra galassia, che blocca la nostra visuale. Attraverso la cintura della Via Lattea, non possiamo vedere circa il 20% dell'universo. Accade solo che vada esattamente dove si trova il Grande Attrattore. È teoricamente possibile penetrare questo velo con osservazioni a raggi X e infrarossi, ma questo non fornisce un quadro chiaro.

Nonostante queste difficoltà, si è riscontrato che in una regione del Grande Attrattore, a una distanza di 150 milioni di anni luce, c'è un Cluster Norma. Dietro c'è un superammasso ancora più massiccio, a 650 milioni di anni luce di distanza, contenente una massa di 10. galassia, uno degli oggetti più grandi dell'universo a noi noto.

Quindi, gli scienziati suggeriscono che il Grande Attrattore centro di gravità molti superammassi di galassie, incluso il nostro - circa 100 oggetti in totale, come la Via Lattea. Ci sono anche teorie secondo cui si tratta di un'enorme raccolta di energia oscura o di un'area ad alta densità con un'enorme attrazione gravitazionale.

Alcuni ricercatori ritengono che questo sia solo un assaggio della fine ... fine dell'universo. La Grande Depressione significherà che l'universo si addenserà in pochi trilioni di anni, quando l'espansione rallenterà e inizierà a invertirsi. Nel tempo, questo porterebbe a un supermassiccio che mangerebbe tutto, compreso se stesso.

Tuttavia, come notano gli scienziati, l'espansione dell'Universo alla fine sconfiggerà il potere del Grande Attrattore. La nostra velocità verso di essa è solo un quinto della velocità con cui tutto si sta espandendo. La vasta struttura locale di Laniakea (2) di cui facciamo parte dovrà un giorno dissolversi, così come molte altre entità cosmiche.

La quinta forza della natura

Qualcosa che non possiamo vedere, ma che negli ultimi tempi è stato seriamente sospettato, è il cosiddetto quinto impatto.

La scoperta di quanto riportato dai media comporta speculazioni su un'ipotetica nuova particella dal nome intrigante. X17può aiutare a spiegare il mistero della materia oscura e dell'energia oscura.

Sono note quattro interazioni: gravità, elettromagnetismo, interazioni atomiche forti e deboli. Gli effetti delle quattro forze conosciute sulla materia, dal microregno degli atomi alla scala colossale delle galassie, sono ben documentati e nella maggior parte dei casi comprensibili. Tuttavia, se si considera che circa il 96% della massa del nostro universo è costituito da cose oscure e inspiegabili chiamate materia oscura ed energia oscura, non sorprende che gli scienziati sospettino da tempo che queste quattro interazioni non rappresentino tutto nel cosmo . continua.

Un tentativo di descrivere una nuova forza, il cui autore è un team guidato da Attila Krasnagorskaja (3), la fisica dell'Istituto di ricerca nucleare (ATOMKI) dell'Accademia delle scienze ungherese, di cui abbiamo sentito parlare lo scorso autunno, non è stata la prima indicazione dell'esistenza di interazioni misteriose.

Gli stessi scienziati hanno scritto per la prima volta della "quinta forza" nel 2016, dopo aver condotto un esperimento per trasformare i protoni in isotopi, che sono varianti di elementi chimici. I ricercatori hanno osservato come i protoni trasformassero un isotopo noto come litio-7 in un tipo instabile di atomo chiamato berillio-8.

3. prof. Attila Krasnahorkay (a destra)

Quando il berillio-8 è decaduto, si sono formate coppie di elettroni e positroni, che si sono respinti a vicenda, facendo volare le particelle ad angolo. Il team si aspettava di vedere una correlazione tra l'energia luminosa emessa durante il processo di decadimento e gli angoli ai quali le particelle si allontanano. Invece, elettroni e positroni sono stati deviati di 140 gradi quasi sette volte più spesso di quanto previsto dai loro modelli, un risultato inaspettato.

"Tutta la nostra conoscenza del mondo visibile può essere descritta usando il cosiddetto Modello Standard della fisica delle particelle", scrive Krasnagorkay. “Tuttavia, non fornisce particelle più pesanti di un elettrone e più leggere di un muone, che è 207 volte più pesante di un elettrone. Se troviamo una nuova particella nella finestra di massa sopra, questo indicherebbe una nuova interazione non inclusa nel modello standard.

Il misterioso oggetto è chiamato X17 a causa della sua massa stimata di 17 megaelettronvolt (MeV), circa 34 volte quella di un elettrone. I ricercatori hanno osservato il decadimento del trizio in elio-4 e ancora una volta hanno osservato una strana scarica diagonale, che indica una particella con una massa di circa 17 MeV.

"Il fotone media la forza elettromagnetica, il gluone media la forza forte e i bosoni W e Z mediano la forza debole", ha spiegato Krasnahorkai.

“La nostra particella X17 deve mediare una nuova interazione, la quinta. Il nuovo risultato riduce la probabilità che il primo esperimento sia stato solo una coincidenza o che i risultati abbiano causato un errore di sistema".

Materia oscura sotto i piedi

Dal grande Universo, dal vago regno degli enigmi e dei misteri della grande fisica, torniamo sulla Terra. Qui ci troviamo di fronte a un problema piuttosto sorprendente... di vedere e rappresentare accuratamente tutto ciò che c'è dentro (4).

Qualche anno fa scrivevamo su MT di il mistero del cuore della terrache un paradosso è connesso con la sua creazione e non si sa esattamente quale sia la sua natura e struttura. Abbiamo metodi come il test con onde sismiche, è anche riuscita a sviluppare un modello della struttura interna della Terra, per il quale esiste un accordo scientifico.

tuttavia rispetto alle stelle e alle galassie lontane, ad esempio, la nostra comprensione di ciò che si trova sotto i nostri piedi è debole. Gli oggetti spaziali, anche molto distanti, li vediamo semplicemente. Lo stesso non si può dire del nucleo, degli strati del mantello o anche degli strati più profondi della crosta terrestre..

È disponibile solo la ricerca più diretta. Le valli di montagna espongono rocce profonde fino a diversi chilometri. I pozzi esplorativi più profondi si estendono fino a una profondità di poco più di 12 km.

Le informazioni su rocce e minerali che ne costruiscono di più profonde sono fornite dagli xenoliti, ad es. frammenti di roccia strappati e portati via dalle viscere della Terra a seguito di processi vulcanici. Sulla loro base, i petrologi possono determinare la composizione dei minerali fino a una profondità di diverse centinaia di chilometri.

Il raggio della Terra è 6371 km, che non è un percorso facile per tutti i nostri "infiltrati". A causa dell'enorme pressione e temperatura che raggiungono circa 5 gradi Celsius, è difficile aspettarsi che l'interno più profondo diventi accessibile per l'osservazione diretta nel prossimo futuro.

Quindi, come facciamo a sapere cosa sappiamo sulla struttura dell'interno della Terra? Tali informazioni sono fornite dalle onde sismiche generate dai terremoti, ad es. onde elastiche che si propagano in un mezzo elastico.

Hanno preso il nome dal fatto che sono generati da colpi. Due tipi di onde elastiche (sismiche) possono propagarsi in un mezzo elastico (montuoso): più veloci - longitudinali e più lente - trasversali. Le prime sono oscillazioni del mezzo che si verificano lungo la direzione di propagazione dell'onda, mentre nelle oscillazioni trasversali del mezzo si verificano perpendicolarmente alla direzione di propagazione dell'onda.

Le onde longitudinali vengono registrate per prime (lat. primae) e le onde trasversali vengono registrate per seconde (lat. secundae), da qui la loro tradizionale marcatura in sismologia - onde longitudinali p e trasversali s. Le onde P sono circa 1,73 volte più veloci di s.

Le informazioni fornite dalle onde sismiche consentono di costruire un modello dell'interno della Terra basato sulle proprietà elastiche. Possiamo definire altre proprietà fisiche in base a campo gravitazionale (densità, pressione), osservazione correnti magnetotelluriche generato nel mantello terrestre (distribuzione della conducibilità elettrica) o decomposizione del flusso di calore terrestre.

La composizione petrologica può essere determinata per confronto con studi di laboratorio sulle proprietà di minerali e rocce in condizioni di alte pressioni e temperature.

La terra irradia calore e non si sa da dove provenga. Recentemente è emersa una nuova teoria relativa alle particelle elementari più sfuggenti. Si ritiene che importanti indizi sul mistero del calore irradiato dall'interno del nostro pianeta possano essere forniti dalla natura. neutrino - particelle di massa estremamente piccola - emesse da processi radioattivi che si verificano nelle viscere della Terra.

Le principali fonti di radioattività conosciute sono il torio instabile e il potassio, come sappiamo da campioni di roccia fino a 200 km sotto la superficie terrestre. Cosa c'è di più profondo è già sconosciuto.

Lo sappiamo geoneutrino quelli emessi durante il decadimento dell'uranio hanno più energia di quelli emessi durante il decadimento del potassio. Quindi, misurando l'energia dei geoneutrini, possiamo scoprire da quale materiale radioattivo provengono.

Sfortunatamente, i geoneutrini sono molto difficili da rilevare. Pertanto, la loro prima osservazione nel 2003 ha richiesto un enorme rivelatore sotterraneo riempito con ca. tonnellate di liquido. Questi rivelatori misurano i neutrini rilevando le collisioni con gli atomi in un liquido.

Da allora, i geoneutrini sono stati osservati solo in un esperimento utilizzando questa tecnologia (5). Entrambe le misurazioni lo dimostrano Circa la metà del calore della Terra dalla radioattività (20 terawatt) può essere spiegato dal decadimento dell'uranio e del torio. La fonte del restante 50%... non si sa ancora cosa.

5. Mappa modello dell'intensità delle emissioni di geoneutrini sulla Terra - previsioni

Nel luglio 2017 è iniziata la costruzione dell'edificio, noto anche come DUNEprevisto per il completamento intorno al 2024. La struttura sarà situata a quasi 1,5 km sottoterra nell'ex Homestack, nel South Dakota.

Gli scienziati intendono utilizzare DUNE per rispondere alle domande più importanti della fisica moderna studiando attentamente i neutrini, una delle particelle fondamentali meno comprese.

Nell'agosto 2017, un team internazionale di scienziati ha pubblicato un articolo sulla rivista Physical Review D proponendo un uso piuttosto innovativo di DUNE come scanner per studiare l'interno della Terra. Alle onde sismiche e ai pozzi si aggiungerebbe un nuovo metodo di studio dell'interno del pianeta, che, forse, ce ne mostrerebbe un quadro completamente nuovo. Tuttavia, questa è solo un'idea per ora.

Dalla materia oscura cosmica, siamo arrivati ​​all'interno del nostro pianeta, non meno oscuro per noi. e l'impenetrabilità di queste cose è sconcertante, ma non tanto quanto l'ansia di non vedere tutti gli oggetti che sono relativamente vicini alla Terra, specialmente quelli che sono sul percorso di collisione con essa.

Tuttavia, questo è un argomento leggermente diverso, di cui abbiamo recentemente discusso in dettaglio in MT. Il nostro desiderio di sviluppare metodi di osservazione è pienamente giustificato in tutti i contesti.