Cosas que actualmente son invisibles

Las cosas que la ciencia sabe y ve son solo una pequeña parte de lo que probablemente existe. Por supuesto, la ciencia y la tecnología no deben tomar la "visión" literalmente. Aunque nuestros ojos no pueden verlos, la ciencia ha sido capaz durante mucho tiempo de "ver" cosas como el aire y el oxígeno que contiene, las ondas de radio, la luz ultravioleta, la radiación infrarroja y los átomos.

También vemos en cierto sentido antimateriacuando interactúa violentamente con la materia ordinaria, y eso en general es un problema más difícil, porque aunque vimos esto en los efectos de la interacción, en un sentido más holístico, como vibraciones, nos fue esquivo hasta 2015.

Sin embargo, todavía, en un sentido, no "ver" la gravedad, porque todavía no hemos descubierto una única portadora de esta interacción (es decir, por ejemplo, una partícula hipotética llamada gravitón). Vale la pena mencionar aquí que existe cierta analogía entre la historia de la gravedad y .

Vemos la acción de este último, pero no la observamos directamente, no sabemos en qué consiste. Sin embargo, existe una diferencia fundamental entre estos fenómenos "invisibles". Nadie ha cuestionado nunca la gravedad. Pero con la materia oscura (1) es diferente.

como g energía oscuraque se dice que contiene incluso más que materia oscura. Su existencia se infirió como una hipótesis basada en el comportamiento del universo como un todo. "Verlo" es probable que sea aún más difícil que la materia oscura, aunque solo sea porque nuestra experiencia común nos enseña que la energía, por su propia naturaleza, sigue siendo algo menos accesible para los sentidos (y los instrumentos de observación) que la materia.

Según los supuestos modernos, ambos oscuros deberían representar el 96% de su contenido.

Entonces, de hecho, incluso el universo mismo es en gran parte invisible para nosotros, sin mencionar que cuando se trata de sus límites, solo conocemos aquellos que están determinados por la observación humana, y no aquellos que serían sus verdaderos extremos, si es que existen. en absoluto.

Algo nos está arrastrando junto con toda la galaxia.

La invisibilidad de algunas cosas en el espacio puede ser angustiosa, como el hecho de que 100 galaxias vecinas se mueven continuamente hacia un punto misterioso en el universo conocido como Gran atractor. Esta región está a unos 220 millones de años luz de distancia y los científicos la llaman una anomalía gravitacional. Se cree que el Gran Atractor tiene una masa de billones de soles.

Comencemos con el hecho de que se está expandiendo. Esto viene ocurriendo desde el Big Bang, y la velocidad actual de este proceso se estima en 2,2 millones de kilómetros por hora. Esto significa que nuestra galaxia y su galaxia vecina Andrómeda también deben estar moviéndose a esa velocidad, ¿verdad? Realmente no.

En los años 70 creamos mapas detallados del espacio exterior. Fondo de microondas (CMB) Universo y notamos que un lado de la Vía Láctea es más cálido que el otro. La diferencia era de menos de una centésima de grado centígrado, pero bastó para que comprendiéramos que nos desplazábamos a una velocidad de 600 km por segundo hacia la constelación de Centauro.

Unos años más tarde, descubrimos que no solo nosotros, sino todos los que se encontraban a cien millones de años luz de nosotros, nos movíamos en la misma dirección. Solo hay una cosa que puede resistir la expansión en distancias tan grandes, y es la gravedad.

Andrómeda, por ejemplo, debe alejarse de nosotros, pero en 4 mil millones de años tendremos que... chocar con ella. Una masa suficiente puede resistir la expansión. En un principio, los científicos pensaron que esta velocidad se debía a nuestra ubicación en las afueras del llamado Supercúmulo Local.

¿Por qué nos cuesta tanto ver a este misterioso Gran Atractor? Desafortunadamente, esta es nuestra propia galaxia, lo que bloquea nuestra vista. A través del cinturón de la Vía Láctea, no podemos ver alrededor del 20% del universo. Da la casualidad de que va exactamente donde está el Gran Atractor. En teoría, es posible penetrar este velo con observaciones de rayos X e infrarrojos, pero esto no da una imagen clara.

A pesar de estas dificultades, se encontró que en una región del Gran Atractor, a una distancia de 150 millones de años luz, hay una galaxia Clúster Norma. Detrás hay un supercúmulo aún más masivo, a 650 millones de años luz de distancia, que contiene una masa de 10. galaxia, uno de los objetos más grandes del universo que conocemos.

Entonces, los científicos sugieren que el Gran Atractor centro de gravedad muchos supercúmulos de galaxias, incluido el nuestro, alrededor de 100 objetos en total, como la Vía Láctea. También hay teorías de que es una gran colección de energía oscura o un área de alta densidad con una gran atracción gravitacional.

Algunos investigadores creen que esto es solo un anticipo del final... final del universo. La Gran Depresión significará que el universo se espesará en unos pocos billones de años, cuando la expansión se ralentice y comience a revertirse. Con el tiempo, esto daría lugar a un supermasivo que se comería todo, incluso a sí mismo.

Sin embargo, como señalan los científicos, la expansión del Universo eventualmente derrotará el poder del Gran Atractor. Nuestra velocidad hacia él es sólo una quinta parte de la velocidad a la que todo se expande. La vasta estructura local de Laniakea (2) de la que formamos parte algún día tendrá que disiparse, al igual que muchas otras entidades cósmicas.

La quinta fuerza de la naturaleza.

Algo que no podemos ver, pero que se ha sospechado seriamente últimamente, es el llamado quinto impacto.

El descubrimiento de lo que se informa en los medios implica especulaciones sobre una hipotética nueva partícula con un nombre intrigante. X17puede ayudar a explicar el misterio de la materia oscura y la energía oscura.

Se conocen cuatro interacciones: gravedad, electromagnetismo, interacciones atómicas fuertes y débiles. Los efectos de las cuatro fuerzas conocidas sobre la materia, desde el microrreino de los átomos hasta la escala colosal de las galaxias, están bien documentados y, en la mayoría de los casos, son comprensibles. Sin embargo, cuando considera que aproximadamente el 96 % de la masa de nuestro universo está compuesta por cosas oscuras e inexplicables llamadas materia oscura y energía oscura, no sorprende que los científicos hayan sospechado durante mucho tiempo que estas cuatro interacciones no representan todo en el cosmos. . continúa.

Un intento de describir una nueva fuerza, cuyo autor es un equipo dirigido por Atila Krasnagorskaya (3), la física del Instituto de Investigación Nuclear (ATOMKI) de la Academia de Ciencias de Hungría, de la que nos enteramos el otoño pasado, no fue el primer indicio de la existencia de interacciones misteriosas.

Los mismos científicos escribieron por primera vez sobre la "quinta fuerza" en 2016, después de realizar un experimento para convertir protones en isótopos, que son variantes de elementos químicos. Los investigadores observaron cómo los protones convertían un isótopo conocido como litio-7 en un tipo de átomo inestable llamado berilio-8.

3. Prof. Atila Krasnohorkai (derecha)

Cuando el berilio-8 decayó, se formaron pares de electrones y positrones, que se repelieron entre sí, lo que provocó que las partículas salieran volando en ángulo. El equipo esperaba ver una correlación entre la energía de la luz emitida durante el proceso de descomposición y los ángulos en los que las partículas se separan. En cambio, los electrones y los positrones se desviaron 140 grados casi siete veces más de lo que predijeron sus modelos, un resultado inesperado.

“Todo nuestro conocimiento sobre el mundo visible se puede describir usando el llamado Modelo Estándar de física de partículas”, escribe Krasnagorkay. “Sin embargo, no proporciona ninguna partícula más pesada que un electrón y más ligera que un muón, que es 207 veces más pesada que un electrón. Si encontramos una nueva partícula en la ventana de masa anterior, esto indicaría alguna nueva interacción no incluida en el modelo estándar”.

El misterioso objeto se llama X17 debido a su masa estimada de 17 megaelectronvoltios (MeV), unas 34 veces la de un electrón. Los investigadores observaron la descomposición del tritio en helio-4 y una vez más observaron una extraña descarga diagonal, que indicaba una partícula con una masa de unos 17 MeV.

"El fotón media la fuerza electromagnética, el gluón media la fuerza fuerte y los bosones W y Z median la fuerza débil", explicó Krasnahorkai.

"Nuestra partícula X17 debería mediar en la interacción de la nueva quinta. El nuevo resultado reduce la probabilidad de que el primer experimento haya sido solo una coincidencia, o que los resultados hayan causado un error del sistema".

materia oscura bajo los pies

Desde el gran Universo, desde el vago reino de los acertijos y misterios de la gran física, volvamos a la Tierra. Aquí nos enfrentamos a un problema bastante sorprendente... con ver y representar con precisión todo lo que hay dentro (4).

Hace unos años escribimos en MT sobre el misterio del nucleo de la tierraque una paradoja está conectada con su creación y no se sabe exactamente cuál es su naturaleza y estructura. Tenemos métodos como la prueba con ondas sísmicas, también logró desarrollar un modelo de la estructura interna de la Tierra, para lo cual existe acuerdo científico.

sin embargo en comparación con las estrellas y las galaxias distantes, como nuestra comprensión de lo que está por debajo de nuestros pies, débil. objetos espaciales, incluso muy lejos, sólo vemos. Lo que se puede decir de las capas del núcleo del manto, o incluso capas más profundas de la corteza terrestre..

Sólo la investigación más directa está disponible. Los valles de montaña exponen rocas de varios kilómetros de profundidad. Los pozos de exploración más profundos se extienden a una profundidad de poco más de 12 km.

Información sobre rocas y minerales que se acumulan más profundas es proporcionada por xenolitos, es decir, fragmentos de rocas arrancadas y se llevaron de las entrañas de la Tierra como resultado de procesos volcánicos. En su base, petrólogos pueden determinar la composición de los minerales a una profundidad de varios cientos de kilómetros.

El radio de la Tierra es 6371 kilometros, que no es un camino fácil para todos nuestros "infiltrados". Debido a la enorme presión y temperatura que alcanza los 5 grados centígrados, es difícil esperar que el interior más profundo sea accesible para la observación directa en un futuro previsible.

Entonces, ¿cómo sabemos lo que sabemos sobre la estructura del interior de la Tierra? Dicha información es proporcionada por ondas sísmicas generadas por terremotos, es decir, ondas elásticas que se propagan en un medio elástico.

Obtuvieron su nombre del hecho de que son generados por golpes. Dos tipos de ondas elásticas (sísmicas) pueden propagarse en un medio elástico (montañoso): más rápidas - longitudinales y más lentas - transversales. Las primeras son oscilaciones del medio que ocurren a lo largo de la dirección de propagación de la onda, mientras que las oscilaciones transversales del medio ocurren perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda.

Las ondas longitudinales se registran primero (lat. primae), y las ondas transversales se registran en segundo lugar (lat. secundae), de ahí su marcado tradicional en sismología: ondas longitudinales p y transversales s. Las ondas P son aproximadamente 1,73 veces más rápidas que las s.

La información proporcionada por las ondas sísmicas permite construir un modelo del interior de la Tierra basado en propiedades elásticas. Podemos definir otras propiedades físicas basadas en campo gravitacional (densidad, presión), observación corrientes magnetotelúricas generada en el manto terrestre (distribución de la conductividad eléctrica) o descomposición del flujo de calor de la Tierra.

La composición petrológica se puede determinar por comparación con estudios de laboratorio de las propiedades de minerales y rocas en condiciones de altas presiones y temperaturas.

La tierra irradia calor, y no se sabe de dónde viene. Recientemente, ha surgido una nueva teoría relacionada con las partículas elementales más escurridizas. Se cree que la naturaleza puede proporcionar pistas importantes sobre el misterio del calor irradiado desde el interior de nuestro planeta. neutrino - partículas de masa extremadamente pequeña - emitidas por procesos radiactivos que ocurren en las entrañas de la Tierra.

Las principales fuentes conocidas de radiactividad son el torio y el potasio inestables, como sabemos por muestras de rocas hasta 200 km por debajo de la superficie terrestre. Lo que yace más profundo ya es desconocido.

Lo sabemos geoneutrino los emitidos durante la desintegración del uranio tienen más energía que los emitidos durante la desintegración del potasio. Así, midiendo la energía de los geoneutrinos podemos saber de qué material radiactivo proceden.

Desafortunadamente, los geoneutrinos son muy difíciles de detectar. Por lo tanto, su primera observación en 2003 requirió un enorme detector subterráneo lleno de aprox. toneladas de líquido. Estos detectores miden neutrinos al detectar colisiones con átomos en un líquido.

Desde entonces, los geoneutrinos solo se han observado en un experimento con esta tecnología (5). Ambas mediciones muestran que Aproximadamente la mitad del calor de la Tierra procedente de la radiactividad (20 teravatios) puede explicarse por la descomposición del uranio y el torio. La fuente del 50% restante... aún no se sabe qué.

5. Mapa modelo de la intensidad de las emisiones de geoneutrinos en la Tierra - pronósticos

En julio de 2017 se inició la construcción del edificio, también conocido como DUNEprogramada para completarse alrededor de 2024. La instalación se ubicará casi 1,5 km bajo tierra en el antiguo Homestack, Dakota del Sur.

Los científicos planean usar DUNE para responder las preguntas más importantes de la física moderna mediante el estudio cuidadoso de los neutrinos, una de las partículas fundamentales menos comprendidas.

En agosto de 2017, un equipo internacional de científicos publicó un artículo en la revista Physical Review D proponiendo un uso bastante innovador de DUNE como escáner para estudiar el interior de la Tierra. A las ondas sísmicas y los sondeos se sumaría un nuevo método de estudio del interior del planeta que, quizás, nos mostraría una imagen completamente nueva del mismo. Sin embargo, esto es solo una idea por ahora.

De la materia oscura cósmica llegamos al interior de nuestro planeta, no menos oscuro para nosotros. y la impenetrabilidad de estas cosas es desconcertante, pero no tanto como la ansiedad de que no veamos todos los objetos que están relativamente cerca de la Tierra, especialmente los que están en la trayectoria de colisión con ella.

Sin embargo, este es un tema ligeramente diferente, que recientemente discutimos en detalle en "MT". Nuestro deseo de desarrollar métodos de observación está plenamente justificado en todos los contextos.