Saker som för närvarande är osynliga

De saker som vetenskapen vet och ser är bara en liten del av det som förmodligen finns. Naturligtvis ska vetenskap och teknik inte ta "vision" bokstavligt. Även om våra ögon inte kan se dem, har vetenskapen länge kunnat "se" saker som luft och syre den innehåller, radiovågor, ultraviolett ljus, infraröd strålning och atomer.

Vi ser också på ett sätt antimaterianär det våldsamt interagerar med vanlig materia, och det är i allmänhet ett svårare problem, för även om vi såg detta i effekterna av interaktion, i en mer holistisk mening, som vibrationer, var det svårfångat för oss fram till 2015.

Men vi "ser" fortfarande på sätt och vis inte gravitationen, eftersom vi ännu inte har upptäckt en enda bärare av denna interaktion (dvs t.ex. en hypotetisk partikel som kallas graviton). Det är värt att nämna här att det finns en viss analogi mellan gravitationens historia och .

Vi ser den senares verkan, men vi observerar den inte direkt, vi vet inte vad den består av. Det finns dock en grundläggande skillnad mellan dessa "osynliga" fenomen. Ingen har någonsin ifrågasatt gravitationen. Men med mörk materia (1) är det annorlunda.

Hur g mörk energisom sägs innehålla ännu mer än mörk materia. Dess existens antogs som en hypotes baserad på universums beteende som helhet. Att "se" det kommer sannolikt att vara ännu svårare än mörk materia, om så bara för att vår gemensamma erfarenhet lär oss att energi, till sin natur, förblir något mindre tillgängligt för sinnena (och observationsinstrument) än materia.

Enligt moderna antaganden bör båda mörka utgöra 96% av innehållet.

Så faktiskt, till och med universum självt är i stort sett osynligt för oss, för att inte tala om att när det kommer till dess gränser så känner vi bara till de som bestäms av mänsklig observation, och inte de som skulle vara dess verkliga ytterligheter - om de existerar alls.

Något drar oss med hela galaxen

Osynligheten för vissa saker i rymden kan vara upprörande, som det faktum att 100 närliggande galaxer ständigt rör sig mot en mystisk punkt i universum känd som Stor attraktion. Denna region ligger cirka 220 miljoner ljusår bort och forskare kallar det en gravitationsanomali. Man tror att den stora attraktionen har en massa av kvadriljoner solar.

Låt oss börja med att det expanderar. Detta har hänt sedan Big Bang, och den nuvarande hastigheten för denna process uppskattas till 2,2 miljoner kilometer i timmen. Det betyder att vår galax och dess närliggande Andromeda-galax också måste röra sig med den hastigheten, eller hur? Inte riktigt.

På 70-talet skapade vi detaljerade kartor över yttre rymden. Mikrovågsbakgrund (CMB) Universum och vi märkte att ena sidan av Vintergatan är varmare än den andra. Skillnaden var mindre än en hundradels grad Celsius, men det räckte för att vi skulle förstå att vi rörde oss med en hastighet av 600 km per sekund mot stjärnbilden Centaurus.

Några år senare upptäckte vi att inte bara vi, utan alla inom hundra miljoner ljusår från oss rörde sig i samma riktning. Det finns bara en sak som kan motstå expansion över så stora avstånd, och det är gravitationen.

Andromeda måste till exempel flytta ifrån oss, men om 4 miljarder år måste vi ... kollidera med henne. Tillräcklig massa kan motstå expansion. Först trodde forskare att denna hastighet berodde på vår plats i utkanten av det så kallade lokala superklustret.

Varför är det så svårt för oss att se denna mystiska Great Attractor? Tyvärr är detta vår egen galax, vilket blockerar vår sikt. Genom Vintergatans bälte kan vi inte se cirka 20 % av universum. Det råkar vara så att han går precis där den stora attraktionen är. Det är teoretiskt möjligt att penetrera denna slöja med röntgen- och infraröda observationer, men detta ger ingen tydlig bild.

Trots dessa svårigheter fann man att det i en region av Great Attractor, på ett avstånd av 150 miljoner ljusår, finns en galaktisk Kluster Norma. Bakom den finns en ännu mer massiv superkluster, 650 miljoner ljusår bort, som innehåller en massa på 10 XNUMX. galax, ett av de största objekten i universum vi känner till.

Så, forskare föreslår att den stora attraktionen gravitationscentrum många superkluster av galaxer, inklusive våra - cirka 100 objekt totalt, som Vintergatan. Det finns också teorier om att det är en enorm samling mörk energi eller ett område med hög densitet med en enorm gravitationskraft.

Vissa forskare tror att detta bara är en försmak av universums slutliga ... slutet. Den stora depressionen kommer att innebära att universum kommer att tjockna om några biljoner år, när expansionen saktar ner och börjar vända. Med tiden skulle detta leda till en supermassiv som skulle äta upp allt, inklusive sig själv.

Men som forskare noterar kommer universums expansion så småningom att besegra kraften hos den stora attraktionen. Vår hastighet mot det är bara en femtedel av hastigheten med vilken allt expanderar. Den stora lokala strukturen i Laniakea (2) som vi är en del av kommer en dag att behöva försvinna, liksom många andra kosmiska varelser.

Naturens femte kraft

Något som vi inte kan se, men som har misstänkts allvarligt på senare tid, är den så kallade femte nedslaget.

Upptäckten av vad som rapporteras i media innebär spekulationer om en hypotetisk ny partikel med ett spännande namn. X17kan hjälpa till att förklara mysteriet med mörk materia och mörk energi.

Fyra interaktioner är kända: gravitation, elektromagnetism, starka och svaga atomära interaktioner. De fyra kända krafternas inverkan på materien, från atomernas mikrorike till galaxernas kolossala skala, är väldokumenterad och i de flesta fall förståelig. Men när man betänker att ungefär 96 % av vårt universums massa består av obskyra, oförklarliga saker som kallas mörk materia och mörk energi, är det ingen överraskning att forskare länge har misstänkt att dessa fyra krafter inte representerar allt i kosmos . fortsätter.

Ett försök att beskriva en ny kraft, vars författare är ett team som leds av Attila Krasnagorskaya (3), fysiken vid Institutet för kärnforskning (ATOMKI) vid Ungerska vetenskapsakademin som vi hörde talas om i höstas var inte den första indikationen på att mystiska krafter existerar.

Samma forskare skrev först om den "femte kraften" 2016, efter att ha genomfört ett experiment för att förvandla protoner till isotoper, som är varianter av kemiska element. Forskarna såg hur protoner förvandlade en isotop känd som litium-7 till en instabil typ av atom som kallas beryllium-8.

3. Prof. Attila Krasnahorkay (höger)

När beryllium-8 sönderföll bildades par av elektroner och positroner som stötte bort varandra och fick partiklarna att flyga ut i en vinkel. Teamet förväntade sig att se en korrelation mellan ljusenergin som avges under sönderfallsprocessen och vinklarna där partiklarna flyger isär. Istället avböjdes elektroner och positroner 140 grader nästan sju gånger oftare än vad deras modeller förutspådde, ett oväntat resultat.

"All vår kunskap om den synliga världen kan beskrivas med hjälp av den så kallade standardmodellen för partikelfysik", skriver Krasnagorkay. "Men det ger inte för några partiklar tyngre än en elektron och lättare än en myon, som är 207 gånger tyngre än en elektron. Om vi ​​hittar en ny partikel i massfönstret ovan skulle detta indikera någon ny interaktion som inte ingår i standardmodellen."

Det mystiska föremålet heter X17 på grund av dess uppskattade massa på 17 megaelektronvolt (MeV), ungefär 34 gånger större än en elektron. Forskarna såg sönderfallet av tritium till helium-4 och observerade återigen en konstig diagonal urladdning, vilket tyder på en partikel med en massa på cirka 17 MeV.

"Fotonen förmedlar den elektromagnetiska kraften, gluonen förmedlar den starka kraften, och W- och Z-bosonerna förmedlar den svaga kraften," förklarade Krasnahorkai.

”Vår partikel X17 måste förmedla en ny interaktion, den femte. Det nya resultatet minskar sannolikheten för att det första experimentet bara var en slump, eller att resultaten orsakade ett systemfel."

Mörk materia under fötterna

Från det stora universum, från det vaga riket av gåtor och mysterier i stor fysik, låt oss återvända till jorden. Vi står inför ett ganska överraskande problem här... med att se och korrekt avbilda allt som finns inuti (4).

För några år sedan skrev vi i MT om mysteriet med jordens kärnaatt en paradox är kopplad till dess skapelse och man vet inte exakt vad dess natur och struktur är. Vi har metoder som att testa med seismiska vågor, lyckades också utveckla en modell av jordens inre struktur, för vilken det finns en vetenskaplig överenskommelse.

emellertid jämfört med avlägsna stjärnor och galaxer, till exempel, är vår förståelse för vad som ligger under våra fötter svag. Rymdobjekt, även mycket avlägsna sådana, ser vi helt enkelt. Detsamma kan inte sägas om kärnan, mantelskikten eller ens de djupare skikten av jordskorpan..

Endast den mest direkta forskningen är tillgänglig. Bergsdalar exponerar stenar på upp till flera kilometers djup. De djupaste prospekteringsbrunnarna sträcker sig till ett djup av drygt 12 km.

Information om bergarter och mineraler som bygger djupare tillhandahålls av xenoliter, d.v.s. fragment av stenar som rivs ut och förs bort från jordens tarmar som ett resultat av vulkaniska processer. På grundval av dem kan petrologer bestämma sammansättningen av mineraler till ett djup av flera hundra kilometer.

Jordens radie är 6371 km, vilket inte är en lätt väg för alla våra "infiltratörer". På grund av det enorma trycket och temperaturen som når cirka 5 grader Celsius är det svårt att förvänta sig att det djupaste inre kommer att bli tillgängligt för direkt observation inom en överskådlig framtid.

Så hur vet vi vad vi vet om strukturen i jordens inre? Sådan information tillhandahålls av seismiska vågor som genereras av jordbävningar, d.v.s. elastiska vågor som utbreder sig i ett elastiskt medium.

De har fått sitt namn från det faktum att de genereras av slag. Två typer av elastiska (seismiska) vågor kan fortplanta sig i ett elastiskt (bergigt) medium: snabbare - längsgående och långsammare - tvärgående. De förra är oscillationer av mediet som uppträder längs vågens utbredningsriktning, medan de i tvärgående oscillationer av mediet uppträder vinkelrätt mot vågutbredningsriktningen.

Longitudinella vågor registreras först (lat. primae), och tvärgående vågor registreras som andra (lat. secundae), därav deras traditionella markering inom seismologi - longitudinella vågor p och tvärgående s. P-vågor är cirka 1,73 gånger snabbare än s.

Informationen från seismiska vågor gör det möjligt att bygga en modell av jordens inre baserad på elastiska egenskaper. Vi kan definiera andra fysiska egenskaper utifrån gravitations fält (densitet, tryck), observation magnetotelluriska strömmar genereras i jordens mantel (fördelning av elektrisk ledningsförmåga) eller nedbrytning av jordens värmeflöde.

Den petrologiska sammansättningen kan bestämmas på basis av jämförelse med laboratoriestudier av egenskaperna hos mineraler och bergarter under förhållanden med höga tryck och temperaturer.

Jorden utstrålar värme, och det är inte känt varifrån den kommer. Nyligen har en ny teori dykt upp relaterad till de mest svårfångade elementarpartiklarna. Man tror att viktiga ledtrådar till mysteriet med värmen som utstrålas från vår planet kan tillhandahållas av naturen. neutrino - partiklar med extremt liten massa - som släpps ut av radioaktiva processer som sker i jordens tarmar.

De främsta kända källorna till radioaktivitet är instabilt torium och kalium, som vi vet från bergprover upp till 200 km under jordens yta. Vad som ligger djupare är redan okänt.

Vi vet det geoneutrino de som släpps ut under sönderfallet av uran har mer energi än de som släpps ut under sönderfallet av kalium. Genom att mäta energin hos geoneutriner kan vi alltså ta reda på vilket radioaktivt material de kommer ifrån.

Tyvärr är geoneutriner mycket svåra att upptäcka. Därför krävde deras första observation 2003 en enorm underjordisk detektor fylld med ca. ton vätska. Dessa detektorer mäter neutriner genom att detektera kollisioner med atomer i en vätska.

Sedan dess har geoneutriner bara observerats i ett experiment med denna teknik (5). Det visar båda mätningarna Ungefär hälften av jordens värme från radioaktivitet (20 terawatt) kan förklaras av sönderfallet av uran och torium. Källan till de återstående 50%... det är ännu inte känt vad.

5. Modellkarta över intensiteten av geoneutrino-utsläpp på jorden - prognoser

I juli 2017 påbörjades bygget av byggnaden, även känd som DYNberäknas vara färdigt omkring 2024. Anläggningen kommer att ligga nästan 1,5 km under jord i det tidigare Homestack, South Dakota.

Forskare planerar att använda DUNE för att svara på de viktigaste frågorna i modern fysik genom att noggrant studera neutriner, en av de minst förstådda fundamentala partiklarna.

I augusti 2017 publicerade ett internationellt team av forskare en artikel i tidskriften Physical Review D som föreslog en ganska innovativ användning av DUNE som skanner för att studera jordens inre. Till seismiska vågor och borrhål skulle en ny metod för att studera planetens inre läggas, som kanske skulle visa oss en helt ny bild av den. Detta är dock bara en idé för tillfället.

Från kosmisk mörk materia kom vi till insidan av vår planet, inte mindre mörkt för oss. och ogenomträngligheten av dessa saker är oroande, men inte lika mycket som ångesten över att vi inte ser alla objekt som är relativt nära jorden, särskilt de som är i vägen för kollision med den.

Detta är dock ett lite annorlunda ämne, som vi nyligen diskuterade i detalj i MT. Vår önskan att utveckla observationsmetoder är fullt berättigad i alla sammanhang.