Η χρονιά στη Φυσική

Ένα από τα πρώτα άρθρα Quanta Magazine που δημοσιεύτηκε το 2021 περιέγραψε μια κοσμική έκπληξη:Μια μακροχρόνια αινιγματική μουτζούρα φωτός ακτίνων Χ δεν ήταν, όπως πίστευαν οι περισσότεροι, ένα κοντινό σύννεφο αερίου, το απομεινάρι κάποιας αστρικής έκρηξης πριν από πολύ καιρό. Αντίθετα, ήταν η άκρη μιας πραγματικά τεράστιας δομής, μιας φυσαλίδας που υψωνόταν πάνω από τον Γαλαξία μας. Η αποκάλυψη ήταν το προϊόν ενός μοναδικού διαστημικού τηλεσκοπίου που δεν σχεδιάστηκε ποτέ για να βρίσκει πύργους ακτίνων Χ μεγέθους γαλαξιών — άλλωστε κανείς δεν γνώριζε ότι υπήρχαν. Αλλά συνεχίζει με την παράδοση, από τότε που τα τέσσερα φεγγάρια του Jovian πραγματοποιήθηκαν στο προσοφθάλμιο του Γαλιλαίου, κοιτάζοντας πιο κοντά, με καλύτερα όργανα και βλέποντας ασύλληπτα θεάματα.

Σε τρεις ημέρες, το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb έχει προγραμματιστεί να εκτοξευτεί στο διάστημα. Για να βρούμε μια αξιόλογη σύγκριση, ίσως χρειαστεί να επιστρέψουμε μέχρι το Galileo. Οι δυνατότητές του είναι τόσο διαφορετικές από οτιδήποτε άλλο προηγουμένως, οι δυνάμεις του τόσο πολύ ανώτερες, που έχει τη δυνατότητα να κάνει αυτό που έκανε κάποτε ο διαθλαστής πλάτους ίντσας του Galileo:να αλλάξει για πάντα τη σχέση της ανθρωπότητας με το ευρύτερο σύμπαν. Οι αστρονόμοι έχουν μια μακρά λίστα επιθυμιών για το τι θα μπορούσε να ερευνήσει ο Webb, όπως εξήγησε η συνάδελφός μου Natalie Wolchover στο «The Webb Space Telescope Will Rewrite Cosmic History. Αν λειτουργεί." Ο κατάλογος περιλαμβάνει τους πρώτους γαλαξίες στην αρχή του χρόνου και τους ουρανούς εξωπλανήτες που μοιάζουν με τη Γη. Αλλά όλοι υποψιάζονται ότι θα είναι οι ασύλληπτες αποκαλύψεις για τις οποίες θα γίνει γνωστός ο Γουέμπ.

Τα θεμελιώδη σωματίδια δεν κάνουν αυτό που αναμένεται

Λαμβάνοντας υπόψη αρκετό χρόνο και δεδομένα, οι περισσότερες ανωμαλίες αποδεικνύονται ελκυστικά στατιστικά αντικείμενα, ψευδής τροφή για τις ονειροπολήσεις των φυσικών. Σπάνιες είναι οι υπαινιγμοί για νέα φαινόμενα που αντέχουν σε δεκαετίες έρευνας. Αλλά αυτόν τον Απρίλιο, οι φυσικοί ανακοίνωσαν τα πρώτα αποτελέσματα ενός πειράματος που σχεδιάστηκε ειδικά για να κυνηγήσει ακριβώς μια τέτοια ανωμαλία, που περιλαμβάνει τον εγγενή μαγνητισμό ενός σωματιδίου που ονομάζεται μιόνιο. Βρήκαν ότι η πειραματική τιμή διαφέρει από τις προβλέψεις του Καθιερωμένου Μοντέλου της σωματιδιακής φυσικής κατά μεγάλο περιθώριο, επιβεβαιώνοντας μια ανωμαλία που αναφέρθηκε για πρώτη φορά το 2001. Το αποτέλεσμα υποδηλώνει ότι μπορεί να υπάρχουν επιπλέον σωματίδια που πετούν γύρω από τα οποία δεν γνωρίζουμε ακόμη — ή, ακόμα καλύτερα, εντελώς νέοι φυσικοί νόμοι. Το αποτέλεσμα συνδυάζεται με παράξενες συμπεριφορές νετρίνων δεκαετιών – αποτελέσματα που οδήγησαν τους φυσικούς να προτείνουν έναν εντελώς νέο «σκοτεινό τομέα» σωματιδίων και δυνάμεων που είναι σε μεγάλο βαθμό απρόσιτα σε εμάς.

Οι θερμοδυναμικοί νόμοι αποφεύγονται έξυπνα

Με την πρώτη ματιά, ένας κρύσταλλος χρόνου φαίνεται να παραβιάζει μια από τις πιο ιερές εντολές της φύσης:Τίποτα δεν έρχεται δωρεάν. Αυτό το αντικείμενο, που επινοήθηκε για πρώτη φορά (σε ελαφρώς διαφορετική μορφή) το 2012, θα γυρνούσε πέρα ​​δώθε μεταξύ δύο διακριτών καταστάσεων για πάντα, χωρίς να χάνεται ή να κερδίζεται ενέργεια. (Ένα λέιζερ ενεργοποιεί την αλλαγή, αλλά ο κρύσταλλος του χρόνου δεν απορροφά καμία καθαρή ενέργεια από το λέιζερ.) Αυτό το καλοκαίρι, οι ερευνητές ανακοίνωσαν ότι τελικά το δημιούργησαν χρησιμοποιώντας έναν από τους κβαντικούς υπολογιστές της Google. Με αυτόν τον τρόπο, σφυρηλάτησαν μια νέα φάση της ύλης - την πρώτη φάση εκτός ισορροπίας και το πρώτο αντικείμενο που σπάει αυθόρμητα τη συμμετρία της μετάφρασης του χρόνου. Αυτό είναι επιπλέον του ότι φαίνεται να παραβιάζει έναν από τους πιο αγαπητούς νόμους της φύσης. «Η συνέπεια είναι εκπληκτική», είπε ο Roderich Moessner, ένας από τους συγγραφείς της εφημερίδας. «Αποφεύγεις τον δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής». Ο δαίμονας του Μάξγουελ θα ήταν περήφανος.

Εντοπίστηκαν γαλαξιακές μεγαδομές

Ένα πρόβλημα με τη μελέτη του γαλαξία του Milky Way είναι ότι έχουμε κολλήσει μέσα του. Αυτό καθιστά δύσκολο να ξεχωρίσουμε εάν μια κηλίδα στον νυχτερινό ουρανό είναι μια πραγματικά τεράστια δομή σε μέγεθος γαλαξία ή μια μουντζούρα μεγέθους αστεριού που παρατηρείται σχετικά από κοντά. Για δεκαετίες, οι αστρονόμοι υπέθεταν ότι ακριβώς ένα τέτοιο επίχρισμα προερχόταν από ένα κοντινό αντικείμενο - ίσως το υπόλειμμα ενός παλιού σουπερνόβα. Όμως, μια πρόσφατη ανάλυση δεδομένων ακτίνων Χ βρήκε ένα αντίστοιχο επίχρισμα στην άλλη πλευρά του Γαλαξία μας, που βοηθά στον εντοπισμό ενός ζεύγους φυσαλίδων μεγέθους γαλαξία ύψους 45.000 ετών φωτός. Οι αστρονόμοι υποψιάζονται ότι οι φυσαλίδες μπορεί να είναι απόδειξη μιας έκρηξης πριν από εκατομμύρια χρόνια - τα υπολείμματα ενός μισοφαγωμένου νέφους αερίου που τολμούσε πολύ κοντά στην υπερμεγέθη μαύρη τρύπα του Γαλαξία.

Οι προσπάθειες κβαντικών υπολογιστών αντιμετωπίζουν διαμάχες

Ο κβαντικός υπολογισμός είναι εξαιρετικά δύσκολος, καθώς τα μεμονωμένα κβαντικά bit (ή qubits) που συνθέτουν έναν κβαντικό επεξεργαστή είναι εξαιρετικά εύθραυστα. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο πολλοί έχουν ενθουσιαστεί με μια πιθανή προσέγγιση στον κβαντικό υπολογισμό που χρησιμοποιεί εύρωστα «τοπολογικά» qubits - κβαντικά bit των οποίων οι πληροφορίες είναι αδυσώπητα πλεγμένες στη φυσική τους δομή. Τα τελευταία χρόνια, διάφορες ομάδες ερευνητών έχουν δημοσιεύσει εργασίες που ισχυρίζονται ότι δημιούργησαν αυτά τα qubits στο εργαστήριο. Τώρα όμως η διαμάχη έχει κατακλύσει το γήπεδο. Άλλα φαινόμενα μπορούν να μεταμφιεστούν πειστικά ως ένα από αυτά τα τοπολογικά qubits και οι ανεξάρτητοι ερευνητές δεν είναι πεπεισμένοι για τίποτα που έχουν δει. Ακολούθησαν ανακλήσεις. Ο τομέας του τοπολογικού κβαντικού υπολογισμού εξακολουθεί να υπόσχεται, αλλά το έργο έχει αποδειχθεί ακόμη πιο δύσκολο από ό,τι φαντάζονταν οι ερευνητές.

Οι μακρύ κρυμμένες μαύρες τρύπες αποκαλύπτουν κοσμικές ιδιορρυθμίες

Μια νέα και ακόμη πιο λεπτομερής εικόνα της μαύρης τρύπας στο κέντρο του γαλαξία M87 έβαλε τέλος σε ένα ερώτημα δεκαετιών:Πώς οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, αυτές οι ανωμαλίες αγκύρωσης των γαλαξιών, εκτοξεύουν πίδακες ύλης και ενέργειας χιλιάδες έτη φωτός στο διάστημα? Οι εικόνες του M87 αποκάλυψαν ένα ισχυρό σπειροειδές μαγνητικό πεδίο γύρω από τη μαύρη τρύπα - ένα βασικό συστατικό σε ένα 44χρονο μοντέλο σχηματισμού πίδακα που ονομάζεται διαδικασία Blandford-Znajek. Οι ερευνητές φέτος έκαναν επίσης μια από τις πρώτες πειστικές ανακαλύψεις μιας μεσαίου μεγέθους μαύρης τρύπας, μια μικρότερη από υπερμεγέθεις άγκυρες αλλά μεγαλύτερη από ένα κέλυφος μεγέθους αστεριού. Εξοπλισμένοι με μια νέα στρατηγική αναζήτησης, οι ερευνητές ελπίζουν ότι η ανακάλυψη των 55.000 ηλιακών μαζών θα είναι η πρώτη από τις πολλές.

Το μέλλον της αστρονομίας αρχίζει να ξετυλίγεται

Τρεις δεκαετίες και 10 δισεκατομμύρια δολάρια στα σκαριά, το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb έχει προγραμματιστεί να εκτοξευτεί την ημέρα των Χριστουγέννων. Για τον επόμενο μήνα περίπου, το τηλεσκόπιο θα εκτελέσει μια περίπλοκη και επικίνδυνη διαδικασία ξετύλιξης καθώς κατευθύνεται προς τον μακρινό προορισμό του - έναν πολύ πιο πέρα ​​από το φεγγάρι και πέρα ​​από κάθε ελπίδα ανθρώπινης επισκευής. Αλλά αν επιτύχει - τα δάχτυλα κάθε αστροφυσικού είναι σταυρωμένα - θα αποκαλύψει κοσμικά μυστικά 13 δισεκατομμύρια χρόνια στη δημιουργία.