La primera demostración de fusión nuclear; la imagen más profunda del universo jamás capturada; desvíos intencionales de asteroides y el descubrimiento de que nuestro mejor modelo de realidad podría, de hecho, romperse. Ya sea jugando con el extraño mundo de lo microscópico o mirando hacia los confines infinitos del espacio, 2022 ha sido un año absolutamente repleto de física innovadora. Aquí hay 8 veces que la física nos dejó boquiabiertos en 2022.
1. La fusión nuclear alcanza la ignición
En diciembre, los científicos de la Instalación Nacional de Ignición (NIF) financiada por el gobierno de EE. UU. en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en California utilizaron el láser más poderoso del mundo para lograr algo con lo que los físicos han estado soñando durante casi un siglo: la ignición de una bolita de combustible por fusión nuclear.
La demostración marca la primera vez que la energía que sale del plasma en el núcleo ardiente del reactor nuclear superó la energía emitida por el láser, y ha sido un llamado a los científicos de la fusión para que el objetivo distante de energía limpia y casi ilimitada es, de hecho, alcanzable.
Sin embargo, los científicos han advertido que la energía del plasma solo supera la de los láseres, y no la del reactor en su conjunto. Además, el método de confinamiento por láser utilizado por el reactor NIF, construido para probar explosiones termonucleares para el desarrollo de bombas, será difícil de ampliar. Es posible que todavía estemos a décadas de distancia de los reactores de fusión comercializados, y es posible que no estén aquí a tiempo para ofrecer una solución deus ex machina a la crisis climática, pero eso no significa que las noticias no hayan hecho que el futuro brille un poco más. .
2. La NASA choca deliberadamente contra un asteroide para desviarlo
En septiembre, los científicos de la NASA dieron en el blanco astronómico al dirigir intencionalmente la nave espacial Double Asteroid Redirection Test (DART) de 1,210 libras (550 kilogramos) y un costo de 314 millones de dólares hacia el asteroide Dimorphos, a solo 56 pies (17 metros) de su centro exacto. . La prueba fue diseñada para ver si una pequeña nave espacial propulsada a lo largo de una trayectoria planificada podría, con suficiente anticipación, redirigir un asteroide de un impacto potencialmente catastrófico con la Tierra.
Y fue un éxito rotundo. El objetivo original de la sonda era cambiar la órbita de Dimorphos alrededor de su compañero más grande, el asteroide Didymos de 390 m de ancho, en al menos 73 segundos, pero la nave espacial en realidad cambió la órbita de Dimorphos en 32 minutos. La NASA elogió la colisión como un momento decisivo para la defensa planetaria, marcando la primera vez que los humanos han demostrado ser capaces de evitar un armageddon extraterrestre, y sin la ayuda de Bruce Willis.
Puede que no sea la única vez que se realiza una prueba como esta: China dice que en 2026, lanzará 23 de sus cohetes Long March 5 de 992 toneladas (900 toneladas métricas) contra el asteroide Bennu en otro intento de redirigir una roca espacial. . Y esta vez, Bennu podría ser una amenaza para la Tierra, ya que se estima que tiene una probabilidad de 1 en 1750 de chocar contra nosotros en los próximos 300 años.
3. Un experimento de impulso warp para volver invisibles a los átomos podría agregar credibilidad a una famosa predicción de Stephen Hawking
Los físicos propusieron un nuevo experimento de mesa para acelerar un electrón a la velocidad de la luz, volverlo invisible y bañarlo en fotones de microondas, o paquetes de luz.
Su objetivo era descubrir el efecto Unruh, un fenómeno hipotético pero aún por verse que dice que una partícula que viaja a la velocidad de la luz debería dar suficiente energía al vacío circundante para crear una corriente de partículas virtuales, bañándolo en un resplandor cuántico etéreo. Como el efecto está estrechamente relacionado con el efecto Hawking, en el que partículas virtuales conocidas como radiación de Hawking aparecen espontáneamente en los bordes de los agujeros negros, y ambos efectos están vinculados a la elusiva teoría de la gravedad cuántica, los científicos han estado ansiosos por detectar uno durante mucho tiempo. como un indicio de la existencia del otro.
Pero vislumbrar el efecto necesita enormes aceleraciones, mucho más allá del poder de cualquier acelerador de partículas existente. Entonces, los físicos propusieron una solución ingeniosa con una técnica llamada transparencia inducida por aceleración para estimular el efecto. Al bañar el vacío que rodea a un electrón con un potente haz de microondas y, al mismo tiempo, hacer que el electrón sea invisible para que la luz no interfiera con él; por lo tanto, deberían poder provocar que el tenue brillo cobre existencia, encontró el estudio.
4. Los científicos envían información a través de la primera simulación de un agujero de gusano holográfico
En otro ejemplo de manipulación cuántica magistral, los físicos utilizaron la computadora cuántica Sycamore 2 de Google para simular el primer agujero de gusano holográfico y transportar información a través de él. La grieta «bebé» a través del espacio-tiempo no se creó con la gravedad, sino a través del entrelazamiento cuántico, que une dos o más partículas de tal manera que medir una afecta instantáneamente a las otras, y se hizo en parte para probar una teoría de que el universo es un holograma sobre cuyos efectos cuánticos de la superficie dimensional inferior y la gravedad se fusionan para convertirse en uno.
Cosas embriagadoras, pero el experimento en sí se realizó utilizando solo nueve bits cuánticos, o qubits, en el chip Sycamore 2. Al enredar dos qubits a cada lado del chip, los científicos pudieron transmitir información intacta de un lado al otro como si fueran dos agujeros negros conectados por un agujero de gusano. Los investigadores no están seguros de si podrían haber simulado los agujeros negros lo suficientemente cerca como para considerarlos variantes extrañas de lo real, y finalmente han denominado a sus grietas de computadora cuántica agujeros negros «emergentes». El éxito de su experimento ha creado un nuevo sistema que podría usarse para probar dónde se cruzan la mecánica cuántica y la gravedad, y averiguar si todos somos solo hologramas después de todo.
5. La foto más profunda y detallada del universo jamás capturada
La NASA finalmente puso en línea el Telescopio Espacial James Webb, revelando su primera imagen a todo color como la imagen más profunda y detallada del universo jamás capturada. Llamada «Primer campo profundo de Webb», la imagen parece estar tan lejos que la luz que captura proviene de cuando nuestro universo tenía solo unos cientos de millones de años, justo cuando las galaxias comenzaron a formarse y la luz de las primeras estrellas comenzó a parpadear.
La imagen contiene una colección abrumadoramente densa de galaxias, cuya luz, en su camino hacia nosotros, fue deformada por la atracción gravitacional de un cúmulo de galaxias en un proceso conocido como lente gravitacional; enfocando incluso la luz más tenue. Pero a pesar de la vertiginosa cantidad de galaxias a la vista, la imagen representa solo una pequeña porción de cielo: la mota de cielo bloqueada por un grano de arena sostenido en la punta de un dedo con el brazo extendido.
6. Una partícula primordial de los albores de los tiempos brota de una sopa de plasma
Hay más de una manera de mirar atrás en el tiempo. En enero, los físicos del Gran Colisionador de Hadrones, el colisionador de átomos más grande del mundo, recrearon el universo cien mil millonésimas de segundo después del Big Bang al romper iones de plomo para formar un plasma de quarks y gluones, un caldo turbulento de partículas elementales que contiene la bloques de construcción de la materia del universo. De esta sopa de plasma, en medio de trillones de otras partículas, surgió la partícula X.
Nombrada debido a su estructura desconocida, la partícula X se ha mantenido esquiva porque tiene una vida muy corta y se descompone casi instantáneamente en partículas más estables. Los físicos analizaron miles de millones de interacciones para encontrar esta estructura de descomposición única, extrayendo alrededor de 100 partículas del enorme conjunto de datos.
Ahora que los físicos han encontrado su firma, quieren descubrir su estructura. Los protones y los neutrones están formados por tres quarks estrechamente unidos, pero los investigadores creen que la partícula X se verá completamente diferente, conteniendo cuatro quarks unidos de una manera que aún no han descubierto. Tendrán que pedir más sopa de plasma.
7. Los astrónomos identifican una explosión termonuclear tan grande que tienen que darle una nueva categoría
El Big Bang no fue el único big bang bajo investigación este año. En 2011, los astrónomos vieron una estrella muerta en el borde de la Vía Láctea explotar de una manera tan extravagantemente violenta que, en este año, propusieron una categoría completamente nueva de explosión termonuclear para ello.
Apodada hiperexplosión, la detonación colosal probablemente resultó del núcleo de una estrella muerta, conocida como estrella de neutrones, que arrancó gotas de gas de una estrella compañera, solo para que el gas explotara en el impacto una vez que tocó la superficie de la estrella de neutrones. Estas explosiones hicieron que la superficie de la estrella estuviera tan caliente y presurizada que incluso elementos pesados como el oxígeno y el neón comenzaron a fusionarse en su núcleo, provocando una reacción en cadena descontrolada. ¿El resultado? La explosión más poderosa jamás detectada en una estrella de neutrones, que liberó más energía en tres minutos que el sol en 800 años.
Las condiciones para los hiper estallidos son increíblemente raras, por lo que los astrónomos dudan que vuelvan a vislumbrar uno en su vida, pero eso no les impedirá estudiar el sistema del que proviene en busca de más pistas sobre cómo se hizo tan grande la explosión.
8. Los físicos de partículas intentan romper la física nuevamente
Un año en física no estaría completo sin al menos un intento de romper nuestro mejor modelo actual de la realidad. Un destructor de átomos en Fermilab en Illinois midió la masa del bosón Wuna partícula fundamental y portadora de fuerza para la fuerza nuclear débil, por ser más pesada de lo predicho por el modelo estándar, la descripción reinante del zoológico de partículas subatómicas. La estimación, tan precisa que los físicos la compararon con encontrar el peso de un gorila de 800 libras (363 kg) con una precisión de 1,5 onzas (42,5 gramos), se analizará y los resultados se recrearán minuciosamente antes de la confirmación total. Pero si se mantiene, podría romper el modelo estándar para revelar una nueva física. Pase lo que pase, nos aseguraremos de observar las leyes básicas del universo en busca de cambios repentinos en 2023.
