Fúzní rekordy i atom uvnitř atomu: Pamatujete si rok 2018 ve fyzice a astronomii?

- Příroda autor: Ladislav Loukota

Tvrdá stránka vědy i v roce 2018 pokračovala v rozšiřování našeho povědomí o životu, vesmíru a vůbec. Ať už to byly pozorování elementárních částic, pozorování kosmických jevů anebo astronomická pozorování s pomocí elementárních částic, po letošku víme více o zemském jádře, roli vody ve vesmíru nebo třeba Higgsově bosonu. Většina výzkumů je čistě vědeckého rázu - existují však i příklady praktičtějšího využití vysoké fyziky. Připomeňme si, co vše věda odhalila v roce 2018. 

Blazar

Blazar,zdroj: Desy / Science Communication Lab

Fyzici do jednoho atomu nacpali další atomy

Nové formy exotické hmoty dnes vznikají téměř jako na běžícím pásu – jen pár týdnů po vytvoření "světelných molekul" ohlásil mezinárodní tým vědců vytvoření tzv. Rydbergova polaronu. Ten v zásadě tvoří atomy vměstnané dovnitř jiného "zvětšeného" atomu. Obecně veškeré pokusy s exotickými formami hmoty jsou prozatím vysoce experimentálního charakteru – jde momentálně o vědu činěnou čistě pro poznání. Fyzici při ní rozkrývají zákonitosti kvantového světa i mezní limity atomů jako takových. Rozšiřují se teorie a naše chápání toho, co vše mohou základní stavební kameny hmoty a energie dokázat.

Není však vyloučeno, že jednou v budoucnu mohou podobné experimenty najít řadu uplatnění v praktických aplikacích. Možná nepůjde zrovna o Rydbergovy polarony, ale už fotonové molekuly z minulého výzkumu by však mohly najít uplatnění v kvantových počítačích i mimo ně. Více v článku zde

Fyzici poprvé pozorovali rozpad Higgsova bosonu

Od objevu Higgsova bosonu, k velké nevůli částicových fyziků přezdívanému jako "Božská částice", letos uplynulo již šest let. Absence navazujících velkých objevů by mohla vyvolávat dojem, že částicová fyzika od té doby spí na vavřínech - ve skutečnosti však pokračuje v katalogizaci a ověřování vlastních výsledků. Nejnověji to je znát z ohlášení dlouho toužebně očekávaného pozorování rozpadu Higgsova bosonu na jiné fundamentální částice. V srpnu oznámené pozorování je proces, kterým Higgsův boson jiným částicím udílí hmotnost, a je proto významným milníkem.

V součtu tento úspěch demonstruje platnost současného modelu mikrosvěta, a nadále potvrzuje pozorování Higgsova bosonu z roku 2012. Nová data navíc pomohou při dalším hledání nových částicových interakcí. Jinými slovy, částicová fyzika kráčí správným směrem. Více v článku zde

Zemské jádro je pevné, ale elastické

Ačkoliv je zemské jádro ukryté pod našima nohama, jeho poznání se doposud vzpíralo známým možnostem vědy. S nadsázkou lze říct, že více toho víme o povrchu Pluta, než kolik je potvrzeno o fungování pozemského jádra. Důvod tohoto rozporu je prostý - Pluto můžeme pozorovat z prolétající sondy, zatímco dostat se do jádra je o poznání náročnější i rizikovější. Nová práce chorvatsko-australského geofyzika Hrvoje Tkalčiče však přišla s možností nepřímé detekce projevů jádra.

Výzkum tak učinil prostřednictvím doložení existence seizmických J vln, jejichž vznik byl teoreticky predikován právě ve vnitřním jádru. Kvůli relativní neaktivnosti vnitřní části jádra však J vlny měly být také velmi slabé - v šumu dalších seizmických vln bylo proto jejich detekování považováno za prakticky nemožné. Spíše než jejich přímé vyhledání uvnitř záznamů seizmografů proto Tkalčić identifikoval J vlny díky rozdílu ve dvou odlišných seizmografech.

Pomocí korelace smykových vln vznikajících při průchodu pevným objektem takto mohl detekovat rychlost cestování J vln vnitřkem planety. Ta dle dat činí 3,42 ± 0,02 kilometru za sekundu na hranici vnitřního jádra a 3,58 ± 0,02 km/s v centru planety. Z údajů tak vyplývá, že vnitřní jádro je skutečně pevné, ale také o něco měkčí, než jsme si dříve mysleli - má totiž jisté elastické vlastnosti podobné zlatu a platině. Více v článku zde

Kosmické částice k nám létají z galaxie vzdálené miliardy světelných let

Ani astrofyzika neusnula na vavřínech roku 2017, kdy sbírala ovace za detekci gravitačních vln. Poprvé se totiž letos podařilo detekovat neutrina přicházející až ze vzdáleného galaktického jádra. Objev značí lepšící se kapacity neutrinové astronomie, přesto jde však zřejmě o pouhý vrcholek ledovce toho, čím tento obor ještě může být.

Výzkumný tým objev učinil pomocí observatoře IceCube, jejíž detektory v dvoukilometrové hloubce pozorují Čerenkovovo záření vznikající průletem neutrin skrze Zemi poté, co se neutrino srazí s ledem. Detektor vlastně využívá celou planetu jako filtr nežádoucích částic jednoho směru. Důvodem dvoukilometrové hloubky je potom naopak odstínění parazitních částic, které by mohly přilétat ve směru od povrchu.

Když vědci 22. září 2017 zaměřili nový vektor průchodu částice ledem, informovali další tradičnější observatoře o pravděpodobných souřadnicích, odkud přiletěla. Ty pak v daném regionu následně detekovaly záření gama vycházející z výše zmíněného blazaru. Podobně jako gravitační vlny neutrino zafungovalo jako poplašný signál burcující pro přílet dalších typů záření. Jedná se tak o první skutečný důkaz, že blazary mohou být zdrojem vysokoenergetických neutrin. Více v článku zde

Debaty kolem objektu Oumuamua neustávají

I když mezihvězdný objekt Oumuamua sluneční soustavou proletěl už v roce 2017, ani letos neustrnuly debaty kolem jeho vlastností a původu. Ještě na jaře nová studie naznačovala, že Oumuamua by díky svému "vysušení" mohla přiletět od neznámé dvojhvězdy. V létě se se však ukázalo, že Oumuamua mírně zrychlila, a namísto "suchého" asteroidu tak přece jenom jde o kometu. Více v článku zde

Pak se však této ideje na podzim chytilo duo vědců, kteří přišli s alternativním vysvětlením - Oumuamua by totiž také mohla snad být i umělého původu! Došlo při tom však spíše na tradiční "ztracení v překladu" mezi spekulativní vědeckou publikací, která je ve svých závěrech daleko méně sebejistá, a potřebou jednoduchého novinářského sdělení. Co hůře, v takto fantaskním tvrzeních se ztrácí to skutečně podstatné o povaze Oumuamua. Proč tedy objekt spíše nebude mimozemskou sondou, jsme rozebrali také zde.

Obdobné průlety ve skutečnosti můžou být poměrně běžné - letos na jaře jsme ostatně detekovali také první asteroid, který sama o sobě (s pomocí gravitace) vypustila sluneční soustava vstříc hvězdám. Více o něm zde

Voda na Zemi pochází z asteroidů i plynu

Kde se na Zemi vzala voda? Na tuto otázku hledají vědci odpověď minimálně od okamžiku, kdy byla právě voda identifikována jako ten nejzásadnější komponent pro existenci života. Nový teoretický model při hledání zdrojů vody letos spojil dvě dosavadní teze do jedné, a vyřešil tak celou řadu problémů.

Vědci ve spojené tezi došli k závěru, že sice většinu vody na Zemi dopravily asteroidy (podobné Bennu, na němž byly odhaleny letos právě hydratované minerály), ale část vody pochází i z plynného disku, který kdysi vyplňoval planetární prostor kolem Slunce. Závěry studie lze navíc vztáhnout nejenom na Zemi, ale i na světy ležící podstatně dál. Model tak naznačuje, že přítomnost vody ve vesmíru může být poměrně běžná. Více v článku zde

Čínský fúzní reaktor dosáhl šestinásobku teploty Slunce

Po zhruba deset sekund se podařilo uvnitř čínského fúzního reaktoru udržet enormní teplotu kolem 100 milionů stupňů Celsia. To je šestinásobek teploty v jádru Slunce. Doposud se přitom podobné teploty uvnitř fúzních reaktorů podařilo dosáhnout po výrazně kratší dobu. Významný úspěch čínského experimentu nás tak zase o něco víc přiblížil praktické fúzní energii.  Více v článku zde.

Poměrně krátce po čínském úspěchu se objevil další rekord jiného fúzního matadora! Tentokrát jím v prosinci byl německý stellarátor Wendelstein 7-X, který nově rovněž dokázal udržet horké plazma po víc než 100 sekund. EAST sice dosáhl podobné cifry, podstatné je však právě to, že Wendelstein 7-X je stellarátor - má tedy jiný tvar, který by pro budoucí fúzní elektrárny snad mohl být výhodnější. Právě proto jsou významné i další rekordy - Wendelstein 7-X především dosáhl vysoké hustoty plazmatu srovnatelné s tou, jaká je očekávána od budoucích běžných elektráren, to celé při teplotě 20 milionů stupňů Celsia. Více v příspěvku zde

Tagy: astronomie fyzika Vesmír věda a technika astrofyzika věda a poznání částicová fyzika