Τρίτη, 1 Νοεμβρίου 2016

Νέα θεωρία λύνει πέντε από τα μεγαλύτερα μυστήρια της φυσικής. Physics tweak solves five of the biggest problems in one go

SMASH: η θεωρία που λύνει 5 από τα μεγαλύτερα μυστήρια της φυσικής… την σκοτεινή ύλη, τις ταλαντώσεις των νετρίνων, την βαρυογένεση, τον πληθωρισμό και την μη παραβίαση της συμμετρίας CP (φορτίου – ομοτιμίας) από τις ισχυρές αλληλεπιδράσεις. It’s a zoo of particles out there. Credit: REX/Shutterstock

Πέντε από τους πιο σημαντικούς και «επίμονους» γρίφους της φυσικής θα λύσει μία καινούρια προτεινόμενη θεωρία, στην περίπτωση που επαληθευτεί πειραματικά. Διατυπωμένο από ερευνητές από πανεπιστήμιο και ινστιτούτα στη Γαλλία, την Ισπανία, τη Γερμανία και την Αγγλία, το καινούριο μοντέλο υπόσχεται να δώσει απάντηση στους «γρίφους» της φύσης της σκοτεινής ύλης, του μηχανισμού πίσω από τον πληθωρισμό του σύμπαντος, της επικράτησης της ύλης έναντι της αντιύλης, των ταλαντώσεων των νετρίνων και το πρόβλημα της μη παραβίασης της συμμετρίας CP από την ισχυρή πυρηνική δύναμη [Unifying inflation with the axion, dark matter, baryogenesis and the seesaw mechanism].

Η θεωρία ονομάζεται SMASH και βασίζεται στο Καθιερωμένο Πρότυπο της φυσικής, με ορισμένες προτεινόμενες τροποποιήσεις. Το Καθιερωμένο Πρότυπο περιγράφει όλα τα «δομικά συστατικά» της ύλης και τις μεταξύ τους αλληλεπιδράσεις, εκτός από τη βαρύτητα. Αν και έχει επιβεβαιωθεί από όλα τα πειράματα που έχουν γίνει μέχρι σήμερα, δεν μπορεί να εξηγήσει ορισμένα φαινόμενα που παρατηρούνται στη φύση.

The researchers say there is ‘overwhelming evidence,’ including some seen in the cosmic microwave background (indicated in yellow) that dark matter makes up nearly 26 percent of the universe. The SMASH model accounts for dark matter along with other phenomena.

Για παράδειγμα, δεν βοηθά τους φυσικούς να καταλάβουν ποια είναι η φύση της σκοτεινής ύλης, δηλαδή αυτού του μυστηριώδους υλικού που αντιστοιχεί στο 84% της μάζας του σύμπαντος. Επίσης, δεν εξηγεί γιατί η ύλη επικράτησε της αντιύλης, αλλά και γιατί στα αρχικά στάδια της δημιουργίας του, το σύμπαν πέρασε από μία φάση απότομης διαστολής, η οποία έχει ονομασθεί πληθωρισμός.

And, on top of the problems ‘at the interface between particle physics and cosmology,’ the Standard Model also fails to explain issues of intrinsic naturalness, the researchers explain. These include the nature of neutrinos and the strong CP problem.

Από τέτοια αναπάντητα ερωτηματικά, οι φυσικοί είναι πεπεισμένοι πως το Καθιερωμένο Πρότυπο είναι ατελές. «Πιθανότατα υπάρχουν και άλλα σωματίδια», λέει στο περιοδικό New Scientist o Μίκαελ Σαπόσνικοφ από το Ελβετικό Ομοσπονδιακό Τεχνολογικό Ινστιτούτο στη Λοζάνη. «Το ερώτημα είναι πόσα νέα σωματίδια χρειαζόμαστε».

Μερικά προτεινόμενα μοντέλα, όπως η υπερσυμμετρία, προβλέπουν τουλάχιστον διπλάσιο αριθμό σωματιδίων από το Καθιερωμένο Πρότυπο, από τα οποία κανένα δεν έχει ανιχνευτεί πειραματικά σε διατάξεις όπως ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων. Από την άλλη, το SMASH προβλέπει μόλις 4 νέα σωμάτια καθώς και ένα πεδίο το οποίο εκδηλώνεται με τη δράση δύο ακόμη σωματιδίων.

Από τα σωματίδια αυτά, το πρώτο αποτελεί το «συστατικό» της σκοτεινής ύλης. Το δεύτερο κρύβεται θεωρητικά πίσω από την εποχή του πληθωρισμού του σύμπαντος.

«Το μεγαλύτερο πλεονέκτημα της συγκεκριμένης θεωρίας είναι πως θα μπορεί να ελεγχθεί μέσα στα επόμενα 10 χρόνια περίπου», σημειώνει στο περιοδικό ο Αντρέας Ρίνγκβαλντ, μέλος της ομάδας από το γερμανικό ερευνητικό κέντρο DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron) στο Αμβρούργο. «Μπορείς πάντα να επινοείς καινούριες θεωρίες, αν όμως για αυτές η δυνατότητα ελέγχου θα δοθεί σε 100 χρόνια, ή και ακόμη και ποτέ, τότε δεν μπορούμε να μιλάμε για αληθινή επιστήμη».

Η θεωρία προβλέπει ότι το ένα από τα προτεινόμενα σωματίδια θα πρέπει να είναι 10 δισ. φορές ελαφρύτερο από το ηλεκτρόνιο. Σωματίδια με τέτοια μάζα θα μπορούσαν να ανιχνευθούν από το πείραμα CULTASK που πραγματοποιείται στη Νότια Κορέα ή να ανιχνευθούν στο μέλλον από το πείραμα MADMAX που σχεδιάζεται να ξεκινήσει στη Γερμανία.

Βέβαια, όσο οι πειραματικοί φυσικοί θα προσπαθούν να βρουν πειραματικά δεδομένα τα οποία θα επιβεβαιώσουν ή θα καταρρίψουν τη θεωρία, αυτό δεν σημαίνει πως στην πορεία δεν είναι πιθανόν να προκύψει ένα ακόμη καλύτερο μοντέλο. «Όλα τα ενδεχόμενα είναι ανοικτά», παραδέχεται στο περιοδικό ο Ρίνγκβαλντ.


Ο πλανήτης με τις «βροχές του τρόμου»! Rains of Terror on Exoplanet HD 189733b

Ο HD 189733b είναι ένας πλανήτης όπου βρέχει γυαλί με ασύλληπτες ταχύτητες. This Halloween, take a tour with NASA's Exoplanet Exploration site of some of the most terrifying and mind-blowing destinations in our galaxy. In this image, the nightmare world of HD 189733 b is the killer you never see coming. To the human eye, this far-off planet looks bright blue. But any space traveler confusing it with the friendly skies of Earth would be badly mistaken. The weather on this world is deadly. Its winds blow up to 5,400 mph (2 km/s) at seven times the speed of sound, whipping all would-be travelers in a sickening spiral around the planet. And getting caught in the rain on this planet is more than an inconvenience; it’s death by a thousand cuts. This scorching alien world possibly rains glass—sideways—in its howling winds. The cobalt blue color comes not from the reflection of a tropical ocean, as on Earth, but rather a hazy, blow-torched atmosphere containing high clouds laced with silicate particles. Image Credit: ESO/M. Kornmesser

Χρησιμοποιώντας το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble ερευνητές των πανεπιστημίων της Βέρνης και της Γενεύης έκαναν μια εντυπωσιακή ανακάλυψη στον εξωπλανήτη HD 189733b που βρίσκεται σε απόσταση 63 ετών φωτός από εμάς.

Swiss researchers measured the temperature of 'Hot Jupiter' HD 189733b. They found the temperature reaches up to 3,000°C in the atmosphere (shown in diagram). And wind speeds are in excess of 620 miles per hour. The findings were made using a novel technique relying on sodium signals.

Ο πλανήτης εντοπίστηκε το 2005 και πρόκειται για ένα γίγαντα αερίου στον οποίο επικρατούν ακραίες συνθήκες.

The planet (shown) was already known to orbit 13 times closer to its star that Mercury is to our sun, completing an orbit in just 2.2 days. But the results are exciting, because it highlights just how much information we can glean from a distant world with limited technologies.

Η θερμοκρασία στην ατμόσφαιρα του εξωπλανήτη αγγίζει τους τρεις χιλιάδες βαθμούς Κελσίου και οι άνεμοι κατά μέσο όρο έχουν ταχύτητα χίλια χλμ/ώρα. Όμως οι ερευνητές εντόπισαν ένα πραγματικά εξωτικό φαινόμενο που συμβαίνει στον HD 189733b. Στον πλανήτη εκδηλώνονται τρομερές καταιγίδες στις οποίες βρέχει… γυαλί με ταχύτητες που αγγίζουν τα 9 χιλιάδες χλμ/ώρα! Οι ερευνητές περιέγραψαν το ακραίο αυτό φαινόμενο με τον όρο «βροχές του τρόμου».

Πηγή: NASA

Πώς τα φυλλοβόλα δέντρα γίνονται κίτρινα το φθινόπωρο. Why Does Fall Foliage Turn So Red and Fiery?

Αντίθετα από ό,τι θα υπέθετε κάποιος το κίτρινο χρώμα βρίσκεται στα φύλλα από την αρχή της ανάπτυξής τους. Treetops near Song Mountain in Tully, N.Y., last week. Credit: Lauren Long/The Syracuse Newspapers, via Associated Press

Κάθε χρόνο τέτοια εποχή, τα φύλλα ξεσπούν σε ένα επιθανάτιο σόου, γεμίζοντας τα δάση με αποχρώσεις του κίτρινου πριν πέσουν νεκρά στο έδαφος. Κι όμως, αντίθετα από ό,τι θα υπέθετε κανείς, το κίτρινο χρώμα βρισκόταν εκεί ανέκαθεν.

Τα καροτενοειδή των φύλλων

This is Vermont Foliage. Video by Matt Benedetto

Από την αρχή της ανάπτυξής τους, τα φύλλα περιέχουν καροτενοειδή, κίτρινες και πορτοκαλί ουσίες στις οποίες οφείλεται για παράδειγμα το χρώμα του καρότου.

Οι ουσίες αυτές προστατεύουν τη χλωροφύλλη από βλάβες που θα μπορούσε να προκαλέσει το ηλιακό φως. Η πράσινη χλωροφύλλη, όμως, καλύπτει το χρώμα των καροτενοειδών την άνοιξη και το καλοκαίρι, όσο το φύλλο παραμένει λειτουργικό.

Το φθινόπωρο, η χλωροφύλλη διασπάται και αρκετά από τα συστατικά της επιστρέφουν στον κορμό και τις ρίζες των δέντρων για να χρησιμοποιηθούν εκ νέου την επόμενη άνοιξη. Τα καροτενοειδή μένουν αντίθετα στη θέση τους και δίνουν νέο χρώμα στα ημιθανή φύλλα. Το ίδιο συμβαίνει εξάλλου με τις μπανάνες και άλλους καρπούς που κιτρινίζουν όταν ωριμάσουν.

Υπάρχουν όμως και φύλλα που γίνονται κατακόκκινα, αντί για κίτρινα ή πορτοκαλί. Σε αυτήν την περίπτωση, η εξήγηση είναι πιο περίπλοκη.

Οι φλογερές... ανθοκυανίνες

Οι φλογερές αποχρώσεις του κόκκινου οφείλονται στις ανθοκυανίνες, ουσίες που υπάρχουν μεταξύ άλλων στη φλούδα των μήλων και των κόκκινων σταφυλιών.

Αντίθετα με τα καροτενοειδή, οι ανθοκυανίνες δεν προϋπάρχουν στα φύλλα, αλλά παράγονται μόνο το φθινόπωρο από τον μεταβολισμό σακχάρων που έχουν συσσωρευτεί το καλοκαίρι.

Το ερώτημα βέβαια που προκύπτει είναι γιατί ορισμένα φυτά σπαταλούν πολύτιμη ενέργεια για να κοκκινίσουν τα φύλλα τους πριν τα αποτινάξουν.

Η απάντηση είναι ότι κανείς δεν γνωρίζει με βεβαιότητα. Όπως αναφέρει στους New York Times ο δρ Τζονμ Σιλάντερ του Πανεπιστημίου του Κονέκτικατ, μέχρι σήμερα έχουν προταθεί διάφορες θεωρίες, οι οποίες είναι συχνά αντικρουόμενες.

Οι «κόκκινες» θεωρίες

Margaret Gould did some “leaf-peeping” in Albany last week. Credit: Mike Groll/Associated Press

Μια θεωρία λέει ότι το κόκκινο χρώμα λειτουργεί ως διαφήμιση για να προσελκύσει πουλιά και άλλα ζώα στους ώριμους καρπούς του δέντρου. Άλλοι, πάλι, πιστεύουν ότι το ζωηρό χρώμα λειτουργεί ως προειδοποίηση για τις τοξίνες που μπορεί να υπάρχουν στα φύλλα. Μια τρίτη θεωρία θέλει το κόκκινο να ενημερώνει τα παράσιτα ότι το φυτό είναι υγιές και ανθεκτικό, ενώ μια τέταρτη λέει ότι το φυτό προειδοποιεί τα φυτοφάγα είδη πως το τσιμπούσι του καλοκαιριού βαίνει προς το τέλος του.

Μια πέμπτη θεωρία έχει διατυπωθεί από ερευνητές του Πανεπιστημίου του Βερμόντ στον Καναδά, οι οποίοι πιστεύουν ότι οι ανθοκυανίνες προσφέρουν αντηλιακή προστασία όταν ο κορμός και τα κλαδιά μένουν γυμνά και εκτεθειμένα στην υπεριώδη ακτινοβολία.

Αυτός εξάλλου είναι ο λόγος που οι νέοι, ανοιξιάτικοι βλαστοί είναι συχνά κόκκινοι -αποφεύγουν έτσι τις βλάβες από τον ήλιο.

Η θεωρία της αντηλιακής προστασίας παραμένει ωστόσο ανεπιβεβαίωτη, και θα είναι μάλλον δύσκολο να αποδειχθεί πειραματικά.

Όπως φαίνεται, η αυτοκτονία των φύλλων είναι όχι μόνο θεαματική αλλά και περίπλοκη διαδικασία.