Les choses qui sont actuellement invisibles

Les choses que la science connaît et voit ne sont qu'une petite partie de ce qui existe probablement. Bien entendu, la science et la technologie ne doivent pas prendre la « vision » au pied de la lettre. Bien que nos yeux ne puissent pas les voir, la science est depuis longtemps capable de "voir" des choses comme l'air et l'oxygène qu'il contient, les ondes radio, la lumière ultraviolette, le rayonnement infrarouge et les atomes.

On voit aussi en un sens antimatièrelorsqu'il interagit violemment avec la matière ordinaire, et c'est en général un problème plus difficile, car bien que nous l'ayons vu dans les effets de l'interaction, dans un sens plus holistique, en tant que vibrations, cela nous était insaisissable jusqu'en 2015.

Cependant, nous ne "voyons" toujours pas, dans un sens, la gravité, car nous n'avons pas encore découvert un seul vecteur de cette interaction (c'est-à-dire, par exemple, une particule hypothétique appelée gravitons). Il convient de mentionner ici qu'il existe une certaine analogie entre l'histoire de la gravité et .

On voit l'action de celle-ci, mais on ne l'observe pas directement, on ne sait pas en quoi elle consiste. Cependant, il existe une différence fondamentale entre ces phénomènes "invisibles". Personne n'a jamais remis en question la gravité. Mais avec la matière noire (1), c'est différent.

Comment g énergie noiredont on dit qu'il contient encore plus que de la matière noire. Son existence a été déduite comme une hypothèse basée sur le comportement de l'univers dans son ensemble. La "voir" risque d'être encore plus difficile que la matière noire, ne serait-ce que parce que notre expérience commune nous enseigne que l'énergie, par sa nature même, reste quelque chose de moins accessible aux sens (et aux instruments d'observation) que la matière.

Selon les hypothèses modernes, les deux sombres devraient représenter 96% de son contenu.

Donc, en fait, même l'univers lui-même nous est largement invisible, sans compter que lorsqu'il s'agit de ses limites, nous ne connaissons que celles qui sont déterminées par l'observation humaine, et non celles qui seraient ses véritables extrêmes - si elles existent du tout.

Quelque chose nous entraîne avec toute la galaxie

L'invisibilité de certaines choses dans l'espace peut être déchirante, comme le fait que 100 galaxies voisines se déplacent continuellement vers un point mystérieux de l'univers connu sous le nom de Grand attracteur. Cette région est à environ 220 millions d'années-lumière et les scientifiques l'appellent une anomalie gravitationnelle. On pense que le Grand Attracteur a une masse de quadrillions de soleils.

Commençons par le fait qu'il est en expansion. Cela se produit depuis le Big Bang, et la vitesse actuelle de ce processus est estimée à 2,2 millions de kilomètres par heure. Cela signifie que notre galaxie et sa galaxie voisine d'Andromède doivent également se déplacer à cette vitesse, n'est-ce pas ? Pas vraiment.

Dans les années 70, nous avons créé des cartes détaillées de l'espace extra-atmosphérique. Fond micro-ondes (CMB) Univers et nous avons remarqué qu'un côté de la Voie lactée est plus chaud que l'autre. La différence était inférieure à un centième de degré Celsius, mais cela nous a suffi pour comprendre que nous nous déplacions à une vitesse de 600 km par seconde vers la constellation du Centaure.

Quelques années plus tard, nous avons découvert que non seulement nous, mais tout le monde à moins de cent millions d'années-lumière de nous, allions dans la même direction. Il n'y a qu'une seule chose qui puisse résister à l'expansion sur de si vastes distances, c'est la gravité.

Andromède, par exemple, doit s'éloigner de nous, mais dans 4 milliards d'années nous devrons... entrer en collision avec elle. Une masse suffisante peut résister à la dilatation. Au début, les scientifiques pensaient que cette vitesse était due à notre emplacement à la périphérie du soi-disant superamas local.

Pourquoi est-il si difficile pour nous de voir ce mystérieux Grand Attracteur ? Malheureusement, c'est notre propre galaxie, qui bloque notre vue. À travers la ceinture de la Voie lactée, nous ne pouvons pas voir environ 20 % de l'univers. Il se trouve qu'il va exactement là où se trouve le Grand Attracteur. Il est théoriquement possible de percer ce voile avec des observations aux rayons X et infrarouges, mais cela ne donne pas une image claire.

Malgré ces difficultés, il a été constaté que dans une région du Grand Attracteur, à une distance de 150 millions d'années-lumière, il y a une galaxie Groupe Norma. Derrière lui se trouve un superamas encore plus massif, à 650 millions d'années-lumière, contenant une masse de 10 XNUMX. galaxie, l'un des plus grands objets de l'univers que nous connaissions.

Ainsi, les scientifiques suggèrent que le Grand Attracteur centre de gravité de nombreux superamas de galaxies, dont la nôtre - environ 100 objets au total, comme la Voie lactée. Il existe également des théories selon lesquelles il s'agit d'une énorme collection d'énergie noire ou d'une zone à haute densité avec une énorme attraction gravitationnelle.

Certains chercheurs pensent qu'il ne s'agit que d'un avant-goût de la fin... de l'univers. La Grande Dépression signifiera que l'univers s'épaissira dans quelques billions d'années, lorsque l'expansion ralentira et commencera à s'inverser. Au fil du temps, cela conduirait à un supermassif qui mangerait tout, y compris lui-même.

Cependant, comme le notent les scientifiques, l'expansion de l'Univers finira par vaincre le pouvoir du Grand Attracteur. Notre vitesse vers elle n'est qu'un cinquième de la vitesse à laquelle tout se développe. La vaste structure locale de Laniakea (2) dont nous faisons partie devra un jour se dissiper, ainsi que de nombreuses autres entités cosmiques.

La cinquième force de la nature

Quelque chose que nous ne pouvons pas voir, mais qui a été sérieusement soupçonné ces derniers temps, est le soi-disant cinquième impact.

La découverte de ce qui est rapporté dans les médias implique des spéculations sur une nouvelle particule hypothétique avec un nom intrigant. X17peut aider à expliquer le mystère de la matière noire et de l'énergie noire.

Quatre interactions sont connues : la gravité, l'électromagnétisme, les interactions atomiques fortes et faibles. Les effets des quatre forces connues sur la matière, du micro-domaine des atomes à l'échelle colossale des galaxies, sont bien documentés et dans la plupart des cas compréhensibles. Cependant, si l'on considère qu'environ 96 % de la masse de notre univers est constituée de choses obscures et inexplicables appelées matière noire et énergie noire, il n'est pas surprenant que les scientifiques soupçonnent depuis longtemps que ces quatre interactions ne représentent pas tout dans le cosmos. . continue.

Tentative de description d'une nouvelle force dont l'auteur est une équipe dirigée par Attila Krasnagorskaïa (3), la physique de l'Institut de recherche nucléaire (ATOMKI) de l'Académie hongroise des sciences, dont nous avons entendu parler l'automne dernier, n'était pas le premier indice de l'existence d'interactions mystérieuses.

Les mêmes scientifiques ont écrit pour la première fois sur la "cinquième force" en 2016, après avoir mené une expérience pour transformer les protons en isotopes, qui sont des variantes d'éléments chimiques. Les chercheurs ont observé les protons transformer un isotope connu sous le nom de lithium-7 en un type d'atome instable appelé béryllium-8.

3. Prof. Attila Krasnohorkai (à droite)

Lorsque le béryllium-8 s'est désintégré, des paires d'électrons et de positrons se sont formées, qui se sont repoussées, faisant voler les particules en biais. L'équipe s'attendait à voir une corrélation entre l'énergie lumineuse émise pendant le processus de désintégration et les angles auxquels les particules se séparent. Au lieu de cela, les électrons et les positrons ont été déviés de 140 degrés presque sept fois plus souvent que leurs modèles ne l'avaient prédit, un résultat inattendu.

«Toutes nos connaissances sur le monde visible peuvent être décrites à l'aide du soi-disant modèle standard de la physique des particules», écrit Krasnagorkay. "Cependant, il ne prévoit aucune particule plus lourde qu'un électron et plus légère qu'un muon, qui est 207 fois plus lourd qu'un électron. Si nous trouvons une nouvelle particule dans la fenêtre de masse ci-dessus, cela indiquerait une nouvelle interaction non incluse dans le modèle standard.

L'objet mystérieux est nommé X17 en raison de sa masse estimée à 17 mégaélectronvolts (MeV), soit environ 34 fois celle d'un électron. Les chercheurs ont observé la désintégration du tritium en hélium-4 et ont de nouveau observé une étrange décharge diagonale, indiquant une particule d'une masse d'environ 17 MeV.

"Le photon médie la force électromagnétique, le gluon médie la force forte et les bosons W et Z médient la force faible", a expliqué Krasnahorkai.

« Notre particule X17 doit servir de médiateur à une nouvelle interaction, la cinquième. Le nouveau résultat réduit la probabilité que la première expérience ne soit qu'une coïncidence, ou que les résultats aient provoqué une erreur système."

Matière noire sous les pieds

Du grand Univers, du vague royaume des énigmes et des mystères de la grande physique, revenons sur Terre. Nous sommes ici confrontés à un problème assez surprenant... celui de voir et de représenter fidèlement tout ce qu'il y a à l'intérieur (4).

Il y a quelques années, nous avons écrit dans MT à propos de le mystère du noyau terrestrequ'un paradoxe est lié à sa création et qu'on ne sait pas exactement quelles sont sa nature et sa structure. Nous avons des méthodes telles que les tests avec ondes sismiques, a également réussi à développer un modèle de la structure interne de la Terre, pour lequel il existe un accord scientifique.

cependant par rapport aux étoiles et aux galaxies lointaines, par exemple, notre compréhension de ce qui se cache sous nos pieds est faible. Les objets spatiaux, même très éloignés, nous les voyons simplement. On ne peut pas en dire autant du noyau, des couches du manteau ou même des couches plus profondes de la croûte terrestre..

Seules les recherches les plus directes sont disponibles. Les vallées montagneuses exposent des roches jusqu'à plusieurs kilomètres de profondeur. Les puits d'exploration les plus profonds s'étendent à une profondeur d'un peu plus de 12 km.

Les informations sur les roches et les minéraux qui en construisent des plus profonds sont fournies par les xénolithes, c'est-à-dire des fragments de roches arrachés et emportés des entrailles de la Terre à la suite de processus volcaniques. Sur leur base, les pétrologues peuvent déterminer la composition des minéraux jusqu'à plusieurs centaines de kilomètres de profondeur.

Le rayon de la Terre est de 6371 km, ce qui n'est pas un chemin facile pour tous nos "infiltrés". En raison de l'énorme pression et de la température atteignant environ 5 degrés Celsius, il est difficile de s'attendre à ce que l'intérieur le plus profond devienne accessible à l'observation directe dans un avenir prévisible.

Alors, comment savons-nous ce que nous savons de la structure de l'intérieur de la Terre ? Ces informations sont fournies par les ondes sismiques générées par les tremblements de terre, c'est-à-dire ondes élastiques se propageant dans un milieu élastique.

Ils tirent leur nom du fait qu'ils sont générés par des coups. Deux types d'ondes élastiques (sismiques) peuvent se propager dans un milieu élastique (montagneux) : plus rapides - longitudinales et plus lentes - transversales. Les premières sont des oscillations du milieu se produisant le long de la direction de propagation des ondes, tandis que dans les oscillations transversales du milieu, elles se produisent perpendiculairement à la direction de propagation des ondes.

Les ondes longitudinales sont enregistrées en premier (lat. primae), et les ondes transversales sont enregistrées en second (lat. secundae), d'où leur marquage traditionnel en sismologie - ondes longitudinales p et transversales s. Les ondes P sont environ 1,73 fois plus rapides que les s.

Les informations fournies par les ondes sismiques permettent de construire un modèle de l'intérieur de la Terre basé sur les propriétés élastiques. Nous pouvons définir d'autres propriétés physiques basées sur champ gravitationnel (densité, pression), observation courants magnétotelluriques généré dans le manteau terrestre (distribution de la conductivité électrique) ou décomposition du flux de chaleur terrestre.

La composition pétrologique peut être déterminée par comparaison avec des études en laboratoire des propriétés des minéraux et des roches dans des conditions de hautes pressions et températures.

La terre émet de la chaleur, et on ne sait pas d'où elle vient. Récemment, une nouvelle théorie est apparue concernant les particules élémentaires les plus insaisissables. On pense que des indices importants sur le mystère de la chaleur rayonnant de l'intérieur de notre planète peuvent être fournis par la nature. neutrino - particules de masse extrêmement faible - émises par des processus radioactifs se produisant dans les entrailles de la Terre.

Les principales sources connues de radioactivité sont le thorium et le potassium instables, comme nous le savons grâce à des échantillons de roche jusqu'à 200 km sous la surface de la terre. Ce qui est plus profond est déjà inconnu.

Nous le savons géoneutrino ceux émis lors de la désintégration de l'uranium ont plus d'énergie que ceux émis lors de la désintégration du potassium. Ainsi, en mesurant l'énergie des géoneutrinos, on peut savoir de quelle matière radioactive ils proviennent.

Malheureusement, les géoneutrinos sont très difficiles à détecter. Par conséquent, leur première observation en 2003 a nécessité un énorme détecteur souterrain rempli d'env. tonnes de liquide. Ces détecteurs mesurent les neutrinos en détectant les collisions avec des atomes dans un liquide.

Depuis lors, les géoneutrinos n'ont été observés que dans une seule expérience utilisant cette technologie (5). Les deux mesures montrent que Environ la moitié de la chaleur de la Terre provenant de la radioactivité (20 térawatts) peut s'expliquer par la désintégration de l'uranium et du thorium. La source des 50% restants... on ne sait pas encore quoi.

5. Modèle de carte de l'intensité des émissions de géoneutrinos sur Terre - prévisions

En juillet 2017, la construction du bâtiment, également connu sous le nom de DUNEachèvement prévu vers 2024. L'installation sera située à près de 1,5 km sous terre dans l'ancien Homestack, dans le Dakota du Sud.

Les scientifiques prévoient d'utiliser DUNE pour répondre aux questions les plus importantes de la physique moderne en étudiant attentivement les neutrinos, l'une des particules fondamentales les moins comprises.

En août 2017, une équipe internationale de scientifiques a publié un article dans la revue Physical Review D proposant une utilisation plutôt innovante de DUNE comme scanner pour étudier l'intérieur de la Terre. Aux ondes sismiques et aux forages s'ajouterait une nouvelle méthode d'étude de l'intérieur de la planète, qui, peut-être, nous en montrerait une toute nouvelle image. Cependant, ce n'est qu'une idée pour l'instant.

De la matière noire cosmique, nous sommes arrivés à l'intérieur de notre planète, non moins sombre pour nous. et l'impénétrabilité de ces choses est déconcertante, mais pas autant que l'angoisse de ne pas voir tous les objets qui sont relativement proches de la Terre, en particulier ceux qui sont sur le chemin de la collision avec elle.

Cependant, il s'agit d'un sujet légèrement différent, dont nous avons récemment discuté en détail dans MT. Notre volonté de développer des méthodes d'observation se justifie pleinement dans tous les contextes.