1900 wandte sich der bekannte Physiker Lord Kelvin in Oxford an die British Association for the Advancement of Science mit den Worten: "In der Physik gibt es nichts Neues zu entdecken."
Was sagst du, hatte er recht? Das folgende Jahrhundert veränderte die Physik völlig. Eine wahnsinnige Anzahl theoretischer und experimenteller Entdeckungen hat das Verständnis unseres Platzes im Universum verändert. Und in den nächsten 50 Jahren?
Erwarten Sie nicht, dass dieses Jahrhundert anders sein wird. Das Universum hat einen Ozean von Geheimnissen, die noch entdeckt werden müssen, und neue Technologien werden uns helfen, viele weitere zu lösen.
Der erste betrifft die Grundlagen unserer Existenz.
Die Physik sagt voraus, dass der Urknall gleiche Mengen der Materie produzierte, aus der wir bestehen, und etwas anderes, das Antimaterie genannt wird.
Die meisten Materieteilchen haben einen Antimaterie-Zwilling. Es ist identisch, aber mit entgegengesetzter elektrischer Ladung. Wenn sich Materie und Antimaterie treffen, heben sie sich gegenseitig auf und ihre gesamte Energie wird in Licht umgewandelt.
Aber das Universum, das wir beobachten, besteht fast ausschließlich aus Materie. Wo ist also all die Antimaterie geblieben?
Der Large Hadron Collider (LHC) Er bot uns einige interessante Ideen an. Es lässt Protonen mit unvorstellbaren Geschwindigkeiten kollidieren und erzeugt schwere Materieteilchen und Antimaterie, die sich in leichtere Teilchen zersetzen. Viele davon waren noch nie gesehen worden.
Der LHC hat gezeigt, dass Materie und Antimaterie mit leicht unterschiedlichen Geschwindigkeiten zerfallen. Dies würde erklären, warum es trotz des Anscheins nie eine perfekte Symmetrie in der Natur gibt.
Das Problem ist, dass der LHC im Vergleich zu den physikalischen Experimenten des letzten Jahrhunderts immer noch wie Tischtennis mit einem Tennisschläger spielt. Da Protonen aus kleineren Teilchen bestehen, erzeugen sie bei einer Kollision „Schutt“, der überall „geschossen“ wird, wodurch es viel schwieriger wird, neue Teilchen zu erkennen. Deshalb ist die Messung ihrer Eigenschaften kompliziert und birgt das mehr als konkrete Risiko zahlreicher Rechenfehler. Zusammenfassend: Wir wissen nicht, warum so viel Antimaterie verschwunden ist.
Drei neue wissenschaftliche Strukturen werden das Szenario in den kommenden Jahrzehnten vollständig verändern. Das wichtigste davon ist das Future Circular Collider (FCC) - ein 100 km langer Tunnel, der Genf umgibt: Er wird den derzeitigen LHC (27 km) als Zwischenstation auf der Strecke nutzen. Anstelle von Protonen werden Elektronen und ihre Antiteilchen, Positronen, mit viel höheren Geschwindigkeiten kollidieren, als der LHC erreichen könnte.
Im Gegensatz zu Protonen sind Elektronen und Positronen unteilbar: Deshalb wissen wir genau, was wir beobachten.
Wir werden auch in der Lage sein, die Energie der Kollisionen zu variieren, um gezielt Antimaterie-Teilchen herzustellen und deren Eigenschaften (insbesondere wie sie zerfallen) viel genauer zu messen.
Völlig neue Physik
Diese Untersuchungen in den nächsten 50 Jahren könnten eine völlig neue Physik aufzeigen.
Eine Möglichkeit ist, dass das Verschwinden von Antimaterie mit der Existenz von Dunkler Materie zusammenhängt, den bisher nicht nachweisbaren Teilchen, die satte 85 % der Masse im Universum ausmachen.
Das Fehlen von Antimaterie und das Vorherrschen dunkler Materie sind wahrscheinlich auf die Bedingungen während des Urknalls zurückzuführen, sodass diese Experimente direkt die Ursprünge unserer Existenz untersuchen werden.
Es ist unmöglich vorherzusagen, dass die nächsten Entdeckungen unser Leben verändern werden. Als wir die Welt das letzte Mal durch ein stärkeres Vergrößerungsglas betrachteten, fanden wir subatomare Teilchen und Quantenmechanik – Entdeckungen, die Computer, Medizin und Energieerzeugung heute revolutionieren.
Wer hört zu?
Ebenso wichtig ist es, im kosmischen Maßstab die uralte Frage zu entdecken, ob wir allein im Universum sind. Trotz der kürzlichen Entdeckung von flüssigem Wasser auf dem Mars gibt es immer noch keine Hinweise auf mikrobielles Leben. Auch das wird uns der Mars 2020 sagen.
Die Suche nach Leben auf Planeten in anderen Sternensystemen hat noch keine Früchte getragen, aber die bevorstehende Inbetriebnahme des James Webb WeltraumteleskopDas Unternehmen, das wir 2021 auf den Markt bringen werden, wird die Art und Weise revolutionieren, wie wir in den nächsten 50 Jahren bewohnbare Exoplaneten entdecken.
Das James Webb-Weltraumteleskop wird ein Instrument namens verwenden coronagraph um das Licht eines Sterns zu erfassen, der in das Teleskop eintritt. Es funktioniert ähnlich wie eine Hand vor den Augen, um zu verhindern, dass Sonnenlicht uns blendet. Mit dieser Technik kann das Teleskop kleine Planeten direkt beobachten, die normalerweise vom hellen Schein des Sterns bedeckt sind, um den sie kreisen.
Das James Webb-Teleskop kann nicht nur neue Planeten erkennen, sondern auch feststellen, ob sie lebenserhaltend sind. Wenn das Licht eines Sterns die Atmosphäre eines Planeten erreicht, werden bestimmte Wellenlängen absorbiert, wodurch Lücken im reflektierten Spektrum entstehen. Genau wie ein Barcode liefern diese Lücken eine Signatur für die Atome und Moleküle, aus denen die Atmosphäre des Planeten besteht.
Das Teleskop wird in der Lage sein, diese "Fußabdrücke" zu lesen, um festzustellen, ob die Atmosphäre eines Planeten die für das Leben notwendigen Bedingungen aufweist.
In den nächsten 50 Jahren haben wir möglicherweise Ziele für zukünftige interstellare Weltraummissionen, um festzustellen, was oder wer auf anderen Planeten leben könnte.
Europa ist uns "näher". Der Jupitermond wurde als ein Ort in unserem Sonnensystem identifiziert, der Leben beherbergen könnte. Trotz seiner kalten Temperatur (-220 ° C) können Gravitationskräfte von Jupiter dazu führen, dass das Wasser so weit unter die Oberfläche fließt, dass es nicht gefriert. Dies macht es zu einem möglichen Zuhause für mikrobielles oder sogar aquatisches Leben.
Eine neue Mission namens Europa Clipper Die im Jahr 2025 erwartete Mission wird die Existenz eines Unterwasserozeans bestätigen und einen geeigneten Landepunkt für eine nachfolgende Mission identifizieren. Es wird auch Strahlen aus flüssigem Wasser beobachten, die von der eisigen Oberfläche des Planeten ausgestoßen werden, um zu sehen, ob organische Moleküle vorhanden sind.
Kurz gesagt, ob es die kleinsten Bestandteile unserer Existenz oder die Weite des Weltraums sind, das Universum birgt immer noch eine Reihe von Geheimnissen.
