Tapšanas stadijā ir daudz aizraujošu eksperimentu. Ko sagaidīt no zinātnes tuvākajā laikā? 2
Vilma Veldre, “Planētas Noslēpumi”, AS “Latvijas Mediji”
2012. gadā Eiropas Kodolpētījumu organizācija CERN apstiprināja faktu, ka pētniekiem izdevies konstatēt Higsa bozonu – elementārdaļiņu, kuras eksistēšana teorētiski apstiprināta jau 60. gados. Bozona atklāšana kļuva par aizvadītās desmitgades grandiozāko atklājumu, un, pateicoties tam, fizikas elementārdaļiņu Standarta modelis iemantoja savu patlabanējo veidolu, savukārt pētnieki guva iespēju izpētīt ar bozonu saistīto lauku starojumus, kas dod masu citām daļiņām.
Taču kopš Higsa bozona atklāšanas pagājuši jau desmit gadi, un fizikas jomā šajā laikā vairs nav noticis neviens cits nozīmīguma ziņā pielīdzināms notikums. Protams, veikta virkne būtisku atklājumu, piemēram, reģistrēti gravitācijas viļņi, izmērīta W–bozona masa, izpētīta mionu uzvedība magnētiskajā laukā, atklāta virkne jaunu elementārdaļiņu un tamlīdzīgi, taču – neviens no šiem atklājumiem grandiozuma aspektā nav pat salīdzināms ar Higsa bozona atklāšanu.
Pētnieki pauduši, ka nevajadzētu kļūt pārlieku pesimistiskiem. Tieši patlaban tapšanas stadijā ir pietiekami liels daudzums aizraujošu eksperimentu, kuru rezultāti varētu nodrošināt “kvantu lēcienu” saistībā ar cilvēces izpratni par Visuma darbību subatomārajā līmenī. Saistībā ar to nesen zinātniskā publikācijā savu viedokli paudis ASV pētnieks no Čikāgas universitātes Maikls Tērners, kura pamata darbības joma ir teorētiskā kosmoloģija. Lūk, dažas viņa prognozes par to, ko no zinātnes sagaidīt tuvākajā laikā.
Nobela prēmijas laureāts Kips Torns – viens no Lāzera interferometra gravitācijas viļņu observatorijas (LIGO) radītājiem un pētniekiem, kas atklāja gravitācijas viļņus laiktelpā, ko pirms 100 gadiem bija prognozējis Alberts Einšteins.
I
Vispirms tā varētu būt tumšās matērijas daļiņu atklāšana. Var piebilst, ka tumšās matērijas problēma zinātnes prātus nodarbina jau vismaz gadsimtu, un patlaban viss liecinot par to, ka jau drīz to būs izdevies atrisināt. Veikta virkne dažādu eksperimentu, kā rezultātā ievērojami sarucis potenciālo kandidātu loks, un par galvenajiem kandidātiem kļuvušas visperspektīvākās daļiņas aksioni un visvieglākās supersimetriskās daļiņas. Šajā virzienā sakoncentrēti visi eksperimentu pūliņi, kas varētu dot vēlamo rezultātu. Un tad, kad tas būs noticis, zinātne būs atminējusi šo mīklu, atklājot pilnībā jaunu matērijas formu, kas attiecīgi pavērs arī “logu” uz iespēju pilnībā izpētīt Visumu tā eksistēšanas pirmajās mikrosekundēs pēc Lielā Sprādziena.
Nākamais varētu būt kosmiskā fona mikroviļņu starojumā atstāto gravitācijas viļņu pēdu atklāšana. Ja šīs pēdas jeb par B–modiem dēvētos gravitācijas viļņu polarizāciju parakstus izdosies atklāt un apstiprināt to esamību, tas norādīs zinātniekiem pilnībā precīzu Visuma izplešanās sākuma momentu. Šo signālu atklāšana joprojām ir ļoti sarežģīts uzdevums, jo gravitācijas viļņi radušies tad, kad Visuma vecums bija tikai 10^ –36 sekundes, bet tā signāls mērāms nanokelvinos.
Vēl viens no sagaidāmajiem zinātnes atklājumiem varētu būt tā dēvētās Habla neatbilstības apstiprinājums. Šī neatbilstība izpaužas tādējādi, ka pastāv patlaban nomērāmā Visuma izplešanās tempa atšķirība no tā rādījuma, kāds bija tad, kad Visuma vecums bija tikai 400 000 gadu (atbilstoši kosmiskā fona mikroviļņu starojuma mērījumiem). Ja abi šie mērījumi atbilst realitātei, tas norāda uz to, ka patlaban spēkā esošā kosmoloģiskā teorija Lambda CDM neatbilst patiesībai vai arī tā ir absolūti nepietiekama, un tādā gadījumā būs nepieciešama ļoti nopietna tās pārskatīšana un pārstrādāšana. Tas pats lielā mērā attiecināms arī uz tā dēvētās supersimetrijas teorijas apstiprināšanu: ja CERN pētniekiem tomēr izdosies pilnībā apstiprināt šo teoriju, tas cilvēcei pavērs pilnībā jaunu daļiņu pasauli un dos nepieciešamo grūdienu tālākai superstīgu teorijas attīstībai.
Drīz sagaidāmi negaidīti pavērsieni saistībā ar gravitācijas observatoriju LIGO (Laser Interferometer Gravitational–Wave Observatory), kuras izveidošana un darbības uzsākšana jau pati par sevi bija grandiozs sasniegums. Pateicoties tam, zinātne guva apstiprinājumu dažādiem notikumiem, piemēram, melno caurumu sadursme un saplūšana, neitronu zvaigžņu sadursme, kā arī melnā cauruma un neitronu zvaigznes sadursme. Pastāv cerība, ka jau drīz būs iespējams kļūt par aculieciniekiem notikumiem, kas nozīmīguma ziņā līdzvērtīgi 60. gados veiktajiem negaidītajiem pulsāru un kvazāru atklājumiem.
Vēl varot pievienot iespēju jau tuvākajā desmitgadē atklāt ārpuszemes dzīvību, piemēram, uz Veneras, uz kāda no Jupitera vai Saturna pavadoņiem vai arī kādas tālīnākas eksoplanētas. Tērners apgalvojis: “Tas viss patiešām notiks, tikai jautājums: kad un kur?”
Lāzera interferometra gravitācijas viļņu observatorija (LIGO) – skats no augšas. Tā atrodas Livingstonā un Hanfordā, ASV.
Lāzera interferometra gravitācijas viļņu observatorijā (LIGO) uzstādīta divu identisku detektoru sistēma, kas konstruēta, lai atklātu vissīkākās vibrācijas gravitācijas viļņos. Attēlā – lāzera un vakuuma aprīkojuma zona.
II
Un katrā ziņā daudz jaunumu var sagaidīt saistībā ar dažādām bezvadu tehnoloģijām – gan sakaru, gan tostarp arī enerģijas pārraidīšanas jomā. Paredzēts, ka 5G standarta bezvadu tīkli, kas signālus noraida milimetru diapazonā, pavērs iespēju strauji uzplaukt un attīstīties arī bezvadu enerģijas pārraidīšanai. Nesen Japānas pētnieki no Tokijas Tehnoloģiju institūta izstrādājuši prototipu uztveršanas un noraidīšanas ierīcei, kas aprīkota ar 64 elementu fāzētu antenas režģi, kas spēj uztvert un noraidīt datus un vienlaikus ar to arī pārvērst radioviļņu elektrisko enerģiju speciālā un krietni vien jaudīgākā enerģētiskajā signālā.
Sākotnēji šī ierīce bija paredzēta 5G releja stacijas elementa izveidošanai, taču tagad pētnieki aplūko to saistībā ar iespēju izmantot tā dēvētā lietu tīmekļa (Internet of Things, IoT) iekārtās. Tas varētu dot iespēju IoT iekārtām atbrīvoties no baterijām, kabeļiem un barošanas avotiem, kas savukārt samazinātu to izmērus, pazeminātu pašizmaksu un apkalpošanas izdevumus.
Čipa priekšpusē izvietots minētā 64 elementu antenas fāzētais režģis, kas dalīts četrās grupās. Ierīces aizmugurē izvietota smalka un elastīga plate ar specpasūtījuma ietvaros izgatavotiem četriem integrālajiem čipiem – pa vienam katrā antenas režģa sektorā. Katrs čips sevī satur fāzētāju, ko izmanto sev uzticētā antenas režģa sektora vadīšanai ar diagrammu, un augstas efektivitātes augstfrekvenču taisngriezi. Izeja, uz kuru noraidīta savāktā enerģija, kopā ar vadības līniju novadīta uz speciālu sadalītāju, kuram pieslēdzama ārējā pievienojamā ierīce.
Tāda čipa bāzes stacija noraida divus signālus: informatīvo 28 GHz frekvencē un enerģētisko 24 GHz frekvencē. Enerģētiskais signāls iztaisnojas pastāvīgas plūsmas veidā un to noraida uz ārējo iekārtu, tādējādi aktivizējot tā darbību. Signāli no četriem antenas signāliem fāzē iztaisnojas, lai palielinātu efektivitāti, un tikai pēc tā tos noraida uz taisngriezi. Informatīvais signāls pārveidojas līdz starpfrekvencei 4 GHz, un tas atvieglo tā apstrādi ar pretējo pārveidošanu no 4 GHz līdz 28 GHz, kā arī tā izstarošanu tajā virzienā, no kura saņemts signāls.
Ierīces izmēģinājumi apliecinājuši, ka šāda 64 elementu antena spēj nodrošināt ārējai iekārtai vienu milivatu lielu jaudu pat tajā gadījumā, ja raidītāja virziena nobīde no antenas ass veido aptuveni 45 grādus. Aprēķināts, ka, piemēram, ar 1024 elementiem aprīkota antena jau varētu tādējādi nodot 10 milivatu lielu jaudu, un – acīmredzot līdz kādai noteiktai robežai – tā tālāk!
Optiskā pārbaude Lāzera interferometra gravitācijas viļņu observatorijā (LIGO).
