Investigación

Respuestas a los mayores desafíos de la ciencia: ¿hasta dónde hemos llegado?

Mucho se desconoce sobre la naturaleza del universo mismo. Es la curiosidad inherente a las personas, lo que lleva a la búsqueda de respuestas a estas preguntas, y hace que la ciencia avance. Ya hemos acumulado una cantidad increíble de conocimiento, y el éxito de nuestras dos teorías principales, la teoría cuántica de campos, la descripción del Modelo estándar y la relatividad general, la descripción de la gravedad, demuestra hasta qué punto hemos llegado en la comprensión de la realidad.

Muchas personas son pesimistas sobre nuestraIntentos actuales y planes futuros para desentrañar los grandes misterios cósmicos que nos ponen en un callejón sin salida hoy. Nuestras mejores hipótesis para la nueva física, incluida la supersimetría, las dimensiones adicionales, la tecnicolor, la teoría de cuerdas y otras, no han podido obtener ninguna confirmación experimental hasta el momento. Pero esto no significa que la física esté en crisis. Esto significa que todo es exactamente como debería ser: la física dice la verdad sobre el Universo. Nuestros próximos pasos nos mostrarán lo bien que escuchamos.

Los mayores misterios del universo.

Hace un siglo, las preguntas más importantes que podríamos plantearnos incluían enigmas existenciales extremadamente importantes, como:

  • ¿Cuáles son los constituyentes más pequeños de la materia?
  • ¿Son nuestras teorías de las fuerzas de la naturaleza realmente fundamentales, o necesitamos una comprensión más profunda?
  • ¿Qué tan grande es el universo?
  • ¿Ha existido siempre nuestro universo o ha aparecido en algún momento en el pasado?
  • ¿Cómo brillan las estrellas?

En ese momento, estos rompecabezas ocupaban las mentes de los más grandes.personas Muchos ni siquiera pensaron que podrían ser respondidos. En particular, exigieron la inversión de recursos tan aparentemente enormes que se sugirió simplemente contentarse con lo que sabíamos en ese momento y usar este conocimiento para el desarrollo de la sociedad.

Por supuesto, no hicimos eso. Invertir en la sociedad es extremadamente importante, pero también es importante ampliar los límites de lo conocido. Gracias a los nuevos descubrimientos y métodos de investigación, pudimos obtener las siguientes respuestas:

  • Los átomos están formados por partículas subatómicas, muchas de las cuales se dividen en componentes aún más pequeños; Ahora conocemos todo el modelo estándar.
  • Nuestras teorías clásicas han sido reemplazadas por otras cuánticas que combinan cuatro fuerzas fundamentales: una fuerte interacción nuclear, electromagnética, débil y gravitacional.
  • El universo observable se extiende 46.1 billones de años luz en todas las direcciones; El Universo observable puede ser mucho más grande, o infinito.
  • Pasaron 13.8 mil millones de años después del evento, conocido como el Big Bang, que dio vida al universo conocido. Fue precedida por una época inflacionaria de duración indefinida.
  • Las estrellas brillan gracias a la física de la fusión nuclear, convirtiendo la materia en energía utilizando la fórmula Einstein E = mc2.

Y sin embargo, sólo profundizó los secretos científicos,Quienes nos rodean. Al poseer todo lo que sabemos sobre las partículas fundamentales, estamos seguros de que debería haber muchas otras cosas en el Universo que aún nos son desconocidas. No podemos explicar la presencia aparente de la materia oscura, no entendemos la energía oscura y no sabemos por qué el Universo se expande de esta manera y no de otra manera.

No sabemos por qué las partículas tienen talesmisa, que tienen; por qué el Universo está abrumado por la materia, y no por la antimateria; Por qué los neutrinos tienen masa. No sabemos si un protón es estable, si alguna vez se descompondrá y si la gravedad es una fuerza cuántica de la naturaleza. Y aunque sabemos que el Big Bang estuvo precedido por la inflación, no sabemos si fue el comienzo de la inflación en sí o si fue eterno.

¿Puede la gente resolver estos rompecabezas? ¿Pueden los experimentos que podemos hacer usando tecnologías actuales o futuras arrojar luz sobre estos rompecabezas fundamentales?

La respuesta a la primera pregunta es posible; no sabemosLo que la naturaleza guarda en secreto hasta que lo veamos. La respuesta a la segunda pregunta es definitivamente "sí". Incluso si cada teoría que hemos citado sobre lo que está más allá de los límites de lo conocido, el Modelo Estándar y el GTR, es 100% errónea, hay una gran cantidad de información que se puede obtener al realizar los experimentos que planeamos lanzar en la próxima generación No construir todas estas plantas sería una gran locura, incluso si confirman un escenario de pesadilla que la física de partículas ha temido durante muchos años.

Cuando escuchas acerca de un acelerador de partículas,Probablemente imagine todos estos nuevos descubrimientos que nos esperan en energías más altas. Lo que les gusta hacer a los teóricos es la promesa de nuevas partículas, nuevas fuerzas, nuevas interacciones, o incluso sectores completamente nuevos de la física, incluso si se realiza un experimento tras otro y no cumplen estas promesas.

Hay una buena razón para esto: La mayoría de las ideas que se pueden idear en la física ya han sido excluidas o están muy limitadas a los datos que ya tenemos. Si desea abrir una nueva partícula, campo, interacción o fenómeno, no debe postular algo que sea incompatible con lo que ya sabemos con seguridad. Por supuesto, podríamos hacer suposiciones que luego serían incorrectas, pero los datos en sí deberían estar de acuerdo con cualquier nueva teoría.

Es por esto que los mayores esfuerzos en física no se dirigen aNuevas teorías o nuevas ideas y experimentos que nos permitirán salir de los límites de lo que ya hemos explorado. Por supuesto, el descubrimiento del bosón de Higgs puede llevar a la exageración, pero ¿qué tan fuertemente está asociado el Higgs con el bosón Z? ¿Cuáles son todas las conexiones entre estas dos partículas y otras en el Modelo Estándar? ¿Qué tan fácil es crearlos? Y después de la creación, ¿habrá decaimientos mutuos que diferirán de la descomposición del Higgs estándar más el bosón Z estándar?

Existe una técnica que puede ser utilizada parainvestigando esto: cree una colisión electrón-positrón con una masa exacta de Higgs y Z-boson. En lugar de varias decenas o cientos de eventos que crean Higgs y Z-boson, como lo hace el LHC, puede crear miles, cientos de miles o incluso millones de ellos.

Por supuesto, el público en general estará más emocionado.el descubrimiento de una nueva partícula que cualquier otra cosa, pero no todos los experimentos están destinados a crear nuevas partículas; sí, no es necesario. Algunos pretenden investigar la materia que ya conocemos y estudiar sus propiedades en detalle. El gran colisionador de electrones y positrones, el antecesor del LHC, no encontró una sola partícula fundamental nueva. Como el experimento DESY, que colisionó electrones con protones. Y el colisionador relativista de los iones pesados ​​también.

Y esto era de esperarse; El objetivo de estos tres colisionadores era diferente. Fue para investigar el asunto que realmente existe, con una precisión sin precedentes.

No parece que estos experimentos sean soloConfirmó el Modelo Estándar, aunque todos los que encontraron correspondían solo al Modelo Estándar. Crearon nuevas partículas compuestas y midieron las conexiones entre ellas. Se encontraron relaciones de descomposición y ramificación, así como diferencias sutiles entre la materia y la antimateria. Algunas partículas se comportaron de manera diferente a sus contrapartes espejo. Otros parecían romper la simetría del tiempo invertido. Sin embargo, se descubrió que otros se fusionan, creando estados relacionados que ni siquiera nos dimos cuenta.

El propósito del próximo gran experimento científico no essimplemente buscando una cosa o comprobando una nueva teoría. Es necesario recopilar una gran cantidad de datos inaccesibles y permitir que estos datos guíen el desarrollo de la industria.

Por supuesto, podemos diseñar y construir.Experimentos u observatorios, centrados en lo que esperamos encontrar. Pero la mejor opción para el futuro de la ciencia sería una máquina multipropósito que pueda recopilar grandes y diversas cantidades de datos que no sería posible recopilar sin una inversión tan enorme. Esta es la razón por la que Hubble tuvo tanto éxito, por qué Fermilab y BAC ampliaron los límites más que antes, y por qué las misiones futuras como el Telescopio Espacial James Webb, los futuros observatorios de clase de 30 metros o los futuros colisionadores nos necesitarán si queremos que algún día respondamos lo más fundamental preguntas de todos.

En los negocios hay un viejo dicho que tambiénAplicable a la ciencia: “Más rápido. Mejor Mas barato Elige dos ". El mundo se está moviendo más rápido que nunca. Si empezamos a ahorrar y no invertimos en el "mejor", será equivalente a rendirnos.

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