De la fuziunea nucleara la magnetul monopolar

Fuziunea nucleara la rece un proces care poate genera energie nelimitata pentru umanitate

Sfârsitul anului trecut a însemnat si realizarea unor retrospective ale descoperirilor care au îmbogatit cunoasterea umana. În domeniul fizicii, dupa cum noteaza Agerpres, oamenii de stiinta s-au concentrat pe studiile asupra micro si macrocosmosului, în speranta ca ele vor aduce raspunsuri la întrebari fundamentale. Daca nu la toate, macar la o parte dintre ele. 

Ce mai face „particula lui Dumnezeu”?

 Descoperirea bosonului Higgs, dupa numele fizicianului Peter Higgs, unul dintre cei sase fizicieni care în 1964 au sugerat existenta unei asemenea particule, devenita între timp, în mass media, celebra „particula a lui Dumnezeu”, denumire pe care o respinge chiar Higgs, pentru care în 2013 Peter Higgs si François Englert (decedat în 2011) au primit Premiul Nobel pentru fizica, continua sa suscite un interes major. Anul trecut, în iunie, fizicienii de la CERN au anuntat descoperirea unor noi date despre celebra „particula a lui Dumnezeu”.

 Analiza datelor adunate dupa experimentele derulate în cadrul celui mai mare accelerator de particule din lume, Large Hadron Collider (LHC) – din cadrul CERN, acum oprit pentru modernizari, raspunde unor întrebari cu privire la modul în care se comporta aceasta particula. Analiza unui volum impresionant de date rezultate din înregistrarea coliziunilor dintre protoni la viteze apropiate de cea a luminii, în cadrul LHC, demonstreaza ca acest boson se descompune, exact cum prevede modelul teoretic, într-un grup de subparticule denumite fermioni, fenomen care corespunde Modelului Standard din fizica. Clasa fermionilor include particule de materie cum ar fi quarcii (care formeaza protonii) si leptonii (categorie din care fac parte electronii).

Revolutie energetica

 Nu doar vechii egipteni venerau Soarele, dar si cercetatorii de azi vor sa ia Soarele drept model pentru viitoarele surse de energie ale omenirii. E vorba despre fuziunea nucleara – proces care reprezinta principala sursa de energie a Soarelui si a tuturor celorlalte stele active.

 O echipa de cercetatori de la National Ignition Facility (NIF) a reusit sa obtina mai multa energie, ca rezultat al unei reactii de fuziune nucleara, decât energia introdusa în sistem. Energia obtinuta din procese controlate de fuziune nucleara este considerata un fel de Sfânt Graal energetic. Teoretic, procesul de fuziune nucleara poate oferi lumii o cantitate nelimitata de energie nepoluanta. Sursa acestei energii, familia de izotopi ai hidrogenului, reprezinta combustibilul cel mai raspândit în Univers si ar fi, practic, disponibil în mod nelimitat pentru orice stat care ar detine aceasta tehnologie.

 În plus, procesul de fuziune nu produce radiatiile nocive caracteristice fisiunii nucleare si sunt eliminate complet pericolele asociate în prezent functionarii centralelor atomice pe baza de fisiune nucleara. Si cu toate acestea, nu se mai aude nimic despre fuziunea nucleara „la rece”, cea despre care, în urma cu trei decenii, se spunea ca va rezolva problemele energetice ale Planetei. Desi considerate controversate, cercetarile în domeniul fuziunii nucleare la rece continua.

 Cercetatorul italian Andrea Rossi a reusit sa obtina cantitati uriase de energie, la temperatura scazuta, a confirmat în premiera o echipa independenta de cercetatori. „Catalizatorul energetic” al lui Andrea Rossi, sau E-Cat, functioneaza pe baza unei reactii nucleare de energie joasa, ce produce mari cantitati de energie din câteva grame de hidrogen. Altfel cunoscuta ca fuziune rece, aceasta metoda este una în general evitata de fizicieni si privita cu scepticism, scrie stiintasitehnica.com. Cu toate astea, o echipa independenta de cercetatori a confirmat recent veridicitatea catalizatorului energetic al italianului, relateaza Forbes.com. „Fie este cea mai elaborata farsa stiintifica din lume, fie lumea e pe cale sa treaca printr-o revolutie fara precendent”, scriu redactorii revistei americane.

 În aprilie trecut, a fost descoperita o modalitate de stocare a energiei solare  sub forma de energie calorica la nivel microscopic. Descoperirea a fost anuntata de o echipa de oameni de stiinta de la Institutul Tehnologic din Massachusetts (MIT) si de la Universitatea Harvard, cercetatorii considerând ca stocarea ar fi posibila în molecule care ar putea fi apoi folosite pentru a încalzi locuinte, apa sau pentru a gati.

 Mai mult decât atât, aceste molecule pot stoca energia oricât de mult timp si pot fi refolosite la nesfârsit, fara a emite deloc gaze cu efect de sera. Din pacate, cercetatorii nu au reusit înca sa construiasca si dispozitivul capabil sa fie folosit perpetuu pentru încalzire, dar au reusit sa demonstreze, în conditii de laborator, viabilitatea unui fenomen fizic denumit „fotocomutare”.

Magnet cu un singur pol?

 Tot anul trecut a fost studiat, la o temperatura apropiata de zero absolut, comportamentul unui electron în raspuns la un magnet monopolar – un magnet cu un singur pol, polul nord. Iar acest comportament al sistemului magnet monopolar – electron este exact cel prevazut de fizicianul englez Paul Dirac în 1931. Desi toti magnetii au un pol nord si unul sud (pâna la nivelul protonilor si electronilor), fizicienii sunt de parere ca trebuie sa existe si particule magnetice monopolare, care s-ar fi format, cel mai probabil, la putin timp dupa explozia primordiala, Big Bang, atunci când Universul era extrem de fierbinte si de dens.

 În 1931, fizicianul englez Paul Dirac a încercat sa explice cum ar putea exista o astfel departicula monopolara în cadrul Modelului Standard din fizica. Teoria lui Dirac a fost confirmata experimental prin racirea unor atomi de rubidiu pâna la 0,000000001 grade deasupra lui zero absolut (-273,15oC – este punctul de pe scara termodinamica la care energia termica a unui sistem îsi atinge minimul, în sensul ca sistemul nu mai cedeaza caldura). La aceasta temperatura atomii au un comportament cuantic bizar – se comporta mai degraba ca o unda, si nu ca un sistem de particule.

Picaturi, altele decât cea chinezeasca

 O echipa de fizicieni germani si americani a anuntat la sfârsitul lunii februarie a anului trecut descoperirea unui nou tip de particula exotica pe care l-a denumit „picatura cuantica” sau dropleton. Dropletonul are un comportament întrucâtva asemanator unei picaturi de apa, dar este de fapt o cvasiparticula – o amalgamare a unor particule mai mici. Aceasta descoperire ar putea fi utila în domeniul nanotehnologiilor, în special în realizarea dispozitivelor optoelectronice – asa cum sunt laserele semiconductoare folosite în cadrul player-elor Blu-ray.

 Descoperirea este cu atât mai interesanta si mai greu de realizat cu cât aceasta picatura cuantica are o perioada de viata foarte scurta. În cadrul experimentului care a dus la descoperirea sa a fost folosit un laser ultra-rapid, capabil sa emita aproximativ 100 de milioane de pulsuri pe secunda, iar picatura cuantica a aparut pentru un interval de timp de doar 0,000000025 secunde. Si totusi acest interval de timp infinitezimal este suficient de lung pentru a putea fi studiat modul în care lumina interactioneaza cu anumite tipuri de materie.

 Picatura cuantica poseda o parte din caracteristicile lichidelor, cum ar fi faptul ca produce unde sau microvaluri. O alta particula ciudata a fost descoperita, dupa zece ani de cercetari, de o echipa de fizicieni de la Universitatea Princeton: este vorba de o particula bizara care se comporta deopotriva ca materie si ca antimaterie, conform unui material publicat în revista „Science”.

 Fizicianul italian Ettore Majorana a fost primul om de stiinta care a emis, în 1937, ipoteza ca ar putea exista o particula – ce a primit denumirea de fermionul lui Majorana – care sa fie propria sa antiparticula, iar de atunci comunitatea stiintifica a tot cautat aceasta particula. Oamenii de stiinta sustin ca proprietatile observate la acest fermion îl transforma într-un excelent candidat pentru obtinerea unor biti cuantici pentru sistemele de calcul ultraperformante ale viitorului.

Revista Magazin