Elegir los mejores logros científicos incluso en un año es increíblemente difícil. El Premio Nobel tampoco nos ayudará, porque es imposible entregarlo a todos los científicos destacados (el físico Freeman Dyson, por ejemplo, claramente merecía su premio, pero se vio obligado a cederlo a Schwinger, Feynman y Tomonaga).
En cuanto a las diversas colecciones TOP 10 compiladas por publicaciones de renombre, no se puede prescindir de subjetividad aquí. La
lista de tecnologías revolucionarias de los próximos años, compilada por los editores de la revista del Instituto de Tecnología de Massachusetts "MIT Technology Review", incluye camiones autónomos, tecnologías de reconocimiento facial e incluso computadoras cuánticas, pero no hay descubrimientos de la industria aeroespacial. No todos pueden estar de acuerdo con esta elección, viendo el destino del motor "imposible" EmDrive.
¿Cómo elegir los experimentos más esperados de los cientos planeados? Tratemos de enfocarnos en la escala (lo más probable, delante de nosotros, en su mayor parte, son solo experimentos costosos) y valor para toda la humanidad. A principios de 2018, decidimos unir tecnologías prometedoras que cambiarán nuestro futuro.
ITER
La principal esperanza de la humanidad para obtener energía barata y asequible es el reactor de fusión ITER. Han pasado diez años desde el inicio de la construcción del Reactor Experimental Termonuclear Internacional, aunque los fundamentos teóricos de su trabajo fueron establecidos por científicos soviéticos a mediados del siglo XX (con el comienzo del uso de
tokamaks ). Un proyecto en el que participan 35 países debería demostrar la viabilidad del uso comercial de un reactor de fusión.
El costo del proyecto en este momento es de 18 mil millones de euros. A principios de diciembre de 2017, los funcionarios de ITER anunciaron que se completó el 50% de todos los trabajos de construcción necesarios para recibir el primer plasma. La primera fase de los experimentos, en la que el hidrógeno se convertirá en un gas caliente y cargado eléctricamente, se planea llevar a cabo actualmente en 2025.
Instalaciones experimentales para confinamiento de plasma magnético con el fin de lograr las condiciones necesarias para que la fusión termonuclear controlada genere energía durante décadas. Pero hasta ahora han requerido más energía para trabajar que la que ellos mismos generaron. En el experimento ITER, planean superar esta limitación debido a las dimensiones colosales de la instalación: un tokamak para contener plasma pesa 23 toneladas y ocupa 840 metros cúbicos, 10 veces la capacidad de cualquier dispositivo similar anterior.
Si todo va bien, ITER alcanzará su capacidad total para 2035 y permitirá a la humanidad dejar de usar combustibles fósiles. El reactor utilizará 50 megavatios de energía para generar 500 megavatios de energía. En el futuro, las plantas de energía tipo ITER tendrán un valor comparable a las plantas de energía nuclear convencionales. Pero, a diferencia de las plantas de energía nuclear, las plantas de fusión no producirán desechos radiactivos ni contaminarán la atmósfera de ninguna manera.
Terapia génica
Miles de enfermedades surgen debido a un error en un gen humano. La terapia génica ya existe y ayuda a los médicos a tratar algunas enfermedades hereditarias. Hasta hace poco, la esclerosis lateral amiotrófica (ELA - Stephen Hawking está luchando con esta enfermedad) se consideraba incurable, pero en 2017, investigadores de la Universidad de California en Berkeley
demostraron que la terapia génica puede derrotar a la ELA.
La Administración de Drogas y Alimentos de los Estados Unidos ha
aprobado la terapia génica para tratar la ceguera congénita con un gen que "incluye" células fotosensibles en el ojo.
Los ensayos de un nuevo método de terapia génica para la
hemofilia también
han tenido éxito. Investigadores chinos han corregido con éxito una mutación en el gen embrionario humano, lo que lleva al desarrollo de anemia. Hubo otros logros, ¡todo esto en solo un año!
¿Pero qué pasará después? En todos los casos anteriores, los científicos utilizaron la tecnología CRISPR (repeticiones palindrómicas cortas agrupadas regularmente entrelazadas) Cas9, que durante varios años le permite editar el ADN en las células vivas. Las endonucleasas Cas9 cortan el ADN en las regiones necesarias complementarias a la "plantilla" de la guía de ARN, después de lo cual los propios sistemas de reparación de la célula suturan los extremos del ADN, arreglando los cambios.
Sin embargo, el método resultó ser poco confiable. Investigadores de la Universidad de Columbia en Nueva York descubrieron que la tecnología de edición del genoma CRISPR / Cas9
conduce a un número mucho mayor de mutaciones secundarias (no objetivo) de lo que se pensaba anteriormente.
Unos meses más tarde, se propuso una solución revolucionaria que podría llevar la terapia génica a un nuevo nivel. En lugar de la proteína Cas9 activa, los científicos tomaron su forma inactiva, que puede apuntar a lugares específicos del genoma, pero ya no corta el ADN. Esta decisión
puede considerarse uno de los avances más significativos en la historia de la genética.
El nuevo método se probó en ratones con insuficiencia renal aguda: los científicos pudieron activar con éxito genes dañados o amortiguados, restaurando la función renal normal. Además, el método ayudó a curar ratones con diabetes tipo 1 e incluso distrofia muscular. No se detectaron efectos secundarios peligrosos.
La parte más difícil sigue siendo: los científicos deben realizar experimentos para rastrear los efectos de la "programación genética" en ratones de larga vida y sus crías. Entonces, si todo va bien, la tecnología puede probarse en humanos y adaptarse para tratar enfermedades humanas. Los resultados deben esperarse en 5-10 años.
Pruebas de motor imposibles
EmDrive despierta opiniones polares. Recordemos brevemente que estamos hablando de un motor que consta de un magnetrón y un resonador, cuyo supuesto rendimiento
no es
consistente con las ideas científicas modernas sobre el orden mundial. Los datos experimentales
no proporcionan una confirmación o refutación inequívoca de la operabilidad de dicha instalación.
Cuando este motor está funcionando, no se usa combustible, lo que, aparentemente, viola la ley de conservación del impulso. Además, el autor del desarrollo, el ingeniero Roger Scheuer, no puede dar una explicación lógica del principio de la instalación. Afortunadamente, los dibujos de EmDrive están abiertos a los investigadores.
En noviembre de 2016, se publicó un
estudio realizado por los ingenieros del laboratorio Eagleworks de la NASA, que concluyó que EmDrive estaba funcionando. Sin embargo, no todos en la comunidad científica estuvieron de acuerdo con este estudio. El empuje de 1.2 ± 0.1 mN / kW proporcionado por el motor puede explicarse por errores experimentales.
El motor está muy interesado en China. Representantes de la Academia China de Tecnología Espacial
dijeron que China no solo probó con éxito la tecnología EmDrive en sus laboratorios, sino que también comenzó a probar el motor en la estación espacial Tiangong-2. El trabajo del laboratorio espacial durará hasta septiembre de 2018, después de lo cual deben esperarse publicaciones sobre los resultados del experimento. Si todo el estudio no está clasificado (y no resulta ser una astuta campaña de relaciones públicas de la industria espacial china).
En el futuro, EmDrive puede abrir el camino para viajes espaciales baratos, así como viajes espaciales más rápidos. Pero lo más importante, el motor por el solo hecho de su existencia conducirá a cambios en una parte importante de la física. Y esto dará un impulso increíble a nuevas investigaciones y descubrimientos.
Expandiendo los límites de la física
Después del Big Bang, la materia y la antimateria se crearon en proporciones iguales. La materia y la antimateria se aniquilan mutuamente, sin embargo, el Universo, como vemos, sigue existiendo. Los físicos sugieren que por cada mil millones de pares de partículas de materia antimateria, se creó una partícula adicional de materia.
Sin embargo, la violación de la "simetría universal" es solo una suposición que aún debe confirmarse. En el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), se llevan a cabo experimentos para detectar errores en el principio de simetría de carga, paridad y tiempo (invariancia CPT). De acuerdo con este principio, un Universo "espejo" lleno de antimateria debería tener las mismas leyes físicas que las nuestras, solo en una imagen especular.
Hasta ahora, en nuestras ideas, la antimateria sigue siendo idéntica a la materia. El LHC está buscando una brecha en las partículas emparejadas que explicaría la paradoja de la antimateria. En los próximos años, los experimentos tendrán como objetivo la búsqueda de partículas SUSY, partículas supersimétricas, cuya prueba también violaría el principio fundamental de simetría.
El experimento
ATLAS , que celebró su 25 aniversario en 2017, se detuvo con el experimento
CMS hasta la primavera de 2018 para la modernización técnica. Sin embargo, esto es solo el comienzo. El LHC
alcanzará la potencia máxima solo en 2026. Además, en este momento está previsto iniciar el proyecto Future Circular Collider ("heredero" del LHC), así como lanzar el International Linear Collider (ILC) en Japón.
Definición de simulación de universo
¿Nuestro mundo es real o todos vivimos dentro de un programa de computadora? Desde el punto de vista de una persona común, la respuesta a esta pregunta no importa (a menos, por supuesto, la idea de la existencia de observadores de los autores de la simulación), pero para la física la pregunta puede resultar fundamental. Más bien, tratar de encontrar una respuesta puede ser crucial para todo el mundo.
Los físicos teóricos Zohar Ringel y Dmitry Kovrizhi sugirieron que es imposible modelar la manifestación de anomalías de los sistemas cuánticos, como el
efecto Hall cuántico que están estudiando. Este efecto cuántico, observado en estructuras de estado sólido de baja dimensión, es una manifestación macroscópica de las propiedades cuánticas de la materia, y es importante como método para medir con precisión las constantes físicas universales.
Ringel y Kovrizhi
calcularon que para almacenar información sobre varios cientos de electrones inherentes a dicho efecto, se necesitaría más memoria de computadora que la cantidad que "podría crearse utilizando todos los átomos que existen en el Universo".
Sin embargo, este método se basa en la acción operativa de la
mecánica clásica de la integral de Feynman . La interpretación de Feynman quizás no sea la única. Quizás haya algún otro método que le permita simular un sistema cuántico con el efecto Hall.
En los próximos años, podremos realizar más experimentos con computadoras cuánticas; esto nos dará la oportunidad de verificar a un nuevo nivel si el Universo es una simulación o no. Científicos de la Universidad de Maryland College Park y el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de EE. UU. Han
creado un modelo de un sistema cuántico de 53 qubits. Hasta ahora, esto no es suficiente para resolver tareas útiles, pero según los
pronósticos de Cisco, la primera computadora cuántica comercial capaz de resolver una amplia gama de problemas aparecerá a mediados de 2020.
Proyecto del cerebro humano
El proyecto europeo "
The Human Brain Project " (HBP) comenzó en 2013 y está diseñado para 10 años. El proyecto involucra a cientos de científicos de 26 países y 135 instituciones asociadas. HBP debería crear el primer modelo de computadora del mundo del cerebro humano y los roedores. El proyecto no tiene precedentes en escala y es el experimento más grande en la historia del estudio del cerebro humano con un presupuesto de $ 1.6 mil millones.
Los científicos planean crear un atlas funcional de actividad neuronal del cerebro humano, que contiene 85 mil millones de células individuales. Como resultado, podremos comprender mejor las enfermedades cerebrales y monitorear el proceso de exposición a ciertos medicamentos, lo que nos permitirá desarrollar diagnósticos y métodos de tratamiento avanzados.
Además, el modelado detallado del cerebro requiere una potencia informática considerable, lo que dará un impulso para mejorar el rendimiento de las supercomputadoras, mejorar las telecomunicaciones y los métodos de minería de datos.
Estudios de materia oscura
¿Qué es la materia oscura? Todavía no tenemos una respuesta exacta, pero sus efectos gravitacionales se pueden ver en las rutas de movimiento de las galaxias. Descubrir la naturaleza de la materia oscura nos ayudará a comprender mejor la naturaleza del Universo, sin embargo, numerosos experimentos en los que se encontró evidencia de la existencia de materia oscura mostraron resultados completamente diferentes. No hay un método único, no hay datos exactos.
Las primeras observaciones del observatorio orbital chino DAMPE, diseñado para buscar materia oscura, hablan a favor del hecho de que la materia oscura en realidad puede descomponerse en las proximidades de la órbita de la Tierra y en el centro de nuestra galaxia.
DAMPE (Dark Matter Particle Explorer) ha recibido el espectro de energía de electrones de alta energía y positrones de rayos cósmicos con alta resolución y bajo ruido.
En la región de 0.9 TeV, se observa una "caída" en el número de electrones y positrones registrados en el espectro, lo que confirma indirectamente la existencia de materia oscura. Los investigadores quieren datos más precisos, pero DAMPE está diseñado para solo un año más de trabajo. En la actualidad, no tenemos detectores más precisos, lo que significa que el trabajo de la estación probablemente continuará.