Choisir les meilleures réalisations scientifiques même en un an est incroyablement difficile. Le prix Nobel ne nous aidera pas non plus, car il est impossible de le remettre à tous les scientifiques exceptionnels (le physicien Freeman Dyson, par exemple, méritait clairement son prix, mais a été contraint de le céder à Schwinger, Feynman et Tomonaga).
Quant aux différentes collections TOP 10 compilées par des publications réputées, on ne peut pas se passer de subjectivité ici. La
liste des technologies révolutionnaires des années à venir, compilée par les rédacteurs en chef du MIT Technology Review du Massachusetts Institute of Technology, comprend des camions autonomes, des technologies de reconnaissance faciale et même des ordinateurs quantiques, mais il n'y a aucune découverte de l'industrie aérospatiale. Tout le monde ne peut pas être d'accord avec ce choix, en regardant le sort du moteur "impossible" EmDrive.
Comment choisir les expériences les plus attendues parmi les centaines prévues? Essayons de nous concentrer sur l'échelle (très probablement, devant nous, pour la plupart, ne sont que des expériences coûteuses) et la valeur pour toute l'humanité. Début 2018, nous avons décidé de réunir des technologies prometteuses qui changeront notre avenir.
ITER
Le principal espoir de l'humanité pour une énergie abordable et bon marché est le réacteur de fusion ITER. Dix ans se sont écoulés depuis le début de la construction du réacteur thermonucléaire expérimental international, bien que les fondements théoriques de ses travaux aient été posés par des scientifiques soviétiques au milieu du XXe siècle (avec le début de l'utilisation des
tokamaks ). Un projet auquel 35 pays participent devrait démontrer la faisabilité d'une utilisation commerciale d'un réacteur à fusion.
Le coût du projet est actuellement de 18 milliards d'euros. Début décembre 2017, les responsables d'ITER ont annoncé que 50% de tous les travaux de construction nécessaires pour recevoir le premier plasma étaient achevés. La première phase des expériences, au cours de laquelle l'hydrogène sera converti en un gaz chaud et chargé électriquement, devrait actuellement être réalisée en 2025.
Installations expérimentales de confinement magnétique du plasma afin de réaliser les conditions nécessaires à une fusion thermonucléaire contrôlée pour générer de l'énergie pendant des décennies. Mais jusqu'à présent, ils ont eu besoin de plus d'énergie pour fonctionner qu'ils n'en ont généré eux-mêmes. Dans l'expérience ITER, ils prévoient de surmonter cette limitation en raison des dimensions colossales de l'installation: un tokamak pour contenir du plasma pèse 23 tonnes et prend 840 mètres cubes - 10 fois la capacité de tout autre appareil similaire antérieur.
Si tout se passe bien, ITER atteindra sa pleine capacité d'ici 2035 et permettra à l'humanité de cesser d'utiliser des combustibles fossiles. Le réacteur utilisera 50 mégawatts d'énergie pour produire 500 mégawatts d'énergie. À l'avenir, les centrales de type ITER auront une valeur comparable à celle des centrales nucléaires conventionnelles. Mais, contrairement aux centrales nucléaires, les centrales à fusion ne produiront aucun déchet radioactif ni ne pollueront l'atmosphère de quelque façon que ce soit.
Surthérapie génique
Des milliers de maladies surviennent en raison d'une erreur dans un gène humain. La thérapie génique existe déjà et aide les médecins à traiter certaines maladies héréditaires. Jusqu'à récemment, la sclérose latérale amyotrophique (SLA - Stephen Hawking est aux prises avec cette maladie) était considérée comme incurable, mais en 2017, des chercheurs de l'Université de Californie à Berkeley ont
prouvé que la thérapie génique pouvait vaincre la SLA.
La Food and Drug Administration des États-Unis a
approuvé la thérapie génique pour traiter la cécité congénitale avec un gène qui «inclut» les cellules photosensibles de l'œil.
Les essais d'une nouvelle méthode de thérapie génique pour l'
hémophilie ont également été couronnés de succès. Des chercheurs chinois ont réussi à corriger une mutation du gène d'embryon humain, conduisant au développement d'une anémie. Il y a eu d'autres réalisations - tout cela en un an seulement!
Mais que se passera-t-il ensuite? Dans tous les cas ci-dessus, les scientifiques ont utilisé la technologie CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) Cas9, qui pendant plusieurs années vous permet de modifier l'ADN dans les cellules vivantes. Les endonucléases Cas9 coupent l'ADN dans les régions nécessaires complémentaires à la «matrice» du guide d'ARN, après quoi les propres systèmes de réparation de la cellule suturent les extrémités de l'ADN, fixant les changements.
Cependant, la méthode s'est avérée peu fiable. Des chercheurs de l'Université Columbia à New York ont découvert que la technologie d'édition du génome CRISPR / Cas9
conduit à un nombre beaucoup plus grand de mutations secondaires (non cibles) qu'on ne le pensait auparavant.
Quelques mois plus tard, une solution révolutionnaire a été proposée qui pourrait amener la thérapie génique à un nouveau niveau. Au lieu de la protéine Cas9 active, les scientifiques ont pris sa forme inactive, qui peut cibler des endroits spécifiques du génome, mais ne coupe plus l'ADN. Cette décision
peut être considérée comme l' une des percées les plus importantes de l'histoire de la génétique.
La nouvelle méthode a été testée sur des souris présentant une insuffisance rénale aiguë - les scientifiques ont réussi à activer des gènes endommagés ou étouffés, rétablissant une fonction rénale normale. De plus, la méthode a aidé à guérir les souris atteintes de diabète de type 1 et même de dystrophie musculaire. Aucun effet secondaire dangereux n'a été détecté.
La partie la plus difficile reste: les scientifiques doivent mener des expériences pour suivre les effets de la «programmation génétique» sur les souris à longue durée de vie et leur progéniture. Ensuite, si tout se passe bien, la technologie peut être testée chez l'homme et adaptée pour traiter les maladies humaines. Les résultats devraient être attendus dans 5 à 10 ans.
Tests de moteur impossibles
EmDrive suscite des opinions polaires. Rappelons brièvement que nous parlons d'un moteur composé d'un magnétron et d'un résonateur, dont les performances présumées
ne sont
pas conformes aux idées scientifiques modernes sur l'ordre mondial. Les données expérimentales
ne fournissent pas de confirmation ou de réfutation sans ambiguïté de l'opérabilité d'une telle installation.
Lorsque ce moteur tourne, le carburant n'est pas utilisé, ce qui, apparemment, viole la loi de conservation de l'élan. De plus, l'auteur du développement, l'ingénieur Roger Scheuer, ne peut pas donner une explication logique du principe de l'installation. Heureusement, les dessins EmDrive sont ouverts aux chercheurs.
En novembre 2016, une
étude des ingénieurs de laboratoire de la NASA Eagleworks a été publiée, qui concluait qu'EmDrive fonctionnait. Cependant, tous les membres de la communauté scientifique n'étaient pas d'accord avec cette étude. La poussée de 1,2 ± 0,1 mN / kW fournie par le moteur peut s'expliquer par des erreurs expérimentales.
Le moteur s'intéresse beaucoup à la Chine. Des représentants de l'Académie chinoise des technologies spatiales ont
déclaré que la Chine avait non seulement testé avec succès la technologie EmDrive dans ses laboratoires, mais avait également commencé à tester le moteur de la station spatiale Tiangong-2. Les travaux du laboratoire spatial dureront jusqu'en septembre 2018, après quoi des publications sur les résultats de l'expérience devraient être attendues. Si toute l'étude n'est pas classée (et ne s'avère pas être une campagne de relations publiques astucieuse de l'industrie spatiale chinoise).
À l'avenir, EmDrive peut ouvrir la voie à des voyages spatiaux bon marché, ainsi qu'à des voyages spatiaux plus rapides. Mais surtout, le moteur de par son existence même entraînera des changements dans une partie importante de la physique. Et cela donnera une impulsion incroyable à de nouvelles recherches et découvertes.
Repousser les limites de la physique
Après le Big Bang, la matière et l'antimatière devaient être créées dans des proportions égales. La matière et l'antimatière s'anéantissent mutuellement, cependant, l'Univers, comme nous le voyons, continue d'exister. Les physiciens suggèrent que pour chaque milliard de paires de particules de matière antimatière, une particule supplémentaire de matière a été créée.
Cependant, la violation de la "symétrie universelle" n'est qu'une hypothèse qui doit encore être confirmée. Au Large Hadron Collider (LHC), des expériences sont menées pour détecter des erreurs dans le principe de symétrie de charge, de parité et de temps (invariance CPT). Selon ce principe, un univers «miroir» rempli d'antimatière devrait avoir les mêmes lois de la physique que la nôtre, uniquement dans une image miroir.
Jusqu'à présent, dans nos idées, l'antimatière reste identique à la matière. Le LHC recherche une lacune dans les particules appariées qui expliquerait le paradoxe de l'antimatière. Au cours des prochaines années, des expériences viseront à rechercher des particules SUSY - des particules supersymétriques dont la preuve de l'existence violerait également le principe fondamental de la symétrie.
L'expérience
ATLAS , qui a fêté ses 25 ans en 2017, s'est arrêtée avec l'expérience
CMS jusqu'au printemps 2018 pour modernisation technique. Mais ce n'est que le début. Le LHC
n'atteindra sa puissance maximale qu'en 2026. En outre, il est prévu d'ici là de lancer le projet Future Circular Collider («héritier» du LHC), ainsi que de lancer l'International Linear Collider (ILC) au Japon.
Définition de la simulation d'univers
Notre monde est-il réel ou vivons-nous tous à l'intérieur d'un programme informatique? Du point de vue d'une personne ordinaire, la réponse à cette question n'a pas d'importance (sauf si, bien sûr, l'idée de l'existence d'observateurs des auteurs de la simulation est autorisée), mais pour la physique, la question peut s'avérer fondamentale. Plutôt, essayer de trouver une réponse peut être crucial pour le monde entier.
Les physiciens théoriciens Zohar Ringel et Dmitry Kovrizhi ont suggéré qu'il est impossible de modéliser la manifestation d'anomalies des systèmes quantiques, telles que l'
effet Hall quantique qu'ils étudient. Cet effet quantique, observé dans les structures à semi-conducteurs à l'état solide, est une manifestation macroscopique des propriétés quantiques de la matière, et est important comme méthode pour mesurer avec précision les constantes physiques universelles.
Ringel et Kovrizhi ont
calculé que le stockage d'informations sur plusieurs centaines d'électrons inhérents à un tel effet nécessiterait plus de mémoire informatique que la quantité "qui pourrait être créée en utilisant tous les atomes qui existent dans l'Univers".
Cependant, cette méthode est basée sur l'action de fonctionnement de la
mécanique classique de l'intégrale de Feynman . L'interprétation de Feynman n'est peut-être pas la seule. Il existe peut-être une autre méthode qui vous permet de simuler un système quantique avec l'effet Hall.
Dans les années à venir, nous pourrons mener plus d'expériences avec des ordinateurs quantiques - cela nous donnera l'occasion de vérifier à un nouveau niveau si l'Univers est une simulation ou non. Des scientifiques de l'Université du Maryland College Park et de l'Institut national américain des normes et de la technologie ont
créé un modèle de système quantique à 53 qubits. Jusqu'à présent, cela ne suffit pas pour résoudre des tâches utiles, mais selon les
prévisions de Cisco, le premier ordinateur quantique commercial capable de résoudre un large éventail de problèmes apparaîtra d'ici la mi-2020.
Projet cerveau humain
Le projet européen «
The Human Brain Project » (HBP) a débuté en 2013 et est conçu pour 10 ans. Le projet implique des centaines de scientifiques de 26 pays et 135 institutions partenaires. HBP devrait créer le premier modèle informatique au monde du cerveau humain et des rongeurs. Le projet est d'une ampleur sans précédent et la plus grande expérience de l'histoire de l'étude du cerveau humain avec un budget de 1,6 milliard de dollars.
Les scientifiques prévoient de créer un atlas fonctionnel de l'activité neuronale du cerveau humain, qui contient 85 milliards de cellules individuelles. Ainsi, nous pourrons mieux comprendre les maladies cérébrales et surveiller le processus d'exposition à certains médicaments, ce qui nous permettra de développer des diagnostics et des méthodes de traitement avancés.
De plus, la modélisation détaillée du cerveau nécessite une puissance de calcul importante, ce qui donnera un élan à l'amélioration des performances des superordinateurs, à l'amélioration des télécommunications et des méthodes d'exploration de données.
Études sur la matière noire
Qu'est-ce que la matière noire? Nous n'avons pas encore de réponse exacte, mais ses effets gravitationnels sont visibles sur les trajectoires de mouvement des galaxies. Découvrir la nature de la matière noire nous aidera à mieux comprendre la nature de l'Univers, cependant, de nombreuses expériences dans lesquelles des preuves de l'existence de la matière noire devaient être trouvées ont montré des résultats complètement différents. Il n'y a pas de méthode unique, pas de données exactes.
Les premières observations de l' observatoire orbital chinois DAMPE, conçu pour rechercher la matière noire, parlent en faveur du fait que la matière noire peut en fait se désintégrer au voisinage de l'orbite terrestre et au centre de notre galaxie.
DAMPE (Dark Matter Particle Explorer) a reçu le spectre énergétique des électrons de haute énergie et des positrons des rayons cosmiques avec une haute résolution et un faible bruit.
Dans la région de 0,9 TeV, une «baisse» du nombre d'électrons et de positrons enregistrés est observée dans le spectre, ce qui confirme indirectement l'existence de la matière noire. Les chercheurs veulent des données plus précises, mais DAMPE est conçu pour une seule année de travail supplémentaire. À l'heure actuelle, nous n'avons pas de détecteurs plus précis, ce qui signifie que le travail de la station se poursuivra très probablement.