Наукові відкриття року: від прориву в технології ядерного поділу енергії до «відродження» свиней після їх смерті.
Ось деякі з найбільших наукових проривів, які відбулися у 2022 році:
Прорив в енергетиці термоядерного синтезу обіцяє майбутнє чистої енергії
У вівторок (13 грудня) вчені оголосили, що дослідники з Національної лабораторії Лоуренса в Каліфорнії провели реакцію ядерного поділу, яка виробила більше енергії, ніж було використано для її запалювання. Це знаменує великий прорив у галузі. Майже вся енергія на планеті походить від енергії ядерного синтезу. Багато відомих нам джерел енергії, від їжі, яку ми їмо, до викопного палива, яке ми спалюємо, можна простежити до реакцій ядерного поділу, які відбуваються на Сонці. Але пройдуть ще роки, а може й десятиліття, щоб опанувати цей процес самостійно.
Звичайні атомні електростанції, які ми знаємо, і ядерна зброя отримує свою енергію від процесу ядерного поділу, де ядро атома, зазвичай урану, розщеплюється на два різних ядра, генеруючи велику кількість енергії.
У майже протилежному процесі ядерний синтез відбувається, коли два ядра зливаються разом, утворюючи єдине важче ядро. Коли це відбувається, маса нового важчого ядра менша, ніж сума окремих ядер разом узятих, тобто втрачається трохи маси. E=MC^2, найвідоміше рівняння Ейнштейна, пояснює, як ця маса перетворюється на велику кількість енергії.
Хоча реакції поділу та термоядерного синтезу вивільняють велику кількість енергії, остання виробляє значно більше енергії, ніж перша. Наприклад, ядерний синтез двох ядер важчого ізотопу водню вироблятиме в чотири рази більше енергії, ніж поділ атома урану.
Якби енергія ядерного поділу була комерціалізована, це запропонувало б чисте та відновлюване джерело енергії, яке допоможе боротися зі зміною клімату, і водночас не буде створювати масу радіоактивних відходів, якими відомі реактори з енергією поділу. Технологія ще має пройти довгий шлях, перш ніж стати життєздатною альтернативою енергії, оскільки реакції термоядерного синтезу, які зараз тестуються, ледь тривають кілька хвилин через складність підтримки умов, необхідних для проведення реакцій.
Великий адронний колайдер повертається до роботи, даючи майже миттєві результати
Після понад трьох років перерви на технічне обслуговування та модернізацію найбільшого у світі прискорювача частинок, великого адронного колайдера (LHC), він знову запрацював у квітні цього року. Це стало початком третього циклу LHC, коли вчені збиратимуть дані про незрівнянну кількість зіткнень частинок, які відбуваються на безпрецедентних рівнях енергії.
Після повторного запуску LHC не зайняло багато часу, щоб представити нове відкриття. У липні цього року CERN (Європейська організація ядерних досліджень) оголосила про відкриття трьох нових екзотичних частинок — нового пентакварка та пари нових тетракварків — за допомогою прискорювача частинок.
«Дитяча червоточина», змодельована на квантовому комп’ютері
З того часу, як вони були вперше запропоновані Альбертом Ейнштейном і Натаном Розеном в 1935 році, червоточини залишалися в царині спекулятивної наукової фантастики. Червоточини, або мости Ейнштейна-Розена, є теоретичними структурами, які можна вважати тунелем з двома кінцями в різних точках простору-часу. Цей тунель може з’єднувати дві точки на великих або малих відстанях або дві різні точки в часі.
Дослідники з Каліфорнійського технологічного інституту (CalTech) створили дві імітовані чорні діри у квантовому комп’ютері та передали повідомлення між ними, фактично створивши тунель у просторі-часі. Хоча дослідники не створили розриву в просторі та часі у фізичному просторі, виявилося, що проходима червоточина утворилася на основі квантової інформації, «телепортованої» за допомогою квантових кодів на квантовому комп’ютері.
Хоча може пройти багато часу, перш ніж ми зможемо відправити людину чи навіть її собаку через червоточину, це дослідження все ж є важливим проривом. Вчені давно шукали кращого розуміння цих червоточин, і нове дослідження допоможе їм досягти прогресу на шляху до цієї мети.
«Повернення з того світу» шляхом відновлення клітин свиней
У серпні цього року вчені Єльського університету закачували виготовлений на замовлення розчин під назвою OrganEx в тіла мертвих свиней за допомогою пристрою, схожого на апарати «серце-легені», які використовуються в лікарнях. Коли машина почала циркулювати розчин у венах і артеріях трупів, клітини мозку, серця, печінки та нирок знову почали функціонувати. Крім того, трупи ніколи не застигали, на відміну від звичайних мертвих тіл.
Попри те, що, здавалося б, мертві клітини ожили, свині були без свідомості. Цей експеримент порушує важливі питання щодо наукового поділу між життям і смертю. Однією з головних цілей дослідників є збільшення кількості людських органів для трансплантації в майбутньому, дозволяючи лікарям отримувати життєздатні органи через довгий час після смерті пацієнта. Вони також сподіваються, що ця технологія може бути використана для запобігання серйозним пошкодженням таких органів, як серце після серцевого нападу або мозку після інсульту.
Створення штучного ембріона
У ще одному науковому прориві, який змусить вас задуматися про те, що означає життя, Кембриджський університет і Каліфорнійський технологічний інститут створили штучний ембріон без використання сперми чи яйцеклітин. За даними Кембриджського університету, у ембріона, створеного за допомогою стовбурових клітин миші, розвинувся мозок, серце, що б’ється, і основи для всіх інших органів тіла.
Стовбурові клітини є основними клітинами організму, і вони можуть розвинутися практично в будь-який з багатьох типів клітин організму. Дослідники імітували природні процеси, які відбуваються під час зачаття, і керували трьома типами стовбурових клітин, виявлених на ранніх етапах розвитку ссавців, доки вони не почали взаємодіяти. Вони створили унікальне середовище для взаємодії та змусили стовбурові клітини взаємодіяти одна з одною.
Завдяки цьому стовбурові клітини організовувалися в структури та проходили стадії розвитку, доки у ембріонів не з’явилися серця, що б’ються, і основи мозку, а також жовтковий мішок, з якого ембріони отримують поживні речовини в перші тижні. На відміну від інших синтетичних ембріонів, розроблених у минулому, ембріони дослідників досягли точки, коли почав розвиватися весь мозок.
Це дослідження проводилося на мишах, але дослідники сподіваються, що цю технологію можна використовувати для розробки певних типів органів людини.
