Nekoliko značajnih postignuća u fizici u 2022. godini

Krajem svake godine objavljuju se liste najznačajnijih otkrića ostvarenih u toj godini. Tako se i u časopisu Physics World pojavila lista od deset najznačajnijih postignuća u području fizike, onako kako su to ocijenili urednici koji pokrivaju različita područja fizike.

Značaj nekog otkrića može biti u otkrivanju nekih osnovnih procesa ili fenomena ili, pak, u njegovom tehnološkom utjecaju.

Taj drugi aspekt je najčešći generator financiranja znanosti, jer suvremeni svijet očekuje da znanost riješi goruće probleme klimatskih promjena i energije.

Fundamentalna istraživanja često rezultiraju obećavajućim rezultatima. Ona se onda nekritički plasiraju u širu javnost, i znanstvenu i opću. Ta nekritičnost rezultat je nepoznavanja problema koji se nalaze na putu od fundamentalnog otkrića do industrijskog proizvoda.

Dva velika događaja iz ne tako davne prošlosti lijepo ilustriraju takvu situaciju.

Prvi se pojavio 1986. godine. Tad je objavljen rad o materijalu koji na temperaturi od 35 K (-238,15 ºC) prelazi iz izolatorskog u supravodljivo stanje. Do tada je supravodljivost opažena samo na temperaturama koje se približavaju apsolutnoj nuli.

Vijest je odjeknula planetom, jer bi protok struje bez otpora značajno unaprijedio energetsku situaciju svijeta. Otkriće ovog materijala bilo je toliko značajno da su znanstvenici Bednorz i Müller već iduće godine dobili Nobelovu nagradu.

Također, postojala je i opravdana nada da bi se mogli razviti materijali koji bi isti prijelaz pokazali na znatno višim temperaturama. Sveti gral bila je supravodljivost na sobnoj temperaturi, no ona do danas nije ostvarena pod normalnim uvjetima.

Tehnološka očekivanja bila su ogromna, iako je svima bilo poznato da se radi o keramikama, dakle krutim materijalima od koji se ne mogu proizvoditi fleksibilne žice. Usprkos svim naporima, tehnološki značaj ovih materijala ostao je malen.

Drugi je primjer izolacija grafena. Grafen je sloj ugljikovih atoma koji formiraju heksagonsku mrežu, debljine jednoga atoma. Grafit je sastavljen od ogromnog broja grafenskih slojeva, međusobno povezanih relativno slabim vezama, ako ih usporedimo sa snagom uobičajenih kemijskih veza.

Izolacija jednog jedinog sloja iz grafita omogućila je čitav niz fundamentalnih otkrića od kojih su neka i ukazivala na moguće značajne tehnološke primjene. Jedna od mogućih primjena bila bi zamjena silicija grafenom, ako bi se mogle naći odgovarajuće modifikacije. Nažalost, dvadesetak godina nakon prvih radova, značaj grafena u tehnologijama još uvijek je malen.

S popisa Physics Worlda prikazat ću nekoliko dostignuća. Neka od njih mogu imati dalekosežne posljedice za civilizaciju.

Prvo od tih dostignuća uspjeh je u skretanju asteroida bliskog zemlji s putanje korištenjem ”kinetičkog udara”. To je postignuto svemirskim brodom DART (Double Asteroid Redirection Test). Lansiran je u studenom 2021. godine i udario u asteroid u rujnu 2022. te mu promijenio orbitu.

Bila je riječ o binarnom sistemu od dvaju asteroida, čiji su dijametri 140 i 780 metara. Udar tako velikih objekata u Zemlju izazvao bi velike štete u području udara ili pojavu snažnog tsunamija ako bi udario u neki od oceana.

To je prvi put da se pokazalo kako je moguće s postojećim tehnologijama promijeniti smjer kretanja nekog asteroida i na taj način eventualno spriječiti njegov sudar sa Zemljom. Časopis je taj događaj proglasio postignućem godine 2022. Čestitke idu na adresu NASA-e i laboratorija John’s Hopkins Applied Physics Laboratory u SAD-u.

Drugo dostignuće se odnosi na kliničko istraživanje takozvanom FLASH protonskom radijacijom u tretmanu pacijenata oboljelih od raka. Provedeno je na Sveučilištu u Cincinnatiju u SAD-u. Zračenjem veoma visokim dozama protona postiže se veća efikasnost uništenja tumorskih tkiva i manja šteta za zdrava tkiva.

Radijacijske doze protonima bile su tisuću puta veće od uobičajene radijacije pri tretmanima rendgenskim i gama zrakama (fotonski tretman). Upotrebom protona bit će moguće tretiranje tumorskih tkiva duboko u tijelu pacijenta. Kliničko istraživanje bilo je provedeno na deset pacijenata s metastazama na kostima. Ishodi su bili jednaki onima koji su postignuti fotonskim tretmanom, ali bez ikakvih neočekivanih popratnih pojava.

Vjeruje se da je to tek prvi korak u značajnom poboljšanju radijacijskih terapija raznih oblika raka kod ljudi.

Treće postignuće je ono iz područja poluvodiča. Dvije grupe istraživača, neovisno jedni od drugih, pokazale su da je kemijski spoj borov arsenid jedan od najboljih poluvodiča uopće poznatih u znanosti kada se nalazi u jednoj specifičnoj kristalnoj strukturi.

Da on ima takva svojstva postojalo je uvjerenje već duže vrijeme, ali do sada nije mogao biti priređen dovoljno velik odgovarajući kristalni uzorak na kojem bi bilo moguće izmjeriti njegova fizikalna svojstva.

Ove je godine to uspjelo grupama iz SAD-a (Massachusetts Institute of Technology i University of Houston) i Kine (National Center for Nanoscience and Technology, Peking) koje su pokazale da taj materijal daleko nadmašuje silicij, već dugi niz godina dominantan poluvodič u modernoj elektronici.

Ovako priređen borov arsenid ima puno veću pokretljivost naboja od silicija. Stoga bi njegovi sklopovi radili mnogo brže od silicijevih. Usto ima i puno veću toplinsku vodljivost, tako da bi njegovi sklopovi bili otporniji na pregrijavanje od silicijevih sklopova.

Činjenica da su istraživači uspjeli proizvesti monokristale borovog arsenida omogućit će daljnji rad na razvoju elektronskih sklopova. Oni bi na njemu bili bazirani i tako značajno unaprijedili njihovu brzinu i toplinsku otpornost.

U popis izabranih postignuća nije ušao fuzijski eksperiment o kojem se posljednjih nekoliko dana piše u gotovo svim svjetskim i domaćim medijima. U eksperimentu je u vrlo kratkom trenutku proizvedena energija nešto veća od one uložene u proces.

Eksperiment su izveli američki znanstvenici u National Ignition Facility u Nacionalnom laboratoriju Lawrence Livermore u Kaliforniji. S obzirom na to da se radi o velikoj nadi čovječanstva za potencijalno beskonačnim izvorom energije sigurnim za okoliš i neškodljivim za klimu, pobuđena su ogromna očekivanja.

I sad se vraćamo na početak ovog teksta. Veliko je pitanje hoće li i u kojem vremenskom periodu biti moguće taj eksperimentalni uređaj razviti u operativnu elektranu i time ispuniti naša očekivanja ili će to biti još jedan laboratorijski uspjeh koji nije uspio prerasti u nešto znatno veće.

 

UKOLIKO VAM SE TEKST DOPADA I VOLITE NEZAVISNO I KVALITETNO NOVINARSTVO, VI MOŽETE PODRŽATI AUTOGRAF PA I NAJMANJOM MOGUĆOM UPLATOM NA NAŠ RAČUN ILI PREKO PAYPAL-A. HVALA! ZA VIŠE INFORMACIJA I PRECIZNE UPUTE KLIKNITE OVDJE.

    •  Majkama bi trebalo prepustiti upravljanje svijetom
    •  Političarima i uz javnu sramotu godi titula doktora znanosti
    •  O plinu, Vladi, odgovornosti i izborima
    •  Ansichten eines Clowns ili Razmišljanja jednog klauna
    •  Kultura zaborava poraza i pamćenja pobjeda
    •  Djeca se pitaju čemu sve to, a jasnog odgovora nema
    •  O izgubljenom vremenu
    •  U Splitu rastu djeca koja vjeruju da je mrziti ljude vrlina
    •  Domoljub daruje trosjed, noću: ostavi ga uz cestu
    •  Imamo razloga i za strah i za nadu

> Svi tekstovi ovog autora