Pytania na które nie ma jeszcze odpowiedzi

Jaki jest kształt jądra?

kształty jąder Fizycy wyobrażali sobie dotychczas, że jądro atomowe przypomina kształtem kulę, czasami nieco wydłużoną. Tymczasem polscy naukowcy prof. Jerzy Dudek z Uniwersytetu Louisa Pasteura w Strasburgu i prof. Andrzej Góźdź z Uniwersytetu Marii Curie-Skłodowskiej w Lublinie twierdzą, że jądra atomowe mogą mieć kształt zbliżony do czworościanu foremnego - równobocznej piramidy o trójkątnej podstawie! Odkrycie Polaków może zmienić kierunek badań nad superciężkimi pierwiastkami.
Wiadomo wszak, że nie ma bryły bardziej zwartej niż kula. Ona ma najmniejszą powierzchnię ze wszystkich brył o tej samej objętości, jest więc najbardziej ekonomicznym kształtem powszechnie przybieranym w naturze przez wszelkie twory złożone z małych cząstek utrzymywanych razem siłami spójności: pęcherzyki powietrza, krople wody, planety czy gwiazdy. Z tych samych powodów uważano dotąd, że jądro - złożone z protonów i neutronów zespolonych siłami jądrowymi - też powinno przybierać kształt sfery, dysku lub rozciągnięcie w długie cygaro.
Największe jądra są złożone z grubo ponad 200 nukleonów (protonów i neutronów). Pełen matematyczny opis takiego układu polegałby na określeniu ruchu wszystkich nukleonów powstającym pod wpływem ich wzajemnego oddziaływania. Wiemy jednak, że w ogólnym wypadku zagadnienia takiego nie daje się ściśle rozwiązać nawet dla trzech ciał - ani w mechanice klasycznej, ani kwantowej - nawet jeśli oddziaływanie jest stosunkowo proste. Tymczasem oddziaływanie między nukleonami (siły jądrowe) jest skomplikowane i nie w pełni jeszcze poznane. Trzeba więc uciekać się do uproszczeń, przybliżeń, symulacji komputerowych.
jądro w kształcie czworościanu Polacy po raz pierwszy wykazali, że możliwe są stabilne jądra o innych symetriach niż kuli czy elipsoidy. Czworościenne jądra powinny mieć jądra, w których liczba protonów lub neutronów (a najlepiej obydwie naraz) jest równa tzw. magicznej liczbie symetrii tetraedralnej: 20, 32, 40, 56, 70, 90, a więc:
wapnia (20 protonów) - budulca skorupy ziemskiej;
germanu (32 protony) - bardzo drogiego metalu, z którego budujemy wysokiej jakości detektory do wykrywania promieniowania elektromagnetycznego;
cyrkonu (40 protonów) - który jest klejnotem w drogich biżuteriach;
baru (56 protonów) - używanego w niektórych związkach pirotechnicznych i farbach;
iterbu (70 protonów) - dobrego surowca na magnesy;
toru (90 protonów) - pierwiastka rozszczepialnego.
Jądra o tak dziwnym kształcie, jak przewidują Polacy, powinny się obracać wokół pewnych tylko osi, wysyłając promieniowanie gamma o charakterystycznej częstotliwości. Fizycy z kilku grup (głównie w USA) próbują wykryć istnienie takich obiektów w mikroświeciaktywnie.
Jeśli uda się potwierdzić istnienie tych "czworościennych" jąder, to jeszcze bardziej oddalimy się od wizji z początków zeszłego wieku, kiedy atom wyobrażano sobie na kształt miniaturowego Układu Słonecznego. Tymczasem ani elektrony nie chcą grać roli planet obiegających jądro atomowe (już dawno temu przekonano się, że nie zajmują określonego miejsca na orbicie), ani też teraz kanciaste jądro atomowe nie za bardzo pasuje do kulistego Słońca

Czy możliwa jest zimna fuzja?

Dużo wysiłku wkłada się obecnie w badaniach nad zimną fuzją, tzn. syntezą, która zachodzi w temperaturze niższej niż temperatura konieczna do pokonania odpychania elektrostatycznego między jądrami. Najbardziej obiecująca wydaje się synteza jądrowa katalizowana mionowo. W atomach deuteru trzeba zastąpić elektrony ujemnymi mionami. Mion jest 207 razy cięższy od elektronu, a więc atom mionowy deuteru jest znacznie mniejszy od zwykłego deuteru i może zbliżyć się do innego atomu deuteru na znacznie mniejszą odległość, pozwalającą na zajście syntezy jądrowej.
W innym pomyśle amerykańscy i rosyjscy naukowcy obliczyli, że reakcje kontrolowanej syntezy termojądrowej dałoby się przeprowadzać... we wnętrzu malutkich pęcherzyków gazu poddawanych działaniu ultradźwięków.
Fala dźwiękowa nacierająca na wypełniony deuterem i trytem pęcherzyk zanurzony w ciekłym acetonie powodowałaby ściskanie bąbelka, a tym samym gwałtowny wzrost temperatury i ciśnienia w jego wnętrzu. Zdaniem autorów obliczeń wzrost byłby wystarczający do zapoczątkowania reakcji fuzji tych dwóch cięższych izotopów wodoru. Gdyby wszystko poszło tak, jak chcieli uczeni, świat zyskałby niemal nieograniczone źródło półdarmowej energii.
Niestety nic z tego. Z najnowszych obliczeń wykonanych przez prof. Kennetha Suslicka i opublikowanych na łamach "Nature") wynika, że temperatura wewnątrz bąbelka gazu zamiast sięgać niezbędnych milionów stopni, ledwie zbliża się do 20 tys. stopni Celsjusza.
Czekamy na nowe pomysły.

Co się dzieje z biegunami magnetycznymi Ziemi?

pole magnetyczne Ziemi Ziemia ma dwa bieguny magnetyczne, które nie pokrywają się z biegunami geograficznymi. Magnetyczny biegun północny leży w pobliżu bieguna geograficznego południowego, a magnetyczny biegun południowy leży w pobliżu bieguna geograficznego północnego.
Ziemskie bieguny magnetyczne zaczynają zamieniać się miejscami - piszą naukowcy w piśmie "Nature". Sugerują to dziwne anomalie wykryte w ziemskim polu magnetycznym
Źródłem ziemskiego magnetyzmu są prawdopodobnie prądy, które płyną w stopionym jądrze naszej planety. Z namagnesowania starych skał i minerałów można odczytać, jak zmieniało się pole magnetyczne na przestrzeni wieków. Okazuje się bowiem, że bieguny ziemskiego pola magnetycznego cyklicznie zamieniały się miejscami - południowy przechodził na miejsce północnego i na odwrót. W czasie takiej zamiany ziemskie pole magnetyczne "wariowało", m.in. zanikały wtedy oba bieguny magnetyczne. Ostatnie odwrócenie biegunów nastąpiło ok. 180 tys. lat temu, a "magnetyczny chaos" z tym związany trwał kilka tysięcy lat.
obraz pola magnetycznego Ziemi Gauthier Hulot i jego współpracownicy z Instytutu Nauk o Ziemi w Paryżu sądzą, że dostrzegli właśnie pierwsze oznaki kolejnej zamiany biegunów. Analizowali anomalie pola magnetycznego zmierzone przez satelitę Oersted, m.in. obszar anormalnego pola znajdujący się głęboko pod południową Afryką (pole jest tam skierowane przeciwnie niż w reszcie południowej półkuli Ziemi). Podobne anomalie osłabiły już natężenie ziemskiego pola o 10 proc. Jeśli będą się powiększały w dotychczasowym tempie, to ziemskie bieguny magnetyczne mogą zaniknąć w ciągu tysiąca lat, a będą bezużyteczne. Ciekawe jak poradzą sobie zwierzęta, np. ptaki, które w swych wędrówkach kierują się polem magnetycznym?
Francuscy uczeni mogą się jednak mylić. Satelitarne pomiary magnetyczne są dostępne dopiero od ledwie 20 lat. To zbyt mało, żeby wyrokować o przyszłości.

Obserwacja zmian pola grawitacyjnego Ziemi

misja GRACE Ziemia nie jest idealnie kulista. Jej kształt zbliżony jest do spłaszczonej kuli ale licznie zniekształconej. Co więcej, naukowcy sądzą, że jej kształt nie jest stały. A te przeobrażenia zachodzące we wnętrzu naszej planety mają wielki wpływ między innymi na kształt i siłę ziemskiego pola grawitacyjnego.
Jest kilka teorii wyjaśnienia tego zjawiska. Pierwsza tajemnicę zmiennego pola grawitacyjnego Ziemi upatruje w oceanach. Ruchy gigantycznych mas wody, jakie dokonują się za sprawą morskich prądów zmieniają grawitację naszej planety. Wraz z przemieszczaniem się wody słodkiej i słonej zmienia się rozkład mas na naszej planecie. A grawitacja jest wszak wprost proporcjonalna do masy.
Wielu zwolenników ma teoria wiążąca zmiany grawitacji z efektami efektu cieplarnianego. Głosi ona, że wzrastająca średnia temperatura atmosfery powoduje topnienie lodu i sprawia, że np. północna Kanada i Półwysep Skandynawski uwolnione częściowo od przygniatających je mas lodu... zaczynają się nieco unosić do góry! Te ruchy - rzecz jasna - odbijają się na kształcie pola grawitacyjnego. Wszystko jednak ma się wyjaśnić wraz z uzyskaniem dokładnych pomiarów zmian grawitacji. Globalne pomiary pola grawitacyjnego Ziemi nie są jednak proste. Dlatego postanowiono zbadać grawitację z kosmosu. 17 marca 2002 roku wystartowała rakieta Rockot z dwoma bliźniaczymi satelitami na pokładzie. Rozpoczęła się amerykańsko-niemiecka misja GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment). Oba satelity znajdują się 500 km nad powierzchnią Ziemi i podążają jeden za drugim w odległości 220 km. Przelatują one nad obszarami silniejszego lub słabszego pola grawitacyjnego i potrafią je rozróżnić. Gdy podążający przodem satelita wchodzi w obszar silniejszego pola grawitacyjnego, oddala się nieznacznie od towarzysza. Dokładna wartość odległości oraz wartość wzajemnej prędkości satelitów są mierzone za pomocą umieszczonych na ich pokładzie instrumentów oraz systemu GPS z dokładnością sięgającą... 10 mikronów, czyli około jednej dziesiątej grubości ludzkiego włosa!
Dane gromadzone za pomocą GRACE są wykorzystywane do budowania trójwymiarowych modeli ziemskiego pola grawitacyjnego raz na 30 dni. Misja będzie trwała pięć lat. Satelity mierzą rozkład masy na Ziemi z dokładnością od stu do tysiąca razy większą niż dotychczas. Badania ujawnią drobne zmiany, jakie dokonują się w polu grawitacyjnym Ziemi i być może dostarczą też wyjaśnień, skąd się one biorą.