Aktuel forskning (CERN, James Webb)

Fysik/kemi · 7.-9. klasse · Perspektivering

Moderne fysikforskning — nye opdagelser ugentligt!

Fysik er ikke et "færdigt fag". Nye opdagelser sker konstant, og vi lever i en gylden tid for astrofysik, partikelfysik og kvantemekanik.

CERN — verdens største partikellaboratorium

Placering: Genève, Schweiz (grænse mellem Schweiz og Frankrig)

Fuldt navn: European Organization for Nuclear Research

Etableret: 1954 (ét af Europas første store videnskabs-samarbejder)

Large Hadron Collider (LHC):

• 27 km cirkulær tunnel
• Accelererer protoner til 99,9999% af lysets hastighed
• Protonerne kolliderer → partikelkaskader
• Detektorer (ATLAS, CMS) fanger "splinter"

Higgs-bosonen (opdaget 2012):

• Forudsagt 1964 af Peter Higgs
• Forklarer hvorfor partikler har masse
• Nobelprisen 2013 til Higgs og Englert

Andre CERN-opdagelser:

• Antimaterie (massivt)
• Charm- og top-quarks
• Præcisionsmålinger af Standardmodellen
• Internet blev opfundet på CERN (1989, Tim Berners-Lee!)

James Webb-teleskopet (JWST)

Opsendt: 25. december 2021

Placering: 1,5 mio. km fra Jorden (Lagrange L2)

Spejl: 6,5 m (vs. Hubbles 2,4 m) — foldede ud efter lancering

Kigger i: infrarødt lys (kan se gennem kosmisk støv)

Hvorfor infrarødt?

• Fjerne galakser er rødforskudt (udvidelse)
• Stjernedannelse foregår i støvskyer (synligt lys blokeres)
• IR kan trænge igennem

JWST-opdagelser (så langt):

• Ældste galakser — inden for 400 mio. år efter Big Bang
• Exoplaneters atmosfærer — har de vanddamp? Methan? Liv-tegn?
• Proto-planetariske skiver — stjernesystemer under dannelse
• Stjernedannelse i detaljer aldrig set før

LIGO — gravitationsbølger

Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory

• 2 detektorer i USA + VIRGO (Italien) + KAGRA (Japan)
• 4 km lange L-formede laserrør
• Måler ændringer mindre end 1/10.000 af en proton(!)

Første detektion (14. september 2015): 2 sorte huller der smeltede sammen for 1,3 mia. år siden.

Efterfølgende:

• ~90 bekræftede detektioner
• Sort hul + sort hul fusioner
• Neutronstjerne + neutronstjerne (2017 — observeret også i lys!)

Nobelprisen 2017 — Rainer Weiss, Barry Barish, Kip Thorne.

Betydning: ny måde at "se" universet. Ikke lys — men rum-tidens bølger.

Event Horizon Telescope (EHT)

Samler data fra 8 radioteleskoper globalt → virker som ét kæmpe teleskop på størrelse med Jorden.

2019: første billede af et sort hul — M87* (M87-galaksens centrale sorte hul, 55 mio. lysår væk)

2022: Sagittarius A*** (vores egen galakses centrale sorte hul, 26.000 lysår væk)

Mars-missioner — søger liv

Curiosity (2012+): Mars' lille rover, har fundet spor af gammelt vand

Perseverance (2021+): søger fossiler, indsamler prøver for fremtidig returmission

Mars Ingenuity: første helikopter på fremmed planet!

Chang'e 4 (Kina, 2019): første landing på Månens bagside

Indien's Chandrayaan-3 (2023): landede på Månens sydpol

Kvantecomputing

Gamle computere: bits (0 eller 1)

Kvantecomputere: qubits (0 og 1 samtidig — superposition!)

Google (2019): demonstrerede "kvanteoverlegenhed" — løste problem hurtigere end klassisk computer.

IBM, Google, Microsoft, D-Wave kapløb om at bygge stærkere kvantecomputere.

Potentiale:

• Kryptografi (bryde og skabe)
• Medicinopdagelse
• Materialeforskning
• Klimamodellering

Fusion-energi — kommer endelig?

ITER (Frankrig): internationalt samarbejde, mål: net-energi-positiv fusion

2022: USA's National Ignition Facility opnåede net energi for første gang (fra laser-baseret fusion)!

Kommercielle startups: Commonwealth Fusion Systems, TAE Technologies, Helion Energy — lover kommerciel fusion 2030'erne.

DNA, CRISPR og bioteknologi

CRISPR/Cas9 (2012, Nobelpris 2020): præcis genredigering.

mRNA-vacciner (COVID-19 2020): revolution i vaccineudvikling.

Synthetic biology: skabe nye organismer til specifikke formål (fx producere lægemidler).

Hvordan følger man med?

Gode kilder:

• Videnskab.dk — dansk populærvidenskab
• Aktuel Naturvidenskab — tidsskrift
• DR Viden — nyheder
• Nature News, Science Magazine — på engelsk
• arXiv.org — preprints fra forskere selv
• YouTube: Veritasium, Kurzgesagt, MinutePhysics, Steve Mould

Hvorfor er det vigtigt?

• Uddannelse: moderne videnskab kræver opdatering
• Borgerlighed: klima-, sundheds-, teknologi-debatter kræver videnskabelig viden
• Økonomi: fremtidens job ligger i STEM-felter
• Inspiration: nye opdagelser kan åbne karriereveje du ikke vidste eksisterede

Læringsmål

• Kende CERN og dets rolle i partikelfysik
• Forstå James Webb-teleskopets betydning og opdagelser
• Beskrive LIGO og gravitationsbølger
• Nævne Event Horizon Telescopes sorte hul-billeder
• Kende aktuelle udviklinger i kvantecomputing og fusion
• Identificere pålidelige kilder til opdateret videnskabsinformation

Projekt: Månedlig videnskabsrapport

Følg med i aktuel forskning i 1 måned. Hver uge: find 1 ny videnskabelig opdagelse. Skriv et lille notat: hvad, hvem, hvor, hvorfor vigtigt?

Præsenter dine top-3 fund for klassen.

Udvidet: send en email til en dansk forsker om deres arbejde (kan findes på DTU, KU, AU hjemmesider). Mange forskere svarer gerne på interesserede spørgsmål!

Brobygning: Moderne videnskab er tværfaglig. Forskere samarbejder globalt — CERN har 17.500 forskere fra 110 lande! På STX fysik A og STX Naturfag får du smagsprøver på moderne forskning. Karriereveje: astrofysiker, partikelfysiker, kvantebiolog, bioteknolog.