Mentre fissiamo il barile dell’anno futuristico 2020, è un momento di riflessione sull’ultimo decennio. Il mondo ha visto alcuni piuttosto importanti risultati scientifici negli ultimi 10 anni, come scoperte e sviluppi decenni in divenire sono stati finalmente realizzati. Il nuovo Atlas completa cinque delle pietre miliari più rivoluzionarie e storiche degli anni 2010.,
Il bosone di Higgs
Nel 2012, una nuova particella elementare è stato scoperto al CERN che ha catturato l’attenzione del mondo, anche a coloro che non possono normalmente essere in tutta la fisica delle particelle notizie. Ma questo perché questa non era una particella ordinaria. Questo nuovo arrivato non era altri che il bosone di Higgs.,
Mentre potrebbe aver catturato l’immaginazione pubblica a causa del suo soprannome drammatico ma impreciso, “la particella di Dio”, il bosone di Higgs è stata una scoperta incredibilmente eccitante per una serie di motivi. Era la particella elementare finale prevista dal modello standard della fisica delle particelle, dà massa ad altre particelle elementari e gli scienziati l’avevano cercata per quasi 50 anni.
Prima del 1960, il Modello Standard aveva un po ‘ un problema: secondo le sue previsioni, le particelle elementari chiamate bosoni non dovrebbero avere massa – ma le osservazioni mostrano che lo fanno., Nel 1964, tre squadre di scienziati hanno escogitato meccanismi simili per il modo in cui guadagnano massa.
Secondo l’idea prevalente, un campo quantistico pervade uniformemente l’universo. I bosoni sentono questo campo, che li rallenta e nel processo, dà loro massa. Questo campo sarebbe stato mediato da un bosone nuovo di zecca che doveva ancora essere scoperto – e non lo sarebbe stato per altri 48 anni.
Il campo previsto, il meccanismo e il bosone alla fine presero il nome da Peter Higgs, uno dei fisici che per primo lo propose.,
E abbastanza sicuro, nel 2012 gli scienziati del Large Hadron Collider del CERN hanno finalmente trovato una particella coerente con le proprietà previste del bosone di Higgs. Ulteriori ricerche in seguito hanno confermato che si trattava dell’inafferrabile Higgs, e due dei ricercatori responsabili della sua proposta – lo stesso Higgs e Francois Englert, un fisico di un altro team – hanno ricevuto il premio Nobel per la fisica 2013.,
Negli anni successivi, ulteriori esperimenti al CERN hanno mostrato che tutte le misurazioni del bosone di Higgs, incluso il suo spin, la parità, la massa e le interazioni con altre particelle, concordavano con le previsioni del Modello Standard.
Chiudendo una caccia di mezzo secolo per il Santo Graal della fisica delle particelle, il bosone di Higgs è facilmente uno dei più importanti risultati scientifici del decennio.,
CRISPR gene-modifica
La possibilità di modificare i geni di vivere gli esseri umani e altri organismi è stato un fiocco di fantascienza per decenni – e di questo decennio, è diventato una realtà., Il sistema di gene-editing CRISPR è pronta a rivoluzionare la medicina, potenzialmente aiutandoci a combattere quelli grandi come il cancro e l’HIV, così come affrontare i problemi non di salute. Ma naturalmente, non è senza le sue controversie.
Clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR) è una famiglia di sequenze di DNA utilizzate naturalmente dai batteri come meccanismo di autodifesa. Negli ultimi anni gli scienziati si sono resi conto che potevano cooptare questo meccanismo come strumento per l’ingegneria genetica, combinando CRISPR con una sequenza di RNA guida e un enzima, di solito Cas9.,
Quando viene utilizzato in cellule o organismi viventi, l’RNA guida indirizza lo strumento alla sezione desiderata del DNA, dove l’enzima Cas9 lo taglia ordinatamente. Che può essere utilizzato per snip fuori geni fastidiosi-come quelli che causano la malattia-e inserire nuovi, quelli benefici.
Finora, questa tecnica ha mostrato promesse nella lotta contro molte malattie diverse, tra cui quelle tradizionalmente difficili come il cancro, l’HIV, la distrofia muscolare, la progeria e le forme genetiche di cecità e malattie cardiache.
Ma il potenziale di CRISPR si estende oltre la modifica di noi stessi., Possiamo modificare le piante per produrre colture con rese o nutrizione migliori, modificare gli insetti per impedire loro di diffondere malattie o modificare i maiali per coltivare organi umani per il trapianto.
Naturalmente, per quanto promettente come CRISPR sembra, lo strumento solleva questioni etiche che sono ancora in via di risoluzione. Gli studi hanno suggerito che CRISPR aumenta le probabilità di una cellula di sviluppare il cancro lungo la pista, e potrebbe causare mutazioni non intenzionali in tutto il genoma. Questi risultati sono oggetto di accesi dibattiti.,
Tutto è venuto a una testa nel novembre 2018, quando gli scienziati cinesi hanno annunciato la nascita di due gemelle come primi bambini umani CRISPR-edited al mondo. Il professor Jiankui Lui e il suo team hanno iniettato il macchinario CRISPR nell’embrione, cancellando un gene noto come CCR5. In tal modo, le ragazze dovrebbero sviluppare un’immunità all’HIV.
Il problema è che l’esperimento è stato condotto in gran parte in segreto, eludendo anni di dibattito considerato sull’etica., Alcuni scienziati hanno sottolineato che la funzione di CCR5 è poco conosciuta e eliminarla potrebbe rendere le ragazze più suscettibili a malattie comuni come l’influenza.
Dopo questa mossa sconsiderata, sono state fatte richieste per una moratoria sulla modifica della linea germinale umana fino a quando queste questioni etiche non possono essere risolte.
Nonostante ciò, gli studi CRISPR negli esseri umani stanno ancora andando avanti – solo che non negli embrioni. Hanno iniziato in Cina nel 2016, nel tentativo di combattere il cancro ai polmoni, ma i risultati devono ancora essere pubblicati., Due studi sono iniziati negli Stati Uniti in 2019, con uno che ha preso di mira tre tipi di cancro e l’altro anemia falciforme, con risultati precoci estremamente promettenti.
Potrebbe aver avuto un inizio roccioso, ma il gene-editing CRISPR passerà probabilmente alla storia come una delle più importanti scoperte in medicina, così come per usi che non abbiamo ancora considerato.
Onde gravitazionali
Nel 2015, i fisici hanno rilevato increspature nel tessuto stesso dello spaziotempo mentre lavavano sulla Terra dopo aver percorso più di un miliardo di anni luce. Ciò ha confermato una previsione fatta nientemeno che da Albert Einstein un secolo fa.
Quando Einstein propose la sua teoria generale della relatività nel 1916, implicava che alcuni eventi che coinvolgevano oggetti con enormi masse avrebbero generato onde d’urto nello spaziotempo stesso – un fenomeno che venne chiamato onde gravitazionali.,
Sebbene siano creati da alcuni degli eventi più energetici dell’universo, quando queste onde raggiungono la Terra stanno solo deformando la realtà di meno del nucleo di un atomo. Che, naturalmente, li ha resi impossibili da rilevare per quasi 100 anni-fino a quando la tecnologia finalmente raggiunto.
La tecnologia responsabile è il Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO), ospitato in due enormi strutture in Louisiana e Washington. Ciascuno di questi rivelatori gemelli è costituito da due tunnel lunghi 4 km (2,5 miglia) a forma di L., Strumenti estremamente precisi sorvegliano i laser irradiati lungo questi tunnel per minuscoli disturbi nei raggi, che possono essere attribuiti alle onde gravitazionali che lavano la struttura.
E abbastanza sicuro, il 14 settembre 2015, entrambi i rivelatori LIGO hanno raccolto il loro primo segnale in assoluto. Le onde sono state prodotte in una collisione tra due buchi neri a circa 1,3 miliardi di anni luce di distanza.
Decine di segnali si sono riversati in da quel primo rilevamento, raccolto da LIGO così come la struttura Virgo in Italia, che ha sparato in 2017., La maggior parte sono stati il risultato di due buchi neri fusione, ma altri hanno incluso un buco nero ingoiare una stella di neutroni, e due stelle di neutroni in collisione.
È quello scenario più recente che ci ha dato lo spettacolo pirotecnico più impressionante. Subito dopo il rilevamento di un’onda gravitazionale nel 2017, gli osservatori di tutto il mondo hanno rilevato tutta una serie di segnali elettromagnetici provenienti dalla stessa fonte, tra cui onde luminose, un gamma ray burst, raggi X e onde radio.,
Per risolvere un mistero secolare, il Premio Nobel per la fisica 2017 è stato assegnato ai fisici Rainer Weiss, Kip Thorne e Barry Barish per il loro ruolo nella prima rilevazione delle onde gravitazionali.
Anche questa non è la fine della storia. LIGO ha ricevuto un aggiornamento ad aprile 2019, con lavori futuri pianificati per renderlo ancora più sensibile. Anche l’osservatorio KAGRA in Giappone si unirà alla caccia a dicembre. Insieme, eventi più silenziosi e più lontani possono essere raccolti, sbloccando sempre più misteri del cosmo.,
esopianeta boom
nel corso della storia umana, abbiamo continuato con zoom, per ottenere una visione più ampia del nostro posto nell’universo. Il nostro mondo si espanse da un continente all’intera Terra. Poi ci siamo resi conto che la Terra non è il centro di tutto, ma solo un pianeta di diversi orbitanti attorno al Sole., Alla fine abbiamo scoperto che anche il nostro sistema solare non è speciale, ma uno degli innumerevoli altri. E questo decennio, abbiamo avuto il nostro primo vero sguardo a quanti altri sono là fuori.
I primi esopianeti – un pianeta in orbita attorno a una stella diversa dal Sole – sono stati scoperti negli 1990, ma le cose non sono andate davvero bene fino al lancio del Telescopio spaziale Kepler nel 2009. Questo osservatorio è stato progettato per guardare 150.000 stelle contemporaneamente, monitorando la frequenza con cui la loro luce si attenuava. Se è stato visto un modello regolare, ha suggerito un pianeta stava passando tra la stella e la Terra.,
Utilizzando questa tecnica (nota come metodo di transizione), Kepler scoprì oltre 2.600 esopianeti durante i suoi nove anni. Con l’aiuto di altri progetti come HARPS, WASP e TESS, quel numero è ora cresciuto fino a circa 4.100. E possiamo dedurre molto su come sono questi mondi, studiando le loro atmosfere, composizione, massa, quali tipi di stelle orbitano e quanto sono lontani da quelle stelle.
Da questo, abbiamo imparato a conoscere tutti i tipi di pianeti incredibili degni di polpose storie di fantascienza. Ci sono mondi acquatici, pianeti neri come la pece e alcuni più caldi delle stelle., C’è un pianeta che è solo un diamante gigante, e un altro con nuvole fatte di rubini e zaffiri. Su altri piove rocce, vetro o crema solare.
Ma forse gli esopianeti più intriganti di tutti sono quelli che sono più simili alla Terra. Dopotutto, questi sono i migliori candidati per noi per rispondere finalmente alla domanda: “siamo soli nell’universo?”E si scopre, esopianeti potenzialmente abitabili sono abbastanza comuni.
Una delle più grandi cale è arrivata nel 2017, con la scoperta di sette esopianeti rocciosi di dimensioni approssimativamente terrestri che orbitano intorno a TRAPPIST-1., Tre di questi orbitano all’interno della zona abitabile della fredda stella nana rossa, e studi di follow-up hanno dimostrato che potrebbero esserci quantità significative di acqua presenti, rendendoli alcuni dei migliori contendenti per pianeti abitabili al di fuori del nostro sistema solare.
E siamo solo all’inizio. Molti altri progetti sono impostati per lanciare nei prossimi anni, alla ricerca di nuovi mondi o studiare quelli conosciuti in dettaglio. Non saremmo troppo sorpresi se la nostra prossima carrellata “decade in review” includesse il rilevamento di vita extraterrestre.,
La crisi del clima
potrebbe non essere il buon tipo di realizzazione, ma negli ultimi dieci anni abbiamo rotto clima record rispetto a qualsiasi altro momento della storia umana. Come gli effetti del cambiamento climatico è diventato più visibile, la questione è davvero venuto alla ribalta dell’attenzione del pubblico di recente., Nuovi studi hanno rivelato l’entità della situazione e sono stati avviati piani per affrontarla.
Prove schiaccianti mostrano un forte aumento dei livelli di anidride carbonica atmosferica (CO2) dopo circa 1750 – non-così-casualmente, intorno al tempo della rivoluzione industriale. Come risultato diretto, le temperature superficiali in tutto il mondo sono in costante aumento da allora, con un aumento particolarmente forte che si verifica nella seconda metà del 20 ° secolo. Questo, a sua volta, sta portando a una varietà di effetti run-on.,
Mentre lo sappiamo da molto tempo, il cambiamento climatico ha dominato questo decennio nella scienza, mentre le conseguenze tangibili iniziano a divampare. Secondo la NASA e NOAA, il 2016 è stato l’anno più caldo da quando i record sono iniziati nel 1880, e i primi cinque sono gli ultimi cinque. Luglio 2019 detiene il record per il mese più caldo.
Altri studi recenti hanno rivelato proprio ciò che questo eccesso di calore sta facendo al mondo. Un rapporto sullo stato del clima per 2018 ha mostrato che eventi meteorologici estremi come uragani, inondazioni, siccità e incendi stanno diventando più intensi e comuni., I ghiacciai e il ghiaccio polare si stanno restringendo e il livello del mare sta aumentando.
Nel 2015, la CO2 atmosferica ha superato le 400 parti per milione per la prima volta in circa tre milioni di anni. Ciò significa anche che gli oceani stanno assorbendo più gas, rendendoli più acidi. La combinazione di acque più calde e più acide ha visto la Grande Barriera Corallina australiana colpita da eventi di sbiancamento back-to-back in 2016 e 2017. Mentre è passato attraverso traumi simili in un lontano passato, gli esperti ritengono che i cambiamenti attuali abbiano colpito troppo rapidamente perché la barriera corallina si riprendesse completamente.
Ma c’è ancora speranza., In 2015, quasi 200 paesi hanno firmato l’accordo di Parigi, impegnandosi a ridurre le emissioni di gas serra al fine di mantenere le temperature globali dall’aumento di 2° C (3.6° F) sopra i livelli preindustriali. I rapporti del gruppo intergovernativo sul cambiamento climatico (IPCC) dicono che per raggiungere questi obiettivi, saranno necessari cambiamenti senza precedenti in tutti gli aspetti della società – e se gli scioperi e le proteste sul clima di 2019 sono indicativi, la società si sta riscaldando all’idea.