in 1900, zo gaat het verhaal, De prominente natuurkundige Lord Kelvin sprak de British Association for the Advancement of Science toe met deze woorden:"Er is nu niets nieuws te ontdekken in de natuurkunde."

Hoe fout hij was. De volgende eeuw zette de natuurkunde volledig op zijn kop. Een groot aantal theoretische en experimentele ontdekkingen hebben ons begrip van het universum veranderd, en onze plaats daarin.

Verwacht niet dat de volgende eeuw anders zal zijn. Het universum heeft veel mysteries die nog moeten worden ontdekt - en nieuwe technologieën zullen ons helpen deze de komende 50 jaar op te lossen.

De eerste betreft de fundamenten van ons bestaan. De natuurkunde voorspelt dat de oerknal gelijke hoeveelheden heeft voortgebracht van de materie waaruit je bestaat en van iets dat antimaterie wordt genoemd. De meeste materiedeeltjes hebben een antimaterie-tweeling, identiek maar met de tegenovergestelde elektrische lading. Als de twee elkaar ontmoeten, ze vernietigen elkaar, met al hun energie omgezet in licht.

Maar het universum van vandaag bestaat bijna volledig uit materie. Dus waar is alle antimaterie gebleven?

De Large Hadron Collider (LHC) heeft enig inzicht gegeven in deze vraag. Het botst protonen met onvoorstelbare snelheden, het creëren van zware deeltjes materie en antimaterie die vervallen in lichtere deeltjes, waarvan er een aantal nog nooit eerder waren gezien.

De LHC heeft aangetoond dat materie en antimaterie met iets verschillende snelheden vervallen. Dit verklaart gedeeltelijk - maar lang niet alles - waarom we een asymmetrie in de natuur zien.

Het probleem is dat in vergelijking met de precisie die natuurkundigen gewend zijn, de LHC is als tafeltennis spelen met een tennisracket. Omdat protonen uit kleinere deeltjes bestaan, als ze botsen, worden hun ingewanden overal gespoten, waardoor het veel moeilijker wordt om nieuwe deeltjes tussen het puin te spotten. Dit maakt het moeilijk om hun eigenschappen nauwkeurig te meten voor verdere aanwijzingen waarom zoveel antimaterie is verdwenen.

Drie nieuwe botsers zullen het spel de komende decennia veranderen. De belangrijkste daarvan is de Future Circular Collider (FCC) - een 100 km lange tunnel rond Genève, die de 27 km lange LHC als helling zal gebruiken. In plaats van protonen, de versnellers zullen elektronen en hun antideeltjes tegen elkaar slaan, positronen, bij veel hogere snelheden dan de LHC kon bereiken.

In tegenstelling tot protonen, elektronen en positronen zijn ondeelbaar, dus we weten precies wat we tegenkomen. We kunnen ook de energie variëren waarmee de twee botsen, om specifieke antimateriedeeltjes te produceren, en hun eigenschappen - vooral de manier waarop ze vervallen - veel nauwkeuriger meten.

Deze onderzoeken zouden geheel nieuwe natuurkunde aan het licht kunnen brengen. Een mogelijkheid is dat het verdwijnen van antimaterie verband houdt met het bestaan ​​van donkere materie - de tot nu toe niet-detecteerbare deeltjes die maar liefst 85% van de massa in het universum uitmaken. De afwezigheid van antimaterie en de prevalentie van donkere materie zijn waarschijnlijk te danken aan de omstandigheden tijdens de oerknal, dus deze experimenten peilen rechtstreeks naar de oorsprong van ons bestaan.

Het is onmogelijk om te voorspellen hoe tot nu toe verborgen ontdekkingen van botsingsexperimenten ons leven zullen veranderen. Maar de laatste keer dat we door een sterker vergrootglas naar de wereld keken, we ontdekten subatomaire deeltjes en de wereld van de kwantummechanica - die we momenteel gebruiken om een ​​revolutie teweeg te brengen in computergebruik, geneeskunde en energieproductie.

Niet meer alleen?

Er valt nog net zoveel te ontdekken op kosmische schaal - niet in de laatste plaats de eeuwenoude vraag of we alleen in het universum zijn. Ondanks de recente ontdekking van vloeibaar water op Mars, er is nog geen bewijs van microbieel leven. Zelfs als gevonden, de barre omgeving van de planeet betekent dat het ongelooflijk primitief zou zijn.

De zoektocht naar leven op planeten in andere sterrenstelsels heeft tot dusver geen vruchten afgeworpen. Maar de komende James Webb Space Telescope, lancering in 2021, zal een revolutie teweegbrengen in de manier waarop we bewoonbare exoplaneten detecteren.

In tegenstelling tot eerdere telescopen, die de dip in het licht van een ster meten als een in een baan om de aarde draaiende planeet ervoor passeert, James Webb zal een instrument gebruiken dat een coronagraaf wordt genoemd om het licht van een ster die de telescoop binnenkomt te blokkeren. Dit werkt op vrijwel dezelfde manier als het gebruik van uw hand om te voorkomen dat zonlicht uw ogen binnendringt. Met deze techniek kan de telescoop kleine planeten die normaal gesproken worden overweldigd door de heldere schittering van de ster waar ze omheen draaien, rechtstreeks waarnemen.

Niet alleen zal de James Webb-telescoop nieuwe planeten kunnen detecteren, maar het zal ook kunnen bepalen of ze in staat zijn om het leven te ondersteunen. Wanneer het licht van een ster de atmosfeer van een planeet bereikt, bepaalde golflengten worden geabsorbeerd, gaten in het gereflecteerde spectrum achterlaten. Net als een streepjescode, deze gaten geven een handtekening voor de atomen en moleculen waaruit de atmosfeer van de planeet is gemaakt.

De telescoop zal deze "barcodes" kunnen lezen om te detecteren of de atmosfeer van een planeet aan de noodzakelijke voorwaarden voor leven voldoet. Over 50 jaar, we zouden doelen kunnen hebben voor toekomstige interstellaire ruimtemissies om te bepalen wat, Of wie, mag er wonen.

Dichter bij huis, Jupiters maan, Europa, is geïdentificeerd als ergens in ons eigen zonnestelsel dat leven zou kunnen herbergen. Ondanks de koude temperatuur (−220°C), zwaartekrachten van de ultrazware planeet waar ze omheen draait, kunnen water onder het oppervlak voldoende rondklotsen om te voorkomen dat het bevriest, waardoor het een mogelijk thuis is voor microbieel of zelfs waterleven.

Een nieuwe missie genaamd Europa Clipper, klaar voor lancering in 2025, zal bevestigen of er een ondergrondse oceaan bestaat en een geschikte landingsplaats identificeren voor een volgende missie. Het zal ook waterstralen observeren die worden afgevuurd vanaf het ijzige oppervlak van de planeet om te zien of er organische moleculen aanwezig zijn.

Of het nu de kleinste bouwstenen van ons bestaan ​​zijn of de uitgestrektheid van de ruimte, het universum heeft nog steeds een aantal mysteries over zijn werking en onze plaats daarin. Het zal zijn geheimen niet zomaar prijsgeven, maar de kans is groot dat het universum er over 50 jaar fundamenteel anders uit zal zien.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.