Filament cosmic: fisura
in spatio-timp aparuta in cadrul unei tranzitii de faza din Universul
timpuriu. Stringurile pot avea lungimi de zeci miliarde de a.l. si diametre
infime, cu doar trei ordine de marime peste lungimea Planck, in jur de
10^-30 m; un astfel de obiect infasurat ar ocupa doar dimensiunea unui
atom, insa ar cintari 10^44 tone, masa care corespunde unui supercluster
de galaxii. Sunt ei entitatile in jurul carora s-au constituit nuclee
galactice, sau obiecte extrem de masive, cum sunt quasarii ? Trebuie avut
insa in vedere faptul ca intr-un Univers perfect, fara nici un astfel
de string, exista posibilitatea ca materia, asa cum o cunoastem, sa nu
fie "permisa". Trecind peste stadiul la fel de critic al creerii si anihilarii
de perechi particule-antiparticule, in cazul caruia o rupere de simetrie
a dus la predominanta materiei in zona noastra din Univers, prezenta acestor
defecte de cristalizare a dus probabil la distributia neuniforma a materiei,
permitindu-i agregarea in planete, stele, galaxii si roiuri.
Aceste filamente cosmice nu sunt singurele anomalii de "cristalizare"
care pot fi dovedite matematic. (Vezi topologie,
anomalii)
Forta nucleara tare: este cea care mentine integritatea nucleelor atomice, solidarizind nucleonii. Se diferentiaza de celelalte trei tipuri de interactiune prin intensitate mare (ea este cea careia i se datoreaza energia de legatura pe nucleon mare), raza de actiune extrem de mica (in jurul valorii de 10^-5m), saturatie (fiecare nucleon interactioneaza cu un numar predeterminat de particule vecine, motiv pentru care densitatea nucleelor, indiferent de specia atomica careia ii apartin, este aproximativ aceeasi), dependenta de spin (se manifesta numai intre nucleonii cu miscarea de spin orientata in aceeasi directie). Conform postulatului lui DeBroglie, exista un dualism unda-particula, fiecare tip de interactiune avind cite un purtator specific. Se considera ca purtatorii interactiei tari sunt gluonii, particule lipsite de masa de repaos, considerate bozoni.
Forta slaba: este responsabila de fenomene ca dezintegrarea radioactiva a nucleelor, sau a neutronilor in protoni si electroni (dezintegrare beta). Interactia slaba implica schimburi de bozoni W si Z. In anii 1967-68 Abdus Salam si Steven Weinberg au realizat unul din pasii necesari ajungerii la o teorie unificatoare: unificarea electromagnetismului cu interactia slaba, in asa-numita forta electroslaba. Aceasta unificare partiala s-a bazat pe faptul ca atit bozonii W si Z, cit si fotonii (mediatorii electromagnetismului) apartin aceleiasi familii de particule elementare. Forta slaba nu se supune simetriei P, nici celei C, si nici macar simetriei CP combinate. Ea este motivul pentru care un Univers care reprezinta imaginea in oglinda a celui in care traim, sau unul in care directia timpului este inversata, nu va evolua niciodata identic cu Universul nostru.
Fuziune: proces nuclear de obtinere din elemente usoare a elementelor mai grele, cu producerea unei cantitati imense de energie. Materiile prime preferate pentru realizarea fuziunii au fost hidrogenul, deuteriul si tritiul, si s-a urmarit producerea heliului.
Din pacate fuziunea nucleara nu a putut fi folosita cu succes decit in scopuri militare, problema cea mai mare a realizarii reactiei fiind incalzirea si punerea sub presiune a amestecului, astfel incit sa aibe loc fuziunea, si controlul energiei eliberate. Bomba cu hidrogen primea energia necesara amorsarii procesului dintr-o reactie de fisiune.
Pentru a putea interactiona, ambele nuclee fiind incarcate pozitiv, trebuie sa dobindeasca o energie (fie ea termica sau cinetica) ce presupune temperaturi de sute de milioane de grade--la aceasta temperatura materia este in stare de plasma. Odata pornita reactia se autointretine. In plus, comprimarea nucleelor trebuie sa fie si uniforma.
Au existat mai multe pricipii pentru realizarea comprimarii; cel magnetic se referea la utilizarea cimpurilor magnetice puternice pentru impingerea nucleilor unul spre celalalt, realizat in 1991 la tokamakul de la Princeton. Abordarea constringerii inertiale se refera la utilizarea de radiatie X. Ideea a pornit chiar de la bombele cu hidrogen, la care radiatia necesara fuzionarii celor doua nuclee era obtinuta printr-o reactie de fiziune. In laborator s-a incercat utilizarea laserelor de mare putere sau fascicule de electroni, insa nu au fost suficiente.
In prezent se utilizeaza in vederea obtinerii fuziunii controlate fenomenul de strictune axiala (Z-Pinch). Plasma rezultata este prea neuniform comprimata, dar strictunea genereaza si radiatie X cu energii foarte mari--de pina la 1000 eV.
Pentru a creste puterea radiatiei rezultate si densitatea sa s-au ales sisteme bazate pe pulsuri, cit mai scurte in timp (puterea este numeric egala cu energia raportata la timp...) si cit mai localizate in spatiu. Ceea ce insemna ca sistemele care incercau utilizarea radiatiei laser aveau la dispozitie pulsuri de energie mult prea lungi.
Pentru a declansa fuziunea, strictiunea trebuie sa aibe loc intr-o camera inchisa, care sa captureze radiatia X (un Hohlraum, din germanul "camera goala, cavitara") si sa asigure izotropia pulsului. Instabilitatea determinata de strictiune este cu atit mai mica, cu cit plasma rezultata este mai uniforma. Aceasta uniformitate a fost realizata prin utilizarea a pina la 400 fire infime de tungsten, care se vor vaporiza la trecerea curentului electric de mare intensitate.
O intensitate de 10 milioane de amperi a fost obtinuta cu generatorul Saturn; din 1996 s-a continuat cu generatorul Z care produce 20 milioane de amperi, si din utilizarea caruia in fenomenul de strictiune axiala a rezultat o energie de cca 2 MJ in citeva nanosecunde, si o putere de peste 200 TWatt. In 1997 s-a reusit obtinerea a 290 TW prin repozitionarea filamentelor de tungsten in doua rinduri, unul intern si unul extern--ceea ce crestea atit stabilitatea imploziei plasmei, cit si temperatura obtinuta: 1,8 milioane de grade. Un generator de 60 milioane de amperi ar fi suficient pentru a se ajunge la o putere de 1000 TW si la temperatura de aprindere a combustibilului. La nivelul anului 1998, succesorul generatorului Z (X-1) era in stadiul de proiect, care necesita fonduri de cca 400 milioane $.
Din punct de vedere al eficientei, acceleratorul care utilizeaza strictiunea axiala produce o energie egala cu 15% din cea consumata, in timp ce instalatiile ce utilizeaza lasere nu au trecut de 0.5%.
Totusi ramine valabila intrebarea daca triplarea intensitatii nu va aduce dupa sine si probleme ca scaderea randamentului producerii pulsurilor de radiatie X, mentinerea uniformitatii pulsului, sau chiar rezistenta materialului constitutiv al hohlraum-ului, in interiorul caruia presiunea ajunge la 1,5-3 milioane atmosfere. In plus, se impune si adaptarea supercomputerelor pentru o noua capacitate de simulare: cel utilizat in experimentele de z-pinch--botezat Janus--putea efectua pina la 1800 de miliarde operatii/s.