Sommerens højdepunkter: Universets mysterier, protoner på slankekur, vejen fra qubit til qudit og Rubiks terning
more_vert
close
close

Vores nyhedsbreve

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og at Mediehuset Ingeniøren og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, tilbud mm via telefon, SMS og email. I nyhedsbreve og mails fra Mediehuset Ingeniøren kan findes markedsføring fra samarbejdspartnere.
værd at vide

Sommerens højdepunkter: Universets mysterier, protoner på slankekur, vejen fra qubit til qudit og Rubiks terning

Som lovet i den sidste Værd at vide-klumme før sommerferien vil jeg bruge denne den første klumme efter sommerferien til at skabe en form for overblik over den videnskabelige nyhedsstrøm den forgangne halvanden måned.

Det er umuligt at komme rundt om det hele, men lad os begynde med med den eventuelle niende planet, der muligvis huserer langt ude i Solsystemet, hvor den i så fald påvirker banerne for de større såkaldte transneptunske objekter, som er sammenlignelige med dværgplaneten Pluto.

I slutningen af juni kom det frem, at kritikere af denne teori baseret på nye observationer mente sig styrket i opfattelsen af, at der ikke var noget behov for en stor niende planet cirka 10 gange så tung som Jorden i et meget elliptisk kredsløb om Solen til at forklare disse objekters baner.

Læs også: Nye observationer sår tvivl om en niende planet i solsystemet

Og med denne forvirring tillod jeg mig at holde sommerferie og ikke tænke meget mere over problemstillingen.

Nu får Mike Brown fra California Institute of Tech­nology, der er ophavsmand til teorien om den niende planet, dog opbakning fra de spanske brødre Carlos and Raúl de la Fuente Marcos, der i en ny artikel i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society også ud fra observationelle data argumenterer for, at der findes en planet 9 – og måske 10, som andre også mener – langt borte ude i Solsystemet.

Vi må dog stadig erklære sagen for uafgjort. Jeg var selv oprindeligt noget skeptisk over for tanken om store planeter på den anden side af Neptun, men jeg vil ikke blive overrasket nu, hvis det virkelig skulle vise sig at passe. En sådan opdagelse vil dog rejse en lang række nye spørgsmål om dens dannelse.

Færre klumper i universet end forventet

Når vi bliver ved universet, bragte sommeren også nyt om, hvordan det ser ud på meget stor skala i form af galakser og galaksehobe og fordelingen af mørkt stof.

Astronomer bag Dark Energy Survey (DES) har observeret 26 millioner galakser på den sydlige himmel og er kommet frem til, at stoffet i universet ikke klumper sig så meget sammen, som de ville forvente ud fra de gængse teorier.

Galaksehobe er samlet i tråde som i edderkoppespind – med store tomme områder mellem. Denne koncentration er dog 7 procent mindre end det, som astronomerne forventer ud fra deres modeller.

Forskellen er ikke så stor, at den kan siges at være statistisk signifikant, men da andre observationer har vist noget tilsvarende, så kunne der være tale om noget reelt, som muligvis kan skyldes en uventet vekselvirkning mellem eksempelvis mørkt stof og mørk energi eller nye former for neutrinoer, mener astronomerne.

DES-projektet fortsætter med at kortlægge endnu større dele af universet, og nye resultater forventes at blive fremlagt i 2020. De afventes nu med stor spænding.

Fra universet er det også værd at notere, at den første sikre observation af en exomåne, dvs. en måne, der kredser om en planet i et andet stjernesystem (en exoplanet), nu skulle være i hus. Der har tidligere været astronomer, der har hævdet at have fundet exomåner, men ingen af disse har kunnet modstå berettiget kritik.

Historien om, hvordan David Kipping fra Columbia University i New York på et grund af et tweet fra en kollega blev nødt til at fremrykke offentliggørelse af opdagelsen, kan læses i Nature.

Præcisionsmålinger af antihydrogen og protoner

Vi tager springet fra det største til det mindste.

En ny præcisionsmåling af protonens masse beskrevet i en artikel i Physical Review Letters viser, at protonen er 30 miliardtedele af en procent lettere end hidtil antaget.

Selvom det næppe har den store praktiske betydning, så er det dog en signifikant forskel i henhold til den nuværende officielle værdi for protonens masse fra Committee on Data for Science and Technology (CODATA). Så man må formode, at andre forskergrupper nu vil søge at eftergøre eksperimentet, så man senere kan rette op på værdien.

En proton og en elektron bundet til hinanden er hydrogen, mens en antiproton og en antielektron (kaldet positron) er antihydrogen.

Som jeg flere gange gennem tiden har beskrevet, har flere forskergrupper på Cern gennem mange år arbejdet på at kunne lave præcisionsmålinger af antihydrogen i et forsøg på at finde eventuelle forskelle mellem hydrogen og antihydrogen. Sådanne kan være med til at forklare, hvorfor universet i dag stort set udelukkende består af stof, selv om der ved Big Bang blev skabt lige store mængder af stof og antistof.

Alpha-konsortiet, der ledes af professor Jeff Hangst fra Aarhus Universitet, har nu gennemført en måling af spektret for antihydrogen, der viser, at det er er identisk med spektret for hydrogen inden for en nøjagtighed på lidt under en promille.

Forskerne har altså ikke fundet en forskel på stof og antistof – endnu kan man tilføje.

Det var nu heller ikke ventet, at en eventuel forskel ville være så stor, at den kunne måles med den nuværende nøjagtighed. Men der er mulighed for at forbedre målenøjatigheden i fremtiden, skriver Jeff Hangst og de øvrige forskere i deres artikel i Nature.

Så måske kan de en dag observere en forskel. Gør de det, vil det være et forskningsresultat, der vil vække enorm opsigt.

En næsten lige så stor sensation vil det være, hvis man kan få vished for, at neutrinoer og antineutrinoer ikke opfører sig på samme måde – det kan nemlig også være med til at forklare forskellen mellem stof og antistof.

På en konference har forskere fra det japanske T2K-konsortium fremlagt resultater, der indikerer, at dette kan være tilfældet.

Også her kræver det dog forbedringer af måledetektorer og opsamling af flere datamængder, før man med statistisk sikkerhed kan sige, om der virkelig er en forskel. Neutrinodetektorer er enorme vandbeholdere, hvor man kan opfange et signal i de få og sjældne tilfælde, hvor en neutrino rammer direkte ind i kernen på et atom i vandet.

T2K-projektet vil fortsætte indtil 2026, men det bliver muligvis først med en helt ny og større detektor, der vil stå færdigt til den tid, at man endeligt kan afgøre, om neutrinoer og antineutrinoer opfører sig ens – eller om der er et brud på den såkaldte CP-symmetri.

Fra qubits til qudits

Kvantecomputere hører til et af tidens hotteste emner, og bl.a. Google og Microsoft er i samarbejde med førende universiteter – for Microsofts vedkommende bl.a. Charles Marcus' forskningscenter ved Københavns Universitet – i kapløb om at lave en ægte kvantecomputer, der kan løse et problem, som ikke kan løses på selv de allerstørste konventionelle supercomputere.

Men universiteterne kan også på egen hånd. Mikhail Lukin fra Harvard University har på en konference i Moskva præsenteret et system med 51 qubit, som i antal svarer til det, som Google i første omgang søger at fremstille.

Kvantecomputere har i mange år haft lidt karakter af forskningslegetøj, nu er vi tæt på, at de kan bruges til noget fornuftigt og relevant.

Der sker også fremskridt hvad angår at designe kvantecomputere, der ikke bruger kvantebits (qubit), men flerdimensionelle kvantetilstande – såkaldte qudits.

Hvis d=2 er der tale om qubit. En international forskergruppe har nu i Nature præsenteret eksperimenter med qudits, hvor d=10.

Som det bliver skrevet i en kommentar i Nature, så har sådanne systemer en indlysende fordel i teorien, men tiden må vise, om de også i praksis får nogen relevans.

Rubiks terning er NP-komplet

Lad os blive lidt i samme boldgade i form af et beregningsproblem, som nu er bevist at være NP-komplet – eller kort fortalt at høre til de svære problemer, som man ikke kan løse med en almindelig computer, og som måske heller ikke engang kan løses på en kvantecomputer. Det hører til et af datalogiens uafklarede spørgsmål, om dette principielt er umuligt eller ej for NP-komplette problemer.

For syv år siden skrev jeg i en lille artikel, at det nu var bevist, at man altid kan løse Rubiks terning med maksimalt 20 drejninger.

Læs også: Rubiks terning kan altid løses med maksimalt 20 drejninger

Ofte kan man nøjes med færre, men det er ikke let at finde det mindste antal drejninger, man kan nøjes med.

I en ny artikel viser forskere fra Massachusetts Institute of Technology (MIT) og Google nu, at problemet med at bestemme det mindste antal drejninger, der skal til for at løse Rubiks terning fra en vilkårlig udgangsposition, hører til i den svære klasse af problemer, der kaldes NP-komplette.

Dermed hører Rubiks terning til i samme kategori som at finde den optimale rute for en sælger på rejse, og hvordan man pakker en rygsæk.