אם 2012 תיזכר כשנה דרמטית בדברי ימי המדע, יהיה זה כנראה בעיקר בזכות ציידי "החלקיק האלוהי" של האגודה האירופית למחקר גרעיני (CERN). ביולי האחרון הודיע צוות המדענים העובד במאיץ החלקיקים בשווייץ על זיהויו של חלקיק המתנהג כמו "בוזון היגס" שבמשך עשרות שנים היה קיים רק בתיאוריה. הימצאותו של החלקיק יכולה להסביר כיצד חלקיקי יסוד אחרים מקבלים מסה. זיהוי "בוזון היגס", הוכתר בשבוע שעבר על ידי כתב העת Science כפריצת הדרך המשמעותית של השנה החולפת, כשהוא עוקף מתמודדים אחרים על התואר כמו נחיתת הגשושית "קיוריוסטי" על מאדים וההתפתחויות ביכולת השליטה בפרוטזות חכמות, בכוח המחשבה בלבד.
אמנם קשה לחזות מה יהיה ה"בוזון היגס" של 2013, אך כדי לקבל רושם כללי לקראת הבאות שאלנו כמה מבכירי האקדמיה הישראלית באילו תחומי מחקר הם צופים פריצות משמעותיות בשנה הבאה - ואולי קצת מעבר לה.
חומר אפל וקרינה קוסמית
"בשנה הבאה לא יאספו יותר נתונים במאיץ החלקיקים בשוויץ", מספר פרופ' ירון עוז, דיקן הפקולטה למדעים מדויקים באוניברסיטת תל אביב. "המאיץ יצא לשדרוג ולא ירוץ, ויעבדו על הנתונים שנאספו עד לסוף השנה הנוכחית. נכון לרגע זה, שני הגלאים במאיץ LHC - ATLAS ו- CMS - לא מוצאים את חלקיק היגס בדיוק באותו ערך של מסה. החוקרים ינסו להבין טוב יותר את התוצאות ולוודא אם זהו באמת חלקיק היגס, ואם זה באמת חלקיק אחד. אני מעריך שלא יצליחו לסכם את העניין סופית והוא עדיין יישאר פתוח במהלך השנה הבאה. במקביל, מחפשים פיזיקה חדשה שחורגת מהמודל הסטנדרטי של פיזיקת החלקיקים. למשל, מבקשים לברר אם בוזון היגס הוא החלקיק של המודל הסטנדרטי או חלק מתורה גדולה יותר, שאפשר לקבל עליה מידע כבר מהתוצאות הנוכחיות. האם יהיו לנו הפתעות במהלך השנה הקרובה? קרוב לוודאי שלא יהיו הפתעות בוודאות סטטיסטית משמעותית, אלא בהסתברויות נמוכות יותר".
"במקביל, ישנם ניסיונות לחפש אחר החומר האפל. יש עשרות ניסויים כאלו לחיפוש ישיר ולחיפוש עקיף. היקום שלנו מורכב מ-70% אנרגיה אפלה ו-25% חומר אפל. 5% בלבד הם חומר שמוכר לנו. זה זמן רב שמחפשים את החומר האפל, והמטרה היא לגלות מהו, ומהן תכונותיו", מסביר פרופ' עוז. "בשנה הבאה יתפרסמו ככל הנראה תוצאות של מדידות קרינת הרקע הקוסמית שנערכות במצפה החלל האירופי פלאנק. למידע שיתקבל חשיבות רבה להבנת היקום המוקדם ומקור המבנה הקוסמי. ייתכנו הפתעות לגבי המודל הסטנדרטי של הקוסמולוגיה, המורכב מתיאוריה על התפשטות היקום, תחילתו ושלבים שונים ביצירתו. הניסוי הזה מספק מידע על היקום כמה מאות אלפי שנים אחרי המפץ הגדול". פרופסור עוז ממשיך להלהיב את הדמיון. "תחום פורח נוסף הוא חיפוש פלנטות מחוץ למערכת השמש, ואפילו מערכות שיכולות לאפשר קיום של חיים", הוא אומר. "גילויים מפתיעים אפשריים גם בתחום הזה".
דלק בפוטוסינתזה ופחמן במקום סיליקון
"בשנים האחרונות, התחום החם בכימיה, ולא רק בכימיה, היה ננו-טכנולוגיה. נראה כי בזמן הקרוב יתווסף לו תחום האנרגיה מחירי הדלק גואים ואין מנוס מחיפוש תחליפים לנפט", אומר פרופ' דני מנדלר, סגן דיקן למחקר בפקולטה למתמטיקה ולמדעי הטבע באוניברסיטה העברית. "בתחום הזה מתקיימת עבודת מחקר מאוד גדולה הן בארץ והן בעולם שמתפתחת לכמה כיוונים. אחד החשובים שבהם הוא אגירת אנרגיה פיתוח של סוללות, מצברים וסופר-קבלים מה שהפך לצוואר הבקבוק בפיתוח של כלי רכב חשמליים. הנפילה של 'בטר פלייס' נבעה בין היתר מכך שהיו ציפיות טכנולוגיות שלא התממשו. בשנים הבאות נראה מחקר מאוד אינטנסיבי; זה תחום עצום שמושך הרבה מאד כסף מאחר שיש לו השלכות יישומיות, ואני מקווה שיהיו בו פריצות דרך".
"יש גם מאמץ גדול, שמתחיל לשאת פרי, בהמרת אנרגיית שמש לדלקים באופן שמחקה את תהליך הפוטוסינתזה: פיתוח של מערכות שממחזרות בעיקר פחמן דו-חמצני לדלק ומחמצנות מים לחמצן", מבאר פרופ' מנדלר. "אנחנו רחוקים מאוד מהשגת המטרה, אבל בשנים האחרונות הושגה התקדמות בחמצון מים, כלומר בפיתוח קטליזטורים שמפרקים מים לחמצן ולמימן, שיכול לשמש דלק. אני מקווה שגם ממשלת ישראל תשקיע בתחום הזה כמו גם בשני כיוונים נוספים בהמרת אנרגית שמש: תאים פוטו-וולטאים והמרת אנרגיית שמש לחום".
"במקביל, יימשך פיתוחם של חומרים חדשים בתחום הננו ויימצאו להם שימושים בתחומים שקשה אפילו לדמיין, למשל ברפואה לא רחוק היום מפיתוח של חיישנים שיושתלו בגופנו או ישמשו לבדיקות דם ושתן מתוחכמות לזיהוי מוקדם של מחלות", צופה פרופ' מנדלר. "כמו כן, נראה יותר ויותר ניסיונות להשתמש בחומר שכבר קיבלו עליו פרס נובל - גראפן - כחומר שעשוי להחליף בעתיד את הסיליקון בתעשיית המיקרואלקטרוניקה".
תו תקן לאבטחת מידע וריבוי ליבות
"תחום שצפוי להתפתח הוא ניתוח של Big Data - הרבה מהפעילויות הופכות להיות מנוטרות ויש להן רקורד במחשבים, והנתונים שנאספים יהפכו שימושיים מאוד", אומר פרופ' שלומי דולב, דיקן הפקולטה למדעי הטבע באוניברסיטת בן גוריון. "זה כבר קורה וימשיך לקרות: יהיו יישומים שונים לכריית מידע מנתונים גולמיים, מחקריים ומסחריים: חברות תעופה, למשל, יוכלו לתזמן טיסות טוב יותר, וחברות סלולר יוכלו לדעת מראש אם לקוח עומד להתנתק מהן ולהציע לו הצעה מתאימה".
לדברי דולב, תחום נוסף שיצמח בשנה הבאה הוא אבטחת סייבר. "האינטרנט מאבד מתמימותו, והתלות שלנו במערכות מחשב ותקשורת הולכת וגוברת והופכת אותן למטרה שיש להגן עליה", הוא מדגיש. "הסוגיה הזאת תהפוך לחלק יותר ויותר גדול מהחיים: איך מגנים על המערכות הללו מפני פלישות ואיך פוגעים בהן הרי זה דו-כיווני וזאת מלחמה, בין אינדיבידואלים ובין מעצמות. סביר שיוגדר 'תו תקן' - חותמת שתוענק לכל חברה, לכל תוכנה, לכל מערכת תקשורת, אם נעשה מה שצריך כדי להתגונן ממתקפת סייבר, ותהיה בקרה רשמית כדי לוודא שאין חורים. במקביל, יתפתחו עוד ועוד טכניקות לתקיפה של מערכות תקשורת".
"עוד צפוי להתפתח מאוד תחום המעבדים מרובי הליבות, שבהם הליבות פועלות במקביל ומגדילות את יכולת החישוב", חוזה פרופ' דולב. "כיום במחשבים אישיים יש מעבדים עם שתי ליבות, או ארבע במקרה הטוב, אבל יש בעולם מעבדים עם עשרות ומאות ליבות. ככל שהתחום יתרחב, הדבר יחייב תקשורת אופטית מהירה בין הליבות בתוך המעבד, באמצעות לייזר ולא באמצעים אלקטרוניים. נצטרך לשנות בהתאם את התפיסה היסודית לגבי תכנות אפילו את קורסי המבוא באוניברסיטאות".
תרגילי זיכרון שעובדים ו"הדלקת" נוירונים
"אחד מהדברים הגדולים שהבנו בשנים האחרונות הוא שהמוח מאוד פלסטי ויכול להשתנות, וזה גרר גל של רעיונות וניסויים", אומר פרופ' משה בר, ראש המרכז לחקר המוח באוניברסיטת בר אילן. "מציעים היום הרבה תרגילים לזיכרון ולריכוז יש אפליקציות ומשחקים שעד היום ההצלחה שלהם מאוד מוגבלת. היה מאמר ב-Nature שבדק את המשחקים האלה ולא מצא אפקט משמעותי. העבר וההווה של הניסיונות הללו לא מזהיר, אבל זוהי רק ההתחלה ייתכן שבקרוב נוכל להשתמש בשיטות כאלה, לא פולשניות, לשיפור היכולות של המוח, פשוט צריך לשפר אותן ולכוון אותן. זה חשוב לטיפול בחולים אבל לא רק בהם. אלה דברים שיכולים לשפר צרכים כלליים גם בריאים רוצים להיות יותר מרוכזים ויותר שמחים".
פרופ' בר התייחס גם להתלהבות משיטות להגברת המודעות והריכוז. "זה נושא שהיה בעבר רחוק מהמדע, נחלתם של בודהיסטים ואנשים שעושים מדיטציה. בשנים האחרונות הוא קיבל גושפנקה מדעית, גם בתקציבים, והחלו מחקרים שבודקים בשיטות הדמיה מהם האפקטים שיש לשיטות של ריכוז, בנות אלפי שנים, על המוח", מספר פרופ' בר. "יותר ויותר מתחזקת הסברה כי נוצרים ממש שינויים מבניים במוח והמחקר צפוי להתפתח עוד".
"נושא חם נוסף הוא אופטוגנטיקה - זה פטנט שמאפשר באמצעות החדרת גן מסוים 'להדליק' נוירונים עם אור בצבעים שונים", מסביר פרופ' בר. "עדיין אי אפשר לעשות את זה אצל בני אדם, אבל כבר רואים דברים מדהימים בניסויים בחיות. השיטה מאפשרת להדליק ולכבות מעגלים ספציפיים במוח, לגלות איך הם עובדים ולטפל בבעיות מסוימות. בשנה הקרובה זה כבר לא יקרה כי אין טכנולוגיה שמאפשרת את זה, אבל הייתי רוצה לראות את זה עובר לבני אדם".