Znajdź zawartość

Po raz pierwszy udało się bezpośrednio zaobserwować wpływ grawitacji na antymaterię. Fizycy z CERN eksperymentalnie wykazali, że grawitacja działa na antymaterię tak, jak i na materię – antyatomy opadają na źródło grawitacji. Nie jest to niczym niespodziewanym, różnica w oddziaływaniu grawitacji na materię i antymaterię miałaby bardzo poważne implikacje dla fizyki. Jednak bezpośrednia obserwacja tego zjawiska jest czymś, czego fizycy oczekiwali od dziesięcioleci. Oddziaływanie grawitacyjne jest bowiem niezwykle słabe, zatem łatwo może zostać zakłócone. Naukowcy z CERN pracujący przy eksperymencie ALPHA wykorzystali atomy antywodoru, które są stabilne i elektrycznie obojętne, do badania wpływu grawitacji na antymaterię. Uczeni utworzyli antywodór łącząc antyprotony – uzyskane w urządzeniach AD i ELENA pracujących w Antimatter Factory – z pozytonami (antyelektronami) z radioaktywnego sodu-22. Atomy antywodoru umieszczono następnie w pułapce magnetycznej, która chroniła je przed wejściem w kontakt z materią i anihilacją. Całość umieszczono w niedawno skonstruowanym, specjalnym urządzeniu o nazwie ALPHA-g, które pozwala na śledzenie losu atomów po wyłączeniu pułapki. Symulacje komputerowe wykazywały, że – w przypadku materii – około 20% atomów powinno opuścić pułapkę przez górną jej część, a około 80% – przez dolną. Naukowcy wielokrotnie przeprowadzili eksperymenty z użyciem antymaterii, uwzględniając przy tym różne ustawienia pułapki i różne możliwe oddziaływania poza oddziaływaniami grawitacyjnymi. Po uśrednieniu wyników eksperymentów okazało się, że antymateria zachowuje się tak, jak materia. Około 20% atomów antywodoru uleciało z pułapki górą, a około 80% – dołem. Potrzebowaliśmy 30 lat by nauczyć się, jak stworzyć antyatomy, jak utrzymać je w pułapce, jak je kontrolować i jak je uwalniać z pułapki, by oddziaływała na nie grawitacja. Następnym etapem naszych badań będą jak najbardziej precyzyjne pomiary przyspieszenia opadających antyatomów. Chcemy sprawdzić, czy rzeczywiście atomy i antyatomy opadają w taki sam sposób, mówi Jeffrey Hangst, rzecznik prasowy eksperymentu ALPHA. « powrót do artykułu

CERN poinformował, że w przyszłym roku przeprowadzi o 20% mniej eksperymentów, a w roku bieżącym akcelerator zostanie wyłączony 28 listopada, 2 tygodnie wcześniej, niż planowano. Zmiany mają związek z niedoborami energii i rosnącymi jej kosztami. W ten sposób CERN chce pomóc Francji w poradzeniu sobie z problemami z dostępnością energii. CERN kupuje 70–75% energii z Francji. Gdy wszystkie akceleratory w laboratorium pracują, zużycie energii wynosi aż 185 MW. Sama infrastruktura Wielkiego Zderzacza Hadronów potrzebuje do pracy 100 MW. W związku ze zbliżającą się zimą we Francji wprowadzono plan zredukowania zużycia energii o 10%. Ma to pomóc w uniknięciu wyłączeń prądu. Stąd też pomysł kierownictwa CERN, by pomóc w realizacji tego planu. Ponadto rozpoczęto też prace nad zmniejszeniem zapotrzebowania laboratorium na energię. Podjęto decyzję m.in. o wyłączaniu na noc oświetlenia ulicznego, rozpoczęcia sezonu grzewczego o tydzień później niż zwykle oraz zoptymalizowania ogrzewania pomieszczeń przez całą zimę. Działania na rzecz oszczędności energii nie są w CERN niczym niezwykłym. Laboratorium od wielu lat pracuje nad zmniejszeniem swojego zapotrzebowania i w ciągu ostatniej dekady konsumpcję energii udało się ograniczyć o 10%. Było to możliwe między innymi dzięki zoptymalizowaniu systemów chłodzenia w centrum bazodanowym, zoptymalizowaniu pracy akceleratorów, w tym zmniejszenie w nich strat energii. W CERN budowane jest właśnie nowe centrum bazodanowe, które ma ruszyć pod koniec przyszłego roku. Od początku zostało ono zaprojektowane z myślą o oszczędności energii. Znajdą się tam m.in. systemy odzyskiwania ciepła generowanego przez serwery. Będzie ono wykorzystywane do ogrzewania innych budynków laboratorium. Zresztą już teraz ciepło generowane w jednym z laboratoriów CERN jest używane do ogrzewania budynków w pobliskiej miejscowości Ferney-Voltaire. Trwają też prace nad optymalizacją systemu klimatyzacji i wentylacji oraz nad wykorzystaniem energii fotowoltaicznej. « powrót do artykułu

W CERN zakończono najbardziej precyzyjne w historii eksperymenty, których celem było sprawdzenie czy materia i antymateria reagują tak samo na oddziaływanie grawitacji. Trwające 1,5 roku badania z wykorzystaniem protonów i antyprotonów przeprowadzili specjaliści z eksperymentu BASE (Baryon Antibaryon Symmetry Experiment). Naukowcy zmierzyli stosunek ładunku do masy protonu i antyprotonu z dokładnością 16 części na bilion. To najbardziej precyzyjny ze wszystkich testów symetrii materii i antymaterii przeprowadzony na cząstkach złożonych z trzech kwarków, zwanych barionami, i ich antycząstkach, mówi Stefan Ulmer, rzecznik prasowy BASE. Zgodnie z Modelem Standardowym cząstki i antycząstki mogą się od siebie różnić, jednak większość właściwości, szczególnie ich masa, powinno być identycznych. Znalezienie różnicy masy pomiędzy protonami a antyprotonami lub też różnicy w ich stosunku ładunku do masy, oznaczałoby złamanie podstawowej symetrii Modelu Standardowego, symetrii CPT. Byłby to również dowód na znalezienie fizyki wykraczającej poza opisaną Modelem Standardowym. Istnienie takiej różnicy mogłoby doprowadzić do wyjaśnienia, dlaczego wszechświat składa się głównie z materii, mimo że podczas Wielkiego Wybuchu powinny powstać takie same ilości materii i antymaterii. Różnice pomiędzy cząstkami materii i antymaterii zgodne z Modelem Standardowym, są o rzędy wielkości zbyt małe, by wyjaśnić obserwowaną nierównowagę. Naukowcy z BASE wykorzystali podczas swoich pomiarów antyprotony i jony wodoru, które służyły jako ujemnie naładowane przybliżenia protonów. Umieszczono je w tzw. pułapce Penninga. Badania prowadzono pomiędzy grudniem 2017 roku a majem 2019. Później przystąpiono do opracowywania wyników, a po zakończeniu prac w najnowszym numerze Nature poinformowano o rezultatach. Po uwzględnieniu różnic pomiędzy jonami wodoru a protonami okazało się, że stosunek ładunku do masy protonu jest z dokładnością do 16 części na miliard identyczny ze stosunkiem ładunku do masy antyprotonu. To czterokrotnie bardziej dokładne obliczenia niż wszystko, co udało się wcześniej uzyskać, mówi Stefan Ulmer. Aby dokonać tak precyzyjnych pomiarów musieliśmy najpierw znacznie udoskonalić nasze narzędzia. Badania przeprowadziliśmy w czasie, gdy urządzenia wytwarzające antymaterię były nieczynne. Wykorzystaliśmy więc magazyn antyprotonów, w którym mogą być one przechowywane przez lata, dodaje. Prowadzenie eksperymentów w pułapce Penninga w czasie, gdy urządzenia wytwarzające antymaterię nie działają, pozwala na uzyskanie idealnych warunków, gdyż nie występują zakłócające badania pola magnetyczne generowane przez „fabrykę antymaterii”. Naukowcy z BASE nie ograniczyli się tylko do niespotykanie precyzyjnego porównania protonów i antyprotonów. Przeprowadzili też testy słabej zasady równoważności. Wynika ona z teorii względności i głosi, że zachowanie wszystkich obiektów w polu grawitacyjnym jest niezależne od ich właściwości, w tym masy. Oznacza to, że jeśli pominiemy inne siły – jak np. siłę tarcia – reakcja wszystkich obiektów na oddziaływanie grawitacji jest taka sama. Przykładem może być tutaj piórko i młotek, które w próżni powinny opadać z tym samym przyspieszeniem. Orbita Ziemi wokół Słońca ma kształt elipsy, co oznacza, że obiekty uwięzione w pułapce Penninga będą odczuwały niewielkie zmiany oddziaływania grawitacyjnego. Okazało się, że zarówno proton i antyproton identycznie reagują na te zmiany. Uczeni z BASE potwierdzili, że słaba zasada równoważności odnosi się zarówno do materii jak i antymaterii z dokładnością około 3 części na 100. Ulmer podkreśla, że uzyskana w tym eksperymencie precyzja jest podobna do założeń eksperymentu, w ramach których CERN chce badać antywodór podczas spadku swobodnego w polu grawitacyjnym Ziemi. BASE nie prowadziło eksperymentu ze swobodnym spadkiem antymaterii w polu grawitacyjnym Ziemi, ale nasze pomiary wpływu grawitacji na antymaterię barionową są co do założeń bardzo podobne do planowanego eksperymentu. To wskazuje, że w dopuszczonym zakresie niepewności nie znaleźliśmy żadnych anomalii w interakcjach pomiędzy antymaterią a grawitacją. « powrót do artykułu

Międzynarodowy zespół uczonych poinformował, że neutrino podróżują szybciej od światła. Jeśli doniesienia te się potwierdzą, jesteśmy być może świadkami olbrzymiego przełomu w fizyce. Antonio Ereditato, rzecznik prasowy grupy, stwierdził, że prowadzone wielokrotnie w ciągu ostatnich trzech lat eksperymenty wykazały, że neutrino wysyłane z CERN-u do włoskiego wykrywacza neutrin Borexino przybywały tam o 60 nanosekund szybciej, niż mogłoby przybyć światło. Jesteśmy pewni naszych wyników. Sprawdzaliśmy je wielokrotnie, braliśmy pod uwagę wszystko, co mogło je zakłócić. Teraz chcemy, by sprawdziły je niezależne zespoły naukowe - mówił Ereditato. Założenie, że nic nie może podróżować szybciej niż światło wynika ze szczególnej teorii względności Einsteina. Prędkość światła i przekonanie o jej nieprzekraczalności to jeden z kluczowych elementów Modelu Standardowego. Podczas eksperymentów prowadzonych w ramach projektu OPERA z CERN-u do Gran Sasso wysłano 15 000 wiązek neutrino. CERN od Gran Sasso dzieli 730 kilometrów. Światło przebyłoby taką odległość w 2,4/1000 części sekundy. Neutrino były o 60 nanosekund szybsze. To maleńka różnica, jednak niezwykle ważna. Odkrycie jest tak niesamowite, że każdy powinien bardzo ostrożnie do niego podchodzić - dodał Ereditato.

Podczas ostatnich badań w CERN zdobyto dane, które – jeśli zostaną potwierdzone – będą oznaczały, że doszło do naruszenia Modelu Standardowego. Dane te dotyczą potencjalnego naruszenia zasady uniwersalności leptonów. O wynikach uzyskanych w LHCb poinformowano podczas konferencji Recontres de Moriond, na której od 50 lat omawia się najnowsze osiągnięcia fizyki oraz w czasie seminarium w CERN. Podczas pomiarów dokonywanych w LHCb porównywano dwa typy rozpadu kwarków powabnych. W pierwszym z nich pojawiają się elektrony, w drugim miony. Miony są podobne do elektronów, ale mają około 200-krotnie większą masę. Elektron, mion i jeszcze jedna cząstka – tau – to leptony, które różnią się pomiędzy sobą zapachami. Zgodnie z Modelem Standardowym, interakcje, w wyniku których pojawiają się leptony, powinny z takim samym prawdopodobieństwem prowadzić do pojawiania się elektronów i mionów podczas rozpadu kwarka powabnego. W roku 2014 zauważono coś, co mogło wskazywać na naruszenie zasady uniwersalności leptonów. Teraz, po analizie danych z lat 2011–2018 fizycy z CERN poinformowali, że dane wydają się wskazywać, iż rozpad kwarka powabnego częściej dokonuje się drogą, w której pojawiają się elektrony niż miony. Istotność zauważonego zjawiska to 3,1 sigma, co oznacza, iż prawdopodobieństwo, że jest ono zgodne z Modelem Standardowym wynosi 0,1%. Jeśli naruszenie zasady zachowania zapachu leptonów zostanie potwierdzone, wyjaśnienie tego procesu będzie wymagało wprowadzenie nowych podstawowych cząstek lub interakcji, mówi rzecznik prasowy LHCb profesor Chris Parkes z University of Manchester. Rozpad kwarka powabnego prowadzi do pojawienia się kwarka dziwnego oraz elektronu i antyelektronu lub mionu i antymionu. Zgodnie z Modelem Standardowym w procesie tym pośredniczą bozony W+ i Z0. Jednak naruszenie zasady uniwersalności leptonów wskazuje, że zaangażowana w ten proces może być jakaś nieznana cząstka. Jedna z hipotez mówi, że jest to leptokwark, masywny bozon, który wchodzi w interakcje zarówno z leptonami jak i z kwarkami. Co istotne, dane z LHCb zgadzają się z danymi z innych anomalii zauważonych wcześniej zarówno w LHCb, jak i obserwowanych od 10 lat podczas innych eksperymentów na całym świecie. Nicola Serra z Uniwersytetu w Zurichu mówi, że jest zbyt wcześnie by wyciągać ostateczne wnioski. Jednak odchylenia te zgadzają się ze wzorcem anomalii obserwowanych przez ostatnią dekadę. Na szczęście LHCb jest odpowiednim miejscem, w którym możemy sprawdzić potencjalne istnienie nowych zjawisk fizycznych w tego typu rozpadach. Musimy przeprowadzić więcej pomiarów. LHCb to jeden z czterech głównych eksperymentów Wielkiego Zderzacza Hadronów.Jego zadaniem jest badanie rozpadu cząstek zawierających kwark powabny. Artykuły na temat opisanych tutaj badań zostały opublikowane na stronach arXiv oraz CERN. « powrót do artykułu

CERN udostępnił swój pierwszy publiczny Raport Środowiskowy, dotyczący m.in. emisji gazów cieplarnianych. Dowiadujemy się z niego, że w 2018 roku ta instytucja wyemitowała 223 800 ton ekwiwalentu dwutlenku węgla. To tyle co duży statek wycieczkowy. Z raportu dowiadujemy się, że aż 3/4 tej emisji powodują zawierające fluor gazy, używane podczas prac z wykrywaczami cząstek. CERN planuje zmniejszenie emisji. Obejmujący lata 2017–2018 raport sprowokował debatę zarówno wśród pracowników, jak i wśród osób z zewnątrz. Zaczęliśmy zastanawiać się, co można zrobić z tym już teraz i w jaki sposób projektować akceleratory przyszłości, mówi Frederick Bordry, dyrektor CERN ds. akceleratorów i technologii. Raport porusza wszelkie kwestie związane z wpływem CERN na środowisko, od emitowanego hałasu, po wpływ na bioróżnorodność, zużycie wody czy emitowane promieniowanie. Specjaliści orzekli, że to redukcja gazów cieplarnianych będzie miała największy wpływ na poprawę stanu środowiska. Inżynierowie już planują uszczelnienie miejsc wycieków w LHC i zoptymalizowanie systemu cyrkulacji gazu. Docelowo chcą, żeby w roli chłodziwa czujników gazy zawierające fluor zostały zastąpione przez dwutlenek węgla, który ma kilka tysięcy razy mniejszy potencjał cieplarniany. Gdy budowaliśmy Wielki Zderzacz Hadronów, nie docenialiśmy potencjału cieplarnianego tych gazów. Naszym głównym zmartwieniem była dziura ozonowa, mówi Bordry. Na razie CERN chce obniżyć swoją bezpośrednią emisję gazów cieplarnianych o 28% do roku 2024. Raport uwzględnia też pośrednią emisję generowaną przez CERN. Laboratorium zużywa bowiem tyle energii elektrycznej co niewielkie miasteczko. Zakładamy w LHC systemy odzyskiwania energii. Jesteśmy pionierami wykorzystania nadprzewodnictwa na duża skalę, co może zwiększyć efektywność sieci energetycznych. Jak jednak zauważają specjaliści, znacznie lepiej jest emitować gazy cieplarniane w celu dokonywania odkryć naukowych, niż w innych celach. Postęp naukowy jest bardzo ważny i trudno znaleźć ważniejszą instytucję naukową niż CERN. Osobiście wolę, byśmy emitowali gazy cieplarniane pracując w CERN niż lecąc samolotem do Pragi, by się upić na weekend, mówi John Barrett, z Sustainability Research Institute. « powrót do artykułu

Rada CERN jednogłośnie przyjęła dzisiaj plan dotyczący strategii rozwoju badań nad fizyką cząstek w Europie. Plan zakłada m.in. wybudowanie 100-kilometrowego akceleratora cząstek. O stworzeniu wstępnego raportu projektowego budowy Future Circular Collider (FCC) informowaliśmy na początku ubiegłego roku. The European Strategy for Particle Physics został po raz pierwszy przyjęty w 2006 roku, a w roku 2013 doczekał się pierwszej aktualizacji. Prace nad jego obecną wersją rozpoczęły się w 2018 roku, a w styczniu ostateczna propozycja została przedstawiona podczas spotkania w Niemczech. Teraz projekt zyskał formalną akceptację. CERN będzie potrzebował znaczniej międzynarodowej pomocy, by zrealizować swoje ambitne plany. Stąd też w przyjętym dokumencie czytamy, że Europa i CERN, za pośrednictwem Neutrino Platform, powinny kontynuować wsparcie dla eksperymentów w Japonii i USA. W szczególności zaś, należy kontynuować współpracę ze Stanami Zjednoczonymi i innymi międzynarodowymi partnerami nad Long-Baseline Neutriono Facility (LBNF) oraz Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE). Obecnie szacuje się, że budowa nowego akceleratora, który byłby następcą Wielkiego Zderzacza Hadronów, pochłonie co najmniej 21 miliardów euro. Instalacja, w której dochodziłoby do zderzeń elektronów z pozytonami, miała by zostać uruchomiona przed rokiem 2050. Zatwierdzenie planów przez Radę CERN nie oznacza jednak, że na pewno zostaną one zrealizowane. Jednak decyzja taka oznacza, że CERN może teraz rozpocząć pracę nad projektem takiego akceleratora, jego wykonalnością, a jednocześnie rozważać inne konkurencyjne projekty dla następcy LHC. Myślę, że to historyczny dzień dla CERN i fizyki cząstek, zarówno w Europie jak i poza nią, powiedziała dyrektor generalna CERN Fabiola Gianotti po przyjęciu proponowanej strategii. Z opinią taką zgadzają się inni specjaliści. Dotychczas bowiem CERN rozważał wiele różnych propozycji. Teraz wiadomo, że skupi się przede wszystkim na tej jednej. Przyjęta właśnie strategia zakłada dwuetapowe zwiększanie możliwości badawczych CERN. W pierwszym etapie CERN wybuduje zderzacz elektronów i pozytonów, którego energia zostanie tak dobrana, by zmaksymalizować produkcję bozonów Higgsa i lepiej zrozumieć ich właściwości. Później instalacja ta zostanie rozebrana, a w jej miejscu powstanie potężny zderzacz protonów. Urządzenie będzie pracowało z energiami rzędu 100 teraelektronowoltów (TeV). Dla porównania, LHC osiąga energie rzędu 16 TeV. Zadaniem nowego zderzacza będzie poszukiwanie nowych cząstek i sił natury. Większość technologii potrzebna do jego zbudowania jeszcze nie istnieje. Będą one opracowywane w najbliższych dekadach. Co ważne, mimo ambitnych planów budowy 100-kilometrowego zderzacza, nowo przyjęta strategia zobowiązuje CERN do rozważenia udziału w International Linear Collider, którego projekt jest od lat forsowany przez japońskich fizyków. Japończycy są zadowoleni z takiego stanowiska, gdyż może pozwoli to na przekonanie rządu w Tokio do ich projektu. W przyjętej właśnie strategii czytamy, że CERN będzie kontynuował rozpoczęte już prace nad High Luminosity LHC (HL-LHC), czyli udoskonaloną wersją obecnego zderzacza. Budowa 100-kilometrowego tunelu i zderzacza elektronów i pozytonów ma rozpocząć się w roku 2038. Jednak zanim ona wystartuje, CERN musi poszukać pieniędzy na realizację swoich zamierzeń. Chris Llewellyn-Smith, były dyrektor generalny CERN, uważa, że do europejskiej organizacji mogłyby dołączyć Stany Zjednoczone, Japonia i Chiny, by powołać nową globalną organizację fizyczną. Nie wszyscy eksperci entuzjastycznie podchodzą do planów CERN. Sabine Hossenfelder, fizyk teoretyczna z Frankfurckiego Instytutu Zaawansowanych Badań krytykuje wydawanie olbrzymich kwot w sytuacji, gdy nie wiemy, czy zwiększanie energii zderzeń cząstek przyniesie jakiekolwiek korzyści naukowe poza pomiarami właściwości już znanych cząstek. Z opinią tą zgadza się Tara Shears z University of Liverpool. Uczona zauważa, że o ile powodem, dla którego budowano LHC było poszukiwanie bozonu Higgsa i urządzenie spełniło stawiane przed nim zadanie, to obecnie brak dobrze umotywowanych powodów naukowych, by budować jeszcze potężniejszy akcelerator. Nie mamy obecnie żadnych solidnych podstaw. A to oznacza, że cały projekt obarczony jest jeszcze większym ryzykiem, mówi. Dodaje jednak, że jednocześnie wiemy, że jedynym sposobem na znalezienie odpowiedzi są eksperymenty, a jedynymi miejscami, gdzie możemy je znaleźć są te miejsca, w które jeszcze nie zaglądaliśmy. « powrót do artykułu

Jedną z największych tajemnic fizyki jądrowej jest odpowiedź na pytanie, dlaczego wszechświat jest zbudowany z takich a nie innych pierwiastków. Dlaczego nie z innych? Naukowców szczególnie interesują procesy fizyczne stojące u podstaw powstania ciężkich pierwiastków, jak złoto, platyna czy uran. Obecnie uważa się, że powstają one podczas łączenia się gwiazd neutronowych oraz eksplozji gwiazd. W Argonne National Laboratory opracowano nowe techniki badania natury i pochodzenia ciężkich pierwiastków, a uczeni z Argonne stanęli na czele międzynarodowej grupy badawczej, która prowadzi w CERN eksperymenty mające dać nam wgląd w procesy powstawania egzotycznych jąder i opracowani modeli tego, co dzieje się w gwiazdach i wydarzeń we wczesnym wszechświecie. Nie możemy sięgnąć do wnętrza supernowych, więc musimy stworzyć na Ziemi ekstremalne warunki, jakie w nich panują i badać reakcje, jakie tam zachodzą, stwierdził fizyk Ben Kay z Argonne National Laboratory i główny autor najnowszych badań. Uczonym biorącym udział w projekcie udało się – jako pierwszym w historii – zaobserwować strukturę jądra o mniejszej liczbie protonów niż w jądrze ołowiu i o liczbie neutronów przekraczających 126. To jedna z liczb magicznych fizyki jądrowej. Liczba magiczne dla protonów i neutronów wynoszą m.in. 8, 20, 28, 50 i 126. To wartości kanoniczne. Fizycy wiedzą, że jądra atomów o takich wartościach charakteryzują się zwiększoną stabilnością. Jądra o liczbie neutronów powyżej 126 są słabo zbadane, gdyż trudno je uzyskać. Wiedza o ich zachowaniu jest kluczowa dla zrozumienia procesu wychwytu neutronu (proces r), w wyniku którego powstaje wiele ciężkich pierwiastków. Obecnie obowiązujące teorie przewidują, że proces r zachodzi w gwiazdach. W tych bogatych w neutrony środowiskach jądra atomowe mogą rosnąć wychwytując neutrony i tworząc cięższe pierwiastki. Proces ten jest na tyle szybki, że nowe cięższe pierwiastki tworzą się zanim jeszcze dojdzie do rozpadu. Twórcy eksperymentu skupili się na izotopie rtęci 207Hg. Jego badanie może bowiem rzucić światło na ich bezpośrednich sąsiadów, jądra bezpośrednio zaangażowane w proces r. Naukowcy najpierw wykorzystali infrastrukturę HIE-ISOLDE w CERN. Wysokoenergetyczny strumień protonów skierowali na roztopiony ołów. W wyniku kolizji powstały setki egzotycznych radioaktywnych izotopów. Odseparowali z nich 206Hg i w akceleratorze HIE-ISOLDE wytworzyli strumień jąder o najwyższej osiągniętej tam energii. Strumień skierowali na deuter znajdujący się w ISOLDE Solenoidal Spectrometer. Żadne inne urządzenie na świecie nie jest w stanie wytworzyć strumienia jąder rtęci o tej masie i nadać mu takiej energii. To w połączeniu z wyjątkową rozdzielczością ISS pozwolió nam na przeprowadzenie pierwszych w historii obserwacji stanów wzbudzonych 207Hg, mówi Kay.  Dzięki ISS naukowcy mogli więc obserwować, jak jądra 206Hg przechwyciły neutron stając się 207Hg. Deuter to ciężki izotop wodoru. Zawiera proton i neutron. Gdy 206Hg przechwytuje z niego neutron, dochodzi do odrzutu protonu. Emitowane w tym procesie protony trafiają do detektora w ISS, a ich pozycja i energia zdradzają kluczowe informacje o strukturze jądra. Informacje te mają bardzo duży wpływ na proces r i uzyskane w ten sposób dane pozwalają na przeprowadzenie istotnych obliczeń. ISS korzysta z pionierskiej koncepcji opracowanej przez Johna Schiffera z Argonne National Laboratory. Na podstawie jego pomysłu zbudowano w Argone urządzenie HELIOS. Pozwoliło ono na badanie właściwości jąder atomowych, których wcześniej nie można było badać. HELIOS stał się inspiracją do zbudowania w CERN-ie ISS. Urządzenie to pracuje od 2008 roku i uzupełnia możliwości HELIOS. Przez ostatnich 100 lat fizycy mogli zbierać informacje o jądrach atomowych dzięki bombardowaniu ciężkich jąder lekkimi jonami. Jednak reakcja przeprowadzana w drugą stronę, gdy ciężkie jądra uderzały w lekkie cele, prowadziła do pojawiania się wielu zakłóceń, które trudno było wyeliminować. Udało się to dopiero za pomocą HELIOS. Gdy ciężka kula uderza w lekki cel dochodzi do zmiany kinematyki i uzyskane w ten sposób spektra są skompresowane. John Schiffer zauważył, że gdy do takiej kolizji dochodzi wewnątrz magnesu, wyemitowane w jej wyniku protony wędrują po spiralnym torze w kierunku detektora. Opracował pewną matematyczną sztuczkę, która opisuje tę kinematyczna kompresję, otrzymujemy więc zdekompresowane spektrum, z którego możemy wnioskować o strukturze jądrowej, wyjaśnia Kay. Pierwsze analizy uzyskanych danych potwierdziły prawdziwość przewidywań teoretycznych. Naukowcy planują zatem kolejne eksperymenty, podczas których chcą wykorzystać inne jądra z obszaru 207Hg. Ze szczegółami badań zapoznamy się na łamach Physical Review Letters. « powrót do artykułu

W CERN powstanie kolejny eksperyment przy Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC). Jednym z jego pomysłodawców jest Polak, dr Sebastian Trojanowski z Zakładu Fizyki Teoretycznej NCBJ. FASER – bo tak ma nazywać się nowa instalacja – będzie multidetektorem przeznaczonym do poszukiwania długożyciowych cząstek powstających w zderzeniach LHC i mogących być sygnałem istnienia hipotetycznej ciemnej materii. Obserwacje astronomiczne wskazują, że ciemnej materii powinno być we Wszechświecie kilkakrotnie więcej niż zwykłej materii "atomowej" tworzącej ludzi, planety i gwiazdy. Koncepcja eksperymentu FASER została zaproponowana przez dr Sebastiana Trojanowskiego i trzech innych fizyków teoretyków współpracujących z nim podczas pobytu dra Trojanowskiego na stypendium na Uniwersytecie Irvine w ramach programu Mobilność Plus finansowanego przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego. Eksperyment ma poszukiwać nowych, nieznanych dotąd cząstek, które mogą powstawać w zderzeniach protonów, na przykład w punkcie zderzenia w detektorze ATLAS. Naukowcy spodziewają się, że mogą one istnieć, ale nie zostały dotąd zarejestrowane ze względu na ich słabe oddziaływanie z materią detektora. Cząstki takie – jeśli są odpowiednio lekkie, jeśli powstają dość rzadko i na dodatek lecą wzdłuż osi wiązki zderzających się protonów, mogły dotychczas umykać uwadze eksperymentatorów – wyjaśnia dr Trojanowski (NCBJ; przebywający obecnie na stażu doktorskim na Uniwersytecie w Sheffield). Trudno byłoby je na przykład zobaczyć jako wyraźny sygnał brakującej energii w bilansie energetycznym produktów zderzenia. Szansą na ich ewentualne wykrycie jest ustawienie detektora w pewnej odległości od punktu produkcji i próba zarejestrowania oczekiwanych produktów rozpadów. Warunkiem powodzenia takiego scenariusza jest, by masa poszukiwanych cząstek była większa niż łączna masa najlżejszych produktów ewentualnego rozpadu – na przykłada pary elektron-pozyton. Zaproponowany i zaaprobowany właśnie przez CERN eksperyment FASER ma być ulokowany ok. pół kilometra od detektora ATLAS w tunelu serwisowym, który zbiega w kierunku tunelu LHC. Układ będzie składał się ze scyntylatorów, magnesów, detektorów śladu i kalorymetru mierzącego energię produktów, jeśli rzeczywiście dojdzie do poszukiwanego rozpadu. Całość ma mieć długość kilku metrów i częściowo składać się z układów zapasowych przekazanych przez funkcjonujące już eksperymenty LHC – tłumaczy dr Trojanowski. Największą inwestycją będzie zamówienie w CERN odpowiednich magnesów. Większość wydatków mają pokryć dwie amerykańskie fundacje: Simons i Heising-Simons. W projekt – poza czwórką pomysłodawców – jest obecnie zaangażowanych ponad dwudziestu uczonych ze Szwajcarii, USA i innych krajów. Harmonogram zaakceptowany przez CERN przewiduje, że prace instalacyjne zostaną wykonane w czasie kolejnej dużej przerwy w pracy LHC, a zbieranie danych rozpocznie się w cyklu badawczym LHC zaplanowanym na lata 2021-2023. Naukowcy od lat intensywnie poszukują nowych, nieznanych dotąd postaci materii. Obserwacje astronomiczne dostarczają trudnych do podważenia argumentów, że we Wszechświecie istnieje nieznana nam dotąd materia, która z atomami, z których składamy się my oraz wszystko co znamy, oddziałuje głównie siłami grawitacji. Mimo iż obliczenia wskazują, że tej nieznanej "ciemnej" materii jest we Wszechświecie kilkakrotnie więcej niż materii "normalnej", nie udało się jej wytworzyć lub zaobserwować jej składników w naszych laboratoriach. Proponowany eksperyment jest jedną z wielu propozycji inspirowanych tą zagadką. Cząstki, których poszukiwał będzie FASER, mogłyby być pierwszym elementem na drodze do jej rozwikłania. Ewentualne negatywne wyniki także wzbogacą naszą wiedzę i wykluczą niektóre teoretyczne koncepcje. « powrót do artykułu

CERN zawiesił współpracę z profesorem fizyki teoretycznej Alessandro Strumią. Także jego macierzysta uczelnia, Uniwersytet w Pizie oraz Europejska Rada ds. Badań Naukowych, która finansuje pracę Strumii, zapowiedziały przeprowadzenie śledztwa. Alessandro Strumia naraził się... swoimi poglądami na temat płci. Uczony wystąpił 28 września podczas zorganizowanego przez CERN pierwszego Workshop on High Energy Theory and Gender. Widownia składała się głównie z kobiet. Po wystąpieniu na uczonego posypały się oskarżenia, że jest seksistą. Dwa dni później CERN oświadczył, że ze skutkiem natychmiastowym zawiesza współpracę ze Strumią i rozpoczyna śledztwo ws. wystąpienia. W tym samym oświadczeniu przedstawiciele CERN stwierdzili, że Strumia naruszył kodeks etyczny organizacji, która jest jest miejscem, gdzie każdy jest mile widziany i każdy, niezależnie od pochodzenia, wyznawanych poglądów, płci czy orientacji seksualnej, ma takie same szanse. Z kolei rektor Uniwersytetu w Pizie stwierdził, że dostępne w sieci slajdy z wystąpienia Strumii naruszają fundamentalne wartości uniwersytetu. Sam uczony w rozmowie z prasą powiedział: mam nadzieję, że CERN będzie chciał ze mną porozmawiać i poinformuje mnie, co nielegalnego było w moim wystąpieniu. Odnosząc się do krytyki w mediach społecznościowych Strumia stwierdził: wierzę, że uczciwa większość ludzi zrozumie, że taka jest prawda i że warto było narazić się na lincz, ale nie poddać się cenzurze. Co takiego zrobił Strumia? Swoje wystąpienie zaczął od przedstawienia zarzutów, zgodnie z którymi kobiety w nauce są dyskryminowane. Następnie stwierdził, że fizyka nie zależy od narodowości, rasy czy płci, ale jest otwarta po prostu dla ludzi dobrych w tym, co robią. W rzeczywistości fizyka była międzynarodowa, gdy kultura służyła nacjonalizmom, czytamy na jednym e slajdów. Przedstawił też wykresy, z których wynika, że na na wielu polach, takich edukacja, psychologa, nauki humanistyczne czy medycyna istnieje wyraźna przewaga liczby kobiet. W takich dziedzinach jak nauki ścisłe, budownictwo, praca w straży pożarnej czy w kopalniach, widzimy wyraźną przewagę mężczyzn. Także w CERNie kobiety stanowią mniejszość wśród fizyków czy techników. Ale, zdaniem Strumii, nie jest to przejaw dyskryminacji. Naukowiec przypomniał bowiem paradoks równości płciowej, o którym pisaliśmy. Okazuje się bowiem, że im bardziej w danym kraju przykłada się uwagę do równości płci, tym mniej kobiet studiuje nauki ścisłe. Przedstawił też wyliczenia, z których wynika, że kobiety nie są dyskryminowane jeśli chodzi o liczbę cytowań. Ponadto z jego wyliczeń wynikało, że jeśli chodzi o zatrudnianie kobiet na stanowiskach naukowych, to kobiecie-naukowiec wystarczy mniejsza liczba cytowań, by znaleźć zatrudnienie. Posłużył się tutaj własnym przykładem. Podczas gdy włoski Narodowy Instytut Fizyki Nuklearnej zatrudnił panią Silvię Penati (2130 cytowań) czy panią Annę Ceresole (3231 cytowań), to nie zatrudnił Alessandro Strumii (30785 cytowań). Dokonał też obliczeń dla całego CERN-u, z których wynika, że przeciętny zatrudniony w nim mężczyzna ma na swoim koncie 1464 cytowania, a pierwszy artykuł w prasie specjalistycznej opublikował w 2008 roku, natomiast przeciętna kobieta ma na koncie 853 cytowania, a pierwszy artykuł opublikowała w 2010 roku. Największe oburzenie zebranych wywołały jednak słowa, przytaczane często przez prasę, że fizykę wynaleźli i stworzyli mężczyźni. Natomiast kobiety, takie jak Curie zostały powitane w świecie fizycznym po tym, jak pokazały, co potrafią. Strumia posunął się jednak jeszcze dalej. Stwierdził, że to mężczyźni są obecnie dyskryminowani w nauce. Na poparcie tej tezy przytoczył kilka tytułów prasowych, takich jak Oxford University extends exam times for women's benefit, Italy: free or cheaper university for STEM female students, czy też Scholarships for women. Przypomniał też wciąż obowiązującą międzynarodową Konwencję o Pracy Przymusowej, która przewiduje, że do pracy przymusowej mogą być kierowani tylko mężczyźni. Pod koniec swojego wystąpienia Strumia stwierdził, że osoby kończące studia na wydziale fizyki są osobami z górnego przedziału IQ. Mężczyźni mają IQ podobne do kobiet, ale standardowe odchylenie jest u nich o około 15% większe, czytamy na slajdzie Strumii. Oznacza to, że wśród mężczyzn jest więcej osób bardzo inteligentnych, ale też więcej osób bardzo mało inteligentnych. Przypomniał też nazwiska kilku mężczyzn, którzy stracili pracę za poglądy oraz, że w 2016 roku CERN został bezpodstawnie oskarżony przez działaczy LGBT o homofobię. Na ostatnim slajdzie Strumii czytamy: Fizyka nie jest seksistowska i skierowana przeciwko kobietom. Jednak prawda nie jest ważna, gdyż stała się ona częścią wojny, która przyszła do nas z zewnątrz. Nie jest jasne, kto w tej wojnie wygra. PS. Wiele osób mówiło mi, bym nie wygłaszał tego wystąpienia, gdyż jest to niebezpieczne. Jako student napisałem, że że supersymetria w skali elektrosłabej nie działa. I przeżyłem. Mam nadzieję, że znowu się zobaczymy. « powrót do artykułu

Naukowcy pracujący w CERN-ie przy eksperymencie ALPHA dokonali kolejnego istotnego kroku na drodze ku zrozumieniu antymaterii i budowy wszechświata. Eksperymentalnie wykazali, że są w stanie zbadać strukturę wewnętrzną atomu antywodoru. Wiemy, że jest możliwe zaprojektowanie eksperymentu, który pozwoli nam na wykonanie szczegółowych pomiarów antyatomów - mówi Jeffrey Hangst, rzecznik prasowy eksperymentu ALPHA. Nasz wszechświat wydaje się niemal w całości zbudowany z materii. Antymateria gdzieś zniknęła. Tymczasem podczas Wielkiego Wybuchu powinno być jej tyle samo co materii. Zetknięcie materii i antymaterii prowadzi do ich anihilacji. Przewaga materii we wszechświecie sugeruje, że natura preferuje ją nad antymaterię. Jeśli uda się szczegółowo zbadać atomy antymaterii będziemy bliżsi odpowiedzi na pytanie o tę preferencję. W czerwcu ubiegłego roku informowaliśmy, że ekspertom z CERN-u udało się uwięzić i przechować atomy antywodoru przez 1000 sekund. Wówczas Joel Fajans, jeden z naukowców pracujących przy ALPHA mówił, że tysiąc sekund to aż nadto czasu, by wykonać pomiary schwytanego antyatomu. To wystarczająco długo, by np. zbadać jego interakcję z promieniem lasera czy mikrofalami. W skład atomu wodoru wchodzi elektron. Oświetlając atom laserem można doprowadzić do pobudzenia elektronu, który przeskoczy na wyższą orbitę, a następnie powróci na oryginalną orbitę, emitując przy tym światło. Możliwe jest bardzo precyzyjne zmierzenie spektrum tego światła, które w świecie materii jest unikatowe dla wodoru. Teoretycznie niemal identyczne spektrum powinniśmy uzyskać z pobudzenia atomu antywodoru. I właśnie dokonanie takiego pomiaru jest ostatecznym celem eksperymentu ALPHA. Wodór to najbardziej rozpowszechniony pierwiastek we wszechświecie. Jego strukturę rozumiemy bardzo dobrze. Teraz możemy zacząć odkrywać prawdę o antywodorze. Czy są one różne? Czas pokaże - mówi Hangst. Naukowcy dokonali właśnie pierwszych pomiarów antywodoru. Atomy najpierw zostały złapane w magnetyczną pułapkę. Następnie oświetlono je mikrofalami o precyzyjnie dobranej częstotliwości. To spowodowało zmianę orientacji magnetycznej antyatomów i uwolnienie się ich z pułapki. Wówczas antyatomy napotkały na atomy i doszło do ich anihilacji, co pozwoliło czujnikom na zarejestrowanie charakterystycznego wzorca tego zdarzenia. To z kolei dowiodło, że możliwe jest przeprowadzenie eksperymentu, w którym właściwości wewnętrzne atomu antywodoru zostaną zbadane za pomocą mikrofal.

Zidentyfikowano błędy, które mogły wpłynąć na niedokładność pomiaru podczas eksperymentów, w wyniku których ogłoszono, że neutrino może poruszać się szybciej niż światło. Zespół pracujący przy eksperymencie OPERA stwierdził, że możliwe były dwa błędy związane z obsługą systemu GPS. Czas, jaki potrzebowały neutrino na pokonanie 730-kilometrowej trasy pomiędzy CERN-em a detektorem w Gran Sasso był mierzony za pomocą systemu GPS. Kluczową rolę mogły więc odegrać zegary atomowe na początku i na końcu trasy neutrino. Żeby je zsynchronizować, trzeba wysłać pomiędzy nimi sygnał, a ten też potrzebuje czasu na przebycie określonej odległości. Dlatego też dane są interplowane, w celu wyeliminowania tej różnicy czasu. OPERA przyznaje, że interpolacja mogła zostać źle wykonana. Drugi z możliwych błędów to niewłaściwe połączenie pomiędzy urządzeniem GPS, a głównym zegarem eksperymentu OPERA. Należy podkreślić, że są to na razie wstępne najbardziej możliwe wyjaśnienia. Nie wydano jeszcze ostatecznego komunikatu, gdyż oba spostrzeżenia nie zostały ostatecznie zweryfikowane. Tymczasem w Fermilab naukowcy pracujący przy eksperymencie MINOS próbują na własną rękę powtórzyć eksperyment CERN-u i sprawdzić uzyskane informacje.

CERN poinformował, że w bieżącym roku energia strumieni cząstek w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) zostanie zwiększona do 4 teraelektronowoltów (TeV). Będzie zatem o 0,5 TeV większa niż w latach 2010-2011. Ma to pomóc w zebraniu jak największej ilości danych przed wyłączeniem akceleratora na dłuższy czas. Cele, które naukowcy chcą osiągnąć w bieżącym roku to uzyskanie 15 odwrotnych femtobarnów w eksperymentach ATLAS i CMS. Odwrotny femtobarn oznacza liczbę interakcji cząsteczek na 1 femtobarn. Naukowcy mają zatem zamiar aż trzykrotnie zwiększyć ilość pozyskanych danych. Jeden odwrotny femtobarn to w praktyce około 70 bilionów zderzeń. Gdy rozpoczynaliśmy w 2010 roku prace z LHC zdecydowaliśmy się na pracę z wiązkami o najniższej bezpiecznej energii. Dwa lata pracy z wiązkami i wiele pomiarów wykonanych w 2011 roku upewniło nas, że możemy bezpiecznie podnieść poprzeczkę i rozpocząć bardziej ambitne eksperymenty, zanim na długi czas zamkniemy LHC - mówi Steve Myers dyrektor CERN ds. akceleratorów i technologii. Pod koniec bieżącego roku LHC zostanie zamknięty na około 20 miesięcy. Podczas tej przerwy Wielki Zderzacz Hadronów będzie przystosowywany do pracy z maksymalną przewidzianą mocą - 7 TeV na wiązkę. Urządzenie zostanie ponownie uruchomione pod koniec 2014 roku, a pełną moc osiągnie w roku 2015.

Podczas dzisiejszej konferencji prasowej naukowcy pracujący przy eksperymentach ATLAS i CMS Wielkiego Zderzacza Hadronów (LHC) poinformowali o stanie poszukiwań bozonu Higgsa. Z analizy danych uzyskanych przez ATLAS wynika, że masa Boskiej Cząstki - o ile w ogóle ona istnieje - znajduje się w przedziale 116-130 gigaelektronowoltów (GeV). Dane CMS wskazują na przedział 115-127 GeV. To bardzo wysoka zgodność, ale jeszcze zbyt mała by stwierdzić, że bozon Higgsa został odkryty. Poprzednia konferencja na temat poszukiwania bozonu, podczas której informowano o zakresie 114-145 GeV, odbyła się przed dwoma miesiącami. Bozon, o ile w ogóle istnieje, rozpada się niezwykle szybko. Naukowcy szukają właściwie nie samego bozonu, co śladów po jego rozpadzie. Dotychczas badano różne zakresy masy i różne rodzaje rozpadu. Wszystkie wykluczono i do sprawdzenia pozostał jeszcze dość wąski zakres energii. W przedziale 124-126 GeV zauważono bardzo interesujące sygnatury, które mogą świadczyć o istnieniu bozonu Higgsa. Wciąż jednak dysponujemy zbyt małą ilością danych, by ostatecznie potwierdzić jego znalezienie, bądź orzec, że Boska Cząstka nie istnieje. Obecnie Wielki Zderzacz Hadronów, który szczegółowo opisaliśmy we wcześniejszym artykule, nie pracuje. Zgodnie z planem jest on wyłączany w okresie zimowym. To jednak nie oznacza, że nie pracują też naukowcy. Przez najbliższe miesiące będą oni dokonywali kolejnych analiz uzyskanych danych. W marcu będzie miała miejsce kolejna konferencja dotycząca bozonu Higgsa. Na ostateczne potwierdzenie jego istnienia będziemy musieli poczekać do przyszłego roku. Istnienie bozonu Higgsa jest postulowane przez Model Standardowy, który stwierdza, że znane nam cząstki - kwarki i leptony - posiadają masę dzięki oddziaływaniu z polem Higgsa, którego nośnikami są właśnie bozony Higgsa.

Aktualizacja: artykuł opublikowany w piśmie „Nature", został różnie zinterpretowany przez media. Jednak pola do interpretacji nie pozostawiają słowa Jaspera Kirkby'ego, który stwierdził, że przeprowadzone przez niego i jego kolegów badania nie mówią nic o możliwym wpływie promieniowania kosmicznego na chmury i klimat, ale są bardzo ważnym pierwszym krokiem w zrozumieniu tego zagadnienia. Wstępne wyniki wykazały bowiem, że promieniowanie kosmiczne ma spory wpływ na nukleację, że wysokoenergetyczne protony przyczyniają się do co najmniej 10-krotnego zwiększenia tempa nukleacji aerozoli, jednak powstające w ten sposób cząsteczki są zbyt małe by mogły posłużyć za zaczątek chmur. Eksperyment wykazał, że na wysokości kilku kilometrów do procesu nukleacji wystarczają para wodna i kwas siarkowy, a proce ten jest znacznie przyspieszany promieniowaniem kosmicznym. Na wysokości do 1 kilometra nad ziemią konieczna jest jeszcze obecność amoniaku. Co najważniejsze, badania CLOUD pokazały, że para wodna, kwas siarkowy i amoniak, nawet "napędzane" promieniowaniem kosmicznym, nie wyjaśniają zachodzącego w atmosferze procesu formowania się areozoli. Stąd wniosek, że zaangażowane weń muszą być jeszcze inne składniki. Jak zatem widzimy, pierwsze rezultaty uzyskane w ramach prowadzonego przez CERN eksperymentu CLOUD - Cosmics Leving Outdoor Droplets - nie sugerują (jak wcześniej informowaliśmy) że obecne modele klimatyczne powinny być znacznie zmienione. Z badań wynika jedynie, że promieniowanie z kosmosu odgrywa znacznie większą niż przypuszczano rolę w nukleacji aerozoli, jednak nie oznacza to jeszcze, że czynniki te prowadzą do formowaniu się chmur nad naszą planetą. Odkrycie CERN-u wpisuje się w polityczną walkę o określenie przyczyn globalnego ocieplenia, dlatego też naukowcy starają się przedstawić tylko i wyłącznie wyniki badań i nie podawać ich interpretacji. Indukowana przez jony nukleacja objawia się ciągłą produkcją nowych cząsteczek, które trudno jest wyizolować w czasie obserwacji atmosfery, gdyż istnieje bardzo dużo zmiennych. Jednak zjawisko to zachodzi na masową skalę w troposferze - mówi Jasper Kirkby, fizyk z CERN-u. Naukowcy doszli do takich wniosków wykorzystując akcelerator Proton Synchotron do badania zjawiska nukleacji z użyciem różnych gazów i temperatur. Ojcem teorii o Słońcu jako pośredniej przyczynie globalnego ocieplenia, w którym rolę odgrywa interakcja wiatru słonecznego i promieniowania kosmicznego, jest duński fizyk Henrik Svensmark. Jego zdaniem Słońce to jeden z czterech czynników odpowiedzialnych za zmiany klimatyczne. Trzy pozostałe to wulkany, zmiany w stanie klimatu do których doszło w 1977 roku oraz emisja zanieczyszczeń przez człowieka. Doktor Kirkby, który opisał dokładnie tę teorię w 1998 roku mówił wówczas, że promieniowanie kosmiczne odpowiada prawdopodobnie za połowę lub nawet całość wzrostu temperatury na Ziemi w ciągu ostatnich 100 lat. Jak dotychczas nie udało się tej tezy udowodnić.

Dyrektor generalny CERN-u Rolf Heuer twierdzi, że do końca 2012 roku Wielki Zderzacz Hadronów ostatecznie dowiedzie istnienia bądź nie bozonu Higgsa. Aby to sprawdzić potrzebujmy więcej danych, nawet dziesięciokrotnie więcej niż obecnie - stwierdził Heuer. Fizycy z CERN już wiedzą, że jeśli bozon Higgsa istnieje, to jego masa wynosi od 115 do 140 gigaelektronowoltów. Jeśli zostanie on znaleziony w tym zakresie, to będzie on bozonem przewidzianym w Modelu Standardowym bądź też bozonem Higgsa z teorii o supersymetrii. Bozon o masie ponad 450 GeV wykluczy supersymetrię, stwierdził Heuer. Supersymetria to zestaw teorii stwierdzających, że każda znana cząstka ma co najmniej jednego, nieznanego nam, partnera. Jeśli chodzi o bozon Higgsa to mamy dane dotyczące jego masy i kilka intrygujących fluktuacji. Prawdopodobnie masa bozonu Higgsa jest niska. Jeśli nie znajdziemy go w przedziale niskich mas, to będzie oznaczało, że Model Standardowy jest nieprawidłowy. O bozonie Higgsa wiemy wszystko, z wyjątkiem tego, czy istnieje - dodał Heuer. Uczeni z cernowskiego Compact Muon Solenoid Experiment już wcześniej poinformowali o tym, że znaleźli bozon Higgsa, jednak nie mają wystarczającej ilości danych, by to potwierdzić. Uczeni z amerykańskiego Fermilab, które korzysta z akceleratora Tevatron, również informowali o zauważeniu czegoś, co może być bozonem Higgsa. Także i oni nie są w stanie obecnie tego potwierdzić. Jeśli bozon Higgsa istnieje, to Tevatron może wkrótce zanotować wiele sygnałów świadczących o jego obecności. Biorąc pod uwagę liczbę dokonanych kolizji Tevatron jest obecnie unikatowym urządzeniem pod względem możliwości badania rozpadów bozonów Higgsa w kwarki spodnie - oświadczyli przedstawiciele Fermilab. Także i oni twierdzą, że do końca przyszłego roku będą w stanie potwierdzić lub wykluczyć istnienie Boskiej Cząstki. Przed kilkoma dniami Fermilab poinformowało o odkryciu nowej cząstki - Xi-sub-b.

ALPHA Collaboration, międzynarodowy zespół pracujący w CERN-nie uwięził 309 atomów antywodoru i przechował je przez 1000 sekund. Co więcej, już teraz wiadomo, że możliwe będzie dłuższe ich przechowywanie. Już w listopadzie ubiegłego roku ALPHA poinformowała o uwięzieniu 38 atomów antywodoru, z których każdy przechowano przez 1/6 sekundy. Z czasem uczeni nauczyli się przechowywać coraz więcej antymaterii i utrzymywać ją przez coraz dłuższy czas. Prawdopodobnie najważniejszym aspektem naszych prac jest to, że po 1 sekundzie atomy antywodoru już znajdowały się w stanie podstawowym. To prawdopodobnie pierwsze uzyskane antyatomy w stanie podstawowym - mówi Joel Fajans z Lawrence Berkeley National Laboratory, jeden z członków ALPHA. Zasadniczym elementem pułapki wykorzystanej przez ALPHA jest ośmiopolowy nadprzewodzący magnes, który powstał w LBNL. To dzięki niemu w ciągu 15 minut można schwytać i uwięzić atomy antywodoru. Dotychczas jedynym sposobem na stwierdzenie, czy złapaliśmy antyatom, było wyłączenie magnesu. Gdy antyatom uderzał w ścianę pułapki, ulegał anihilacji i wiedzieliśmy, że tam był. Początkowo wyłączaliśmy magnes za każdym razem, gdy mieliśmy nadzieję, że antyatom został złapany. To pozwoliło nam nie przeoczyć żadnego z nich - dodaje Fajans. Naukowcy ciągle udoskonalają swoją pułapkę tak, by móc w przyszłości złapać w nią nie tylko antywodór. Na początku pułapka łapała jeden antyatom co 10 prób, później za każdym razem udawało się złapać antyatom. Złapanie antyatomów na 1000 sekund wskazuje, że można je przetrzymywać i dłużej, tak jak udaje się dużej przetrzymać w magnetycznych pułapkach zwykłe atomy. Tysiąc sekund to aż nadto czasu, by wykonać pomiary schwytanego antyatomu. To wystarczająco długo, by np. zbadać jego interakcję z promieniem lasera czy mikrofalami - dodaje Fajans. Jego kolega, Jonathan Wurtele, dodaje, że zmierzono też energię antyatomu. Tego lata planujemy więcej eksperymentów z użyciem mikrofal. Mam nadzieję, że zmierzymy wywoływane oddziaływaniem mikrofal zmiany w stanie atomowym antyatomów - mówi. Z kolei do roku 2012 naukowcy planują tak przerobić pułapkę ALPHA, by można było rozpocząć badania z udziałem lasera. Dzięki temu urządzeniu można będzie przeprowadzić badania spektroskopowe czy schłodzić antyatomy w celu przeprowadzenia kolejnych eksperymentów.

Uruchamiając Wielki Zderzacz Hadronów (Large Hadron Collider) w europejskim laboratorium CERN uczeni mieli głęboką nadzieję na nowe odkrycia. Doczekali się takiego wcześniej niż sądzili, zanim aparatura doszła do połowy zaplanowanej mocy. Wyniki zderzeń protonów z aparatu CMS dały zaskakujące wyniki, które naukowców wprawiły w takie zmieszanie, że pół-żartem mówią: te cząsteczki są w zmowie. Od kilku miesięcy przeprowadzane są kolizje proton - proton z najwyższymi dotąd używanymi energiami. Zderzające się z siłą siedmiu TeV (teraelektronowoltów) cząsteczki rozpryskują się na mniejsze cząsteczki, każde zderzenie pojedynczych protonów daje w efekcie ponad setkę różnych cząsteczek elementarnych, których pojawienie się i ucieczkę w losowych kierunkach rejestruje detektor CMS. Kiedy w połowie września Gunther Roland (z amerykańskiego MIT) oraz Guido Tonelli (University of Pisa i National Institute of Nuclear Physics we Włoszech) przeanalizowali dane z 350 tysięcy zderzeń, jakie przeprowadzono od marca do sierpnia odkryli, że część z rejestrowanych cząsteczek nie zachowuje się tak, jak powinna. Zamiast po pojawieniu się umykać w losowym kierunku, łączą się w pary („parują się"), biegnąc w dokładnie przeciwnych kierunkach. Zupełnie, jakby się umawiały - jak określili to badacze - i pozostawały w jakimś związku pomimo że osiągają prędkość bliską prędkości światła. Mimo że dotyczy to tylko kilku procent cząsteczek, odkrycie nie pasuje do istniejącego obrazu fizyki kwantowej. Przez jakiś czas szukano błędów w metodologii eksperymentów, które pozwoliłyby wyjaśnić anomalię w prosty sposób. Nie znaleziono takich, trzeba zatem stworzyć nowe hipotezy. Tonelli i Roland są pewni, że rozwiązania trzeba szukać na gruncie chromodynamiki kwantowej, czyli dziedziny fizyki zajmującej się potężnymi siłami działającymi w cząsteczkach subatomowych. Nie wiadomo jednak, jaki element chromodynamiki mógłby wyjaśnić ten fenomen. Próby wyjaśnienia anomalii podjął się teoretyk Larry McLerran (pracownik amerykańskiego Brookhaven National Laboratory w Upton). Uważa on, że przy odpowiednio olbrzymiej prędkości i energii zderzanych nukleonów wytwarza się nowy, ultragęsty stan materii, nazywany kondensatem kolorowego szkła (color glass condensate). „Kolorowego", ponieważ odnosi się do cząsteczek takich jak kwarki i gluony, których ładunki nazywa się kolorami. Zjawiskom w kondensacie kolorowego szkła towarzyszy ekstremalnie silne pole kolorowe - które można porównać do znanego nam pola elektrycznego lub magnetycznego. Podobnie jak rozpryskujące się w polu magnetycznym opiłki żelaza będą podążać wzdłuż linii pola, cząsteczki elementarne w detektorze CMS poruszają się wzdłuż linii pola kolorowego. Podobne wyjaśnienie McLerran proponował wcześniej dla zjawiska parowania się cząsteczej podczas zderzeń ciężkich jonów w aparaturze Relativistic Heavy Ion Collider w amerykańskim narodowym laboratorium w Brookhaven. Badania będą trwać, oczekuje się, że wraz ze zwiększaniem energii zderzeń zjawisko „zmowy cząsteczek", czyli łączenia się w pary będzie występować coraz częściej.

Model antymaterii, w tym jej anihilacji ze „zwykłą" materią wydawał się prosty i zrozumiały, przecież samą antymaterię wytwarza się już rutynowo. Tak było do czasu eksperymentów, jakie w genewskim CERNie przeprowadził międzynarodowy zespół uczonych z Danii, Węgier, Wielkiej Brytanii i Japonii bombardując cząsteczkowy wodór wolnymi antyprotonami. Odmienność doświadczenia polegała na bombardowaniu nie pojedynczych atomów, lecz cząsteczek, na początek wybrano najprostsze: wodór, a dokładniej gazowy deuter (ciężki izotop wodoru z neutronem w jądrze). Za pociski posłużyły antyprotony, które spowolniono do jednej setnej prędkości światła. Ujemnie naładowane antyprotony nie przyciągają również posiadających ujemny ładunek elektronów, a niewielka prędkość pozwala na pominięcie skomplikowanych poprawek relatywistycznych. Eksperyment, którym kierował Japończyk z instytutu RIKEN, Yasunori Yamazaki, wykazał, że prawdopodobieństwo jonizacji cząsteczek deuteru zależy liniowo od prędkości antyprotonów, co stoi w sprzeczności z oczekiwaniami i dotychczasowym modelem dla atomowego wodoru. Nie jest znany mechanizm tego zachowania. Poszukując teoretycznego wyjaśnienia członkowie zespołu spekulują, że cząsteczkowy cel posiada mechanizm hamujący jonizację - podczas zbliżania się antyprotonu do protonu w jednym jądrze cząsteczki obecność protonu w drugim jądrze powoduje przemieszczenie orbitującej chmury elektronów. Im wolniejszy antyproton, tym więcej czasu pozostaje cząsteczce na dopasowanie się, stąd mniejsze prawdopodobieństwo jonizacji. To wielka niespodzianka, to zmienia nasze rozumienie dynamiki kolizji atomowych, która okazuje się, nawet na poziomie jakościowym, jeszcze w powijakach - mówi Yamazaki. Najbliższe eksperymenty mają sprawdzić, czy prawdopodobieństwo jonizacji zależy od odległości od celu oraz położenia w momencie kolizji.

CERN poinformował o zakończonym sukcesem przechwyceniu atomów antywodoru. Pozwoli to na dokładne jego zbadanie i przeprowadzenie porównań materii i antymaterii. Antymateria od dawna stanowi jedną z największych tajemnic nauki. Jest ona identyczna z materią, ma jednak przeciwny ładunek. Gdy materia i antymateria się spotkają, powinno dojść do anihilacji obu. Uczni uważają, że podczas Wielkiego Wybuchu powstały równe ilości materii i antymaterii. Jednak tej drugiej nie udało się odnaleźć. Mamy do czynienia tylko z materią. Antymateria zniknęła. Naukowcy zaczęli więc się zastanawiać, czy wyjaśnieniem takiego stanu rzeczy nie mogłaby być niewielka nierównowaga w proporcjach materii i antymaterii podczas Wielkiego Wybuchu. Być może wyjaśniałaby ona fenomen budowy wszechświata. Jednym ze sposobów byłoby przeprowadzenie porównania materii i antymaterii. Tą drugą należałoby jednak stworzyć w sposób sztuczny. CERN jest jedynym miejscem na świecie, gdzie mogła powstać - i w końcu powstała - antymateria. Najprostszym atomem antymaterii jest antywodór. Jako że wodór składa się z protonu i elektronu, antywodór trzeba stworzyć z antyprotonu i pozytronu. W 1995 roku stworzono pierwszych 9 atomów antywodoru. Siedem lat później naukowcy wykazali, że możliwe jest tworzenie antywodoru w dużych ilościach. Problemem była jego natychmiastowa anihilicja w zetknięciu z materią. Teraz dzięĸi eksperymentowi ALPHA udało się złapać antywodór w pułapkę magnetyczną, w której pozostaje aż przez 1/10 sekundy. To wystarczy, by przeprowadzić odpowiednie badania. Uczeni biorący udział w badaniach poinformowali właśnie, że 38 spośród tysięcy atomów antywodoru udało się złapać w pułapkę. Z nieznanych nam powodów natura pozbyła się antymaterii. To niezwykłe, że urządzenia ALPHA pozwala nam badać stabilne atomy antymaterii. To inspiruje nas do ciężkiej pracy, której celem jest sprawdzenie, czy antymateria ma jakieś tajemnice - mówi profesor Jeffrey Hangst, rzecznik prasowy ALPHA. Dzięki najnowszym osiągnięciom CERN-u z pewnością jeszcze niejednokrotnie usłyszymy o antymaterii i eksperymencie ALPHA.

Wielki Zderzacz Hadronów (LHC) jeszcze nie osiągnął pełni mocy, a uczeni już planują budowę nowego - jeszcze droższego - akceleratora cząstek. Międzynarodowy Zderzacz Liniowy (International Linear Collider - ILC) miałby kosztować 12 miliardów USD, czyli o 3 miliardy więcej niż LHC. Długość jego tunelu ma wynieść 31 kilometrów (LHC - 27 km) i ma w nim dochodzić do 14 000 zderzeń elektronów i pozytronów w ciągu sekundy. Energia cząstek to 500 GeV (z możliwością rozbudowy do 1 TeV), czyli ma być 14-krotnie niższa niż maksymalna energia LHC. ILC, o ile powstanie, będzie najpotężniejszym akceleratorem liniowym. Obecnie tytuł ten należy do Stanford Linear Accelerator, który rozpędza cząstki do energii 50 GeV w tunelu o długości ponad 3 kilometrów. Nowy akcelerator będzie uzupełniał LHC. Ma korzystać z elektronów i pozytronów, które są znacznie lżejsze od używanych w LHC protonów. Akceleratory liniowe mają tę przewagę nad akceleratorami kołowymi, że pozwalają na bardziej precyzyjne pomiary, a więc można w nich używać mniejszych cząstek. W akceleratorach kołowych cząstki nie są tracone - te, które nie ulegną zderzeniu, krążą w tunelu. Jednak promieniowane synchrotronu powoduje, że pomiary są mniej precyzyjne. Z kolei w akceleratorach liniowych cząstki można wystrzelić precyzyjnie, z dużą energią i wykonać dokładne pomiary. Jednak te, które nie ulegną zderzeniu - przepadają. ILC nie jest jedynym planowanym akceleratorem liniowym. CERN proponuje budowę Kompaktowego Akceleratora Liniowego (Compact Linear Collider - CLIC). Ma on być znacznie krótszy od ILC, ale rozpędzać cząstki do 3 TeV z możliwością rozbudowy do 5 TeV. W chwili obecnej nie potrafimy jednak wytworzyć i bezpiecznie używać pól magnetycznych na tyle potężnych, by na krótkim odcinku zapewniły takie przyspieszenie. Na razie nie wiadomo, który z projektów - ILC czy CLIC - zostanie wybrany i zrealizowany. CERN ma jednak nadzieję, że uda się uniknąć takich problemów, jakich doświadczył LHC, na którego przestoje wydano dotychczas 40 milionów USD. Budowa nowych akceleratorów oznacza olbrzymie wydatki, ale może przynieść też spore korzyści. Niewykluczone, że przy okazji prac nad tego typu urządzeniem zostanie opracowana kolejna generacja maszyn do tomografii pozytronowej czy technologia umożliwiająca wykorzystanie promieni X lub promieniowania kosmicznego do sprawdzania zawartości kontenerów towarowych. Wiadomo, że USA sfinansują 10 do 20 procent przyszłego akceleratora. Resztę kosztów poniosą Japonia, Chiny, Rosja, Indie i kraje Unii Europejskiej. Nie wiadomo też, gdzie powstanie wybrany akcelerator. ILC chętnie widziałoby u siebie Fermilab (USA), ale zainteresowane są też Japonia, Niemcy, Rosja i Szwajcaria. Do końca 2012 roku ma być gotowy projekt ILC. Jeśli zapadnie decyzja o jego budowie, akcelerator mógłby zostać ukończony do roku 2020.

Pitagoras wierzył, że Wszechświat oparty jest na tej samej harmonii, co muzyka, a niebiańskie sfery grają nieustannie symfonię. Po tysiącach lat musimy mu oddać honor: fizycy pracujący w Wielkim Zderzaczu Hadronów wykorzystali go do... tworzenia muzyki z cząstek elementarnych. Wielki Zderzacz Hadronów (Large Hadron Collider, LHC) to jeden z największych eksperymentów w historii nauki. Olbrzymi cyklotron umieszczony w ośrodku CERN na granicy Francji i Szwajcarii ma na celu odkrycie nowych cząstek elementarnych, których istnienie przewidziano teoretycznie, a których nikt jeszcze nie zaobserwował. Rozpędzane do wielkich prędkości wiązki protonów zderzają się w kolistym, dwudziestosiedmiokilometrowym tunelu i rozpadają na mniejsze elementy, które z kolei rejestrowane są przez superczułą aparaturę. Dane z rejestratorów gromadzone są do dalszej analizy. Doktor Lily Asquith przetworzyła takie dane w zapis nutowy i muzykę. Cząsteczki o różnej energii, rejestrowane przez kolejne sekcje aparatu ATLAS, odpowiadają kolejnym nutom. Wykorzystano też symulację komputerową, żeby stworzyć dźwięk, jaki prawdopodobnie będzie wydawać poszukiwany bozon Higgsa - najbardziej poszukiwana cząsteczka elementarna. Wszystkie skomponowane w ten sposób utwory można znaleźć na stronie projektu, posłuchać, ściągnąć, poczytać o ich znaczeniu, a także dowolnie wykorzystać: wszystkie są dostępne na licencji Creative Commons. Są też zapisy nutowe. Sama „kosmiczna muzyka" brzmi dość awangardowo, ale przyjemnie dla ucha. Nadaje się na przykład doskonale do zilustrowania jakiegoś filmu science-fiction. Na YouTube pojawiają się już pierwsze filmy z wykorzystaniem muzyki „skomponowanej" na LHC. Dr Asquith nie chodziło jednak o zabawę, czy zwariowany teoretyczny eksperyment. Uważa ona, że w ten sposób będzie można „na słuch" rozpoznać wygenerowanie przez LHC poszukiwanej cząstki. Jej zdaniem ucho ludzkie łatwiej niż oko rozpozna charakterystyczne, poszukiwane wzory wśród wielu innych. Informatycy mogą znać anegdotę, według której podobną sztuczkę stosowano w początkach ery komputerów, kiedy zajmowały one jeszcze wielkie pomieszczenia a zamiast klawiatur i monitorów używano kart perforowanych. Inżynierowie obsługujący centra obliczeniowe podpinali często wyjście procesora do głośnika, żeby oceniać jego pracę „na słuch". Dzięki temu od razu rozpoznawali, czy napisany program wykonuje się prawidłowo, czy też się „zawiesił". Jak widać, dobre, muzykalne ucho bywa przydatne w każdej dziedzinie nauki. Oto jak może brzmieć bozon Higgsa: http://www.youtube.com/watch?v=Q0Xi6XWaIYA&hl=pl_PL&fs=1

Fizycy z CERN-u schłodzili antymaterię do najniższej osiągniętej dotychczas temperatury. Zespół naukowców obniżył temperaturę antyprotonów do 9,26 kelwina, jest ona zatem niższa niż temperatura Plutona. Badania pomogą wyjaśnić, dlaczego wszechświat zbudowany jest z materii, a nie antymaterii. Aby zbadać to zjawisko uczeni będą musieli połączyć antyprotony z pozytronami, uzyskując w ten sposób antywodór. Dzięki utrzymywaniu schłodzonego antywodoru w pułapkach magnetycznych będą mogli studiować zachowanie antymaterii. Jak zauważył Jeff Hangst, rzecznik prasowy zespołu badającego antymaterię w niskich temperaturach, wodór jest jednym z najczęściej badanych systemów fizycznych. Uczeni z CERN-u chcieliby z taką samą uwagą zbadać antywodór. Poprzedni rekord schłodzenia antymaterii należał do zespołu z Uniwersytetu Harvarda, który w 1989 roku obniżył temperaturę antyprotonów do 104,3 kelwina.

Neutrina fascynują fizyków od czasu, kiedy były jeszcze teoretycznym pomysłem Wolfganga Pauliego, który zapostulował ich istnienie w 1930 roku. Praktyczne potwierdzenie ich istnienia w latach sześćdziesiątych nie zakończyło fascynacji - wciąż pozostawały mało uchwytne i tajemnicze. Zagadka, z jaką nauka mierzyła się w ostatnich latach, to tzw. oscylacja neutrin, czyli zamiana neutrina mionowego w neutrino taonowe. Zagadkę rozwiązała OPERA. Znikanie jednego rodzaju neutrin obserwowano już wielokrotnie, ale próby zarejestrowania oczekiwanego pojawienia się, jakie podejmowano przez ostatnie kilkanaście lat, spełzały na niczym. Fiaskiem zakończyły się między innymi eksperymenty CHORUS i NOMAD, przeprowadzanie w europejskim CERN. Dopiero później nowe teoretyczne badania dowiodły, że aparatura rejestrująca powinna znajdować w znacznie większej odległości od źródła. Stąd pomysł eksperymentu OPERA (Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus). Aparaturę reejstrującą umieszczono aż 730 kilometrów od synchrotronu CERN w Genewie, we włoskim Narodowym Laboratorium Gran Sasso (Laboratori Nazionali del Gran Sasso). W ciągu trzech milisekund wiązka neutrin przebywała tę odległość, biegnąc pod malowniczymi krajobrazami połowy Europy. Tak działo się od 2006 roku, kiedy zainaugurowano projekt. 31 maja tego roku odnotowano pierwszy sukces: zamianę neutrina mionowego w neutrino tau. Potwierdzenie słuszności koncepcji oscylacji neutrinowej uzupełnia obraz Modelu Standardowego, otwierając drzwi do nowych koncepcji w fizyce cząstek, kosmologii i astrofizyce. Eksperyment OPERA jest efektem współpracy zespołów naukowych z wielu krajów: Belgii, Chorwacji, Francji, Niemiec, Izraela, Włoch, Japonii, Korei, Rosji, Szwajcarii, Tunezji i Turcji.

Dzisiaj w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) zostanie przeprowadzone próbne zderzenie dwóch wiązek o energii 3,5 TeV każda. Energia kolizji wyniesie zatem rekordowe 7 TeV. Eksperyment zostanie przeprowadzony 2 godziny później, niż pierwotnie przewidywano, gdyż wystąpiły pewne problemy z jednym z ponad 9000 nadprzewodzących magnesów. Dzisiejszy eksperyment będzie najpotężniejszym kontrolowanym zderzeniem cząstek dokonanym przez człowieka. Jednak w ciągu najbliższych miesięcy i ten rekord zostanie pobity. LHC może bowiem rozpędzić cząstki do energii 7 TeV, a więc najwyższa możliwa do uzyskania energia kolizji wyniesie 14 TeV. Eksperyment można będzie obserwować na żywo na stronach CERN-u. Zapraszamy też do zapoznania się z artykułem o budowie i możliwościach LHC.