Znajdź zawartość

Naukowcy z Fermilab odkryli nową cząstkę. Jest nią obojętna Ξb0 (Xi-sub-b), ciężki „krewny" neutronu. Składa się ona z trzech kwarków: dziwnego (strange), górnego (up) i spodniego (bottom). Od nich pochodzi „sub" w nazwie. Istnienie Xi-sub-b zostało przewidziane w Modelu Standardowym. Ξb0 należy do barionów, cząstek stworzonych z trzech kwarków. Najbardziej znanymi barionami są proton i neutron. Xi-sub-b to barion spodni. Tego typu bariony są około 6-krotnie cięższe od protonu i neutronu, gdyż zawierają ciężki kwark spodni. Xi-sub-b powstają tylko podczas wysokoenergetycznych kolizji. Trudno je zaobserwować, gdyż żyją przez niezwykle krótki czas. Przed rozpadem zdążą przemieścić się tylko ułamki milimetra. Wychwycenie Xi-sub-b wymagało przeprowadzenia w akceleratorze Tevatron niemal 500 biliardów zderzeń protonów i antyprotonów. Dzięki temu zanotowano 25 sygnałów, mogących świadczyć o odkryciu wspomnianej cząstki. Sygnały oceniono na 7 sigma. Poziom 5 sigma pozwala już mówić o odkryciu.

Fizycy z University of Michigan zbudowali teoretyczne podstawy do stworzenia czegoś z niczego. Opracowali oni nowe równania, które dowodzą, że wysokoenergetyczny strumień elektronów połączony z intensywnymi impulsami lasera jest w stanie oddzielić w próżni materię od antymaterii, co wywołałoby lawinę wydarzeń prowadzących do powstania dodatkowych par cząstek i antycząstek. Obliczyliśmy jak za pomocą pojedynczego elektronu stworzyć kilkaset cząstek. Sądzimy, że w naturze zjawiska takie zachodzą w pobliżu pulsarów i gwiazd neutronowych - stwierdził Igor Sokolov, który prowadził swoje badania wraz z Johnem Neesem. Uczeni przyjęli założenie, że próżnia nie jest pustką. Z rozważań wybitnego fizyka Paula Diraca wynika bowiem, że próżnia to kombinacja materii i antymaterii czyli cząstek i antycząstek. Nie możemy jednak stwierdzić ich obecności, gdyż dochodzi do ich anihilacji. Jednak, jak mówi Nees, w silnym polu elektromagnetycznym anihilacja może stać się źródłem nowych cząstek. Podczas anihilacji pojawiają się fotony gamma, które mogą wytwarzać dodatkowe elektrony i pozytrony. Teoria Sokolova i Neesa już zyskała miano teoretycznego przełomu i jakościowego skoku w teorii. Już pod koniec lat 90. ubiegłego wieku udało się w warunkach eksperymentalnych uzyskać fotony gamma i przypadkową parę elektron-pozytron. Wspomniane równanie opisuje sposób uzyskania większej liczby cząstek. Sokolov i Nees wiedzą też, w jaki sposób można doświadczalnie zweryfikować ich obliczenia. Do ich potwierdzenia konieczne byłoby wbudowanie lasera typu Herkules (to laser wykorzystywany na University of Michigan) w akcelerator cząstek podobny do SLAC National Accelerator Laboratory na Uniwersytecie Stanforda. Jednak w najbliższym czasie takie urządzenie z pewnością nie powstanie. Sam Sokolov zwraca uwagę na fascynujące filozoficzne pytania rodzące się w związku z jego pracą. Podstawowe pytania o to, czym jest próżnia, czym jest nicość wychodzą poza zakres nauki. Są one zakorzenione głęboko nie tylko w fizyce, ale też w filozoficznym pojmowaniu wszystkiego - rzeczywistości, życia, a nawet w religijnych pytaniach o to, czy świat mógł powstać z niczego.

W Nature Physics ukazał się artykuł, którego autorzy dowodzą, iż za pomocą odpowiedniego splątania cząstek w układzie pamięci możemy poradzić sobie z zasadą nieoznaczoności Heisenberga. Zasada ta ogranicza naszą możliwość poznania świata na poziomie kwantowym. Heisenberg stwierdził bowiem, że nie możemy jednocześnie zmierzyć położenia i pędu cząstki, gdyż mierząc jedną, zmieniamy drugą. Bardziej przystępnie wyjaśnił to Paul Dirac, który stwierdził, że jedynym sposobem na zmierzenie położenia cząstki jest odbicie od niej fotonu i sprawdzenie, w którym miejscu detektora foton wyląduje. Uzyskamy w ten sposób informacje o położeniu, jednak sam fakt odbicia od niej fotonu spowoduje, że zmienimy jej pęd. Z tego też powodu dotychczas naukowcy sądzili, że poznanie z wystarczającą dokładnością obu zmiennych jest niemożliwe. Teraz jednak grupa uczonych doszła do wniosku, że wykorzystując kwantowe splątanie można uzyskać dokładne informacje o jednej z nich. Pomiar nie będzie co prawda idealnie precyzyjny, jednak uda się dzięki niemu pokonać granicę wyznaczaną przez zasadę nieoznaczoności. W teoretycznej pracy uczeni twierdzą, że należy maksymalnie splątać cząstkę z kwantową pamięcią. Splątanie takie musi objąć wszystkie stany i stopnie swobody cząstki. Po splątaniu i rozdzieleniu obserwator jest w stanie określić zmienną jednej z cząstek i poinformować zarządzającego pamięcią kwantową, która zmienna została zmierzona. Dane o drugiej zmiennej można uzyskać z układu pamięci, z którym cząstka była splątana. Artykuł autorstwa naukowców z ETH Zurich, Uniwersytetu Ludwiga Maksymiliana z Monachium, Instytutu Fizyki Teoretycznej w kanadyjskim Waterloo i Uniwersytetu Technicznego z Darmstadt jest rozważaniem czysto teoretycznym, w którym do obliczeń wykorzystano m.in. system Hilberta i entropię. Nie zbudowano jeszcze urządzenia, które pozwoliłoby dowieść prawdziwości ich stwierdzeń. Mimo to samo stworzenie teoretycznej podbudowy pod sposób na poradzenie sobie z ograniczeniami nakładanymi przez nieoznaczoność jest bardzo ważnym wydarzeniem. Jeśli uczeni mają rację, to fizykę kwantową czekają w przyszłości poważne zmiany. Sami autorzy wspomnianej na początku pracy mają zamiar wykorzystać swoje obliczenia do dalszego badania zjawiska splątania kwantowego.

Naukowcy z Fermi National Accelerator Laboratory poinformowali o znalezieniu cząstki, której istnienia nie przewiduje teoria. Y(4140) ma niezwykłe właściwości, które mogą powiedzieć nam więcej o tym, w jaki sposób zbudowana jest materia. Masa nowej cząstki wynosi 4140 megaelektronowoltów. Na razie nie wiadomo, z czego zbudowana jest Y(4140). Jej charakterystyka jest podobna do mezonu, a więc może składać się z kwarka i antykwarka powabnego. Jednak okoliczności napotkania Y(4140) nie do końca pasują do tego schematu. Naukowcy spekulują zatem, że być może nie składa się ona tylko z kwarka i antykwarka, ale zawiera też gluony lub jest kombinacją czterech kwarków. Na Y(4140) trafiono bowiem podczas obserwacji rozpadu mezonu B+. Być może nowa cząstka jest egzotycznym hadronem zawierającym kwarki powabne.