Znajdź zawartość

Zjawiska zachodzące w czasie attosekund (trylionowe części sekundy) stanowią podstawę procesów chemicznych i biologicznych. Reakcje związane np. ze zmianami konfiguracji elektronów przebiegają niezwykle szybko. A że występują powszechnie, naukowcy chcieliby je obserwować, by poznać podstawy procesów biologicznych i chemicznych. Obecnie odnosimy umiarkowane sukcesy w obserwacji takich zjawisk. Jednak może się to zmienić dzięki pracy naukowców z Instytutu Fizyki Jądrowej PAN. Obecnie możemy śledzić przebieg szybkich procesów głównie dzięki rentgenowskim laserom na swobodnych elektronach (XFEL, X-Ray Free-Electron Laser). Tymi dużymi złożonymi i kosztownymi narzędziami dysonuje zaledwie kilka laboratoriów na świecie. XFEL generują impulsy promieniowania rentgenowskiego trwające kilka femtosekund (bliiardowe części sekundy). Dwie podstawowe techniki pomiarowe stosowane przez naukowców pracujących z XFEL to spektroskopia rentgenowska i dyfrakcja rentgenowska. Jednak żadna z tych metod nie pozwala obserwować zjawisk krótszych niż czas trwania impulsu lasera. Dlatego też najkrótsze procesy jakie zaobserwowano na przykład w European XFEL pod Hamburgiem trwały 5 femtosekund. Kilka femtosekund to bardzo mało, ale to nadal nie jest świat attofizyki. Aby tam dotrzeć, sięgnęliśmy po chronoskopię, czyli technikę, w której analizuje się zmiany kształtu impulsów w czasie, mówi doktor Wojciech Błachucki z IFJ PAN, główny autor artykuły, który opublikowano w „Applied Sciences”. Autorzy pracy wykazali w sposób teoretyczny, że możliwe jest zmierzenie kształtu impulsu w czasie. A to oznacza, że jeśli np. mamy 20-femtosekundowy impuls i będzie w stanie odtworzyć jego strukturę czasową w 100 punktach, to uda się nam obserwować zjawiska trwające 20/100, czyli 1/5 femtosekundy. A to 200 attosekund, czy interesujący nas zakres attosekundowy. Oczywiście trzeba w tym miejscu przypomnieć, że już wcześniej udawało się uzyskiwać rozdzielczość czasową poniżej 1 femtosekundy, jednak wiązało się to z koniecznością znacznej redukcji intensywności wiązki laserowej. A to z kolei oznaczało konieczność naświetlania badanej próbki przez wiele godzin, co wykluczało dokonywanie pomiarów użytkowych. Chronoskopia rentgenowska pozbawiona jest tej wady. Jednak autorzy badań zauważają, że potrzeba jeszcze kilku lat prac, by stała się ona standardową techniką laboratoryjną. Optymizmem napawa natomiast fakt, że zaproponowana przez naukowców z PAN metoda pomiarowa nie jest ograniczona wyłącznie do laserów na swobodnych elektronach, lecz ma charakter uniwersalny. Z powodzeniem może więc być użyta także w przypadku innych źródeł generujących ultrakrótkie impulsy promieniowania rentgenowskiego, takich jak ośrodek Extreme Light Infrastructure, znajdujący się niedaleko Pragi, zapewnia doktor habilitowany Jakub Szlachetko. « powrót do artykułu

Instytut Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie rozpoczął nową akcję popularyzacyjną - cykl filmów Kanapa Fizyków. Miejsca na tej szczególnej kanapie zajmują naukowcy IFJ PAN. W pierwszych odcinkach odpowiedzą na pytania przysłane w trakcie Nocy Naukowców 2020. W następnych zajmą się zaś pytaniami zadanymi mailowo; można podać, ile się ma lat, wówczas naukowcy dostosują odpowiedzi do wieku sygnalizującego problem. Kolejne filmy będą się pojawiać w piątki o 14. Wszystkie będą publikowane na stronie Instytutu, a także na YouTube'ie i Facebooku. W pierwszym odcinku Kanapy Fizyków specjaliści - dr Maciej Trzebiński (moderator), prof. dr hab. Jerzy W. Mietelski, dr hab. Paweł T. Jochym i dr hab. Paweł Brückman de Renstrom - 1) rozmawiali o podróżach w czasie, a konkretnie o tym, czy wymyślimy wehikuł czasu (0:24), 2) zastanawiali się, jak wyglądałby spadek z nieskończonej wysokości (2:17), a także 3) "brutalnie" odpowiadali na pytanie, jak wygląda pole magnetyczne w nadprzewodniku (6:27).   Część tematów przyszłych Kanap można poznać w zapowiedzi cyklu. Pytania należy przesyłać na adres KanapaFizykow@ifj.edu.pl   « powrót do artykułu

Planetarny detektor cząstek promieniowania kosmicznego CREDO, tworzony przez podmioty naukowe i edukacyjne oraz indywidualnych pasjonatów z niemal wszystkich kontynentów, ukonstytuował swoją działalność. W przedsięwzięciu, próbującym weryfikować m.in. hipotezy dotyczące kwantowej struktury czasoprzestrzeni czy potencjalnych związków między promieniowaniem kosmicznym a trzęsieniami ziemi bądź zachorowalnością na raka, może współuczestniczyć każdy właściciel smartfona. Międzynarodowy projekt Cosmic-Ray Extremely Distributed Observatory (CREDO), zainicjowany w 2016 roku w Instytucie Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk (IFJ PAN) w Krakowie, właśnie przekształca się w formalną strukturę. Na mocy podpisanych porozumień, w budowie ogólnoplanetarnego detektora cząstek promieniowania kosmicznego CREDO uczestniczy obecnie już 25 podmiotów instytucjonalnych z 12 krajów na pięciu kontynentach: dziewięć z Polski, trzy ze Stanów Zjednoczonych, po dwa z Australii, Czech i Ukrainy oraz po jednym z Gruzji, Meksyku, Nepalu, Rosji, Słowacji, Urugwaju i Węgier. Można tu znaleźć instytucje naukowe znaczące nie tylko w skali Polski (m.in. Uniwersytet Jagielloński, Politechnika Krakowska, Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Warszawskiego, IFJ PAN), ale nawet świata (Massachusetts Institute of Technology). Jednocześnie nie brakuje podmiotów edukacyjnych, od warszawskiego Centrum Nauki Kopernik po szkoły podstawowe. Całość jest wspierana przez rosnącą rzeszę amatorów, używających do rejestrowania cząstek promieniowania kosmicznego własnych smartfonów. Poszerzanie granic ludzkiego poznania zawsze było, jest i zawsze będzie procesem trudnym, ze wzrostem złożoności i subtelności badanych zjawisk wymagającym coraz większych nakładów finansowych, czasowych i ludzkich. Dlatego tak ważne jest umiejętne wykorzystywanie wszystkich możliwości tkwiących w już istniejącym sprzęcie oraz zaangażowanie w realizację projektów naukowych jak największej liczby osób, nie tylko naukowców, ale i pasjonatów. Jesteśmy dumni, że projekt CREDO, którego idea narodziła się w naszym instytucie, stara się te idee realizować zarówno w skali kraju, jak i świata, mówi prof. dr hab. Marek Jeżabek, dyrektor IFJ PAN. Koordynator projektu, dr hab. Piotr Homola, prof. IFJ PAN, tak wyjaśnia jego istotę: Tym, co decyduje o unikatowości CREDO, jest łączenie danych pochodzących z bardzo wielu różnych detektorów rejestrujących cząstki związane z promieniowaniem kosmicznym. Mowa tu zarówno o detektorach w pełni profesjonalnych, budowanych i zarządzanych przez duże ośrodki lub konsorcja naukowe i nierzadko kosztujących krocie, jak i tych tanich, mniej wyrafinowanych, za to znacznie powszechniejszych, jak matryce CMOS w aparatach fotograficznych smartfonów. Detektory smartfonów mają małe rozmiary, rzędu ułamków centymetra kwadratowego. To dlatego urządzenia te, nawet w dużej liczbie, słabo nadają się do badania zjawisk lokalnych, takich jak np. docierające do powierzchni Ziemi wielkie pęki atmosferyczne (czyli kaskady cząstek wtórnych zainicjowane przez wysokoenergetyczne promieniowanie kosmiczne oddziałujące z ziemską atmosferą). W przypadku CREDO kluczowe znaczenie ma jednak fakt, że smartfony znajdują się w wielu miejscach globu. Tak duże rozproszenie powoduje, że w zbieranych danych można tropić korelacje czasowe między liczbami zarejestrowanych cząstek, niosące informacje o globalnych zmianach w strumieniu promieniowania kosmicznego docierającego do Ziemi. W ramach projektu CREDO wykrywaniem zespołów promieni kosmicznych zajmuje się m.in. eksperyment Quantum Gravity Previewer, wyszukujący odchyleń w czasach rejestracji cząstek przez smartfony w różnych miejscach globu. Inspiracją jest tu jeden eksperymentów naukowych z 1983 roku, kiedy to sieć detektorów promieniowania kosmicznego nad Manitobą zaobserwowała w ciągu zaledwie pięciu minut aż 32 przypadki wielkich pęków atmosferycznych (wobec zaledwie jednego spodziewanego!). Badanie takich zjawisk, obecnie dla nauki niezrozumiałych, jest jednym z celów CREDO i mogłoby m.in. wyjaśnić, czy obserwowane fluktuacje wynikają z przedziwnych cech akceleratorów kosmicznych, czy może z efektów oddziaływania produktów rozpadów cząstek z kwantową strukturą czasoprzestrzeni. Wpływ promieniowania kosmicznego na ludzkie zdrowie to inny temat badawczy projektu CREDO. Wprawdzie średniego natężenia wtórnego promieniowania kosmicznego nie uważa się za szkodliwe (jest ono kilkukrotnie mniejsze od natężenia naturalnej radioaktywności środowiska), jednakże do tej pory nie badano wpływu na ludzkie zdrowie wielkich pęków atmosferycznych, tj. kaskad cząstek wtórnych inicjowanych przez promienie kosmiczne o bardzo dużych energiach. W projekcie CREDO będą prowadzone takie właśnie, pionierskie badania, wykraczające poza dotychczasowe ramy zarówno w zakresie fizyki samego promieniowania kosmicznego, jak i wiedzy o możliwej odpowiedzi biologicznej ludzkiego organizmu na to promieniowanie. Badania te będą prowadzone z uwzględnieniem światowych trendów w poznawaniu wpływu niskich dawek promieniowania na organizmy żywe pod kątem możliwości wystąpienia zarówno zjawisk pozytywnych (np. zwiększania odporności organizmów), jak i negatywnych (np. choroby o nieznanej etiologii, w tym niektóre typy nowotworów). CREDO ma szansę zweryfikować także inną spektakularną hipotezę, do tej pory pomiarowo potwierdzoną tylko raz: o związkach trzęsień ziemi ze zmianami w strumieniu promieniowania kosmicznego docierającego do powierzchni naszej planety. Przypuszcza się bowiem, że naprężenia w skorupie ziemskiej mogą generować anomalne pola elektromagnetyczne nad powierzchnią, co wpływałoby na liczbę rejestrowanych cząstek promieniowania kosmicznego. Gdyby zjawisko zostało potwierdzone, zbadane i zrozumiane ilościowo, prawdopodobnie moglibyśmy się pokusić nawet o skonstruowanie systemów ostrzegających przed zbliżającym się trzęsieniem ziemi. Aby podłączyć smartfon do chmury detektorów CREDO, wystarczy zainstalować aplikację CREDO Detector i uruchamiać ją przy zasłoniętym obiektywie kamery (szczegóły na stronie https://credo.science/). Nadzór nad utrzymaniem i rozbudową aplikacji CREDO Detector sprawuje Politechnika Krakowska, za gromadzenie i przetwarzanie danych napływających z całego świata (nie tylko ze smartfonów) odpowiada Akademickie Centrum Komputerowe CYFRONET Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. CREDO to obserwatorium podwójnie otwarte. Każdy może dołączyć ze swoimi danymi, każdy też może otrzymać dostęp do wszystkich danych naukowych (oczywiście z pełnym poszanowaniem prywatności użytkowników). Dotyczy to także realizacji przedsięwzięć naukowych, których jeszcze nie uwzględniono w formalnym programie badawczym projektu. Inicjatorzy CREDO dokładają starań, by docenić wszystkie podmioty zaangażowane w projekt, w tym również osoby spoza formalnego świata nauki. Współtwórcy CREDO mają prawo do współautorstwa publikacji naukowych opracowanych na podstawie zebranych danych. Z kolei na stronie internetowej projektu można na bieżąco śledzić wykresy powstające w ramach aktualnie prowadzonych eksperymentów. Każdy użytkownik może tu sprawdzić wkład swoich danych, może też włączyć się we wszystkie analizy. Uważamy, że projekty naukowe powinny umożliwiać nie tylko zbieranie danych, edukację czy rozwój indywidualny, ale także powinny dawać może nie w pełni naukową, za to jakże satysfakcjonującą przyjemność poznawczą, zaznacza prof. Homola. W tym duchu wymyśliliśmy nieustający konkurs 'Łowcy Cząstek', skierowany głównie do uczniów i studentów i umożliwiający indywidualną i drużynową rywalizację właścicieli smartfonów. Aktualnie w konkursie uczestniczy ponad 1200 uczniów z około 60 szkół. Na razie są to szkoły polskie, liczymy jednak, że z czasem konkurs rozszerzy się na inne kraje. Smartfony to tylko jeden rodzaj detektorów rejestrujących cząstki promieniowania kosmicznego w ramach CREDO. Już niedługo swoje dane będą przekazywać m.in. sieci małych i niedrogich detektorów typu Cosmic Watch. Sieci tego typu mogą być konstruowane nawet przez niezbyt zaawansowanych elektronicznie amatorów, wzorujących się np. na otwartym projekcie pierwotnie opracowanym przez MIT dla słynnego detektora neutrinowego IceCube. Otwartość CREDO umożliwia praktycznie natychmiastowe włączenie się do projektu również profesjonalistom, pozwalając im analizować dane, które dla innych są tylko niepotrzebnym czy wręcz niechcianym tłem. Mowa tu o mionach pochodzenia kosmicznego, rejestrowanych przez profesjonalne obserwatoria promieniowania kosmicznego najwyższych energii, detektory neutrin i ciemnej materii, obserwatoria astronomiczne wyposażone w teleskopy z matrycami CMOS, a także ośrodki akceleratorowe z ich specjalistycznymi detektorami cząstek elementarnych. Prawdziwa siła CREDO tkwi w jego fizycznej wielokulturowości. Staramy się łączyć dane dotyczące różnych typów promieniowania, o różnych energiach, rejestrowane różnymi metodami. Mamy nadzieję, że otworzymy w ten sposób nowe okno na Wszechświat i lepiej zrozumiemy fundamentalne cechy naszej rzeczywistości, podsumowuje prof. Homola. « powrót do artykułu