Znajdź zawartość

CERN pochwalił się osiągnięciem przez Wielki Zderzacz Hadronów (LHC) rekordowej świetlności. Obok energii wiązki, w przypadku LHC maksymalna energia każdej z wiązek ma wynieść 7 TeV (teraelektronowoltów), to właśnie świetlność jest najważniejszym parametrem akceleratora. Zintegrowana świetlność to najbardziej interesujący fizyka parametr urządzenia. Oznacza ona liczbę zderzeń zachodzących w urządzeniu. A im więcej zderzeń, tym więcej danych dostarcza akcelerator. Jednostką świetlności jest odwrócony barn (b-1) lub jego jednostki pochodne, jak femtobarny (fb-1). W trakcie pierwszej kampanii naukowej (Run 1), która prowadzona była w latach 2010–2012 średnia zintegrowana świetlność LHC wyniosła 29,2 fb-1. Przez kolejne lata akcelerator był remontowany i rozbudowywany. Druga kampania naukowa miała miejsce w latach 2015–2018. Wówczas, w ciągu czterech lat pracy, akcelerator osiągnął średnią zintegrowaną świetlnośc 159,8 fb-1. Obecnie trwająca kampania, zaplanowana na lata 2022–2025, rozpoczęła się zgodnie z planem. W roku 2022 efektywny czas prowadzenia zderzeń protonów wyniósł 70,5 doby, a średnia zintegrowana świetlność osiągnęła poziom 0,56 fb-1 na dzień. W roku 2023 rozpoczęły się problemy. Niezbędne naprawy urządzenia zajmowały więcej czasu niż planowano i przez cały rok zderzenia protonów prowadzono jedynie przez 47,5 dnia, jednak średnia zintegrowana świetlność wyniosła 0,71 fb-1 na dzień. Bieżący rok jest zaś wyjątkowy. Wydajność LHC przewyższyła oczekiwania. Do 2 września 2024 roku akcelerator zderzał protony łącznie przez 107 dni, osiągając przy tym średnią zintegrowaną jasność rzędu 0,83 fb-1 na dzień. Dzięki temu na kilka miesięcy przed końcem trzeciego roku obecnej kampanii naukowej jego średnia zintegrowana świetlność wyniosła 160,4 fb-1, jest zatem większa niż przez cztery lata poprzedniej kampanii. W bieżącym roku LHC ma też przeprowadzać zderzenia jonów ołowiu. Zanim jednak do tego dojdzie, będzie przez 40 dni pracował z protonami. Powinno to zwiększyć jego zintegrowaną świetlność o koleje 33 fb-1. To o 12 fb-1 więcej niż zaplanowano na bieżący rok. « powrót do artykułu

Amerykański Departament Energii dał zielone światło do rozpoczęcia budowy PIP-II. To projekt znaczącej rozbudowy kompleksu akceleratorowego znajdującego się w Fermilab. Po ukończeniu prac będzie to najpotężniejsze na świecie źródło wysokoenergetycznych neutrin. W przeszłości w Fermilab pracował legendarny Tevatron, urządzenie niezwykle zasłużone dla fizyki. Teraz laboratorium zyska kolejny wyjątkowy instrument badawczy. PIP-II będzie pierwszym w USA akceleratorem cząstek, w budowę którego znaczący wkład wniosą partnerzy międzynarodowi z Polski, Francji, Indii, Włoch i Wielkiej Brytanii. Dzięki ich współpracy powstanie urządzenie zdolne do generowania wiązek protonów o mocy przekraczającej 1 megawat. To o 60% więcej niż obecne możliwości Fermilab. Dzięki supernowoczesnym rozwiązaniom akcelerator będzie w stanie dostarczyć wiązkę o odpowiednich właściwościach dla różnego rodzaju eksperymentów fizycznych. Jednym z najważniejszych zadań PIP-II będzie dostarczanie neutrin dla Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE). Akceleratory z Fermilab były siłą napędową eksperymentów, które w ciągu ostatnich 50 lat doprowadziły do znaczących przełomów w fizyce. Oficjalne rozpoczęcie budowy PIP-II oznacza, że jesteśmy o krok bliżej do rozbudowy naszych instalacji i wspierania odkryć naukowych przez kolejnych 50 lat, mówi były dyrektor Fermilab, Nigel Lockyer. W ramach projektu PIP-II na początku łańcucha akceleratorów znajdujących się w Fermilab powstanie unikatowa potężna elastyczna pierwsze sekcja, wykorzystująca najnowsze osiągnięcia z dziedziny nadprzewodnictwa, wysokoenergetycznych systemów radiowych, sztucznej inteligencji i maszynowego uczenia się. Całość ma pozwolić na szybkie automatyczne dopasowywanie parametrów wiązki do wymagań danego eksperymentu przy minimalnym udziale człowieka. PIP-II zostanie ukończony w drugiej połowie obecnej dekady. Prace nad niektórymi jego elementami już zbliżają się ku końcowi. Tak jest na przykład z budynkiem zawierającym elementy kriogeniczne. Ta część PIP-II to główny wkład Departamentu Energii Atomowej Indii. A w PIP-II Injector Test Facility przeprowadzono udane testy dwóch modułów kriogenicznych. To pokazuje, że Fermilab stanie się światowym liderem w dziedzinie wykorzystania akceleratorów do badań nad neutrinami, a PIP-II będzie znaczącym wkładem w ten sukces, stwierdziła Harriet King z DOE. « powrót do artykułu

W połowie marca został opublikowany tzw. żółty raport nowego Zderzacza Elektron-Jon (EIC), który ma powstać w USA. Stworzyli go naukowcy z ponad 150 instytucji na świecie, w tym z NCBJ. Raport formułuje oczekiwania dotyczące badań prowadzonych w przyszłym urządzeniu i wskazuje sposoby stworzenia najlepszej służącej temu celowi konstrukcji. To już kolejny niezwykle ważny krok w kierunku powstania EIC. Nieco ponad 2 lata temu informowaliśmy o zaakceptowaniu celów naukowych dla akceleratora, a w ubiegłym roku dowiedzieliśmy się, że wskazano lokalizację EIC. Tak zwany żółty raport (ang. yellow report) jest podsumowaniem przeszło rocznej pracy nad przygotowaniem projektu Zderzacza Elektron-Jon (ang. electron-ion collider, EIC), który powstanie w amerykańskim Narodowym Laboratorium w Brookhaven. Fizycy z Zakładu Fizyki Teoretycznej NCBJ – prof. dr hab. Lech Szymanowski, dr hab. Jakub Wagner i dr Paweł Sznajder są współautorami tego opracowania. We współpracy z eksperymentalistami, badali oni na jego potrzeby możliwość pomiaru procesów czułych na tzw. uogólnione rozkłady partonów (ang. generalised parton distributions, GPDs). Uogólnione rozkłady partonów opisują strukturę materii w języku kwarków i gluonów, czyli na możliwie najbardziej elementarnym poziomie – wyjaśnia dr Paweł Sznajder. Wypracowane wnioski dotyczą m. in. optymalizacji projektu detektorów, czyli ich geometrii i podzespołów, tak aby w możliwie jak najlepszy sposób zrealizować postawione cele badawcze. Jednym z obiecujących procesów, które naszym zdaniem warto badać w zderzeniach elektronów z jonami jest tzw. rozpraszanie do tyłu – uzupełnia profesor Lech Szymanowski. W procesie tym wirtualny foton wymieniany pomiędzy zderzanym elektronem, a jednym z kwarków nukleonu prowadzi do wytworzenia w stanie końcowym mezonu o pędzie przeciwnym do pędu fotonu, co uzasadnia nazwę takiego procesu jako produkcji mezonu do tylu (backward meson production). Od pewnego czasu przekonywaliśmy eksperymentatorów, że te procesy poddające się częściowo analizie perturbacyjnej mogą być cennym uzupełniającym źródłem informacji o strukturze partonowej nukleonów, którą typowo bada się w procesach z mezonem w stanie końcowym z pędem zbliżonym do pędu zderzającego się fotonu (forward meson production). Początkowo podejście kolegów do naszej propozycji było sceptyczne, gdyż proces produkcji mezonu do tyłu jest silnie tłumiony przez wyższą potęgę małej stałej sprzężenia oddziaływań silnych występujace w części amplitudy rozpraszania opisywanej teorią zaburzeń. Jednak nasze obliczenia pokazały, że należy także w tym przypadku oczekiwać obserwowalnych doświadczalnie sygnałów. W efekcie wskazanymi przez nas procesami zainteresowali się zarówno fizycy z działającego zderzacza w Jefferson LAB, jak i zostały one uwzględnione w programie badawczym EIC. Praca nad raportem pozwoliła także na zainicjowanie szeregu aktywności związanych z rozwojem metod obliczeniowych – dodaje dr Sznajder. Pracujemy m. in. nad metodami Monte Carlo, będącymi ważną częścią symulacji pracy detektorów. Ponadto jesteśmy zaangażowani w rozwój platformy obliczeniowej PARTONS, z której korzystają teoretycy i doświadczalnicy badający rozkłady GPD. Dążymy do stworzenia trójwymiarowego obrazu protonu – wyjaśnia szczegóły dr hab. Jakub Wagner. Wykonaliśmy obliczenia teoretyczne i skorzystaliśmy z platformy PARTONS, aby uzyskać przewidywania przekrojów czynnych, czyli prawdopodobieństw zajść interesujących nas procesów fizycznych. Wszystko to po to, by eksperymentatorzy wiedzieli gdzie i jakie detektory umieścić wokół miejsca zderzeń, aby uzyskać najwięcej interesujących informacji. Tworzenie tzw. żółtych raportów dla projektowanych wielkich urządzeń badawczych to typowa praktyka w świecie nauki w obszarze fizyki wysokich energii. Na podstawie tego typu raportów są następnie organizowane współprace eksperymentalne i projektowane są detektory. Publikacja żółtego raportu EIC zbiegła się w czasie z publikacją tzw. białego, bardziej podstawowego raportu dla chińskiego zderzacza elektron-jon (ang. Electron-Ion Collider in China, EIcC). Raport ten jest podsumowaniem celów badawczych, które można by zrealizować w EIcC. W jego przygotowaniu byli również zaangażowani nasi fizycy. Projekt EIcC nie jest jeszcze zaakceptowany do realizacji. Jeżeli powstanie, będzie posiadał inne parametry pracy zderzacza w stosunku do projektu amerykańskiego, przez co uzupełni światowy program badawczy fizyki wielkich energii, szczególnie ten związany z chromodynamiką kwantową (ang. quantum chromodynamics, QCD). Budowę zderzacza elektronów i jonów rozważa także CERN. « powrót do artykułu

W samym sercu Łabędzia, jednego z najpiękniejszych gwiazdozbiorów letniego nieba, bije źródło cząstek promieniowania kosmicznego o dużych energiach: Kokon Łabędzia. Międzynarodowa grupa naukowców z obserwatorium HAWC zdobyła dowody wskazujące, że ta rozległa struktura astronomiczna jest najpotężniejszym z dotychczas poznanych naturalnych akceleratorów cząstek naszej galaktyki. Spektakularnym odkryciem mogą się pochwalić naukowcy z międzynarodowego obserwatorium promieniowania kosmicznego HAWC (High-Altitude Water Cherenkov Gamma-Ray Observatory). Ulokowane na zboczach meksykańskiego wulkanu Sierra Negra, obserwatorium rejestruje cząstki i fotony o wielkich energiach, napływające z otchłani kosmosu. Na niebie półkuli północnej ich najjaśniejszym źródłem jest region Kokonu Łabędzia. W HAWC ustalono, że z Kokonu nadlatują fotony o energiach nawet kilkadziesiąt razy większych od rejestrowanych przez wcześniejsze detektory Fermi-LAT i ARGO. Fakt ten sugeruje, że Kokon Łabędzia jest najpotężniejszym z dotychczas zidentyfikowanych akceleratorów cząstek w Drodze Mlecznej. Wyniki badań, w których ważną rolę odegrali naukowcy z Instytutu Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk (IFJ PAN) w Krakowie, zaprezentowano na łamach prestiżowego czasopisma Nature Astronomy. Odkrycie dokonane dzięki obserwatorium HAWC to istotny element trwającej od ponad stu lat naukowej układanki, której celem jest rozszyfrowanie natury promieniowania kosmicznego, zwłaszcza w zakresie cząstek o największych energiach występujących w naszej galaktyce, mówi dr hab. Sabrina Casanova (IFJ PAN), inicjatorka najnowszej analizy danych z regionu Kokonu Łabędzia i jej istotna współautorka. Kokon Łabędzia, rozległa struktura astronomiczna o rozmiarach około 180 lat świetlnych, leży w odległości 4,6 tysiąca lat świetlnych od Słońca. Na naszym niebie znajdziemy go niemal dokładnie w centrum gwiazdozbioru Łabędzia, gdzie zajmuje obszar o szerokości kątowej zbliżonej do czterech tarcz Księżyca. To region intensywnego formowania się masywnych (i w konsekwencji krótko żyjących) gwiazd, z dwiema młodymi gromadami gwiezdnymi Cygnus OB2 i NGC 6910. Detektor HAWC ma większą czułość i rozdzielczość kątową od wcześniejszych urządzeń tego typu. W ciągu 1343 dni obserwacji zarejestrowaliśmy za jego pomocą fotony promieniowania gamma o energiach dochodzących nawet do stu teraelektronowoltów, nadlatujące z kierunku gromady Cygnus OB2. Co mogło być źródłem tak wysokoenergetycznego promieniowania?, zastanawia się dr Casanova. Z najnowszej analizy promieniowania gamma docierającego do Ziemi z Kokonu Łabędzia wyłania się ciekawy obraz zjawisk o złożonej, wieloetapowej naturze. Źródłem wysokoenergetycznego promieniowania kosmicznego zwykle są pozostałości supernowych, w tym pulsary. Protony bądź elektrony nie mają tu jednak wystarczająco dużo czasu, by rozpędzić się do energii kinetycznej sięgającej aż kilkuset teraelektronowoltów. Mogą jednak trafić do wnętrza młodej gromady masywnych gwiazd. Tutaj turbulencje oddziałujących ze sobą potężnych wiatrów gwiazdowych mogą przyspieszać cząstki przez miliony lat. Niektóre z tych cząstek mają wówczas szanse zyskać energie sięgające petaelektronowoltów. Sytuacja jest jednak bardzo skomplikowana, zauważa dr Casanova i precyzuje: Wewnątrz gromad masywnych gwiazd niektóre cząstki mogą być przyspieszane przez miliony lat, czas porównywalny z wiekiem samej gromady. Jednak im większa energia cząstek, tym krótszy staje się czas ich przyspieszania. Cząstki z największymi energiami opuszczą gromadę zanim wyemitują fotony gamma, które obserwujemy. Pojawia się więc pytanie, jakie jest maksimum energii, do której mogą się rozpędzić cząstki w gromadzie gwiazd? Kluczowe pytanie dotyczy natury cząstek odpowiedzialnych za emisję wysokoenergetycznych fotonów, które zarejestrowano w obserwatorium HAWC. Gdyby źródłem fotonów były elektrony, ich energie musiałyby być kilkukrotnie większe od energii fotonów. Jeśli jednak źródłem były protony, ich energie musiałyby sięgać nawet petaelektronowolta. To wartość stukrotnie większa od energii zderzeń protonów w akceleratorze LHC. Nasza analiza nie przynosi jednoznacznego rozstrzygnięcia odnośnie do pochodzenia fotonów o energiach sięgających 100 TeV. Wskazuje jednak na wyraźnego faworyta: protony o ekstremalnych energiach, przyspieszane w zderzeniach wiatrów gwiazdowych, a następnie emitujące fotony gamma w trakcie zderzeń z materią międzygwiazdową, mówi dr Casanova. Jeśli przyszłe obserwacje potwierdzą obecną interpretację, gromada gwiazd Cygnus OB2 we wnętrzu Kokonu Łabędzia byłaby najpotężniejszym ze wszystkich dotychczas zidentyfikowanych akceleratorów naszej galaktyki. « powrót do artykułu

David Burns z ASA Marshall Space Flight Center opublikował dokument opisujący koncepcję nowatorskiego silnika rakietowego działającego bez paliwa czyli bez wyrzucanej w jednym kierunku masy, która nadaje silnikowi ruch w kierunku przeciwnym. Urządzenie, nazwane przez niego 'silnikiem spiralnym' wykorzystuje zjawisko zmiany masy, do którego dochodzi przy prędkościach bliskich prędkości światła. Część specjalistów, którzy zapoznali się z koncepcją Burnsa, wyraża wątpliwość, czy zaprezentowany przez niego silnik w ogóle może działać, jednak inżynier nie przejmuje się tym zbytnio. Nie mam oporów przed opublikowaniem swojej koncepcji. Jeśli ktoś twierdzi, że to nie może działać, powiem, że mimo to warto się temu przyjrzeć. Żeby zrozumieć, jak ma działać silnik, możemy wyobrazić sobie pudełko, wewnątrz którego znajduje się umieszczony poziomo pręt, a na nim jest pierścień. Jeśli teraz sprężyna popchnie pierścień w jednym kierunku będzie się on ślizgał po pręcie, dotrze do ściany pudełka i się od niej odbije. Pudełko zostanie więc popchnięte i przesunie się nieco. Jednak pierścień podąża teraz w przeciwnym kierunku, dociera do przeciwnej ściany pudełka, od której znowu się odbija. Pudełko przesuwa się, wracając na poprzednią pozycję. W ten sposób pudełko, czyli nasz silnik, będzie bez końca przesuwało się raz w jedną, raz w przeciwną stronę. Jeśli jednak, jak zauważył Burns, pierścień będzie zmieniał masę i będzie ona znacznie większa gdy przesuwa się w jednym kierunku, niż gdy przesuwa się w drugim, wówczas pudełko będzie poruszało się w tym kierunku, w którym masa poruszającego się pierścienia jest większa. Prawa fizyki nie zabraniają zmiany masy. Z prac Einsteina wiemy, że im prędkość poruszającego się obiektu jest bliższa prędkości światła, tym większą ma on masę. Możemy więc zastosować w 'silniku spiralnym' akcelerator cząstek, w którym jony są w jednym kierunku przyspieszane, a w drugim spowalniane. Taki akcelerator miałby kształt helisy. Taki akcelerator musiałby mieć długość około 200 metrów i 12 metrów średnicy. Potrzebowałby też 165 megawatów do wygenerowania siły ciągu rzędu zaledwie 1 niutona. Biorąc to pod uwagę, silni mógłby osiągnąć znaczącą prędkość jedynie w środowisku, w którym nie występują opory. Jeśli będzie miał wystarczającą ilość czasu i mocy to może rozpędzić się do 99% prędkości światła, stwierdził Burns. Silniki bez paliwa nie są nowym pomysłem. Już pod koniec lat 70. amerykański wynalazca Robert Cook opatentował silnik, który miał zamieniać siłę odśrodkową w ruch liniowy. Z kolei na początku bieżącego wieku Brytyjczyk Roger Shawyer wysunął głośną koncepcję „niemożliwego” relatywistycznego silnika elektromagnetycznego EM Drive. Żadna koncepcji silnika bez paliwa dotychczas się nie sprawdziła. Fizycy zwracają uwagę, ze takie silniki łamią zasadę zachowania pędu. Martin Tajmar z Drezdeńskiego Uniwersytetu Technologicznego, który prowadził testy EM Drive uważa, że 'silnik spiralny' nie zadziała. Żaden z inercyjnych systemów napędowych, o ile mi wiadomo, nie działał w środowisku wolnym od oporów", mówi. Co prawda propozycja Burnsa wykorzystuje teorię względności, co nieco komplikuje analizę, jednak, jak stwierdza Tajmar "zawsze jest akcja i reakcja. Burns, który pracował na swoją koncepcją prywatnie, niezależnie od pracy w NASA, zauważa, że taki silnik byłby całkowicie nieefektywny. Jednak widzi możliwości pozyskania dodatkowej energii z promieniowania cieplnego i synchrotronowego emitowanego przez akcelerator. Ponadto uważa, że udałoby się zachować pęd w spinie przyspieszanych jonów. Wiem, że istnieje ryzyko, iż mój pomysł zostanie odesłany tam, gdzie jest EM Drive i zimna fuzja. Jednak trzeba być gotowym na to, że ktoś nas zawstydzi. Bardzo trudno jest wynaleźć coś całkowicie nowego, co będzie działało, dodaje. « powrót do artykułu

Technologia akceleratorowa, nad którą pracują naukowcy z Centrum Liniowego Akceleratora Stanforda (SLAC) i Uniwersytetu Stanforda, ma ograniczyć skutki uboczne radioterapii przez znaczne skrócenie czasu sesji: z minut do poniżej sekundy. Ostatnio ekipie ze SLAC i Uniwersytetu Stanforda przyznano dofinansowanie. Dzięki niemu uda się rozwinąć 2 metody terapii: jedną wykorzystującą protony i drugą bazującą na promieniowaniu rentgenowskim. W obu chodzi o to, by "zbombardować" komórki nowotworowe tak szybko, by narządy i inne tkanki nie miały czasu, by się przemieścić w czasie ekspozycji. To zmniejsza ryzyko, że promieniowanie uszkodzi zdrowe tkanki wokół guza. W ten sposób terapia przeciwnowotworowa stanie się bardziej precyzyjna. Dostarczanie dawki promieniowania z całej sesji za pośrednictwem pojedynczego błysku trwającego poniżej sekundy może być ostatecznym sposobem na poradzenie sobie ze stałym ruchem narządów i tkanek [...] - podkreśla prof. Billy Loo ze Szkoły Medycznej Stanforda. By wystarczająco skutecznie dostarczać promieniowanie o wysokiej intensywności, potrzebujemy struktur akceleratorowych, których moc jest kilkaset razy większa od dzisiejszych technologii. Finansowanie, które nam przyznano, pomoże je zbudować - dodaje Sami Tantawi, prof. fizyki cząstek i astrofizyki w SLAC. W ramach projektu PHASER będzie rozwijany system dla promieniowania rentgenowskiego. Skonstruowane w ubiegłych latach prototypy części do akceleratorów działają tak, jak przewidywały symulacje i torują drogę rozwiązaniom zapewniającym więcej mocy przy mniejszych rozmiarach. W kolejnym etapie [...] ocenimy ryzyko związane z technologią, co w ciągu 3-5 lat powinno doprowadzić do powstania pierwszego prawdziwego urządzenia, które zostanie wykorzystane do testów klinicznych - zaznacza Tanawi. Amerykanie zaznaczają, że zasadniczo protony są dla zdrowej tkanki mniej szkodliwe od promieniowania rentgenowskiego, bo dzięki masie cząstek (protonów) można precyzyjnie kontrolować uwalnianie energii (początkowo protony oddają stosunkowo nieduże ilości energii do tzw. chmur elektronowych tkanek, przez które przechodzą, a na końcu ich drogi dochodzi do tzw. efektu hamowania; długość drogi hamowania, która mieści się już w chorej tkance, to ok. 1-4 mm). Terapia protonowa wymaga jednak większych urządzeń do przyspieszania cząstek i dostosowywania ich energii. Potrzebne są też bardzo ciężkie magnesy, które obracając się wokół pacjenta, nakierowują wiązkę na cel. Chcemy zaproponować innowacyjne metody manipulowania wiązkami protonów. Dzięki nim przyszłe urządzenia będą prostsze, bardziej kompaktowe i szybsze - opowiada Emilio Nanni ze SLAC. Dzięki 1,7-mln grantowi z DoE (Departamentu Energii) staje się to wykonalne. Teraz możemy zaawansować prace nad projektowaniem, produkcją i testami struktury akceleratorowej podobnej do tej z projektu PHASER [...]. Mówiąc o korzyściach związanych z rozwijaną metodą akceleratorową, naukowcy dodają, że podczas badań na myszach widać było, że gdy dawkę promieniowania podawano bardzo szybko, zdrowe komórki nie były tak bardzo uszkadzane, a oddziaływanie na komórki guza okazywało się co najmniej takie samo, jak przy konwencjonalnej długiej ekspozycji. Jeśli wyniki uda się powtórzyć na ludziach, będzie można mówić o całkiem nowym paradygmacie w zakresie radioterapii - podkreśla Loo.   « powrót do artykułu