Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy

Search the Community

Showing results for tags ' ciemna materia'.



More search options

  • Search By Tags

    Type tags separated by commas.
  • Search By Author

Content Type


Forums

  • Nasza społeczność
    • Sprawy administracyjne i inne
    • Luźne gatki
  • Komentarze do wiadomości
    • Medycyna
    • Technologia
    • Psychologia
    • Zdrowie i uroda
    • Bezpieczeństwo IT
    • Nauki przyrodnicze
    • Astronomia i fizyka
    • Humanistyka
    • Ciekawostki
  • Artykuły
    • Artykuły
  • Inne
    • Wywiady
    • Książki

Find results in...

Find results that contain...


Date Created

  • Start

    End


Last Updated

  • Start

    End


Filter by number of...

Joined

  • Start

    End


Group


Adres URL


Skype


ICQ


Jabber


MSN


AIM


Yahoo


Lokalizacja


Zainteresowania

Found 11 results

  1. Rozpoczyna się rozruch najbardziej czułego wykrywacza ciemnej materii LUX-ZEPLIN. W ubiegłym miesiącu amerykański Departament Energii oficjalnie uznał, że budowa instalacji została ukończona. Teraz pozostaje ją uruchomić i rozpocząć eksperymenty. LUX-ZEPLIN (LZ) wykorzysta 10 ton ciekłego ksenonu do poszukiwania sygnałów pochodzących ze słabo oddziałujących masywnych cząstek (WIMP). WIMP to hipotetyczne – ich istnienia nie udowodniono – cząstki tworzące ciemną materię. LZ ma wykrywać obecność WIMP poprzez rejestrowanie rozbłysków światła, jakie mają się pojawiać, gdy WIMP wejdzie w interakcję z atomem ksenonu. Kończymy odbiór LZ. Jesteśmy obecnie w fazie testów. W przyszłym roku chcemy uzyskać pierwsze dane z LZ, mówi Simon Fiorucci, fizyk z Lawrence Berkeley National Laboratory, który jest menedżerem ds. operacyjnych LZ. LUX-ZEPLIN to następca opisywanego przez nas urządzenia LUX (Large Underground Xenon). LUX zakończył poszukiwania ciemnej materii w 2016 roku, a w roku 2017 rozpoczęto budowę LUX-ZEPLIN. Urządzenie umieszczono w tym samym miejscu, w którym znajdował się LUX, czyli w znajdującym się 1,5 kilometra pod ziemią Sanford Underground Research Facility w Południowej Dakocie. LUX nie znalazł ciemnej materii. Jednak naukowcy się nie poddają, stąd pomysł na LUX-ZEPLIN. Nowe urządzenie jest 100-krotnie bardziej czułe od LUX, między innymi dlatego, że używa 10 ton ksenonu. W LUX wykorzystywano 300 kg ksenonu. Ponadto rozbłyski, do jakich ma dochodzić przy zderzeniu WIMP z jądrami ksenonu będą rejestrowane przez 500 czujników. To 4-krotnie więcej niż w LUX. W pracach nad LZ brali udział specjaliści ze SLAC National Accelerator Laboratory, których zadaniem było usunięcie kryptonu z ksenonu. Jego śladowe ilości pozostają bowiem po standardowych procedurach oczyszczających. Za budowę systemu oczyszczającego i schładzającego ksenon byli z kolei odpowiedzialni eksperci z Fermilab, których zadaniem było też stworzenie narzędzi do analizy danych. Z kolei wspomniane czujniki to wspólne dzieło uczonych ze SLAC i Berkeley lab. W budowie LZ brali też udział eksperci spoza Stanów Zjedoczonych. Brytyjczycy i Włosi zbudowali pojemnik na ksenon. Powstał on z ultra czystego tytanu, co pozwoliło na dalszą redukcję szumów tła. To jednak nie jedyna osłona przed niekorzystnym wpływem czynników zewnętrznych. Tytanowy pojemnik z 10 tonami ksenonu znajduje się w drugim, większym pojemniku. To zbiornik osłonowy wypełniony scyntylatorem, którego zadaniem jest dodatkowa osłona przed promieniowaniem. « powrót do artykułu
  2. W czerwcu informowaliśmy, że najczulszy detektor ciemnej materii – XENON1T – zarejestrował niezwykłe sygnały. Jak wówczas pisaliśmy, możliwe są trzy interpretacje tego, co zauważono. Najmniej interesująca z nich to zanieczyszczenie urządzenia. Drugim możliwym wyjaśnieniem jest zarejestrowanie aksjonu, hipotetycznej cząstki tworzącej ciemną materię, a trzecim – równie interesująca możliwość wchodzenia neutrin w niezwykłe interakcje z wypełniającym detektor ksenonem. Na łamach Physical Review D i Physical Review Letters ukazało się właśnie 5 artykułów, których autorzy dokonują niezwykle interesujących interpretacji sygnałów. Fuminotu Takahashi, Masaki Yamada i Wen Yin uważają, że zarejestrowane sygnały świadczą o zauważeniu cząstek podobnych do aksjonów. Mają mieć one masę kilku keV/c2 i wchodzić w interakcje z elektronami. Ich zdaniem cząstki o takich właściwościach tłumaczą zarejestrowany sygnał, stanowią ciemną materię i wyjaśniają pewne anomalie obserwowane w białych karłach i czerwonych olbrzymach. Z kolei niemiecki zespół naukowy, Andreas Bally, Sudip Jana i Andreas Trautner, pisze, że sygnał może pochodzić od nieznanego bozonu cechowania, który pośredniczy w interakcjach pomiędzy pochodzącymi ze Słońca neutrinami a elektronami. Jeszcze inny pomysł ma Nicole F. Bell z University of Melbourne i jej koledzy z USA. Uważają oni, że źródłem sygnału jest cząstka ciemnej materii o relatywnie niskiej masie. Ich zdaniem cząstka taka można trafiać do detektora w "lekkim stanie" i rozpraszać się do "stanu ciężkiego", który rozpada się z towarzyszącą emisją fotonu. I to właśnie ten foton wchodzi w reakcje z elektronem, dając obserwowany sygnał. Bartosz Fornal z University of Utah oraz naukowcy z Pekinu i Hongkongu również uważają, że mamy do czyeniania z cząstką ciemnej materii. Ma ona pochodzić z centrum galaktyki. Sygnał zaś bierze się z jej interakcji z elektronami w XENON1T. Autorami ostatniego artykułu są Joseph Bramante i Ningqiang Song z Kanady. Naukowcy sądzą, że źródłem sygnału są rozpraszające się cząstki ciemnej materii będącej termicznym reliktem wczesnego wszechświata. Na ostateczne rozstrzygnięcie zagadki będziemy musieli jeszcze poczekać. Uda się to pod warunkiem, że podobny sygnał zostanie zarejestrowany w kolejnych eksperymentach związanych z poszukiwaniem ciemnej materii. « powrót do artykułu
  3. Wśród wielu niezwykłych idei Stephena Hawkinga jest i taka, zgodnie z którą ciemną materię stanowią czarne dziury, które powstały krótko po Wielkim Wybuchu. Pomysł taki jednak odrzucono, jednak nowe badania wskazują, że hipoteza taka może być prawdziwa. Pierwotne czarne dziury miałyby powstać nie w wyniku zapadania się gwiazd, a bezpośrednio z gęstej materii powstałej tuż po Wielkim Wybuchu. Tym samym ich masa mogłaby być znacznie mniejsza od masy Słońca. Obecnie znamy olbrzymie czarne dziury w centrach galaktyk oraz czarne dziury o masie gwiazdowej. Te drugie powstają w wyniku kolapsu grawitacyjnego gwiazd. Przed uruchomieniem wykrywacza fal grawitacyjnych LIGO znaliśmy czarne dziury o masie gwiazdowej nie przekraczającej około 20 mas Słońca. Jednak dzięki LIGO i europejskiemu VIRGO zaczęliśmy wykrywać bardziej masywne czarne dziury. Okazało się, że istnieją takie obiekty o masach od ponad 20 do nawet 85 mas Słońca. Udało się też zidentyfikować dziury o znacznie mniejszej masie. A najmniej masywna znana czarna dziura miała zaledwie 2,59 masy Słońca. Jeśli uda się wykryć czarne dziury o mniejszych niż masy gwiazd, z których obiekty takie mogą powstawać, może to oznaczać, że mamy do czynienia właśnie z pierwotnymi czarnymi dziurami. Zresztą już same prace tandemu LIGO/Virgo pokazały, że zakres mas czarnych dziur jest znacznie większy niż dotychczas przypuszczano, więc i samych czarnych dziur jest znacznie więcej, niż nam się wydaje. Jednak w 2017 roku Yacine Ali-Haïmoud, astrofizyk z New York University, opublikował pracę, w której wyliczał, że gdyby zaraz po Wielkim Wybuchu powstało tyle czarnych dziur, iż wyjaśniałyby one istnienie ciemnej materii, to z czasem dziury takie tworzyłyby pary, zaczynały wokół siebie krążyć, a w końcu łączyłyby się emitując fale grawitacyjne. Wydarzeń takich, wyliczał uczony, powinno być tak wiele, że LIGO/Virgo wykrywałyby tysiące razy więcej fal grawitacyjnych niż obecnie. Argumenty naukowca z Nowego Jorku były tak przekonujące, że wielu entuzjastów hipotezy pierwotnych czarnych dziur straciło dla niej serce. W ubiegłym tygodniu na łamach Cosmology and Astroparticle Physics Karsten Jedamzik z Uniwersytetu w Monpellier opublikował obliczenia, z których wynika, że w wielkiej populacji pierwotnych czarnych dziur zachodziłoby dokładnie tyle zderzeń ile obecnie obserwują wykrywacze fal grawitacyjnych. Jeśli jego obliczenia są prawidłowe, a wydaje się, że przeprowadził je skrupulatnie, to pogrzebał nasze własne wyliczenia, przyznaje Ali-Haïmoud. To by oznaczało, że czarne dziury rzeczywiście mogą stanowić całą ciemną materię. W latach 70. Stephen Hawking i Bernard Carr wysunęli hipotezę, że w czasie pierwszych ułamków sekundy po Wielkim Wybuchu, w rozszerzającym się wszechświecie pojawiały się niewielkie fluktuacje materii, które zamieniały się w czarne dziury. Hawking przeprowadził nawet zgrubne obliczenia, z których wynikało, że jeśli te czarne dziury miały rozmiar większy od małych asteroid, to istnieją do dzisiaj. W latach 90. zarysowano nieco bardziej szczegółowy obraz wydarzeń. Produkcję takich czarnych dziur przyspieszało ochładzanie się materii. Gdy po tysięcznych częściach sekundy od Wielkiego Wybuchu wszechświat nieco się ochłodził, kwarki i gluony z pierwotnej zupy zaczęły łączyć się w cięższe cząstki. Spadło ciśnienie, co spowodowało, że jeszcze więcej regionów zapadło się do czarnych dziur. Jednak przed 30 laty nie rozumiano dobrze fizyki plazmy kwarkowo-gluonowej, więc nikt nie potrafił precyzyjnie obliczyć, jak pojawienie się innych cząstek wpłynęło na tworzenie się czarnych dziur, jak masywne były to dziury, ani jak wiele mogło ich powstać. Ponadto zbytnio się tym tematem nie zajmowano. Pierwotne dziury nie były potrzebne, gdyż panował szeroko rozpowszechniony pogląd, że ciemną materię tworzą WIMPy (słabo oddziałujące masywne cząstki). Pierwotne czarne dziury odeszły w zapomnienie, stawały się przedmiotem kpin. Jednak WIMP-ów nie odkryto, za to coraz więcej wiemy od warunkach, jakie mogły panować na samym początku wszechświata. Od kilku lat niektórzy naukowcy bardziej intensywnie zajmują się pierwotnymi czarnymi dziurami. Publikowane prace pokazują, w jaki sposób mogły one powstać. Pierwsza generacja czarnych dziur mogła pojawić się po spadku temperatury wszechświata i utworzeniu przez kwarki i gluony pierwszych protonów i neutronów. Spowodowany tym spadek ciśnienia wywołał tworzenie się czarnych dziur, z których każda mogła wchłonąć ze swojej okolicy materię o masie około 1 masy Słońca. Oddziaływanie czarnej dziury było ograniczone horyzontem. Jednak wszechświat nadal się ochładzał. Zaczęły formować się kolejne cząstki, jak piony. To znowu spowodowało spadek ciśnienia i masowe pojawianie się kolejnych pierwotnych czarnych dziur. Jako, że wszechświat ciągle się rozszerzał, dziury należące do tej drugiej generacji mogły wchłaniać już więcej materii. Z obliczeń wynika, że było to około 30 mas Słońca. Dokładnie tyle, ile czarne dziury wykrywane przez LIGO/Virgo. Po uruchomieniu LIGO zainteresowanie koncepcją pierwotnych czarnych dziur wzrosło. Jednak Ali-Haïmoud przedstawił wspomnianą wcześniej pracę, w której odrzucił tę koncepcję. Obliczył bowiem, że dziur powinno być tak dużo, że rejestrowalibyśmy obecnie tysiące razy więcej fal grawitacyjnych niż rejestrujemy. Z zagadnieniem tym postanowił zmierzyć się Karsten Jedamzik, kosmolog z Montpellier. Gdy stworzył numeryczną symulację wszechświata pełnego obecnie czarnych dziur, odkrył zjawisko, którego Ali-Haimoud nie zauważył. Stwierdził otóż, że we wszechświecie pełnym czarnych dziur rzeczywiście dochodziłoby do bardzo częstego tworzenia się układów podwójnych takich obiektów. Jednak równie często do takiego układu podwójnego zbliżyłaby się trzecia czarna dziura i zamieniłaby się miejscami z jedną z dziur układu. Taki proces ciągle by się powtarzał. Z czasem, jak wylicza Jedamzik, takie ciągle zmieniające partnera czarne dziury tworzyłyby układy podwójne o niemal kołowych orbitach. W takich układach do zderzeń dochodziłoby bardzo rzadko. Z obliczeń Jedamzika wynika, że z powodu opisanego zjawiska nawet we wszechświecie pełnym czarnych dziur, notowalibyśmy fale grawitacyjne równie rzadko co obecnie. Co więcej Jedamzik oblicza, że pierwotne czarne dziury tworzą gromady o średnicy niemal 4 lat świetlnych. W takich gromadach może znajdować się około 1000 czarnych dziur. W centrum gromady skupiają się dziury o masie około 30 mas Słońca, na jej obrzeżach krążą mniej masywne czarne dziury. Takie gromady mogą znajdować się dosłownie wszędzie. Prace Jedamzika niczego jeszcze nie przesądzają. One wypełniają luki w nieistniejącej teorii, mówi Carl Rodriguez, astrofizyk z Carnegie Mellon Univeristy. Zwolennicy hipotezy pierwotnych czarnych dziur mają jeszcze wiele do zrobienia. W sygnałach z LIGO obserwujemy pewne dziwne zjawiska, jednak wszystko, co dotychczas zarejestrowaliśmy, można wytłumaczyć istnieniem standardowego procesu ewolucji gwiazd. Wygląda jednak na to, że istnienie bądź nieistnienie pierwotnych czarnych dziur zostanie dość szybko rozstrzygnięte. To nie jest nic w rodzaju teorii strun, gdzie dekadę czy trzy dekady później wciąż trwa dyskusja, stwierdza Chrisitan Byrnes z University of Sussex. Rosnąca czułość LIGO już wkrótce powinna pozwolić albo na wykrycie czarnej dziury o masie poniżej masy gwiazdowej, albo też na znalezienie ścisłego limitu minimalnej masy dla czarnych dziur. « powrót do artykułu
  4. Japoński akcelerator cząstek SuperKEKB pobił światowy rekord jasności. Pracujący przy nim naukowcy obiecują, że to dopiero początek. W ciągu najbliższych lat chcą zwiększyć jasność urządzenia aż 40-krotnie, co ma pozwolić zarówno na odkrycie ciemnej materii, jak i wyjście z fizyką poza Model Standardowy. Mamy nadzieję, że akcelerator pozwoli nam wykryć ciemną materię – o ile ona istnieje – i badać ją w niedostępny obecnie sposób, mówi profesor Kay Kinoshita z University of Cincinnati. Jasność akceleratora to liczba kolizji, która w nim zachodzi. Podczas tych zderzeń powstają nowe cząstki. Im więc więcej zderzeń, tym więcej cząstek, więcej danych i większa szansa n a zarejestrowanie czegoś nowego. SuperKEKB zderza pozytony i elektrony przyspieszane w 3-kilometrowym tunelu. Akcelerator został uruchomiony w 2018 roku i naukowcy ciągle pracują nad zwiększaniem jego jasności. Profesor Alan Schwartz i jego studenci z University of Cincinnati zaprojektowali i zbudowali jeden z detektorów akceleratora. To krok milowy w projektowaniu akceleratorów. SuperKEKB wykorzystuje architekturę tzw. „nano strumieni”. W technice tej strumienie cząstek są ściskane wzdłuż osi pionowej, dzięki czemu są bardzo cienkie, wyjaśnia Schwartz. To pierwszy na świecie akcelerator, który korzysta z tej techniki. Ze względu na rozmiary cząstek, szansa, że dojdzie do zderzenia, jest niewielka. Im bardziej ściśnięty strumień, tym większe zagęszczenie cząstek i tym większe prawdopodobieństwo zderzeń. Obecnie wysokość wiązki w punkcie zderzenia wynosi 220 nanometrów. W przyszłości ma to być zaledwie 50 manometrów, czyli około 1/1000 grubości ludzkiego włosa. Profesor Kay Kinoshita poświęciła całą swoją naukową karierę zagadnieniu zwiększania jasności akceleratorów. Uczona pracuje nad tym zagadnieniem od 1982 roku. To bardzo interesujące, gdyż jest bardzo wymagające. Wiesz, że robisz coś, czego nikt nigdy nie zrobił, mówi. Poprzednik SuperKEKB, akcelerator KEKB, który działał w latach 1999–2010 w KEK (Organizacja Badań nad Akceleratorami Wysokich Energii), również był światowym rekordzistą. Urządzenie pracowało z jasnością 2,11x1034 cm-2s-1. Dopiero w 2018 roku rekord ten został pobity przez Wielki Zderzacz Hadronów, który osiągnął jasność 2,14x1034 cm-2s-1. Rekord LHC nie utrzymał się długo, dnia 15 czerwca 2020 roku SuperKEKB osiągnął jasność 2,22x1034 cm-2s-1. Już tydzień później, 21 czerwca naukowcy poinformowali o nowym rekordzie. Teraz SuperKEKB pracuje z jasnością wynoszącą 2,40x1034 cm-2s-1. W ciągu najbliższych lat jasność SuperKEKB ma wzrosnąć 40-krotnie. Docelowo ma ona wynieść 8x1035 cm-2s-1. Sukces SuperKEKB to sukces międzynarodowej współpracy. Nadprzewodzące magnesy, które ostatecznie skupiają strumienie cząstek zostały zbudowane we współpracy z amerykańskimi Brookhaven National Laboratory oraz Fermi National Accelerator Laboratory. Systemy monitorowania kolizji to dzieło SLAC National Accelerator Laboratory i University of Hawaii. Naukowcy ze Szwajcarii (CERN), Francji (IJCLab), Chin (IHEP) i USA (SLAC) biorą udział w pracach i badaniach, w których wykorzystywany jest akcelerator. Wykorzystujący diament system monitorowania promieniowania oraz system przerywania wiązki to dzieło włoskich Narodowego Instytutu Fizyki Jądrowej oraz Uniwersytetu w Trieście, a system monitorowania jasności powstał w Rosji. Wiązki elektronów i pozytonów rozpędzane w SuperKEKB zderzają się w centrum detektora Belle II, który opisywaliśmy przed 2 laty. To niezwykłe urządzenie zostało zbudowane przez grupę 1000 fizyków i inżynierów ze 119 uczelni z 26 krajów świata. I to właśnie wewnątrz Belle II naukowcy mają nadzieję znaleść ciemną materię i rozpocząć badania jej właściwości. « powrót do artykułu
  5. Fizycy pracujący przy najbardziej czułym eksperymencie poszukującym ciemnej materii poinformowali o zarejestrowaniu nietypowych sygnałów. Istnieją trzy możliwe interpretacje tego, co zauważono. Ta najmniej interesująca, to wystąpienie zanieczyszczenia. Dwie alternatywne są za to bardzo ekscytujące. Pierwsza z nich mówi o nieznanych właściwościach neutrin. Druga zaś – i to byłaby największa sensacja – dopuszcza, że po raz pierwszy w historii zdobyto dowód na istnienie aksjonu, hipotetycznej cząstki spoza Modelu Standardowego. Jesteśmy bardzo podekscytowani tym sygnałem, ale musimy uzbroić się w cierpliwość, powiedział Luca Grandi z University of Chicago, jeden z liderów eksperymentu XENON1T. Jak wyjaśnia uczony, najpierw trzeba sprawdzić, czy nie doszło do zanieczyszczeniem atomami trytu. Wykaże to następca eksperymentu XENON1T – XENONnT – który rozpocznie pracę jeszcze w bieżącym roku. Wielu specjalistów zauważa, że zwykle prawdziwe okazuje się to wyjaśnienie, na które najmniej czekamy. Jednak nie zawsze tak jest i jeśli istnieje chociaż cień szansy, że XENON1T zarejestrował coś więcej niż zanieczyszczenie trytem, warto to sprawdzić. Jeśli okaże się, że to nowa cząstka, będziemy mieli przełom, na który czekamy od 40 lat, stwierdza Adam Falkowski z Uniwersytetu Paris-Saclay. Takiego odkrycia nie da się przecenić, dodaje. Z kolei Kathryn Zurek, fizyczka-teoretyczka z California Institute of Technology mówi, że jeśli sygnały pochodzą z aksjonów, które są głównymi kandydatami na cząstki tworzące ciemną materię, lub z niestandardowych neutrin to będzie to niezwykle ekscytujące. Uczona pozostaje jednak ostrożna i dodaje, że jej zdaniem najbardziej prawdopodobne jest jednak zanieczyszczenie trytem. XENON1T to wspólny projekt, przy którym pracuje 160 naukowców z Europy, USA i Bliskiego Wschodu. Laboratorium Narodowe Gran Sasso, którego właścicielem jest włoski Narodowy Instytut Fizyki Jądrowej, znajduje się na głębokości 1400 metrów pod masywem Gran Sasso. To wykrywacz ciemnej materii, a jego umiejscowienie głęboko pod ziemią ma chronić przed promieniowaniem kosmicznym generującym fałszywe sygnały. Zgodnie z teoretycznymi założeniami, cząstki ciemnej materii mają zderzać się z atomami w detektorze, a sygnały ze zderzeń będą rejestrowane. Centralna część XENON1T to cylindryczny zbiornik o długości 1 metra wypełniony 3200 kilogramami płynnego ksenonu o temperaturze -95 stopni Celsjusza. Gdy ciemna materia zderzy się z atomem ksenonu, energia trafia do jądra, które pobudza jądra innych atomów. Wskutek tego pobudzenia pojawia się słaba emisja w zakresie ultrafioletu, którą wykrywają czujniki na górze i na dole cylindra. Te same czujniki są też zdolne do zarejestrowania ładunku elektrycznego pojawiającego się wskutek zderzenia. W ubiegłym roku informowaliśmy, że XENON1T zarejestrował najrzadsze wydarzenie we wszechświecie, rozpad ksenonu-124. Obecnie XENON1T jest wyłączony, gdyż trwa jego rozbudowa do XENONnT. Nowy detektor będzie zawierał 3-krotnie więcej ksenonu i będzie lepiej zabezpieczony przed szumem tła. Dzięki temu jego czułość będzie o cały rząd wielkości lepsza. Eksperymenty z serii XENON to pomysł fizyczki Eleny Aprile z Columbia University. Ona opracowała metody detekcji i od początku stoi na czele eksperymentów. XENON zostały zaprojektowane do poszukiwania hipotetycznych cząstek ciemnej materii o nazwie WIMP (weakly interacting massive particles). Przez 14 lat niczego nie znaleziono. Brak sukcesów odnotowały też konkurencyjne projekty naukowe. Wiele lat temu naukowcy pracujący przy XENON zdali sobie sprawę, że mogą wykorzystać swój eksperyment do poszukiwań cząstek inną metodą. Zamiast rejestrować cząstki, które zderzą się z jądrem ksenonu, można spróbować wychwycić takie, które zderzają się z elektronem. Zwykle tego typu zderzenia traktowane są jako szum tła i odfiltrowywane, gdyż wiele z takich sygnałów pochodzi z prozaicznych źródeł, jak ołów czy krypton. Jednak z czasem uczeni coraz bardziej udoskonalali swoje urządzenia, eliminowali coraz więcej źródeł potencjalnych zakłóceń i w końcu eksperymenty XENON stały się tak czułe i dobrze izolowane od zakłóceń, że stwierdzono, iż szum tła również może przynieść interesujące informacje. I właśnie na nim się teraz skupiono. Naukowcy przeanalizowali szum tła z pierwszego roku eksperymentu XENON1T. Spodziewali się, że w danych znajdą 232 sygnały zderzeń z elektronami, pochodzące ze znanych źródeł zanieczyszczeń. Tymczasem okazało się, że sygnałów takich jest 285. To spory naddatek świadczący o istnieniu nieznanego źródła sygnału. Naukowcy przez rok trzymali swoje spostrzeżenie w tajemnicy. Przez ten czas próbowali zrozumieć sygnały i odnaleźć ich źródło. W końcu, po wyeliminowaniu wszystkich możliwych źródeł sygnału pozostały wspomniane na wstępie trzy wyjaśnienia, które pasują do nadmiarowych danych. Pierwsze z nich, i najbardziej interesujące, to zarejestrowanie „słonecznych aksjonów”, hipotetycznych cząstek ciemnej materii powstających wewnątrz Słońca. To cząstki spoza Modelu Standardowego. Ich odkrycie byłoby dowodem, że aksjony istnieją, można więc znaleźć i te, które tworzą ciemną materię, jaka powstała po Wielkim Wybuchu. Druga hipoteza mówi, że zarejestrowane sygnały mogą świadczyć o tym, iż neutrino mają silny moment magnetyczny. Właściwość ta pozwalałaby im zwiększać rozpraszanie elektronów, co tłumaczyłoby nadmiarowy sygnał. Neutrino z momentem magnetycznym również nie mieści się w Modelu Standardowym. W końcu trzecia z możliwości, to zanieczyszczenie zbiornika z ksenonem śladową ilością trytu. Zdaniem naukowców niezaangażowanych w XENON1T, najbardziej prawdopodobna jest ostatnia odpowiedź. Jeśli bowiem Słońce tworzy aksjony, to powstają one również w innych gwiazdach. Aksjony unoszą zaś ze sobą energię od gwiazdy. W najgorętszych gwiazdach, jak czerwone olbrzymy czy białe karły, produkcja aksjonów powinna być największa, a ilość unoszonej przez nie energii powinna być wystarczająca, by ochłodzić gwiazdy. Biały karzeł wytwarzałby tyle aksjonów, że nie obserwowalibyśmy tak wielu gwiazd tego typu, co obecnie, mówi Zurek. Podobnie wygląda problem z neutrino z dużym momentem magnetycznym. Również ono powinno ochłodzić gwiazdy, więc tych gorących nie powinno być tyle, ile jest. Na odpowiedź nie powinniśmy długo czekać. Eksperyment XENONnT ruszy w najbliższych miesiącach. Jeśli i tam zaobserwujemy nadmiar sygnałów na podobnym poziomie, powinniśmy w ciągu kilku miesięcy być w stanie stwierdzić, która z hipotez jest prawdziwa, mówi Grandi. « powrót do artykułu
  6. Hiszpańscy naukowcy stworzyli nowy atomowy magnetometr (komagnetometr) do pomiaru precesji spinu. Urządzenie zostanie wykorzystane do poszukiwania aksjonów, hipotetycznych cząstek tworzących ciemną materię. Nowy czujnik wykorzystuje dwa różne stany kwantowe ultrazimnych atomów rubidu. Dzięki temu dochodzi do zniesienia wpływu zewnętrznych pól magnetycznych, co pozwala naukowcom skupić się na egzotycznych interakcjach zależnych od spinu. Niektóre z hipotez dotyczących ciemnej materii mówią o istnieniu aksjonów, hipotetycznych cząstek zaproponowanych w latach 70., które pozwalają rozwiązać problemy odnoszące się do chromodynamiki kwantowej. Jeśli aksjony istnieją, to mogą pośredniczych w egzotycznych interakcjach pomiędzy spinami. Interakcje takie powinny być słabe, ale – przynajmniej teoretycznie – można je zmierzyć za pomocą specjalnego atomowego magnetometru zawierającego znajdujące się w tym samym miejscu dwa różne wykrywacze pola magnetycznego. Urządzenie takie jest tak dostrojone, by znosić wpływ zewnętrznych pół magnetycznych w obu detektorach. Zatem pojawiające się tam sygnały powinny pochodzić z interakcji spinów mających miejsce w samym detektorze. Nowy rodzaj czujnika opracowali naukowcy z Instytutu Nauk Fotonicznych w Barcelonie (Institut de Ciències Fotòniques): Pau Gomez, Ferran Martin, Chiara Mazzinghi, Daniel Benedicto Orenes, Silvana Placios i Morgan Mitchell. Wykorzystali przy tym atomy rubidu-87, których spiny znajdują się w dwóch różnych stanach i różnie reagują na pola magnetyczne. Wspomniane atomy zostały schłodzone niemal do zera absolutnego i tworzą kondensat Bosego-Einsteina. Gdy atomy znajdują się w tym stanie, istnieje niewielkie ryzyko,że interakcje zostaną zakłócone przez czynniki termicnze. To zaś oznacza, że przez kilkanaście sekund spin atomów w sposób spójny reaguje na interakcje spinów. Jako, że sam kondensat zajmuje niewiele przestrzeni, zaledwie 10 mikronów średnicy, zwiększa to czułość urządzenia i pozwala badać interakcje pomiędzy aksjonami odbywające się na niewielkiej przestrzeni. Reakcja spinów na pole magnetyczne jest mierzona za pomocą spolaryzowanego światła i sprawdzaniu, w jaki sposób zmieniła się jego polaryzacja. Porównanie wyników z dwóch różnych spinów pozwala na usunięcie wpływu zewnętrznych pól magnetycznych. Pozostaje wówczas tylko wpływ wewnętrzny, wywoływany przez aksjony. Dotychczas nowy magnetometr nie wykazał istnienia aksjonów. Udało się jednak udowodnić, że jest on wysoce odporny na zakłócenia ze strony zewnętrznych pól magnetycznych. To zaś oznacza, że może pracować wraz z innymi magnetometrami używanymi do poszukiwania aksjonów. « powrót do artykułu
  7. ADMX, prowadzony w Fermilab superczuły eksperyment, w ramach którego poszukiwane są aksjony, wykluczył, że istnieją one w pewnych zakresach masy. Aksjony to hipotetyczne cząstki tworzące ciemną materię. Axion Dark Matter eXperiment (ADMX) szuka ich sprawdzając, czy w silnym polu magnetycznym w skutek reakcji aksjonu ze znanymi cząstkami nie dojdzie do pojawienia się fotonu. Gdy poszukuje się nieznanych cząstek, takich jak aksjon, bada się interakcje, których wynikiem są znane cząstki, jak fotony, mówi Rakshya Khatiwada, która przez ostatnie cztery lata była odpowiedzialna za eksperyment ADMX. Wewnątrz ADMX znajduje się wnęka i nadprzewodzący magnes, który generuje silne pole magnetyczne. Teoria przewiduje, że w takich warunkach w niskiej temperaturze dochodzi do rozpadu aksjonu na 2 fotony z części mikrofalowej widma elektrycznego.Detektor można dostroić do różnych częstotliwości odpowiadających różnej masie aksjonów pochodzących z halo ciemnej materii otaczającej Drogę Mleczną. Od 2017 roku ADMX jest najbardziej czułym eksperymentem tego typu. Jego twórcy mają nadzieję, że tak, jak udało się zarejestrować obecność neutrino, tak w końcu zarejestrujemy aksjony. Teraz poinformowano o wynikach badań przeprowadzonych w roku 2018. To bardzo cenne dane, gdyż zwiększają naszą pewność, iż aksjony nie występują w określonym zakresie energii, mówi Khatiwada. Analiza ubiegłorocznych danych wykazała, że masa aksjonów nie mieści się w przedziale od 2,66 milionowych do 3,33 milionowych elektronowolta. Dla porównania, masa elektronu to 511 000 elektronowoltów. Obecnie w ramach ADMX badany jest zakres mas powyżej 3,33 milionowych elektronowolta. Eksperyment nie tylko wyklucza kolejne zakresy występowania aksjonów, ale też staje się coraz bardziej czuły, gdyż jego operatorzy coraz lepiej potrafią odfiltrować zakłócenia tła. To dość surrealistyczne zbudować i uruchomić jedyny w swoim rodzaju eksperyment na świecie. Ale olbrzymią radość sprawia nam fakt, że wiele osób, od studentów po profesorów, korzysta z wyników naszych prac, cieszy się Khatiwada. W poprzedniej wersji ADMX, w której wykorzystywaliśmy wzmacniacze bazujące na tranzystorach, potrzebowalibyśmy setek lat by przeskanować częstotliwości, w którym mogą występować aksjony. Dzięki nowym nadprzewodzącym czujnikom możemy to zrobić w ciągu kilku lat, mówi Gianpaolo Carosi, rzecznik prasowy ADMS. Mamy odpowiednią czułość i szansą na odkrycie aksjonów. Nie potrzebujemy żadnej nowej technologii. Już nie potrzebujemy cudu. Potrzebujemy tylko czasu, dodaje profesor Leslie Rosenberg z University of Washington. « powrót do artykułu
  8. Nigdy bym się nie spodziewał, że w jakikolwiek sposób przyczynimy się do badania ciemnej materii. To niesamowite, stwierdził Alan Cummings, który od 1973 roku pracuje przy misji Voyager 1. Dane z Voyagera 1 wykluczyły właśnie jedną z hipotez dotyczących natury ciemnej materii. Hipoteza ta mówi, że ciemna materia może składać się z czarnych dziur. Czarne dziury powstają wskutek zapadnięcia się gwiazd. Jednak, jako że masa ciemnej materii jest 6-krotnie większa od materii widocznej, w dziejach wszechświata nie mogło być aż tyle gwiazd, które by utworzyły czarne dziury tworzące ciemną materię. Dlatego też, jak mówi wspomniana hipoteza, ciemna materia składa się z czarnych dziur, które powstały wskutek zapadania się fluktuacji w pierwotnej materii powstałej wskutek Wielkiego Wybuchu, jeszcze zanim pojawiły się pierwsze gwiazdy. Jak mówi kosmolog Bernard Carr z Queen Mary University of London, który pracuje nad tą hipotezą od 40 lat, obliczenia doprowadziły do wniosku, że takie pierwotne czarne dziury mogą mieć jedną z trzech mas. Albo ich masa wynosi od 1 do 10 mas Słońca, albo jedną miliardową mas Słońca, albo mniej niż jedną biliardową mas Słońca, czyli około 10 miliardów ton. Czarna dziura o najmniejszej ze wspomnianych mas miałaby średnicę jądra atomu. Jednak, jak zauważają autorzy najnowszych badań, Mathieu Boudaud i Marco Cirelli z Sorbony, najmniejsze z tych dziur emitowałyby promieniowanie (promieniowanie Hawkinga), które Voyager 1 powinien zarejestrować. Urządzenia na Ziemi go nie rejestrują, gdyż składa się ono z cząstek o niskiej energii, które są odbijane przez pole magnetyczne Słońca. Jednak tam, gdzie obecnie znajduje się Voyager 1 powinno być ono widoczne dla instrumentów sondy. Faktem jest, że od roku 2012, kiedy to Voyager 1 opuścił heliosferę, jego urządzenia rejestrują niewielki stały przepływ pozytonów i elektronów. Jeśli jednak nawet pochodzą one z niewielkich czarnych dziur, to dziur takich jest zbyt mało, by stanowiły więcej niż 1% ciemnej materii w Drodze mlecznej, wyliczyli Boudaud i Cirelli. Cummings stwierdza, że spektrum energetyczne tych cząstek wskazuje, że pochodzą one z innego źródła, jak np. wybuchów supernowych. Praca Boudauda i Cirellego wyklucza więc ze wspomnianej hipotezy czarne dziury o najmniejszej masie, przyznaje Carr. Uczony dodaje, że jego faworytami zawsze były czarne dziury o kilku masach Słońca. Voyager 1 nie jest w stanie ich zarejestrować. Są one bowiem na tyle zimne i masywne, że z ich istnieniem nie jest związana emisja elektronów i pozytonów. Mogą one emitować jedynie niezwykle słabe światło. « powrót do artykułu
  9. Międzynarodowa grupa badawcza opublikowała najobszerniejszą i najdokładniejszą mapę rozkładu ciemnej materii we wszechświecie. Mapę stworzono dzięki urządzeniu Hyper Suprime-Cam (HSC) znajdującemu się w japoński teleskopie Subaru na Hawajach. Jej powstanie było możliwe dzięki temu, że siła grawitacji zagina światło przechodzące w pobliżu dużych mas materii. Zjawisko to, zwane słabym soczewkowaniem grawitacyjnym, powoduje, że odległe galaktyki wydają się nieco zdeformowane. To zniekształcenie jest dla astronomów kopalnią informacji na temat rozkładu materii we wszechświecie. Dzięki HSC obliczono deformacje w obrazach około 10 miliona galaktyk. Teleskop Suberu pozwolił zajrzeć głębiej niż podczas wcześniejszych badań tego typu. Na przykład podczas Dark Energy Survey naukowcy mieli okazję oglądać większą część wszechświata i z podobną precyzją, jednak byli w stanie dokonać obliczeń tylko dla najbliższych obszarów wszechświata. HSC ma węższe ale za to głębsze pole widzenia. Naukowcy po utworzeniu mapy za pomocą HSC porównali ją z fluktuacjami przewidywanymi na podstawie obserwacji mikrofalowego promieniowania tła rejestrowanego przez satelitę Planck Europejskiej Agencji Kosmicznej. Pomiary z HSC dawały nieco inne wyniki, lecz były statystycznie spójne z danymi z Plancka. Fakt, że HSC i inne podobne pomiary pokazują, iż materia we wszechświecie jest słabiej zgrupowana, niż wynika to z pomiarów Planck każe zapytać czy ciemna energia zachowuje się tak, jak wynika ze stałej kosmologicznej Einsteina. Nasza mapa daje nam lepszy obraz tego, jak wiele jest ciemnej energii, mówi nam nieco o jej właściwościach i jak przyspiesza ona rozszerzanie się wszechświata. HSC to wspaniałe uzupełnienie innych badań. Połączenie danych z różnych projektów dostarcza nam potężnego narzędzia pozwalającego na zdobycie coraz więcej informacji o ciemnej materii i ciemnej energii, mówi Rachel Mandelbaum z Carnegie Mellon University. Dotychczas zebrano dane z pierwszego roku badań. Cały projekt ma potrwać pięć lat, co pozwoli na zebranie większej ilości danych na temat zachowania ciemnej energii, umożliwi lepsze zrozumienie ewolucji galaktyk i gromad galaktyk. « powrót do artykułu
  10. Tysiące czy miliony smartfonów mogłyby utworzyć największy detektor cząstek promieniowania kosmicznego, obejmujący całą planetę. Aby pomóc tworzyć taki detektor, wystarczy zainstalować na smartfonie bezpłatną aplikację CREDO Detector. Gdy z kosmosu nadlatuje cząstka promieniowania o energii rzędu największych z obserwowanych we Wszechświecie, inicjuje w ziemskiej atmosferze spektakularne zjawisko: gigantyczną kaskadę cząstek wtórnych, nazywaną wielkim pękiem atmosferycznym. Po dotarciu do Ziemi, wywołana pojedynczą cząstką kaskada może pokryć powierzchnię nawet dużej aglomeracji. Okazuje się, że takie cząstki może wykryć nawet zwykły smartfon... robiąc zdjęcie przy całkowicie zakrytym obiektywie. Wydaje się, że takie "nieudane" zdjęcie powinno być całkiem czarne. Jeśli jednak przez detektor kamery przejdzie cząstka (np. wtórnego promieniowania kosmicznego, ewentualnie cząstka promieniowania lokalnego), może pobudzić jego niektóre piksele. Na jednorodnie czarnym tle powinno się wtedy pojawić od kilku do kilkudziesięciu jaśniejszych pikseli, zlepionych w grupkę o mniej lub bardziej fantazyjnych kształtach. W ciągu doby można się spodziewać od jednej do nawet kilkuset detekcji. I właśnie takie nie do końca czarne zdjęcia zbierać będzie aplikacja CREDO Detector przygotowana przez polskich badaczy. O aplikacji poinformowali w przesłanym PAP komunikacie przedstawiciele Instytutu Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk (IFJ PAN). Jeśli aplikację CREDO Detector zainstalowałyby tysiące czy miliony użytkowników na całym świecie, CREDO stałby się największym w historii detektorem cząstek. CREDO Detector nie jest wprawdzie jedyną aplikacją do detekcji cząstek promieniowania kosmicznego czy radioaktywności lokalnej, jest to jednak pierwszy program tego typu z otwartym, dostępnym dla każdego kodem. Co więcej, CREDO Detector jest częścią globalnego przedsięwzięcia naukowego - Cosmic-Ray Extremely Distributed Observatory (CREDO), zainicjowanego i koordynowanego przez zespół naukowców z Instytutu Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk w Krakowie. Użytkownik, który choć na chwilę uruchomi detekcję cząstek w CREDO Detector, ma prawo do członkostwa w międzynarodowej kolaboracji CREDO oraz do podpisywania jej publikacji swoim nazwiskiem. Badania w ramach programu pomogą odpowiedzieć na intrygujące pytania takie jak: czy za niektóre choroby odpowiadają zjawiska astrofizyczne zachodzące miliony, a nawet miliardy lat świetlnych od Ziemi? Czy ciemna materia rzeczywiście istnieje? Jaka jest prawdziwa natura naszej czasoprzestrzeni – ciągła czy cyfrowa? Czy egzotyczne efekty kwantowej grawitacji można badać eksperymentalnie? Jeśli CREDO zdobędzie choćby umiarkowaną popularność, dane ze smartfonów rozproszonych na wszystkich kontynentach mają szansę zrewolucjonizować nie tylko fizykę teoretyczną, ale także dziedziny znacznie bliższe naszej codzienności - zauważa dr hab. Piotr Homola z IFH PAN. Stworzyliśmy CREDO z myślą o naukowej potrzebie zorganizowania globalnej infrastruktury, za której pomocą będzie można realizować nie jeden, lecz wiele wyspecjalizowanych eksperymentów. Pierwszy z nich, Quantum Gravity Previewer – czyli Podglądacz Kwantowej Grawitacji – został uruchomiony 17 maja. Spodziewamy się, że już jesienią tego roku zbierzemy ilość danych wystarczającą do przedstawienia pierwszych poważnych raportów naukowych. Na tym właśnie polega prawdziwe piękno naszego projektu: badamy tak egzotyczne obszary naszej rzeczywistości, że możemy się spodziewać nawet... niespodziewanego - mówi dr Homola. Aplikacja dostępna jest na telefony z systemem operacyjnym Android. Oprogramowanie projektu CREDO, w tym aplikacja CREDO Detector, będzie udostępnione dla każdego na licencji MIT, co oznacza, że może być rozwijane i używane w innych projektach naukowych, szkolnych, a nawet komercyjnych. « powrót do artykułu
  11. Dla astrofizyka galaktyki nie są jedynie zbiorami gwiazd. Znacznie bardziej interesujące jest to, czego nie widać. Ciemna materia, która wywiera wpływ grawitacyjny na otoczenie. Jest ona równie ważna dla galaktyk, jak gwiazdy i pył, co więcej, uważa się, że to właśnie dzięki niej powstają i rosną galaktyki. Znalezienie galaktyki bez ciemnej materii byłoby czymś zadziwiającym. Jednak właśnie o takim znalezisku poinformował właśnie na łamach Nature Pieter van Dokkum z Yale University i jego koledzy. Galaktyka NGC 1052-DF2 znajduje się w odległości około 65 milionów lat świetlnych od nas. Jej wielkość jest porównywana z wielkością Drogi Mlecznej, ale zawiera ona 100-krotnie mniej gwiazd. Przez to nie wygląda ona jak typowa galaktyka spiralna, a raczej jak grupa luźno połączonych gwiazd, pyłu i gazu. Gdyby zawierała ona tyle ciemnej materii, co inne galaktyki jej wielkości, jej wpływ grawitacyjny przyspieszałby ruch gromad gwiazd wokół galaktyki. Tymczasem zespół van Dokkuma odkrył, że te gromady poruszają się bardzo leniwie, co oznacza, że NGC 1052-DF2 zawiera bardzo mało ciemnej materii lub nie zawiera jej w ogóle. Nigdy wcześniej nie zaobserwowano takiego zjawiska. Jeśli rzeczywiście w tej galaktyce nie ma ciemnej materii, to rodzi się problem dla wszystkich teorii dotyczących formowania się galaktyk. Nawet jeśli jesteśmy zwolennikami zmodyfikowanej teorii grawitacji, to powinniśmy tam obserwować coś innego, niż w rzeczywistości się dzieje, mówi Erik Verlinde, fizyk teoretyczny z Uniwersytetu w Amsterdamie. W 2015 roku odkryto pierwszą ultra-rozproszoną galaktykę. Uznano, że tego typu formacje będą szczególnie przydatne do badania nad ciemną materią. Van Dokkum i jego koledzy zbudowali w Nowym Meksyku teleskop Dragonfly Telephoto Array, który służy do badania takich galaktyk. Początkowo wykorzystali go do badań nad galaktyką, która wydaje się posiadać niezwykle dużo ciemnej materii. Gdy van Dokkum wraz z zespołem odkryli galaktykę NGC 1052-DF2 spodziewali się tam napotkać podobne zjawisko. Znaleźliśmy zaś coś wręcz przeciwnego. Doszliśmy do wniosku, że tam w ogóle nie ma ciemnej materii. Tego się ani nie spodziewaliśmy, ani nie szukaliśmy. Trzeba jednak podążać za faktami, nawet jeśli są one przeciwieństwem tego, co widziało się wcześniej, mówi van Dokkum. Podczas badań naukowcy wykorzystali Dragonfly, Sloan Digital Skky SUrvey, Hubble'a, Keck Obserwatory i Gemini Obserwatory. Zidentyfikowali 10 gromad kulistych krążących wokół centrum galaktyki. Prędkość takich gromad wskazuje, jak masywna jest galaktyka. Okazało się, że gromady poruszają się znacznie wolniej niż się spodziewano. Gdy dane te skonfrontowano z masą widocznej materii NGC 1052-DF2 stało się jasne, że cały ruch gromad można wyjaśnić oddziaływaniem widocznej materii. Jeśli przyjmiemy, że pomiary zostały wykonane prawidłowo, musimy odwołać się do kilku istniejących teorii opisujących, jak galaktyki mogą powstawać bez udziału ciemnej materii. Wedle jednej z nich galaktyka mogła być do niedawna spokojną chmurą gazu i pojawienie się wokół niej nieodkrytej jeszcze galaktyki zaburzyło tę chmurę, powodując formowanie się gwiazd. Sam van Dokkum spekuluje, że NGC 1052-DF powstała z dwóch strumieni gazu, które się ze sobą zderzyły i uformowały się w nich z rzadka porozrzucane gwiazdy. Istnieją też teorie mówiące, że ciemna materia nie istnieje, a coś innego, jeszcze nieodkrytego, napędza ewolucję gwiazd i wywiera wpływ grawitacyjny na otoczenie. Pojawiła się też teoria mówiaca, że grawitacja to efekt uboczny fluktuacji kwantowych i ciemnej energii. Na razie NGC 1052-DF2 stanowi niezwykłą zagadkę dla astronomów. « powrót do artykułu
×
×
  • Create New...