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

Nie możemy bezpośrednio obserwować wczesnego wszechświata, ale być może będziemy w stanie obserwować go pośrednio, badając, w jaki sposób fale grawitacyjne z tamtej epoki wpłynęły na materię i promieniowanie, które obecnie widzimy, mówi Deepen Garg, student z Princeton Plama Physics Laboratory. Garg i jego promotor Ilya Dodin zaadaptowali do badań wszechświata technikę ze swoich badań nad fuzją jądrową. Naukowcy badali, w jaki sposób fale elektromagnetyczne rozprzestrzeniają się przez plazmę obecną w reaktorach fuzyjnych. Okazało się, że proces ten bardzo przypomina sposób rozprzestrzeniania się fal grawitacyjnych. Postanowili więc wykorzystać te podobieństwa. Fale grawitacyjne, przewidziane przez Alberta Einsteina w 1916 roku, zostały wykryte w 2015 roku przez obserwatorium LIGO. To zaburzenia czasoprzestrzeni wywołane ruchem bardzo gęstych obiektów. Fale te przemieszczają się z prędkością światła. Garg i Dodin, wykorzystując swoje spostrzeżenia z badań nad falą elektromagnetyczną w plazmie, opracowali wzory za pomocą których – jak mają nadzieję – uda się odczytać właściwości odległych gwiazd. W falach grawitacyjnych mogą być „zapisane” np. o gęstości materii, przez którą przeszły. Być może nawet uda się w ten sposób zdobyć dodatkowe informacje o zderzeniach gwiazd neutronowych i czarnych dziur. To miał być prosty, krótki, sześciomiesięczny program badawczy dla mojego studenta. Gdy jednak zaczęliśmy zagłębiać się w problem, okazało się, że niewiele o nim wiadomo i można na tym przykładzie wykonać pewne podstawowe prace teoretyczne, przyznaje Dodin. Naukowcy chcą w niedługiej przyszłości wykorzystać swoje wzory w praktyce. Zastrzegają, że uzyskanie znaczących wyników będzie wymagało sporo pracy. « 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

Ludzie, Ziemia czy gwiazdy pojawili się dlatego, że w pierwszej sekundy istnienia wszechświata wytwarzane było więcej materii niż antymaterii. Ta asymetria była niezwykle mała. Na każde 10 miliardów cząstek antymaterii pojawiało się 10 miliardów + 1 cząstka materii. Ta minimalna nierównowaga doprowadziła do stworzenia materialnego wszechświata, a fenomenu tego współczesna fizyka nie potrafi wyjaśnić. Z teorii wynika bowiem, że powinna powstać dokładnie taka sama liczba cząstek materii i antymaterii. Grupa fizyków-teoretyków stwierdziła właśnie, że nie można wykluczyć, iż w naszych możliwościach leży wykrycie nietopologicznych solitonów Q-balls, a ich wykrycie pozwoliłoby odpowiedzieć na pytanie, dlaczego po Wielkim Wybuchu pojawiło się więcej materii niż antymaterii. Obecnie fizycy uważają, że asymetria materii i antymaterii pojawiła się w pierwszej sekundzie po Wielkim Wybuchu, a w jej czasie rodzący się wszechświat gwałtownie zwiększył swoje wymiary. Jednak przetestowanie teorii o inflacji kosmologicznej jest niezwykle trudne. Żeby ją sprawdzić musielibyśmy wykorzystać olbrzymie akceleratory cząstek i dostarczyć im więcej energii, niż jesteśmy w stanie wyprodukować. Jednak amerykańsko-japoński zespół naukowy, w skład którego wchodzą m.in. specjaliści z japońskiego Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU) i Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles (UCLA) uważają, że do przetestowania tej teorii można wykorzystać nietopologiczne solitony Q-ball. Jedna z teorii dotyczących nierównowagi materii i antymaterii mówi bowiem, że pojawiła się ona w wyniku złożonego procesu tzw. bariogenezy Afflecka-Dine'a. To w jej przebiegu miały pojawić się Q-balle. Profesor Graham White, główny autor badań z Kavli IPMU wyjaśnia, czym jest Q-ball. Mówi, że jest bozonem, jak bozon Higgsa. Bozon Higgsa pojawia się, gdy pole Higgsa zostaje wzbudzone. Jednak w polu Higgsa mogą pojawiać się też inne elementy, jak grudki. Jeśli mamy pole bardzo podobne do pola Higgsa, które ma pewien ładunek, nie ładunek elektryczny, ale jakiś ładunek, wówczas taka grudka ma ładunek taki, jak jedna cząstka. Jako, że ładunek nie może po prostu zniknąć, całe pole musi „zdecydować” czy tworzy grudki czy cząstki. Jeśli utworzenie grudek będzie wymagało mniej energii, będą powstawały grudki. Łączące się ze sobą grudki stworzą Q-ball, mówi. Często mówimy, że takie Q-balle istnieją przez jakiś czas. W miarę rozszerzania się wszechświata zanikają one wolniej niż promieniowanie tła, w końcu większość energii wszechświata skupia się w Q-ballach. W międzyczasie pojawiają się niewielkie fluktuacje w gęstości promieniowania, które skupiają się tam, gdzie dominują Q-balle. Gdy zaś Q-ball się rozpada, jest to zjawisko tak gwałtowne, że pojawiają się fale grawitacyjne. Możemy je wykryć w nadchodzących dekadach. Piękno poszukiwań fal grawitacyjnych polega na tym, że wszechświat jest całkowicie dla nich przezroczysty, wędrują więc do jego początku, mówi White. Zdaniem teoretyków, generowane przez znikające Q-balle fale mają odpowiednie charakterystyki, by można je było zarejestrować za pomocą standardowych wykrywaczy fal grawitacyjnych. Szczegóły badań zostały opublikowane w serwisie arXiv. « powrót do artykułu

W Instytucie Fizyki Uniwersytetu Jagiellońskiego powstał pierwszy na świecie tomograf, który pozwala na uzyskanie trójfotonowego obrazu PET. Urządzenie J-PET autorstwa profesora Pawła Moskala i jego zespołu znacząco różni się od tradycyjnych tomografów PET, generujących obraz w oparciu o dwa fotony. Nowatorska technika obrazowania nie tylko pozwoli na lepsze diagnozowanie nowotworów, ale umożliwi też badanie symetrii pomiędzy materią a antymaterią. Tomograf powstał w ramach projektu Jagielloński PET (J-PET). Wykorzystuje on znaną technikę obrazowania metodą pozytonowej tomografii emisyjnej. Podczas tej techniki wyznaczany jest przestrzenny rozkład atomów pozytonium, czyli stanów związanych elektronu i pozytonu, które powstają w ciele pacjenta w czasie badania PET. Zespół profesora Moskala z UJ oraz ich współpracownicy z Uniwersytetu Marii Curie-Skłodowskiej w Lublinie,  Narodowego Centrum Badań Jądrowych, Uniwersytetu w wiedniu i włoskiego Narodowego Instytutu Fizyki Jądrowej, jako pierwszy pokazał, w jaki sposób zrekonstruować rozpad pozytonium na trzy fotony. Możliwość rekonstrukcji takiego właśnie rozpadu pozytonium pozwala na opracowanie niekonwencjonalnych sposobów obrazowania PET. Umożliwia również prowadzenie badań podstawowych. Profesor Moskal i jego grupa opublikowali na łamach Nature Communications artykuł, w którym opisali test symetrii względem połączenia odwrócenia ładunku (C), odbicia przestrzennego (P) i odwrócenia w czasie (T) w układach leptonowych. To tzw. test symetrii CPT. Dzięki wykorzystaniu J-PET osiągnęli niespotykaną dotychczas precyzję (10-4) takich badań przeprowadzonych za pomocą pozytonium. Projekt Jagielloński PET ma na celu stworzenie urządzenia, które pozwoli na jednoczesne obrazowanie całego ciała. Naukowcy chcą, by służyło ono zarówno do lokalizowania nowotworów, jak i określania stopnia ich złośliwości, badania rozprowadzania leków i ich metabolizmu. W skład zespołu pracującego nad nowatorskim rozwiązaniem wchodzą lekarze, biolodzy, chemicy, fizycy, elektronicy i informatycy. Urządzenie budowane jest w oparciu o technologię stworzoną na Uniwersytecie Jagiellońskim. Jednocześnie na uczelni powstaje Centrum Teranostyki. To termin stworzony z połączenia słów terapia i diagnostyka. Centrum będzie zajmowało się opracowywaniem rozwiązań technologicznych pozwalających na jednoczesne wykrywanie i leczenie chorób. « powrót do artykułu

Kosmologowie od dawna mają problem z jedną z podstawowych wartości opisujących wszechświat – tempem jego rozszerzania się. Różne pomiary przynoszą bowiem różne wartości. Teraz coraz wyraźniej widać kolejne pęknięcie w standardowym modelu kosmologicznym. Niedawno grupa naukowców wykazała, że wszechświat jest niespodziewanie rzadki. Materia nie gromadzi się w nim tak, jak się spodziewano. Podobne sygnały pojawiały się już wcześniej, tym razem jednak mamy do czynienia z najbardziej szczegółową analizą danych zbieranych przez 7 lat. Dane są na tyle wiarygodne, że niektórzy specjaliści zastanawiają się, czy nie wpadliśmy na trop czegoś nieznanego. Mamy już ciemną materię i ciemną energię. Mam nadzieję, że do wyjaśnień nie potrzebujemy kolejnej ciemnej rzeczy, mówi Michael Hudson, kosmolog z University of Waterloo, który nie był zaangażowany w najnowsze badania. Autorzy najnowszych badań, skupieni wokół inicjatywy Kilo-Degree Survey (KiDS), obserwowali około 31 milionów galaktyk, położonych w promieniu do 10 miliardów lat świetlnych od Ziemi. Na podstawie tych obserwacji wyliczyli średni rozkład niewidocznego gazu i ciemnej materii we wszechświecie. Odkryli, że jest jej niemal o 10% mniej niż przewiduje jeden z najpowszechniej uznawanych modeli kosmologicznych, Model Lambda-CDM. W ciągu ostatnich ośmiu lat pojawiło się kilkanaście badań, których autorzy – korzystając z różnych technik – dochodzili do wniosku, że materia nie gromadzi się zgodnie z przewidywaniami. Rozpatrywane osobno badania te nie mają większego znaczenia. Rozważane w nich kwestie są tak trudne do zbadania, że łato mogło dojść do pomyłek. Jednak coraz częściej pojawiają się głosy, że to nie statystycznie dopuszczalne niedoskonałości w badaniach, ale reguła. Gdy w wielu różnych zestawach danych zaczynasz dostrzegać tę samą rzecz, musisz wziąć pod uwagę, że coś w tym jest, stwierdza Hudson. Naukowcy muszą teraz pogodzić dwie sprzeczne ze sobą rzeczy. Z jednej strony, by określić tempo rozszerzania się wszechświata – w wiele wskazuje na to, że jest ono większe, niż sądzono – muszą znaleźć dodatkowy element, który go napędza. Z drugiej jednak strony skoro materia nie gromadzi się razem tak, jak przypuszczano, do siły na nią oddziałujące są słabsze, a nie mocniejsze, jak wymagałoby tego wyjaśnienie tempa rozszerzania się wszechświata. Julien Lesgourgues, kosmolog-teoretyk z Uniwersytetu Aachen mówi, że znalezienie satysfakcjonującego wyjaśnienia obu tych zjawisk będzie koszmarem. Podejmowane są pewne próby wyjaśnień wspomnianych zjawisk. Przyspieszenie ekspansji wszechświata można by wyjaśnić „ciemnym promieniowaniem”. Jednak trzeba by je zbilansować dodatkową materią, która by się grupowała. Aby osiągnąć obserwowane mniejsze grupowanie się, trzeba by wprowadzić dodatkowy element, który to uniemożliwia. Tutaj pojawia się próba wyjaśnienia w postaci zamiany ciemnej materii – która powoduje grupowanie się materii – w ciemną energię, powodującą jej oddalanie się od siebie. Można też przyjąć, że Ziemia znajduje się w jakimś wielkim bąblu rozrzedzonej materii, co zaburza nasze obserwacje. Lub też uznać, że szybkie tempo rozszerzania się wszechświata i mniejsze grupowanie się materii nie są ze sobą powiązane. Nie widzę obecnie żadnego satysfakcjonującego wyjaśnienia. Jeśli jednak byłbym teoretykiem byłbym bardzo podekscytowany, mówi Hudson. Wciąż też istnieje prawdopodobieństwo, że oba omawiane zjawiska lub przynajmniej jedno z nich, w rzeczywistości nie mają miejsca. Jednak by to stwierdzić, trzeba poczekać na inne dane. KiDS to jeden z trzech dużych projektów badawczych. Inne to międzynarodowy Dark Energy Survey prowadzony w Chile i japoński Hyper Suprime-Cam. W ramach każdego z nich skanowany jest inny fragment nieboskłonu na inną głębokość. W czasie ostatniej kampanii Dark Energy Survey przeskanowano obszar 5-krotnie większy niż badał KiDS. Wyniki powinny ukazać się w ciągu najbliższych miesięcy. Wszyscy na nie czekają. To kolejna wielka rzecz w kosmologii, mówi Daniel Scolnic, kosmolog z Duke University, który specjalizuje się w badaniu tempa rozszerzania się wszechświata. « powrót do artykułu

Pierwsze badania spektroskopowe monofluorku radu wskazują, że molekuła ta może zostać wykorzystana do bardzo precyzyjnych testów Modelu Standardowego. Autorzy badań – fizycy z CERN-u oraz laboratorium ISOLDE – twierdzą, że mogą one doprowadzić do ustalenia nowego górnego limitu elektrycznego momentu dipolowego elektronu, a to zaś może pozwolić w wyjaśnieniu, dlaczego we wszechświecie jest więcej materii niż antymaterii. Spektroskopia atomowa i molekularna umożliwia przeprowadzenie niezwykle precyzyjnych pomiarów niektórych podstawowych właściwości elektronów i jąder atomowych. Takie pomiary pozwalają na stwierdzenie, czy dana cząstka pasuje do Modelu standardowego. Monofluorek radu to niezwykle interesująca molekuła, gdyż w niektórych jej wersjach izotopowych jądro radu jest bardzo niesymetryczne. Rozkład masy w nim ma kształt gruszki. Ta właściwość oraz sama wysoka masa radu oznaczają, że świetnie się nadaje do badania właściwości elektronów, w tym ich elektrycznego momentu dipolowego. Wiemy, że elektron posiada magnetyczny moment dipolowy, będący wynikiem posiadania spinu. W najprostszej wersji Modelu Standardowego parzystość T, czyli parzystość operacji odwrócenia czasu, zakazuje elektronom jednoczesnego posiadania elektrycznego momentu dipolowego. Jednak bardziej złożone wersje Modelu Standardowego dopuszczają, że elektrony posiadają elektryczny moment dipolowy, jednak jego wartość jest niezwykle mała. Jeśli udałoby się wykazać, że wartość ta jest znacząco większa od zakładanej, wskazywałoby to na istnienie fizyki poza Modelem Standardowym oraz oznaczałoby poważne złamanie symetrii we wczesnym wszechświecie, dzięki temu zaś moglibyśmy zrozumieć, dlaczego materii jest więcej niż antymaterii. Podczas najnowszych badań wykazano, że molekuły monofluorku radu można za pomocą lasera schłodzić do temperatur nieco tylko wyższych od zera absolutnego. A skoro tak, to można też dokonać niezwykle precyzyjnych pomiarów ich właściwości. Dlatego też ISOLDE, CERN i MIT już nawiązały współpracę, której celem jest precyzyjne określenie elektrycznego momentu dipolowego elektronów. Chcemy jeszcze bardziej zmniejszyć różnicę pomiędzy najbardziej precyzyjnymi pomiarami, a teoretycznie przewidywaną wartością momentu dipolowego. Wartość przewidywana przez Model Standardowy jest niezwykle mała i poza obecnym zasięgiem pomiarów. Doprecyzowując ją możemy przetestować teorie przewidujące znacznie wyższą wartość, mówi Gerda Neyens, z Uniwersytetu Katolickiego w Leuven, która stoi na czele laboratorium ISOLDE. « powrót do artykułu

Fizyk z Uniwersytetu w Genewie zaproponował rozwiązanie poważnego kryzysu, trapiącego kosmologię. Kryzysowi temu na imię stała Hubble'a. To jedna z podstawowych stałych kosmologicznych. Opisuje ona tempo rozszerzania się wszechświata. Problem w tym, że dotychczasowe obliczenia i badania dają co najmniej dwa różne, zbyt różne, wyniki. Profesor Lucas Lombriser twierdzi, że wie, skąd bierze się ta różnica. Stałą Hubbla wyznacza się za pomocą dwóch głównych metod. Pierwsza, pomiary promieniowania mikrofalowego tła, wskazuje, że wszechświat rozszerza się z prędkością 64,4 km/s/Mpc, czyli, że na każdy megaparsek (3,26 miliona lat świetlnych) tempo rozszerzania się wszechświata rośnie o 64,4 km/s. Jednak obliczenia z wykorzystaniem cefeid, zmiennych gwiazd pulsujących, dają wartość 73,4 km/s/Mpc. Różnica jest tak duża, że obliczeń tych nie da się pogodzić. W miarę upływu lat te dwie wartości były wyznaczane coraz bardziej precyzyjnie, ale różnica między nimi pozostawała. To doprowadziło do sporu naukowego. Pojawiły się głosy, że mamy do czynienia z „nową fizyką”. Lombriser wysunął jednak hipotezę, która nie wymaga odwoływania się do „nowej fizyki”. Zdaniem uczonego, należy przyjąć wszechświat nie jest homogeniczny. Oczywiście takie założenie jest prawdziwe, jednak w dość niewielkich skalach. Nie ma wątpliwości, że w galaktykach i poza nimi materia rozłożona jest inaczej. Jednak trudno wyobrazić sobie różnice w skalach tysiąckrotnie większych niż galaktyki. Jeśli znajdowalibyśmy się w gigantycznym „bąblu”, w którym gęstość materii jest znacząco mniejsza niż gęstość materii we wszechświecie, miałoby to konsekwencje dla odległości do supernowych i dla określenia stałej Hubble'a, mówi Lombriser. Naukowiec zaproponował hipotezę, że Droga Mleczna i tysiące innych galaktyk poruszają się w bąblu o średnicy 250 milionów lat świetlnych, w którym gęstość materii jest o 50% niższa niż w reszcie wszechświata. Jeśli w takim bąblu znajdują się obiekty, z galaktyk których używamy do wyznaczania stałej Hubble'a, to po przeprowadzeniu obliczeń okazuje się, że uzyskane wyniki w wysokim stopniu zgadzają się z obliczeniami, w których uwzględniane jest mikrofalowe promieniowanie tła. Prawdopodobieństwo, że istnieje tego typu fluktuacja [wspomniany bąbel – red.] wynosi między 1/20 a 1/5, co oznacza, że to nie jest tylko fantazja teoretyka. We wszechświecie istnieje wiele takich regionów jak nasz, mówi Lombriser. « powrót do artykułu

Naukowcy z CERN-u wykorzystali zaawansowane techniki spektroskopii laserowej do zbadania, po raz pierwszy w historii, struktury subtelnej antywodoru. Okazało się, że przesunięcie Lamba – niewielkie rozbieżności między obserwowanymi poziomami energetycznymi, a przewidywaniami równania Diraca – jest tutaj takie samo jak w przypadku wodoru. Fakt że w kosmosie wydaje się istnieć bardzo niewiele antymaterii od dawna niepokoi fizyków. Tworzenie i badania atomów antymaterii to jeden ze sposobów na poznanie przyczyn tej asymetrii. Szczególnym zainteresowaniem cieszy się tutaj badanie anomalii w spektrach antyatomów i porównywanie ich ze spektrami atomów, za pomocą którego możemy odkryć i wyjaśnić naruszenie symetrii CPT. ALPHA tworzy atomy antywodoru łącząc antyprotony dostarczane przez Antiproton Decelerator z antyalektronami. Następnie całość umieszcza w pułapce magnetycznej w próżni, dzięki czemu antywodór nie wchodzi w reakcję z materią i nie ulega anihilacji. Na atomy antywodoru kierowane jest następnie światło lasera, za pomocą którego dokonywane są pomiary. Na łamach Nature opisano najnowszy eksperyment, podczas którego uczeni z ALPHA badali strukturę subtelną antywodoru znajdującego się w pierwszym stanie wzbudzonym. Pomiary wykonano za pomocą setek antyatomów, które wytwarzano w grupach po około 20 średnio co 4 minuty. Antyatomy były przez dwa dni przechowywane w pułapce magnetycznej. Następnie za pomocą krótkich impulsów światła ultrafioletowego poziom wzbudzenia był zmieniany ze stanu podstawowego do 2P1/2 lub 2P3/2. Gdy antyatomy wracały do stanu 1S niektóre z nich uciekały z pułapki i ulegały anihilacji z atomami z jej ścianek. W ten sposób naukowcy byli w stanie określić różnice pomiędzy oboma stanami 2P, a stanem 1S. Pomiarów z dokładnością 16 części na miliard. Okazało się, że rozszczepienie struktury subtelnej atomów wodoru i antywodoru jest takie samo. Niepewność obliczeń nie przekracza tutaj 2%. Również badania przesunięcia Lamba wykazały wysoką zgodność pomiędzy atomami wodoru i antywodoru. Tutaj różnice nie przekraczają 11%. Randolf Pohl z Uniwersytetu w Moguncji mówi, że zespół ALPHA osiągnął spektakularny sukces w dziedzinie spektroskopii laserowej antywodoru. Szczególnie ważnym osiągnięciem jest zmniejszenie niepewności pomiaru przesunięcia Lamba do mniej niż 1/10000. Dalsze uściślenie pomiarów powinno pozwolić na zbadanie czy rzeczywiście dochodzi do naruszenia symetrii CPT. Stwierdzenie, że pomiędzy tymi dwiema formami materii nie ma żadnej różnicy, może wstrząsnąć podstawami fizyki opartej na Modelu Standardowym. Nasze nowe pomiary dotyczą pewnych aspektów związanych z interakcją antymaterii, takich jak przesunięcie Lamba, które od dawna chcemy badać, mówi Jeffrey Hangst, rzecznik prasowy grupy ALPHA. W następnym etapie naszych badań chcemy wykorzystać najnowocześniejszą technikę do schłodzenia dużych ilości antywodoru. Tego typu techniki umożliwią niezwykle precyzyjne porównanie materii i antymaterii, dodaje. « powrót do artykułu

W LHCb zaobserwowano, po raz pierwszy w historii, naruszenie symetrii CP podczas rozpadu mezonu D0. To historyczne wydarzenie, które z pewnością trafi do podręczników fizyki. To krok milowy fizyki cząstek. Od czasu odkrycia przed ponad 40 laty mezonu D fizycy podejrzewali, że naruszenie symetrii CP zachodzi również w tym systemie. Jednak dopiero teraz, po analizie wszystkich danych, jakie udało się zebrać w LHCb możemy potwierdzić, że zaobserwowaliśmy to zjawisko, mówi Eckhard Elsen, dyrektor ds. badań i obliczeń w CERN. Symetria ładunkowo-przestrzenna CP to termin, który oznacza, że każda cząstka elementarna ma swój odpowiednik, czyli antycząstkę. Są one pod wieloma względami identyczne, różnią się za to ładunkami elektrycznymi oraz liczbami kwantowymi. Wiadomo jednak, gdy w grę wchodzą oddziaływania słabe, symetria w niektórych cząstkach nie jest zachowana. Dochodzi do naruszeń symetrii CP. Zjawisko to po raz pierwszy zaobserwowano w latach 60. ubiegłego roku w Brookhaven Laboratory podczas rozpadu neutralnych kaonów. W 1980 roku autorzy odkrycia, James Watson Cronin i Val Logsdon Fitch, otrzymali za nie Nagrodę Nobla z fizyki. Później w 2001 roku badania nad naruszeniem symetrii CP w mezonie B przeprowadził zespół z USA i Japonii. Ponownie skończyło się to Nagrodą Nobla, którą w 2008 roku otrzymali Makoto Kobayashi, Toshihide Masakawa i Yoichiro Nambu. Naruszenie symetrii CP to jeden z podstawowych procesów zachodzących we wszechświecie. To dzięki niemu rozpoczął się proces, który po Wielkim Wybuchu doprowadził do pojawienia się przewagi materii nad antymaterią. Jednak rozmiary obecnie obserwowanych naruszeń w Modelu Standardowym są zbyt małe, by wyjaśnić istniejącą nierównowagę pomiędzy materią a antymaterią. To zaś sugeruje, że istnieją dodatkowe, nieznane jeszcze, źródła naruszeń CP. Mezon D0 składa się z kwarka powabnego i antykwarka górnego. Dotychczas naruszenia symetrii CP były obserwowane wyłącznie w cząstkach zawierających kwark dziwny lub kwark niski. Dotychczasowe obserwacje potwierdzały wzorzec naruszeń symetrii CP opisany w Modelu Standardowym za pomocą macierzy Cabibbo-Kobayashiego-Masakawy (macierz CKM). Opisuje ona, jakie przemiany zachodzą w kwarkach wskutek oddziaływań słabych. Jednym z największych zadań współczesnej fizyki cząstek jest uzupełnianie macierzy. Odkrycie, że naruszenie symetrii CP zachodzi też w mezonach D0 to pierwszy dowód na przemiany w kwarku powabnym. Najnowszego odkrycia dokonano analizując pełny zestaw danych uzyskanych w LHCb w latach 2011–2018 pochodzących z rozpadów mezonu D0 i jego antycząstki, antymezonu D0. Znaczenie statystyczne odkrycia wynosi 5,3, czyli przekracza próg sigma 5, wyznaczający pewność dokonanego odkrycia. « powrót do artykułu

Włosko-amerykańskiemu zespołowi naukowemu udało się odnaleźć ostatni we wszechświecie rezerwuar zaginionej materii. Tej materii, która jest widoczna i jest złożona z barionów. Dotychczas astrofizycy potrafili zlokalizować około 2/3 materii stworzonej podczas Wielkiego Wybuchu. Teraz międzynarodowy zespół naukowy stwierdził, że reszta znajduje się pomiędzy galaktykami, w postaci gazu o temperaturze około miliona stopni Celsjusza. Odkrycie jest bardzo ważne dla astrofizyki. Jednym z kluczowych elementów pozwalających na przetestowanie teorii Wielkiego Wybuchu jest dokonanie dokładnego spisu barionów helu, wodoru i wszystkich innych pierwiastków, wyjaśnia współautor badań Michael Shull. Obecnie wiemy, że około 10% materii tworzy galaktyki, a około 60% znajduje się w chmurach gazu pomiędzy nimi. W 2012 roku Shull i jego zespół postawili hipotezę, że brakujące 30% barionów ulokowało się w ciepłym ośrodku międzygalaktycznym (WHIM, Warm-Hot Intergalactic Medium). W celu potwierdzenia hipotezy naukowcy zaczęli satelitarne obserwacje kwazara 1ES 1553. To bardzo jasno świecąca czarna dziura. Obserwując tego typu struktury, można określić, jak promieniowania rozchodzi się w kosmosie. Dzięki teleskopom Hubble'a i XMM-Newton odkryto sygnatury wysoce zjonizowanego tlenu leżącego pomiędzy kwazarem an Układem Słonecznym. Jego gęstość jest wystarczająca, by – po ekstrapolacji na cały wszechświat – można było powiedzieć o odnalezieniu brakujących 30% materii. « powrót do artykułu