Znajdź zawartość

Podczas seminarium zorganizowanego w CERN-ie naukowcy pracujący przy projekcie NA62, w ramach którego badane są rzadkie rozpady kaonów, poinformowali o jednoznacznym potwierdzeniu rejestracji ultrarzadkiego rozpadu kaonu dodatniego do dodatnio naładowanego pionu i parę neutrino-antyneutrino. Uczeni z NA62 już wcześniej obserwowali sygnały, świadczące o zachodzeniu takiego procesu, jednak teraz, po raz pierwszy, pomiary zostały dokonane z poziomem ufności 5σ, od którego możemy mówić o dokonaniu odkrycia. Zaobserwowane zjawisko, które zapisujemy jako K+→π+νν, to jeden z najrzadziej obserwowanych rozpadów. Model Standardowy przewiduje, że w ten sposób rozpada się mniej niż 1 na 10 miliardów kaonów dodatnich. Ta obserwacja to moment kulminacyjny projektu, który rozpoczęliśmy ponad dekadę temu. Obserwowanie zjawisk naturalnych, których prawdopodobieństwo wynosi 10-11 jest zarówno fascynujące, jak i wymagające. Wielki wysiłek, jaki włożyliśmy w badania, w końcu zaowocował obserwacją, dla której projekt NA62 powstał, mówi Giuseppe Ruggiero, rzecznik projektu badawczego. Po co jednak fizycy wkładają tyle wysiłku w obserwacje tak rzadko zachodzącego procesu? Otóż modele teoretyczne sugerują, że rozpad K+→π+νν jest niezwykle wrażliwy na wszelkie odchylenia od Modelu Standardowego, jest zatem jednym z najbardziej interesujących procesów dla poszukiwań zjawisk fizycznych wykraczających poza Model Standardowy. Uzyskany obecnie wynik jest o około 50% większy, niż zakłada to MS, ale wciąż mieści się w granicach niepewności. Dzięki zebraniu kolejnych danych naukowcy z NA62 będą w stanie w ciągu kilku lat przeprowadzić testy rozpadu pod kątem występowania tam zjawisk, których Model Standardowy nie opisuje. Poszukiwanie nowej fizyki w tym rozpadzie wymaga zgromadzenia większej ilości danych. Nasze obecne osiągnięcie to duży krok naprzód. Stanowi ono fundament dla kolejnych badań, dodaje Karim Massri z NA62. Grupa NA62 uzyskuje kaony kierując intensywną wiązkę protonów z Super Proton Synchrotron w CERN-ie na stacjonarny cel. W wyniku zderzenia w każdej sekundzie powstaje około miliarda cząstek, które są rejestrowane przez detektory. Dodatnie kaony stanowią około 6% z tych cząstek. NA62 dokładnie określa sposób rozpadu tych kaonów, rejestrując wszystkie powstające wówczas cząstki, z wyjątkiem neutrin. Ich obecność jest dedukowana z brakującej energii. Dla obecnie opisanego odkrycia kluczowe były dane zebrane w roku 2021 i 2022, które zgromadzono po udoskonaleniu detektorów. Dzięki temu NA62 może pracować z wiązkami o 30% bardziej intensywnymi. W połączeniu z nowymi technikami analitycznymi, naukowcy są w stanie prowadzić analizy o 50% szybciej, niż wcześniej, a jednocześnie tłumić sygnały, które są podobne. Nasza praca polega na zidentyfikowaniu 1 na 10 miliardów rozpadu K+ i upewnieniu się, że nie był to żaden z pozostałych 9 999 999 999, dodaje kierownik projektu, Joel Swallow. « powrót do artykułu

Obliczenia przeprowadzone na Uniwersytecie w Bonn wskazują, że Model Standardowy powinien zostać poszerzony. Nie możemy być tego jeszcze całkowicie pewni. Nasze obliczenia powinny być nieco bardziej precyzyjne. Jeśli jednak uzyskane wyniki się potwierdzą, będzie to jedno z najważniejszych odkryć w fizyce cząstek w ostatnich latach, mówi główny autor badań Chien-Yeah Seng. Ich wyniki zostały właśnie opublikowane na łamach Physics Letters B. Obowiązujący od kilkudziesięciu lat Model Standardowy opisuje trzy z czterech oddziaływań podstawowych oraz wszystkie znane cząstki. To jedna z najważniejszych teorii fizyki. Oparł się licznym próbom podważenia i wielokrotnie został potwierdzony. Jest modelem świetnie opisującym wszechświat, a jednocześnie wiemy, że jest bardzo niekompletny. Nie opisuje grawitacji, ciemnej materii i ciemnej energii, nie uwzględnia masy neutrino. Bardzo często więc słyszymy o możliwym istnieniu „fizyki poza Modelem Standardowym”. Badania uczonych z Bonn stanowią kolejną – silną – wskazówkę, że fizyka taka istnieje. A naukowcy wywiedli ją z badań nad rozpadem kaonów. Kaony (mezony K) wchodzą w skład promieniowania kosmicznego. Są niestabilne, szybko dochodzi do ich rozpadu. W Modelu Standardowym rozpad ten opisywany jest za pomocą elementu Vus, a jego wartość można wyliczyć na podstawie eksperymentalnych danych. Problem jednak w tym, że dla różnych rodzajów rozpadu, wartość ta jest różna. To może wskazywać na istnienie zjawisk wykraczających poza Model Standardowy. Jednak nie możemy tego być pewni z trzech powodów. Po pierwsze, eksperymentalne pomiary mogą być błędne lub niedokładne. Po drugie, obliczenia dokonywane na ich podstawie mogą być niedokładne. Po trzecie zaś – Model Standardowy może się mylić co do kaonów. Obecnie uważa się, że pierwsza przyczyna problemów z wartością Vus nie wchodzi w rachubę. Potrafimy bowiem z coraz większą precyzją badać Vus, a kolejne eksperymenty dają takie same wyniki. Wciąż jednak nie wiemy, czy obliczenia Vus na podstawie Modelu Standardowego są prawidłowe. Dzieje się tak, gdyż możemy dokonywać tych obliczeń tylko z pewnym przybliżeniem i tylko za pomocą potężnych superkomputerów. W tej chwili nie dysponujemy maszynami, które pozwoliłyby na precyzyjne obliczenie Vus. Żeby uzyskać pewność, co do prawidłowości obliczeń Vus musielibyśmy zaangażować najpotężniejsze komputery na dziesiątki lat. To nie wchodzi w rachubę. Chcemy jednak wiedzieć, czy możemy wierzyć naszym obliczeniom Vus, bo tylko wtedy będziemy mogli stwierdzić, czy w Modelu Standardowym tkwi błąd, wyjaśnia Seng. Badacz wraz z kolegami z Bonn zaproponował nową metodę, która znakomicie skraca czas obliczeń. Podzieliliśmy obliczenia Vus na wiele małych fragmentów. Dzięki temu byliśmy w stanie obliczyć wartość Vus dla rozpadu kaonów znacznie szybciej i znacznie dokładniej niż wcześniej było to możliwe, stwierdza naukowiec. Z obliczeń wynika, że rzeczywiście istnieją rozbieżności w wartościach Vus liczonych na podstawie Modelu Standardowego. To zaś jest silną wskazówką, że na rozpad kaonów wpływ mają zjawiska, których Model Standardowy nie opisuje. Jednak, jak zaznaczono na wstępie, nie możemy być tego całkiem pewni, gdyż obliczenia Senga i jego zespołu wciąż nie są wystarczająco precyzyjne. « powrót do artykułu

Lodowce szelfowe mogą zniknąć błyskawicznie, czasami wystarczą minuty lub godziny, by się rozpadły. Proces ten jest napędzany przez wodę, która wdziera się w pęknięcia lodowca. Wiele z lodowców szelfowych znajduje się bezpośrednio przy wybrzeżach Antarktyki i stanowią fizyczną barierę zapobiegającą spływaniu ludowców z lądu do oceanu. Autorzy najnowszych badań, opublikowanych właśnie w Nature, twierdzą, że od 50 do 70 procent antarktycznych lodowców szelfowych jest zagrożonych rozpadem z powodu globalnego ocieplenia. Odkryliśmy, że tempo topnienia jest ważne, ale równie ważne jest to, gdzie to topnienie zachodzi mówi główna autorka najnowszych badań, Ching-Yao Lai z Columbia University. Największą zagadką jest to, kiedy lodowiec może się rozpaść, dodaje Christine Dow z kanadyjskiego University of Waterloo, która nie była zaangażowana w najnowsze badania. Niektóre z lodowców szelfowych pływają na otwartych wodach i nie mają wpływu na to, co dzieje się z lodowcami na lądzie. Jednak lodowce szelfowe znajdujące się np. w zatokach stanowią fizyczną barierę, która spowalnia spływanie do oceanu lodowców z lądu. W takim przypadku na lodowce szelfowe działają potężne siły. Z jednej strony są one poddawane naciskowi ze strony lodu spływającego z lądu, z drugiej strony napierają na ląd, z trzeciej zaś są rozciągane, gdy przemieszczają się na wodzie. W wyniku tych procesów na lodowcach szelfowych pojawiają się liczne pęknięcia. Jeśli nad taki lodowiec napłynie ciepłe powietrze i lodowiec zacznie się topić, pojawi się woda, która będzie wdzierała się w pęknięcia. Może ona błyskawicznie doprowadzić do rozpadu lodowca szelfowego. A w takim wypadku znika bariera między oceanem a lodowcem na lądzie, więc lodowiec może przyspieszyć spływanie do oceanu. Naukowcy spekulują, że ofiarą takiego procesu pękania i wdzierania się wody padł lodowiec szelfowy Larsen B, który w 2002 roku w ciągu zaledwie kilku tygodni stracił 3250 km2 powierzchni. Lai i jej zespół chcieli wiedzieć, które z lodowców szelfowych są najbardziej narażone na rozpad. Opracowali więc model maszynowego uczenia się, który był trenowany na zdjęciach lodowców z przeszłości. Celem treningu było nauczenie algorytmu rozpoznawania cech charakterystycznych prowadzących do rozpadu lodowców. Algorytm uczono na podstawie zdjęć satelitarnych lodowców szelfowych Larsen C i Jerzego VI. Następnie algorytm zaimplementowano do zdjęć całej Antarktyki. Na tej podstawie zidentyfikowali te pęknięcia, które – po uwzględnieniu nacisku wywieranego przez masy lodu oraz ruchy lodowca na wodzie – z największym prawdopodobieństwem będą się powiększały. Teraz uczonych czeka odpowiedź na pytanie, kiedy może dojść do rozpadu poszczególnych lodowców szelfowych. W tym celu naukowcy będą musieli połączyć swój model z modelami klimatycznymi oraz modelami opisującym spływanie lodowców z lądu. Na razie grupa Lai nie jest w stanie zakreślić ram czasowych, w których może dojść do masowego rozpadania się lodowców szelfowych. Jednak inna grupa naukowa już w 2015 roku stwierdziła, że stanie się to w perspektywie najbliższych dekad. « powrót do artykułu

Anomalie w rozpadzie radioaktywnym berylu-8 i helu-4 wskazują na istnienie nieznanej dotychczas siły natury. Do takich wniosków doszła grupa amerykańskich fizyków-teoretyków, którzy przeanalizowali dane z eksperymentów prowadzonych od pięciu lat przez fizyków jądrowych z Węgier. Wyniki badań dwóch różnych izotopów zgodnie wskazują na masę i siłę interakcji z hipotetycznym bozonem, który może być nośnikiem piątego rodzaju oddziaływań podstawowych. Zgodnie z Modelem Standardowym istnieją cztery rodzaje oddziaływań podstawowych: grawitacyjne, słabe, elektromagnetyczne oraz silne. Jednak teoretycy od dawna mówią o możliwym istnieniu cząstki będącej nośnikiem piątego rodzaju oddziaływań, zachodzących pomiędzy materią a antymaterią. Attila Krasznahorkay wraz ze swoim zespołem z węgierskiego Instytut Badań Jądrowych (ATOMKI) poszukiwał właśnie tej cząstki. W 2015 roku Węgrzy opublikowali, w dużej mierze zignorowany, artykuł, w którym opisywali swój eksperyment. Polegał on na bombardowaniu litu-7 protonami, by uzyskać w ten sposób jądra berylu-8. Naukowcy mierzyli kąty pomiędzy trajektorami każdego elektronu i pozytonu, do których emisji dochodziło, gdy rozpadał się niestabilny beryl-8. Zgodnie z Modelem Standardowym z czasem powinno dochodzić do zmniejszenia liczby par elektron-pozyton i zwiększania kąta pomiędzy ich trajektoriami. Jednak zespół Krasznahorkaya zauważył, że gdy kąty pomiędzy trajektoriami wynosiły około 140 stopni, dochodziło do nagłego wzrostu liczby emitowanych cząstek. Węgrzy uznali, że niewielka część berylu-8 rozpada się do nieznanej cząstki, której masa wynosi około 17 MeV/c2. Na pracę Węgrów zwrócono uwagę dopiero, gdy Jonathan Feng i jego koledzy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Irvine opublikowali analizę teoretyczną wyników grupy Krasznahorkaya. Amerykańscy teoretycy stwierdzili, że ta nieznana cząstka – jeśli istnieje – nie jest ciemnym fotonem, a czymś, co nazwali protofobowym bozonem cechowania. Ma to być bozon, który jest nośnikiem oddziaływań i łatwiej wchodzi w reakcje z elektronami i neutronami niż z protonami. Jednak taka hipoteza budziła wątpliwości innych fizyków, tym bardziej, że wyników uzyskanych przez Węgrów nie udało się nikomu powtórzyć. Krasznahorkay i jego zespół się nie poddali. Przez dwa lata przebudowywali swój detektor. Powtórzyli eksperymenty i potwierdzili wzrost liczby cząstek przy kącie trajektorii wynoszącym około 140 stopni. Co więcej, zauważyli kolejny taki skok. Tym razem pojawiał się on przy kącie 115 stopni podczas eksperymentów z helem-4. Co ważne, także w tym drugim przypadku obliczenia wskazały na istnienie nieznanej cząstki o masie około 17 MeV/c2. Artykuł na ten temat, opublikowany jesienią 2019 roku, spotkał się z olbrzymim zainteresowaniem. I tutaj znowu do pracy przystąpił Feng i jego koledzy. Amerykanie właśnie opublikowali wyniki swoich obliczeń. Feng oraz Chris Verhaaren i Tim Tait nie tylko sprawdzili, czy uzyskane na Węgrzech wyniki są zgodne, ale wyliczyli też, jaka była siła oddziaływań hipotetycznej cząstki. Amerykanie uznali, że w obu przypadkach rzeczywiście hipotetyczna cząstka oddziaływała z taką samą siłą. W szczególności stwierdzili, że jeśli danych z hipotetycznego protofobowego bozonu cechowania uzyskanego z eksperymentów z berylem-8 użyjemy do obliczenia właściwości hipotetycznej cząstki pojawiającej się w rozpadzie helu-4, to będą one zgodne z obserwacjami. Co więcej, Amerykanie uznali, że nie można uzyskać takiej zgodności za pomocą żadnego innego hipotetycznego nośnika oddziaływań. Jeśli użyjemy jakiejś innej hipotetycznej cząstki proponowanej dla wyjaśnienia tego, co widzimy w rozpadzie berylu-8, to dane takie o wiele rzędów wielkości nie będą się zgadzały z wynikami uzyskanymi w eksperymentach z helem. Mamy tutaj więc wyjątkową zgodność, mówi Feng. Amerykanie stwierdzają, że aby jednoznacznie rozstrzygnąć kwestię ewentualnego znalezienia cząstki będącej nośnikiem piątego rodzaju oddziaływań podstawowych, konieczne jest, by inne grupy uzyskały wyniki takie, jak Węgrzy. Zaproponowali też proste modyfikacje sposobu przeprowadzania eksperymentu, które pozwolą na zebranie dodatkowych informacji. Ponadto precyzyjnie wyliczyli, jakie wartości powinniśmy uzyskać przy analogicznych eksperymentach z węglem-12 i apelują do fizyków, by przeprowadzili eksperymenty z użyciem tego izotopu. Jeśli ich wyniki byłyby zgodne z naszymi teoretycznymi obliczeniami, byłoby to dowodem na odkrycie piątej siły natury, mówią. Specjaliści z MIT-u już rozpoczęli przygotowania do eksperymentów, w ramach których chcą bombardować tantal elektronami. Jeśli uzyskają zgodę i fundusze na badania to ostatecznych wyników powinniśmy spodziewać się w ciągu najbliższych lat. « powrót do artykułu

Największa na świecie swobodnie pływająca góra lodowa – A-68 – właśnie straciła kawałek swojego terytorium. Gigant o obecnej powierzchni około 5100 km2 oderwał się od Antarktyki w lipcu 2017 roku. Właśnie odłamał się od niego kawałek o powierzchni około 175 km2. Góra płynie obecnie na północ od Półwyspu Antarktycznego. Dotarła do cieplejszych wód, które niosą ją w kierunku południowego Atlantyku. Profesor Adrian Luckman, który śledzi A-68, uważa, że możemy być właśnie świadkami początku końca góry. Jestem zaskoczony, że coś tak cienkiego i delikatnego przetrwało tak długo na otwartym oceanie, mówi uczony. Sądzę, że właśnie rozpoczął się rozpad A-68, ale jej fragmenty pozostaną z nami przez całe lata, dodaje. Gdy góra oddzieliła się od Antarktyki w 2017 roku miała powierzchnię niemal 6000 km2, a jej średnia grubość wynosiła zaledwie 190 metrów. Jej wycielenie się stało się okazją do przeprowadzenia unikatowych badań dna morskiego. Przez wiele miesięcy wydawała się zakotwiczona do dna. Nie przesuwała się zbytnio. W końcu zaczęła przyspieszać i przesuwać się na północ. W końcu wypłynęła poza Morze Weddella. To ważne wydarzenie, gdyż została wystawiona na działanie znacznie silniejszych prądów morskich i fal. Obecnie góra mija Orkady Południowe, a prądy morskie powinny ją przesunąć w kierunku Georgii Południowej. Nikt nie jest w stanie powiedzieć, jak szybko góra będzie się rozpadała. Niewątpliwie jednak jej fragmenty będą przez lata krązyły po oceanie. « powrót do artykułu