Znajdź zawartość

CERN poinformował, że w bieżącym roku energia strumieni cząstek w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) zostanie zwiększona do 4 teraelektronowoltów (TeV). Będzie zatem o 0,5 TeV większa niż w latach 2010-2011. Ma to pomóc w zebraniu jak największej ilości danych przed wyłączeniem akceleratora na dłuższy czas. Cele, które naukowcy chcą osiągnąć w bieżącym roku to uzyskanie 15 odwrotnych femtobarnów w eksperymentach ATLAS i CMS. Odwrotny femtobarn oznacza liczbę interakcji cząsteczek na 1 femtobarn. Naukowcy mają zatem zamiar aż trzykrotnie zwiększyć ilość pozyskanych danych. Jeden odwrotny femtobarn to w praktyce około 70 bilionów zderzeń. Gdy rozpoczynaliśmy w 2010 roku prace z LHC zdecydowaliśmy się na pracę z wiązkami o najniższej bezpiecznej energii. Dwa lata pracy z wiązkami i wiele pomiarów wykonanych w 2011 roku upewniło nas, że możemy bezpiecznie podnieść poprzeczkę i rozpocząć bardziej ambitne eksperymenty, zanim na długi czas zamkniemy LHC - mówi Steve Myers dyrektor CERN ds. akceleratorów i technologii. Pod koniec bieżącego roku LHC zostanie zamknięty na około 20 miesięcy. Podczas tej przerwy Wielki Zderzacz Hadronów będzie przystosowywany do pracy z maksymalną przewidzianą mocą - 7 TeV na wiązkę. Urządzenie zostanie ponownie uruchomione pod koniec 2014 roku, a pełną moc osiągnie w roku 2015.

Uruchamiając Wielki Zderzacz Hadronów (Large Hadron Collider) w europejskim laboratorium CERN uczeni mieli głęboką nadzieję na nowe odkrycia. Doczekali się takiego wcześniej niż sądzili, zanim aparatura doszła do połowy zaplanowanej mocy. Wyniki zderzeń protonów z aparatu CMS dały zaskakujące wyniki, które naukowców wprawiły w takie zmieszanie, że pół-żartem mówią: te cząsteczki są w zmowie. Od kilku miesięcy przeprowadzane są kolizje proton - proton z najwyższymi dotąd używanymi energiami. Zderzające się z siłą siedmiu TeV (teraelektronowoltów) cząsteczki rozpryskują się na mniejsze cząsteczki, każde zderzenie pojedynczych protonów daje w efekcie ponad setkę różnych cząsteczek elementarnych, których pojawienie się i ucieczkę w losowych kierunkach rejestruje detektor CMS. Kiedy w połowie września Gunther Roland (z amerykańskiego MIT) oraz Guido Tonelli (University of Pisa i National Institute of Nuclear Physics we Włoszech) przeanalizowali dane z 350 tysięcy zderzeń, jakie przeprowadzono od marca do sierpnia odkryli, że część z rejestrowanych cząsteczek nie zachowuje się tak, jak powinna. Zamiast po pojawieniu się umykać w losowym kierunku, łączą się w pary („parują się"), biegnąc w dokładnie przeciwnych kierunkach. Zupełnie, jakby się umawiały - jak określili to badacze - i pozostawały w jakimś związku pomimo że osiągają prędkość bliską prędkości światła. Mimo że dotyczy to tylko kilku procent cząsteczek, odkrycie nie pasuje do istniejącego obrazu fizyki kwantowej. Przez jakiś czas szukano błędów w metodologii eksperymentów, które pozwoliłyby wyjaśnić anomalię w prosty sposób. Nie znaleziono takich, trzeba zatem stworzyć nowe hipotezy. Tonelli i Roland są pewni, że rozwiązania trzeba szukać na gruncie chromodynamiki kwantowej, czyli dziedziny fizyki zajmującej się potężnymi siłami działającymi w cząsteczkach subatomowych. Nie wiadomo jednak, jaki element chromodynamiki mógłby wyjaśnić ten fenomen. Próby wyjaśnienia anomalii podjął się teoretyk Larry McLerran (pracownik amerykańskiego Brookhaven National Laboratory w Upton). Uważa on, że przy odpowiednio olbrzymiej prędkości i energii zderzanych nukleonów wytwarza się nowy, ultragęsty stan materii, nazywany kondensatem kolorowego szkła (color glass condensate). „Kolorowego", ponieważ odnosi się do cząsteczek takich jak kwarki i gluony, których ładunki nazywa się kolorami. Zjawiskom w kondensacie kolorowego szkła towarzyszy ekstremalnie silne pole kolorowe - które można porównać do znanego nam pola elektrycznego lub magnetycznego. Podobnie jak rozpryskujące się w polu magnetycznym opiłki żelaza będą podążać wzdłuż linii pola, cząsteczki elementarne w detektorze CMS poruszają się wzdłuż linii pola kolorowego. Podobne wyjaśnienie McLerran proponował wcześniej dla zjawiska parowania się cząsteczej podczas zderzeń ciężkich jonów w aparaturze Relativistic Heavy Ion Collider w amerykańskim narodowym laboratorium w Brookhaven. Badania będą trwać, oczekuje się, że wraz ze zwiększaniem energii zderzeń zjawisko „zmowy cząsteczek", czyli łączenia się w pary będzie występować coraz częściej.

The Daily Princetonian, dziennik Princeton University, donosi, że studentka tej uczelni, Xiaohang Quan, w ramach swojej pracy magisterskiej odkryła błąd w Wielkim Zderzaczu Hadronów. Okazało się, że projektanci detektora CMS (Compact Muon Solenoid) popełnili pomyłkę, która powoduje, że urządzenie dwukrotnie rejestruje ślady strumieni cząstek, co prowadzi do nieprawidłowości w interpretacji wyników eksperymentów. Quan, która skupiła się w swojej pracy na kryteriach wyboru strumieni cząstek oraz na algorytmach używanych do analizy danych, odkryła niezgodność pomiędzy swoimi obliczeniami, a danymi eksperymentalnymi. Dalsza analiza wykazała błąd w CMS. Dzięki pracom Quan możliwe będzie skorygowanie algorytmów tak, by uzyskane wyniki były prawidłowe.