Znajdź zawartość

W Fermi National Accelerator Laboratory (Fermi Lab), jednej z najbardziej zasłużonych instytucji dla rozwoju fizyki cząstek, trwa właśnie budowa ostatniego z wielkich detektorów, który ma badać neutrino i szukać dowodów na istnienie fizyki poza Modelem Standardowym. Zespół detektorów powstaje w ramach Short-Baselina Neutrino Program. Projekt składa się ze źródła neutrin i trzech detektorów ustawionych w linii prostej. Short-Baseline Near Detector (SBND), którego budowa właśnie się rozpoczęła, znajdzie się 110 metrów za obszarem, w którym strumień protonów będzie uderzał w cel, generując strumień neutrin mionowych. W odległości 360 metrów za SBND znajduje się MicroBooNE. Urządzenie to rozpoczęło pracę już w 2015 roku. Za MicroBooNE, w odległości 130 metrów, stoi zaś ICARUS, który rozpocznie pracę jeszcze tej jesieni. Podróżujące przez przestrzeń neutrino podlega oscylacjom, zmienia się pomiędzy trzema różnymi rodzajami: neutrinem mionowym, taonowym i elektronowym. I właśnie te oscylacje mają badać SBND, MicroBooNE i ICARUS. Jeśli okazałoby się, że istnieje czwarty rodzaj neutrin lub też badane neutrina zachowywałyby się w inny sposób, niż obecnie się przewiduje, detektory powinny to wykryć i być może fizyka wyjdzie poza Model Standardowy. Czujniki detektora SBND będą zawieszone w zbiorniku z płynnym argonem. Gdy neutrino trafi do zbiornika i zderzy się z atomem argonu, powstaną liczne cząstki oraz światło. Zostaną one zarejestrowane przez czujniki, a analizy sygnałów pozwolą fizykom na precyzyjne odtworzenie trajektorii wszystkich cząstek powstałych w wyniku kolizji. Zobaczymy obraz, który pokaże nam olbrzymią liczbę szczegółów w bardzo małej kali. W porównaniu z wcześniejszymi eksperymentami otworzy nam się naprawdę nowe spektrum możliwości, mówi Anne Schukraft, koordynatorka techniczna projektu. Wewnątrz SBND znajdą się trzy wielkie elektrody. Dwie anody i katoda. Każda z nich będzie mierzyła 5x4 metry. Natężenie pola elektrycznego pomiędzy katodą a każdą z anod wyniesie 500 V/cm. Anody zostaną umieszczone na przeciwnych ścianach pomieszczenia w kształcie sześcianu. Będą one przechwytywały elektrony, a znajdujące się za nimi czujniki będą rejestrowały fotony. W środku detektora umieszczona zostanie folia spełniająca rolę katody. Zamontowano ją pod koniec lipca, a w najbliższych dniach ma zostać ukończony montaż pierwszej anody. Całość, gdy zostanie ukończona, będzie ważył ponad 100 ton i zostanie wypełniona argonem o temperaturze -190 stopni Celsjusza. Komora będzie znajdowała się w stalowym kriostacie o izolowanych ścianach, którego zadaniem będzie utrzymanie niskiej temperatury wewnątrz. Skomplikowany system rur będzie ciągle filtrował argon, by utrzymać go w czystości. SBND to przedsięwzięcie międzynarodowe. Poszczególne elementy systemy powstają w wielu krajach, przede wszystkim w USA, Wielkiej Brytanii, Brazylii i Szwajcarii. Schukraft przewiduje, że nowy detektor ruszy na początku 2023 roku. Gdy prace nad SBND się zakończą, detektor będzie pracował razem z MicroBooNE i ICARUSEM. Naukowcy chcą przede wszystkim poszukać dowodów na istnienie neutrina sterylnego, cząstki, która nie wchodzi w interakcje z oddziaływaniami słabymi. Już wcześniej, podczas eksperymentów prowadzonych w Liquid Scintillator Neutrino Detector w Los Alamos National Lab i MiniBooNE w Fermilab odkryto sygnały, które mogą wskazywać na istnienie takiej cząstki. Pomysł polega na tym, by umieścić detektor naprawdę blisko źródła neutrin, w nadziei, że uda się złapać ten typ neutrina. Następnie jest kolejny detektor, a dalej jeszcze jeden. Mamy nadzieję, że zobaczymy oscylacje sterylnego neutrina, wyjaśnia Rober Acciarri, współdyrektor prac nad budową detektorów. « powrót do artykułu

Specjaliści z Fermilab stworzyli najpotężniejszy na świecie magnes do akceleratorów cząstek. Magnes pozwala na wygenerowanie pola magnetycznego o indukcji 14,5 tesli. Poprzedni rekord wynosił 14,1 tesli i również został ustanowiony w Fermilab. Obecne osiągnięcie to niezwykle ważny krok dla budowy przyszłych akceleratorów cząstek. Bez silniejszych magnesów nie powstaną bowiem przyszłe akceleratory, takie jak proponowany przez CERN 100-kilometrowy Future Circural Collider (FCC). O ile bowiem Wielki Zderzacz Hadronów wykorzystuje magnesy generujące pole 7,8 tesli, to w FCC naukowcy będą potrzebowali nawet 16 tesli. Naszym kolejnym celem jest przekroczenie poziomu15 tesli i zwiększenie maksymalnej siły pola naszych magnesów do 17 tesli albo i więcej. To znakomicie zwiększy wydajność magnesów i zoptymalizuje koszty, mów Alexander Zlobin, który stoi na czele grupy pracującej nad magnesami. Osiągnięcie wyznaczonych przez nas celów położy silne podwaliny pod przyszłe akceleratory cząstek, dodaje uczony. W akceleratorach magnesy są używane do kontrolowania wiązki cząstek poruszających się niemal z prędkością światła. Im silniejszy magnes tym łatwiej wiązkę kontrolować. Warto zauważyć, że Fermilab znacząco przyspieszyło postęp w dziedzinie magnesów. Prace nad przekroczeniem granicy 14 tesli trwały przez kilkanaście lat. W 2011 roku w Lawrence Berkeley National Laboratory osiągnięto 13,8 tesli. Rekord ten utrzymał się do 2019 roku, kiedy to w Fermilab osiągnięto 14,1 tesli. Wystarczył rok, by osiągnąć 14,5 tesli. Tworzenie coraz silniejszych magnesów to konieczność, jeśli chcemy mieć coraz doskonalsze akceleratory. Nie jest to jednak łatwe zadanie. Problem nie tylko w samej technologii, ale też w konieczności opracowywania nowych materiałów. W Wielkim Zderzaczu Hadronów pracują magnesy niobowo-tytanowe. Nie są one w stanie wytrzymać napięcia prądu elektrycznego potrzebnego do wygenerowania 15 tesli. Z odpowiednimi napięciami mogą pracować magnesy niobowo-cynowe, jednak ą one bardzo kruche i mogą rozsypać się pod wpływem działających na nie sił. Dlatego w Fermilab już podczas bicia poprzedniego rekordu stworzono specjalną architekturę magnesu, która go wzmacnia i pozwala przetrzymać ściskające i rozciągające go siły. Dziesiątki przewodów o okrągłym przekroju zostało skręconych w odpowiedni sposób, by uzyskane przewody spełniały specyficzne wymagania elektryczne i mechaniczne. Po utworzeniu z kabli zwojów całość była podgrzewana przez dwa tygodnie w temperaturach sięgających niemal 650 stopni Celsjusza, co nadało materiałowi właściwości nadprzewodzące. Następnie zwoje zostały zamknięte w żelaznych obejmach zamkniętych aluminiowymi klamrami, na co nałożono powłokę ochronną z nierdzewnej stali, która ma ochronić zwoje przed ich deformacją. I to właśnie magnesy niobowo-cynowe mają pozwolić na osiągnięcie 17 tesli. Zlobin nie wyklucza, że w przyszłości, dzięki nowym materiałom, uda się wygenerować nawet 20 tesli. « powrót do artykułu

Naukowcy z Fermilab poinformowali o wygenerowaniu najsilniejszego pola magnetycznego stworzonego na potrzeby akceleratorów cząstek. Nowy rekord wynosi 14,1 tesli, a wynik taki uzyskano w magnecie schłodzonym do 4,5 kelwinów, czyli -268,65 stopnia Celsjusza. Poprzedni rekord, 13,8 tesli, został osiągnięty przed 11 laty w Lawrence Berkeley National Laboratory. Zwiększenie indukcji magnetycznej to znaczące osiągnięcie w fizyce cząstek. Silniejsze magnesy mogą posłużyć do zbudowania doskonalszych akceleratorów, które zastąpią w przyszłości Wielki Zderzacz Hadronów (LHC). Magnesy są wykorzystywane w akceleratorach do kontrolowania poruszających się cząstek. Im są silniejsze, tym łatwiej kontrolować cząstki poruszające się niemal z prędkością światła. Przez kilkanaście lat pracowaliśmy nad przekroczeniem granicy 14 tesli, więc to ważne osiągnięcie. W pierwszym teście uzyskaliśmy 14,1 tesli na demonstracyjnym magnesie, dla którego teoretyczna granica wynosi 15 tesli. Pracujemy nad wyciśnięciem z niego jeszcze więcej, mówi Alexander Zlobin, który stoi na czele grupy badawczej. Przyszłość zderzaczy hadronów zależy od dostępności silnych magnesów, dlatego fizycy na całym świecie są zainteresowani pracami mającymi na celu stworzenie niobowo-cynowych magnesów o indukcji 15 tesli. Sercem takiego urządzenia jest nadprzewodzący stop niobu z cyną. Prąd przepuszczany przez magnes powoduje pojawienie się pola magnetycznego. Jako, że materiał schłodzony jest do bardzo niskich temperatur, prąd nie napotyka oporu, nie dochodzi do generowania energii cieplnej. Całe energia elektryczna przyczynia się do wygenerowania pola magnetycznego. Indukcja zależy zaś od maksymalnego napięcia prądu, jakie może znieść dany materiał. Niobowo-tytanowe magnesy Wielkiego Zderzacza Hadronów nie są w stanie pracować z napięciem, które pozwalałoby na osiągnięcie 15 tesli. Można to uzyskać magnesach niobowo-cynowych, problem jednak w tym, że są one kruche i mogą się rozsypać pod wpływem działających na nie olbrzymich sił. Zespół z Fermilab stworzył taką architekturę magnesu, która go wzmacnia i pozwala przetrzymać ściskające i rozciągające go siły. Dziesiątki przewodów o okrągłym przekroju zostało skręconych w odpowiedni sposób, by uzyskane przewody spełniały specyficzne wymagania elektryczne i mechaniczne. Po utworzeniu z kabli zwojów całość była podgrzewana przez dwa tygodnie w temperaturach sięgających niemal 650 stopni Celsjusza, co nadało materiałowi właściwości nadprzewodzące. Następnie zwoje zostały zamknięte w żelaznych obejmach zamkniętych aluminiowymi klamrami, na co nałożono powłokę ochronną z nierdzewnej stali, która ma ochronić zwoje przed ich deformacją. To olbrzymie osiągnięcie, kluczowe dla rozwoju kolejnych generacji kołowych akceleratorów cząstek, mówi Soren Prestemon, naukowiec z Berkeley Lab i dyrektor U.S. Magnet Development Program, w skład którego wchodzi zespół z Fermilab. To wyjątkowy krok milowy na drodze ku opracowaniu magnesów. Osiągnięcie zostało z entuzjazmem przyjęte przez badaczy, którzy będą w przyszłości wykorzystywali akceleratory nowej generacji. Naukowcy z Fermilab zapowiadają, że w ciągu najbliższych miesięcy wzmocnią swój magnes pod względem mechanicznym i jesienią poddadzą go kolejnemu testowi, w czasie którego spróbują uzyskać 15 tesli. Ma być to wstępem do stworzenia jeszcze potężniejszych magnesów. W oparciu o ten projekt i o to, czego się nauczyliśmy, mamy zamiar udoskonalić magnesy niobowo-cynowe i w przyszłości osiągnąć 17 tesli, mówi Ziobin. Naukowiec nie wyklucza, że w przyszłości, wykorzystując nowe nadprzewodniki, jego zespół dojdzie do 20 tesli. Maksymalna indukcja pola magnetycznego magnesów LHC wynosi 8,34 tesli, czyli jest blisko górnej granicy 10 tesli dla magnesów niobowo-tytanowych. Z kolei w ubiegłym roku CERN informował o uzyskaniu dzięki magnesowi FRESCA2 14,6 tesli. FRESCA2 jest to magnes, który służy do testowania nadprzewodników, a nie do pracy wewnątrz akceleratora cząstek. « powrót do artykułu

Na początku było po równo - materii i antymaterii. Tak głosi teoria Wielkiego Wybuchu. Tymczasem nasz świat złożony jest wyłącznie z materii. Gdzie się zatem podziała cała antymateria, którą obserwujemy tak rzadko? Ośmioletnie badania nad neutrinami w ośrodku Fermilab sugerują zaburzenie symetrii CP (ładunku i przestrzeni) pomiędzy materią i antymaterią i mogą stanowić wyjaśnienie zagadkowej nierównowagi. Neutrino, jedna z podstawowych cząstek Modelu Standardowego jest wyjątkowo trudnym obiektem badań. Nie posiada ładunku elektrycznego i niemal nie posiada masy. Rzadko styka się z większymi cząsteczkami a trudno obserwować coś, co przelatuje na wylot przez każdą aparaturę badawczą. Dlatego badania nad neutrinami wymagają olbrzymich detektorów i szaleńczej cierpliwości. Coś jednak wiemy: neutrina, jakie znamy, występują w trzech odmianach (zwanych zapachami) - neutrino elektronowe, mionowe i taonowe. Jedną z zagadkowych ich właściwości jest oscylacja - biegnąc przez przestrzeń neutrina nieustannie przechodzą z jednego rodzaju w drugie. Podobnie ma się sprawa, jak się uważa, z antyneutrinami. Przynajmniej uważano do niedawna, bo dziś kwestia nie jest taka pewna. W roku 1990 (w skali czasu potrzebnego na badanie neutrin to bardzo niedawno) badania wykonywane przy pomocy detektora neutrin LSND (Liquid Scintillator Neutrino Detector) w Laboratorium Narodowym w Los Alamos wykazały większą od spodziewanej ilość oscylacji antyneutrin na niewielkich odległościach, co mogło sugerować istnienie czwartego typu (zapachu) neutrina, nazwanego „sterylnym". Więc jest ta symetria, czy jej nie ma? Potwierdzenie takich odkryć nie jest łatwe i nikomu się nie udawało. Dlatego w roku 2002 w ośrodku badawczym Fermilab pod Chicago zbudowano detektor neutrin MiniBooNE. Zbudowany jest on z półkilometrowego podziemnego tunelu, na którego krańcu znajduje się ogromny zbiornik z olejem mineralnym. Zderzenia neutrin - bardzo rzadkie - z cząsteczkami oleju są rejestrowane i można stwierdzić, do jakiego typu należało kolidujące neutrino. Przez pięć lat prowadzono obserwację oscylacji neutrin i wreszcie w roku 2007 uznano, że kontrowersyjne odkrycie z Los Alamos nie zostało potwierdzone. Od tego czasu jednak przerzucono się na gromadzenie danych na temat oscylacji antyneutrin. Po trzech latach rejestracji można było wstępnie przejrzeć wyniki - i tu zaskoczenie: zaobserwowano więcej oscylacji antyneutrin, niż wynikałoby z wyliczeń dla jedynie trzech typów. Otwiera się pole dla istnienia czwartego zapachu antyneutrina i niewykluczone, że również następnych. Rezultat jest pierwszym doświadczalnym obaleniem symetrii CP - teorii, że materia i antymateria zachowują się jednakowo, w sposób „lustrzany" względem siebie. Pociąga to za sobą istną rewolucję: konieczność przebudowania całego Modelu Standardowego i fizyki cząsteczkowej. Fizycy teoretycy już tworzą pierwsze teorie i modele wyjaśniające ten fenomen i uzupełniające naszą wiedzę. Zanim jednak rewolucja w fizyce zostanie hucznie ogłoszona, potrzebne jest jej mocniejsze potwierdzenie. Po trzech latach gromadzenia danych ich pewność wynosi 99,7% - dla zwykłego człowieka dużo, dla naukowca wciąż zbyt mało. Aby wynik uznano za dowiedziony, potrzebna jest pewność przynajmniej 99,99994%. Dlatego rejestracja danych i badanie oscylacji antyneutrin w Fermilabie będzie trwało jeszcze przynajmniej półtora roku.

Naukowcy z University of Rochester i North Carolina State University jako pierwsi w historii wykorzystali neutrino do przesłania wiadomości. Uczeni wykorzystali znajdujące się w Fermilab urządzenia NuMI (NeUtrino beam at the Main Injector) do wygenerowania 25 impulsów. Przerwy pomiędzy nimi wynosiły około 2 sekundy, a w ramach każdego impulsu wysłano 1013 neutrin. Impulsy zostały wysłane do wykrywacza MINERvA, znajdującego się w grocie w odległości około kilometra od NuMI. Neutrina, zanim dotarły do wykrywacza, musiały przejść przez 240 metrów skały. W strumieniu neutrin w postaci zer i jedynek zakodowano wyraz „neutrino“. Jego przesłanie trwało około 2,5 godziny. W tym czasie MINERvA pracował z połową mocy, gdyż planowane jego jego wyłączenie, a ponadto wykonywał swoje standardowe zadania. Oczywiście zarówno tempo przesyłania danych, jak i wymagany do tego sprzęt - sam wykrywacz MINRvA waży 170 ton - oznaczają, że obecnie neutrino nie można wykorzystać w praktyce. Jednak nie taki był cel eksperymentu. Naukowcy chcieli przetestować krążący od dłuższego czasu pomysł użycia neutrino w celu przekazywania informacji. Neutrino, w przeciwieństwie do wszelkich innych wykorzystywanych medium, ma bowiem tę zaletę, że praktycznie nie istnieją dlań żadne fizyczne przeszkody. Adresat wysłanej za ich pomocą informacji mógłby ją odebrać zarówno na ulicy, jak i na dnie najgłębszej kopalni.

Naukowcy z Fermi National Accelerator Laboratory poinformowali o znalezieniu cząstki, której istnienia nie przewiduje teoria. Y(4140) ma niezwykłe właściwości, które mogą powiedzieć nam więcej o tym, w jaki sposób zbudowana jest materia. Masa nowej cząstki wynosi 4140 megaelektronowoltów. Na razie nie wiadomo, z czego zbudowana jest Y(4140). Jej charakterystyka jest podobna do mezonu, a więc może składać się z kwarka i antykwarka powabnego. Jednak okoliczności napotkania Y(4140) nie do końca pasują do tego schematu. Naukowcy spekulują zatem, że być może nie składa się ona tylko z kwarka i antykwarka, ale zawiera też gluony lub jest kombinacją czterech kwarków. Na Y(4140) trafiono bowiem podczas obserwacji rozpadu mezonu B+. Być może nowa cząstka jest egzotycznym hadronem zawierającym kwarki powabne.

Tevatron, najbardziej zasłużony dla nauki akcelerator cząstek, przechodzi na emeryturę. Dzisiaj o godzinie 14 czasu miejscowego (godzina 21 czasu polskiego) Pier Oddone, dyrektor Fermilab, które zarządza Tevatronem, wyda polecenie wyłączenia akceleratora na zawsze. Zatrzymane zostaną dwie wiązki, pomiędzy którymi od 1985 roku zachodziły kolizje, umożliwiające fizykom badanie świata subatomowego. Znaczenie amerykańskiego akceleratora dla nauki trudno jest przecenić. To dzięki niemu odkryto 3 z 17 znanych cząstek elementarnych. To Tevatron był podstawowym narzędziem pracy dwóch pokoleń fizyków. Największym sukcesem w historii akceleratora było odkrycie w 1995 roku kwarka wysokiego, ostatniego z brakujących budulców materii. Decyzję o powstaniu Tevatronu podjęto w latach 70. ubiegłego wieku. Urządzenia, które powstały na jego potrzeby, takie jak nadprzewodzące magnesy, pozwoliły na pojawienie się szpitalnych maszyn do rezonansu magnetycznego. Dzięki Tevatronowi istnieje też Wielki Zderzacz Hadronów (LHC), gdyż zastosowano w nim te same technologie. Nie ma mowy o tym, by LHC mógł powstać bez Tevatronu - mówi fizyk Christopher Quigg, który w Fermilab pracuje od 1974 roku. Tevatron ma olbrzymie zasługi, ale zdaniem wielu uczonych, mógłby dokonać jeszcze więcej. Najnowsze badania wykazały, że bozon Higgsa, którego znalezienie jest jednym z głównych zadań LHC, jest w zasięgu Tevatronu. Między innymi dlatego grupa wpływowych fizyków apelowała do Departamentu Energii, do którego należy Fermilab, by akcelerator mógł pracować do roku 2014. Urzędnicy stwierdzili jednak, że utrzymanie Tevatronu pochłania zbyt dużo pieniędzy - 25 milionów dolarów rocznie - i lepiej jest przeznaczyć te fundusze na dwa nowe eksperymenty w Fermilab. Ponadto, jak zauważył dyrektor Biura Nauki Departamentu Energii, LHC ma większe możliwości niż Tevatron. W związku z zamknięciem Tevatronu z pracy w Fermilab odeszły 42 osoby, jednak reszta z 1800 pracowników pozostaje. Wyłączenie akceleratora oznacza też, że teraz to Amerykanie będą jeździli do Europy, by korzystać z LHC. Przez dwa dziesięciolecia podróże naukowców odbywały się w przeciwną stronę. Od 1985 roku z Tevatronu skorzystało 6361 fizyków, z czego 1684 było obywatelami USA. Przez najbliższe lata to LHC będzie dla fizyki tym, czym był Tevatron. Amerykańscy naukowcy mieli nadzieję, że w USA powstanie następca akceleratora z Fermilab. Zostały one zniweczone w 1993 roku, gdy Kongres nie zgodził się na dalsze finansowanie prac nad Superconducting Super Collider. Wcześniej zdążono nań wydać 2 miliardy dolarów i wydrążono 22,5 kilometra tuneli. Całkowita długość SSC miała wynosić 87 kilometrów. Obecnie USA nie mają żadnych planów dotyczących ewentualnej budowy własnego akceleratora. Niewykluczone zresztą, że tak wyjątkowy projekt jak Tevatron - duży akcelerator zbudowany przez pojedyncze państwo - nigdy nie powstanie. W dawnych czasach Stany samodzielnie zbudowały Tevatron. Ale budowa następnej takiej maszyny będzie wyglądała inaczej. Będziemy potrzebowali pomocy innych - powiedział doktor Rob Roser, dyrektor jednego z dwóch detektorów Tevatronu. Jednak w najbliższej perspektywie Roser nie widzi możliwości powstania w USA akceleratora. Na przeszkodzie stoją dwa czynniki. Po pierwsze budżety na naukę są układane z roku na rok, trudno zatem byłoby przekonać Kongres do podjęcia decyzji o finansowaniu urządzenia, którego budowa potrwałaby wiele lat i które trzeba by utrzymywać przez kolejne dziesięciolecia. Ponadto w ciągu ostatniej dekady USA wprowadziły liczne ograniczenia w podróżowaniu, co utrudniłoby wizyty naukowców z zagranicy. A to z kolei utrudni przekonanie innych rządów do partycypowania w budowie akceleratora. Dlatego przez wiele najbliższych lat to Amerykanie będą podróżowali do Europy, by pracować na LHC, którego powstanie amerykański rząd dofinansował kwotą 531 milionów dolarów. Dyrektor Oddone nie wyklucza, że tunele Tevatronu zostaną zamienione w ogólnodostępne muzeum.

Dyrektor generalny CERN-u Rolf Heuer twierdzi, że do końca 2012 roku Wielki Zderzacz Hadronów ostatecznie dowiedzie istnienia bądź nie bozonu Higgsa. Aby to sprawdzić potrzebujmy więcej danych, nawet dziesięciokrotnie więcej niż obecnie - stwierdził Heuer. Fizycy z CERN już wiedzą, że jeśli bozon Higgsa istnieje, to jego masa wynosi od 115 do 140 gigaelektronowoltów. Jeśli zostanie on znaleziony w tym zakresie, to będzie on bozonem przewidzianym w Modelu Standardowym bądź też bozonem Higgsa z teorii o supersymetrii. Bozon o masie ponad 450 GeV wykluczy supersymetrię, stwierdził Heuer. Supersymetria to zestaw teorii stwierdzających, że każda znana cząstka ma co najmniej jednego, nieznanego nam, partnera. Jeśli chodzi o bozon Higgsa to mamy dane dotyczące jego masy i kilka intrygujących fluktuacji. Prawdopodobnie masa bozonu Higgsa jest niska. Jeśli nie znajdziemy go w przedziale niskich mas, to będzie oznaczało, że Model Standardowy jest nieprawidłowy. O bozonie Higgsa wiemy wszystko, z wyjątkiem tego, czy istnieje - dodał Heuer. Uczeni z cernowskiego Compact Muon Solenoid Experiment już wcześniej poinformowali o tym, że znaleźli bozon Higgsa, jednak nie mają wystarczającej ilości danych, by to potwierdzić. Uczeni z amerykańskiego Fermilab, które korzysta z akceleratora Tevatron, również informowali o zauważeniu czegoś, co może być bozonem Higgsa. Także i oni nie są w stanie obecnie tego potwierdzić. Jeśli bozon Higgsa istnieje, to Tevatron może wkrótce zanotować wiele sygnałów świadczących o jego obecności. Biorąc pod uwagę liczbę dokonanych kolizji Tevatron jest obecnie unikatowym urządzeniem pod względem możliwości badania rozpadów bozonów Higgsa w kwarki spodnie - oświadczyli przedstawiciele Fermilab. Także i oni twierdzą, że do końca przyszłego roku będą w stanie potwierdzić lub wykluczyć istnienie Boskiej Cząstki. Przed kilkoma dniami Fermilab poinformowało o odkryciu nowej cząstki - Xi-sub-b.

Naukowcy z Fermilab odkryli nową cząstkę. Jest nią obojętna Ξb0 (Xi-sub-b), ciężki „krewny" neutronu. Składa się ona z trzech kwarków: dziwnego (strange), górnego (up) i spodniego (bottom). Od nich pochodzi „sub" w nazwie. Istnienie Xi-sub-b zostało przewidziane w Modelu Standardowym. Ξb0 należy do barionów, cząstek stworzonych z trzech kwarków. Najbardziej znanymi barionami są proton i neutron. Xi-sub-b to barion spodni. Tego typu bariony są około 6-krotnie cięższe od protonu i neutronu, gdyż zawierają ciężki kwark spodni. Xi-sub-b powstają tylko podczas wysokoenergetycznych kolizji. Trudno je zaobserwować, gdyż żyją przez niezwykle krótki czas. Przed rozpadem zdążą przemieścić się tylko ułamki milimetra. Wychwycenie Xi-sub-b wymagało przeprowadzenia w akceleratorze Tevatron niemal 500 biliardów zderzeń protonów i antyprotonów. Dzięki temu zanotowano 25 sygnałów, mogących świadczyć o odkryciu wspomnianej cząstki. Sygnały oceniono na 7 sigma. Poziom 5 sigma pozwala już mówić o odkryciu.

Zespoły naukowe z Fermilab, korzystające z akceleratora Tevatron, spierają się, czy ostatnio dokonano odkrycia sygnałów wskazujących na pojawienie się nowej cząsteczki, której właściwości wykraczają poza standardowe modele fizyczne. W kwietniu grupa badaczy korzystająca z aparatury Collider Detector w Fermilab (CDF) poinformowała o zauważeniu bozonu W oraz strumieni licznych cząstek, których istnienia nie przewidują standardowe modele. Miesiąc później przeprowadzili eksperymenty, które dostarczyły informacji popierających ich wcześniejsze twierdzenia. Fizycy teoretyczni zdążyli opublikować w arXiv kilkanaście artykułów, próbujących objaśnić to, co znaleziono. Tymczasem w ubiegły piątek, 10 czerwca, inna grupa naukowców, używająca w swojej pracy narzędzia DZero ogłosiła, że uzyskane przez nią dane nie potwierdzają twierdzeń ich kolegów. Wyniki nie są dobre dla grupy CDF. Nie potwierdzamy istnienia sygnału. Niczego tam nie widzimy - napisali w oświadczeniu uczeni. To niezwykła sytuacja. Grupy DZero i CDF bardzo rzadko uzyskują inne wyniki. W ciągu ostatnich 10 lat obie grupy opublikowały około 500 dokumentów i tylko dwa lub trzy razy się ze sobą nie zgadzały. Dmitri Denisov, rzecznik DZero mówi, że jego grupa jest pewna swoich wyników, a to oznacza, że coś jet nie tak z rezultatami uzyskanymi przez CDF. Z kolei Rob Roser, rzecznik CDF twierdzi, że także są pewni swoich rezultatów. Jego zdaniem jedynym wyjściem z tej sytuacji jest spotkanie obu grup i wspólna analiza uzyskanych wyników. To trudne zadanie i zajmie chwilę, zanim znajdziemy rozwiązanie - dodaje Roser. Grupa CDF po zderzeniu protonów z antyprotonami zauważyła bozon W oraz dwa strumienie innych cząstek. W ich spektrum energetycznym pojawił się mocniejszy sygnał, wskazujący na istnienie cząstek, kŧórych nie przewidują obecnie używane modele. Znaczenie statystyczne uzyskanego sygnału wynosi 4,1 sigma, czyli nieco mniej od 5 sigma, co pozwoliłoby na bezsprzeczne potwierdzenie odkrycia. Tymczasem DZero w tym samym spektrum energetycznym nie zauważyła żadnego sygnału, co odpowiada -4,3 sigma. Swoje dane sprawdzali też naukowcy pracujący z LHC, którzy również nie zauważyli niczego szczególnego we wspomnianym paśmie. Uczeni dodają jednak, że LHC zebrał dotychczas zbyt mało danych, by definitywnie rozstrzygać spór. Fizycy teoretyczni z niecierpliwością czekają na zakończenie sporu. Pran Nath z Northeastern University, który zaproponował nowy model obejmujący odkrycie CDF mówi, że będzie rozczarowany, jeśli okaże się, że nie znaleziono nowych cząstek. Z kolei Scott Thomas z Rutgers University stwierdził, że będzie dokładnie analizował wyniki uzyskane przez DZero. Już przeanalizował dane opublikowane przez CDF i nie znalazł w nich błędu. To bardzo trudny pomiar, ale wydaje się, że zrobili wszystko tak, jak należy - mówi.

Hipoteza holograficznego wszechświata, którą dwa lata temu zaproponował astrofizyk Craig Hogan z amerykańskiego FermiLab, wstrząsnęła naszym rozumieniem czasoprzestrzeni. Amerykański naukowiec zapostulował bowiem, że trzeci wymiar w zasadzie nie istnieje i jest jedynie holograficznym złudzeniem, które może nas mamić jedynie z powodu ograniczonej prędkości światła (dokładnie pisaliśmy o tym rok temu). Mimo kontrowersji zdobyła sobie popularność i uznanie wielu naukowców, rozwiązywałaby bowiem wiele zagadek i paradoksów, między innymi związanych z istnieniem czarnych dziur - od opisu których zresztą wzięła swój początek. Praktycznym skutkiem przyjęcia takiego modelu wszechświata jest to, że posiada on (podobnie do czarnej dziury) płaski, tak zwany horyzont zdarzeń, zaś całe wnętrze jest właśnie hologramem, będącym odbiciem informacji zapisanej na powierzchni horyzontu. Innym skutkiem takiej budowy wszechświata byłaby ziarnistość czasoprzestrzeni (co przeczy obecnemu pojmowaniu jej jako ciągłego kontinuum), podobna do ziarna obrazu na kliszy, czy pikseli obrazu komputerowego. Z obliczeń wynikałoby, że - jeśli jest to prawdą - to wielkość podstawowych elementów czasoprzestrzeni jest o całe rzędy wielkości większa od stałej Plancka i jest w zasięgu możliwych do zbudowania instrumentów pomiarowych. To właśnie jest obecnie celem Hogana. Konstruowany przez niego holometr będzie precyzyjnym interferometrem, podobnym do tych, wykorzystywanych do szukania fal grawitacyjnych, znacznie mniejszym, bo zaledwie czterdziestometrowym, ale za to bardziej czułym. W urządzeniu tym dwie precyzyjne wiązki lasera odbijają się od lustra i powracają, stanowiąc przyrząd czuły na najmniejsze zakłócenia. Takie zakłócenia, szum nieznanego pochodzenia, rejestrowany przez interferometry poszukujące śladu fal grawitacyjnych, uważany jest za poparcie teorii holograficznego wszechświata. Nowy projekt ma zweryfikować ten pogląd. Jeśli się powiedzie, szukanie fal grawitacyjnych okaże się bezcelowe, ale zyskamy odkrycie o wiele donioślejsze. Cała sztuka w konstrukcji holometru polegać będzie na odfiltrowaniu własnych szumów urządzenia. Craig Hogan wie, jak to zrobić i kończy się budowa jednometrowego, działającego modelu holometru. Docelowo gotowe urządzenie ma zacząć zbierać dane w przyszłym roku.

Głównym celem Wielkiego Zderzacza Hadronów jest znalezienie bozonu Higgsa, czyli Boskiej Cząstki. Jednak najnowsze badania amerykańskich fizyków wskazują, że może istnieć kilka, dokładnie pięć, wersji poszukiwanego bozonu. Jeśli Amerykanie mają rację, to konieczna będzie zmiana obowiązującego obecnie Modelu Standardowego. Koncepcję istnienia wielu odmian bozonu zasugerowały wyniki eksperymentu DZero, przeprowadzonego w akceleratorze Tevatron w Fermilab. W sędziwym już Tevatronie zderzane są protony i antyprotony. W wyniku kolizji powstaje minimalnie więcej par cząstek materii od antymaterii. Ostatnie eksperymenty wykazały jednak, że w Tevatronie powstało o 1% więcej par mionów niż antymionów. Tego typu różnice znane są od dawna jako naruszenie symetrii CP. Nigdy jednak nie zaobserwowano tak dużych różnic jak w DZero. To wskazuje na istnienie czegoś więcej niż po prostu asymetrię materii i antymaterii. Takich różnic nie tłumaczy Model Standardowy. Bogdan Dobrescu, Adam Martin i Patrick J. Fox z Fermilab uważają, że tak duża asymetria może wskazywać na istnienie wielu odmian bozonu Higgsa. Ich zdaniem eksperyment sugeruje istnienie pięciu rodzajów bozonu o podobnych masach, ale różnym ładunku elektrycznym. Trzy z nich mogą być obojętne, jeden dodatni, a jeden ujemny. Teoria o istnieniu tylu bozonów istnieje już od pewnego czasu, a teraz zyskała pewne podstawy eksperymentalne. W modelu z dodatkowym dubletem Higgsa jest miejsce na wyniki, jakie uzyskaliśmy podczas eksperymentu DZero. Problemem jest natomiast uzyskanie takich wyników, bez zniszczenia tego, co zmierzono wcześniej - mówi doktor Martin. Przyznaje jednocześnie, że możliwe jest wytłumaczenie uzyskanych wyników w Modelu Standardowym. Jednak Model ten jest przez coraz większe rzesze specjalistów uznawany za niewystarczający. Teoria o dodatkowym dublecie bozonów Higgsa częściowo wpasowuje się w Model i nie wymaga wprowadzania w nim rewolucyjnych zmian.

Naukowcy z amerykańskiego Fermi National Accelerator Laboratory, w którym znajduje się Tevatron, liczący sobie już 22 lata akcelerator cząstek, twierdzą, że istnieje 50% szansa, iż do końca bieżącego roku udowodnią istnienie bozonów Higgsa. Jak pamiętamy, ich odkrycie ma być jednym z najważniejszych osiągnięć Wielkiego Zderzacza Hadronów (LHC), który wciąż jest naprawiany i ma ruszyć pod koniec września. Swoje szacunki Amerykanie opierają na wydajności Tevatronu oraz nadziei, że maszyna jest w ogóle w stanie wykryć bozon Higgsa. Jeśli mu się to uda, ponownie przejdzie do historii nauki. Wśród dotychczasowych osiągnięć Tevatronu należy wymienić odkrycie kwarka wysokiego i zmierzenie jego masy, zaobserwowanie dwóch barionów sigma czy barionu omega. Z Modelu Standardowego wynika, że masa bozonu Higgsa wynosi od 114 do 184 gigaelektronowoltów, a więc jego wykrycie znajduje się w zasięgu Tevatronu i jest tylko kwestią czasu. Przed rokiem Fermilab wykluczyło, że masa Boskiej Cząsteczki wynosi 170 GeV i poszukuje jej po obu stronach wyznaczanych przez tę wartość. Za kilka miesięcy, jeszcze zanim LHC wystartuje, Amerykanie powinni wiedzieć, czy bozonu należy szukać w okolicach 150 GeV. Tevatron, mimo iż ma swoje lata, ma tę przewagę na LHC, że zderzane są w nim protony z antyprotonami, co produkuje znacznie mniej zakłóceń. Oczywiście oficjalnie różne laboratoria ze sobą współpracują i dzielą się wiedzą, jednak, jak możemy się domyślać i jak przyznają sami naukowcy, istnieje silne poczucie rywalizacji. Ta jest korzystna dla wszystkich, gdyż, jak mówi Dmitri Denisov z Fermilab, oni [CERN - red.] na pewno czują tę rywalizację i bardziej przykładają się do pracy.

Amerykańskie Fermilab (Fermi National Accelerator Laboratory) poinformowało o zaobserwowaniu nowej subatomowej cząstki. Uczonym udało się odkryć barion Omega b. Składa się on z trzech kwarków, dwóch dziwnych i jednego spodniego. Istnienie barionów Omega b przewidziano teoretycznie już znacznie wcześniej. Z teorii tej wynika,że masa barionu powinna wynosić od 5,9 do 6,1 GeV/c2. W Fermilab określono masę uzyskanej cząstki na 6,149 do 6,181 GeV/c2. Cząstka ma taki sam ładunek jak elektron, a jej spin wynosi 1/2. Barion Omega b to daleki kuzyn protonu i neutronu - wyjaśnia profesor Jianming Qian. Dodaje, że Omega b jest sześciokrotnie cięższa od protonu. Bariony są hadronami, czyli silnie oddziałującymi cząstkami składającymi się z kwarków. Bariony Omega b rozpadają się już po 10-12 sekundy. W amerykańskim akceleratorze, od momentu powstania do zniknięcia zdążyły przebyć zaledwie 1 milimetr, a uczeni, by je znaleźć sprawdzili dane ze zderzenia ponad 100 bilionów cząstek i w 18 przypadkach stwierdzili inny wzorzec rozpadu, co potwierdziło uzyskanie barionów Omega b. Główny cel Fermilab i prowadzonego przezeń projektu DZero jest taki sam jak Wielkiego Zderzacza Hadronów - znalezienie "boskiej cząstki" czyli bozonów Higgsa. LHC wykorzystuje do tego celu wiązki protonów, a Fermilab - protonów i antyprotonów.