Znajdź zawartość

Hybryda materii i antymaterii – atom helu, w którym elektron zastąpiono antyprotonem – wykazuje niespodziewaną reakcję na światło lasera, gdy zostaje zanurzony w nadciekłym helu, informują naukowcy z projektu ASACUSA na CERN. Uczeni zauważają, że ich odkrycie może stać się podstawą dla rozpoczęcia różnego rodzaju badań. Nasze eksperymenty sugerują, że hybrydowe atomy helu składające się z materii i antymaterii mogą zostać użyte do eksperymentów spoza fizyki cząstek, szczególnie zaś w badaniach fizyki materii skondensowanej, a może nawet w eksperymentach astrofizycznych, mówi rzecznik prasowy ASACUSA, Masaki Hori. Prawdopodobnie wykonaliśmy pierwszy krok w kierunku wykorzystania antyprotonów w badaniach materii skondensowanej. Naukowcy pracujący przy projekcie ASACUSA wykorzystują hybrydowe atomy helu do badania masy antyprotonu i porównywania jej z masą protonu. W takich hybrydowych atomach wokół jądra krąży antyproton i elektron, zamiast dwóch elektronów, wchodzących w skład zwykłego atomu helu. Atomy te uzyskuje się wprowadzając antyprotony do schłodzonego gazowego helu o niskiej gęstości. Dzięki niskiej temperaturze oraz gęstości możliwe jest łatwiejsze badanie reakcji hybrydowych atomów na światło lasera. Przy bardziej gęstym gazie i wyższych temperaturach linie spektralne przejścia antyprotonu lub elektronu pomiędzy poziomami energetycznymi są zbyt szerokie, przez co ich badanie jest bardzo trudne lub niemożliwe. A w ten właśnie sposób naukowcy próbują określić stosunek masy antyprotonu do elektronu. Dlatego też uczeni byli zaskoczeni, gdy okazało się, że w ciekłym helu, który ma znacznie większą gęstość niż hel w stanie gazowym, doszło do spadku szerokości linii spektralnych antyprotonu. Co więcej, gdy obniżyli temperaturę ciekłego helu do poziomu, poniżej której stał się on nadciekły, okazało się, że linie spektralne uległy dalszemu gwałtownemu zwężeniu. To było niespodziewane. Badana w paśmie optycznym reakcja hybrydowego atomu helu w nadciekłym helu jest wyraźnie różna od reakcji tego samego hybrydowego atomu w gazowym helu o wysokiej gęstości, mówi Anna Sótér ze Politechniki Federalnej w Zurichu (ETH Zurich). Uczeni sądzą, że zaskakujące zachowanie jest powiązane z promieniem orbitali, czyli odległością pomiędzy jądrem atomu a elektronami. W przeciwieństwie do wielu standardowych atomów, promień orbitali w hybrydowym atomie ulega jedynie niewielkim zmianom pod wpływem światła lasera. Dzięki temu laser nie wpływa na linie spektralne, nawet gdy atom jest zanurzony w ciekłym helu. To jednak, jak podkreślają autorzy badań, jedynie hipoteza, którą trzeba zweryfikować. Zaskakujące odkrycie niesie ze sobą liczne konsekwencje. Po pierwsze daje nadzieję na stworzenie innych hybrydowych atomów helu, jak np. pionowe (od cząstki pion) atomy helu zbudowane z różnych cząstek antymaterii i cząstek egzotycznych. Posłużyły by one do bardziej szczegółowych pomiarów masy cząstek. Po drugie, znaczące zwężenie linii spektralnych w nadciekłym helu sugeruje, że hybrydowe atomy helu mogą zostać użyte do badania materii nadciekłej i innych skondensowanych faz materii. W końcu zaś, tak wąskie linie spektralne mogą zostać wykorzystane do poszukiwania antyprotonów i antydeuteronów pochodzących z przestrzeni kosmicznej. Badania takie można by prowadzić na orbicie okołoziemskiej lub w laboratoriach umieszczonych w balonach latających na dużych wysokościach. Jednak zanim się one rozpoczną, konieczne będzie pokonanie licznych przeszkód technicznych. « powrót do artykułu

W atmosferze egzoplanety po raz pierwszy odkryto hel. Znaleziono go za pomocą Teleskopu Hubble'a w górnych warstwach atmosfery superNeptuna WASP-107b znajdującego się w odległości 200 lat świetlnych od Ziemi w Gwiazdozbiorze Panny. Sama planeta została odkryta w 2017 roku. Sygnał helu jest tak silny, że naukowcy sądzą, iż atmosfera planety rozciąga się na dziesiątki tysięcy kilometrów. Hel to, po wodorze, najbardziej rozpowszechniony pierwiastek we wszechświecie. Dlatego też uważano, że będzie on jednym z najłatwiejszych do zauważenia gazów w atmosferach dużych egzoplanet. Dopiero jednak teraz, po zastosowaniu nowej techniki, po raz pierwszy odnotowano jego obecność. Dotychczas górne warstwy atmosfery egzoplanet badano w paśmie ultrafioletu. Tym razem wykorzystano podczerwień. Odkryty przez nas hel rozciąga się daleko w przestrzeni kosmicznej, tworząc chmurę otaczającą planetę. Jeśli mniejsze egzoplanety o rozmiarach Ziemi są otoczone podobnymi chmurami, to już w najbliższej przyszłości będziemy mogli je badać, cieszy się Tom Evans z University of Exeter. Chcemy używać tej techniki podczas pracy z Teleskopem Jamesa Webba. Dzięki temu dowiemy się, jaki rodzaj planet jest otoczony dużą ilością wodoru i helu oraz jak długo gazy te utrzymują się w atmosferze. Dzięki pracy z podczerwienią będziemy mogli zajrzeć głębiej w kosmos niż dzięki ultrafioletowi, mówi Jessica Spake z University of Exeter, która stała na czele międzynarodowego zespołu badawczego. WASP-107b to planeta wielkości Jowisza, ale ma zaledwie 12% jego masy. Jej czas obiegu wokół gwiazdy macierzystej wynosi zaledwie 6 dni. Mimo tak niewielkiej odległości ma ona jedną z najchłodniejszych atmosfer wśród odkrytych egzoplanet. Jej temperatura to 500 stopni Celsjusza. « powrót do artykułu

Naukowcy korzystający z europejskiego Very Large Telescope odkryli niezwykłą gwiazdę, której istnienie może wymusić zmianę obecnie obowiązujących teorii nt. powstawania gwiazd. SDS J102915+172927 nie powinna istnieć, gdyż nie posiada cięższych pierwiastków, które według współczesnych teorii są konieczne do uformowania gwiazd o niskiej masie. Skład chemiczny SDS J102915+172927 wskazuje, że liczy sobie ona około 13 miliardów lat i uformowała się krótko po eksplozji gwiazdy pierwszej generacji. Jest zatem jedną z najstarszych znanych nam gwiazd. Po Wielkim Wybuchu we wszechświecie znajdowały się wodór, hel oraz śladowe ilości litu. Inne pierwiastki powstały we wnętrzach gwiazd. Gwiazdy formują się, gdy dochodzi do schłodzenia gazu. W pierwszej generacji gwiazd chłodziwem był wodór, który jednak pozwala na spadek temperatury tylko do pewnego stopnia. To umożliwia formowanie olbrzymich gwiazd pierwotnych. W ich wnętrzach tworzyły się inne pierwiastki i gdy gwiazda wybuchała, wzbogacała ona przestrzeń kosmiczną o kolejne elementy. Współczesne teorie mówią, że gwiazda o małej masie, taka jak SDS J102915+172927, która jest nieco lżejsza od Słońca, nie może się uformować bez obecności określonej ilości innych pierwiastków, przede wszystkim tlenu i węgla, które schłodzą gaz. Problem jednak w tym, że nowo odkryta gwiazda zawiera bardzo mało pierwiastków cięższych od helu i wodoru czyli, jak nazywają te pierwiastki astronomowie, metali. Gwiazda o niskiej masie tak uboga w metale jak SDS J102915+172927, bez obecności węgla i tlenu, nie powinna istnieć - mówi Elisabetta Caffau, z Zentrum fur Astronomie. Śladowe ilości metali sugerują, że jest to bardzo stara gwiazda, jednak wielką niewiadomą jest niska zawartość litu. W prymitywnych gwiazdach jest go około pięćdziesięciokrotnie więcej. Naukowcy zastanawiają się, w jaki sposób lit w gwieździe został zniszczony. Caffau mówi, że jej zespół zidentyfikował kilka innych gwiazd, które mogą być równie ubogie lub nawet uboższe w metale.

Grupa naukowców zaproponowała teorię, która opisuje nieznany dotychczas typ gwiazd. Uczeni nazwali je gwiazdami elektrosłabymi (electroweak star). Glenn Starkman z Case Western Reserve University, De-Chang Dai i Dejan Stojkovic ze State University of New York oraz Arthur Lue z należącego do MIT-u Lincoln Lab opisali swoją teorię w Physical Review Letters. Gwiazdy elektrosłabe miałyby powstawać z niektórych gwiazd kończących właśnie swój żywot. Obiekty te w ostatniej fazie przed zapadnięciem się w czarną dziurę lub też zamiast tego procesu miałyby przechodzić w gwiazdę elektrosłabą. Tak jak w przeciętnej gwieździe dochodzi przemiany lżejszych jąder (np. wodoru) w cięższe (np. hel), w gwieździe elektrosłabej ma dochodzić do konwersji cięższych kwarków w lżejsze leptony. Jak zauważa Starkman, taka możliwość jest przewidziana przez Model Standardowy. Zmiana kwarków w leptony jest zjawiskiem tak rzadkim, że raczej nie wydarzyła się we wszechświecie w ciągu ostatnich 10 miliardów lat. Jedynymi miejscami, gdzie zaszła, mogą być, zdaniem Starkmana, gwiazdy elektrosłabe i laboratoria zaawansowanych nieznanych nam cywilizacji. Zdaniem naukowców, niezwykle wysokie ciśnienie i temperatura, jakie panują we wnętrzu umierającej gwiazdy mogą prowadzić do zamiany kwarków w leptony. Mielibyśmy wówczas do czynienia z gwiazdą elektrosłabą. Energia tych oddziaływań może doprowadzić do zatrzymania procesu zapadania się gwiazdy. Przez jakiś czas umierająca gwiazda może istnieć właśnie jako gwiazda elektrosłaba, a następnie zapada się w czarną dziurę. W niektórych przypadkach gwiazda elektrosłaba może mieć na tyle dużo energii, że nigdy nie zapadnie się w czarną dziurę. Gwiazdy tego typu emitują przede wszystkim neutrino, dlatego też nie potrafimy ich wykryć. Jedynie niewielką część ich emisji stanowi światło. Dzięki niemu być może będziemy w stanie wykryć kiedyś gwiazdy elektrosłabe. Zanim jednak to się stanie, musimy lepiej je poznać tak, by wiedzieć, czego należy szukać. Teoretycy obliczają, że gwiazdy elektrosłabe mogą istnieć nawet przez 10 milionów lat.

Olbrzymia nadmuchiwana wieża mogłaby wynosić ludzi na skraj przestrzeni kosmicznej. Nie byłyby więc potrzebne wahadłowce, a projekt dałoby się zrealizować prędzej niż windę. Jak twierdzą Brendan Quine, Raj Seth i George Zhu z York University w Toronto, w 15-km wieży wykorzystano by pneumatyczne moduły, które już teraz widuje się na niektórych statkach kosmicznych. Należałoby tylko wybrać odpowiednią lokalizację, np. szczyt góry. Wtedy konstrukcja sięgnęłaby na wysokość ok. 20 km. Znacznie ułatwiłoby to badanie atmosfery, komercyjne podróże kosmiczne bez konieczności zmagania się z mikrograwitacją czy wprowadzanie wahadłowców na orbitę. Wg Kanadyjczyków, wieża powinna się składać z serii modułów. Wybrano już nawet odpowiedni materiał – rurki z kompozytu kevlarowo-polietylenowego. Po nadmuchaniu lekkim gazem, np. helem, stawałyby się sztywne, co stabilizowałoby budowlę. Zespół przeprowadził próby z miniaturowym 7-metrowym modelem wieży. Miała ona 6 modułów. W każdym znajdowały się 3 laminowane polietylenowe rurki o średnicy 8 cm. Otaczały one okrągłe odstępniki, które należało nadmuchać. Pełnowymiarowa struktura, jeśli, oczywiście, powstanie, będzie wymagać zastosowania we wszystkich 100 modułach dwóch elementów: żyroskopu i stabilizatora. Przewidywane rozmiary modułów są imponujące; warto wspomnieć choćby o 150 m wysokości i 230 m średnicy. W tym przypadku rury będą miały w przekroju nie 8 cm, lecz 2 metry. Po nadmuchaniu waga pojedynczego pierścienia wzrośnie do 800 tys. ton. Naukowcy są przekonani, że awaria kilku nawet modułów nie zagrozi całości konstrukcji. Podkreślają, że w przeciwieństwie do windy, wieżę można wykonać z już istniejących materiałów. W przyszłości warto by ją tylko przedłużyć z 20 do 200 km, wtedy otworem stanęłaby niska orbita okołoziemska (ang. low Earth orbit, LEO).