Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Akceleratory cząstek znane są od dawna… naturze

Recommended Posts

Trudno policzyć, ile ludzkich wynalazków i technologii jest kopiowaniem bądź naśladowaniem natury. Nic dziwnego, przecież pierwsi ludzie to właśnie na naturze się wzorowali. Ale okazuje się, że wielkie współczesne technologie, o których sądzimy, że są naszym oryginalnym wynalazkiem, również występują w naturze. Naszą dumę z z umiejętności przyspieszania cząstek elementarnych w akceleratorach chyba przyćmi fakt, że akceleratory w naturze występują od dawna. Do tego często tuż nad naszymi głowami.

Naturalne akceleratory cząstek przebadał i opisał dr Martin Füllekrug z Wydziału Inżynierii Elektrycznej i Elektronicznej angielskiego Uniwersytetu w Bath. Odkrył on, że tworzą się one naturalnie 40 kilometrów nad ziemią podczas burz. Do swojego powstania potrzebują tylko jednego warunku: aby podczas wyładowania pioruna jednocześnie nad Ziemię dotarły wysokoenergetyczne cząstki promieniowania kosmicznego - ponad chmurami burzowymi tworzy się wówczas gigantyczny akcelerator. Jak powiedział - zdumiewające, że natura tworzy akceleratory cząstek zaledwie parę kilometrów nad naszymi głowami. Kiedy przebadamy je dokładniej, będziemy mieli znacznie lepsze pojęcie, jak dokładnie działają. W badaniach uczestniczył zespół europejskich naukowców z Danii, Francji, Hiszpanii, i Wielkiej Brytanii, a także współpracownik dra Füllekruga z amerykańskiego Narodowego Laboratorium w Los Alamos. Europejscy uczeni obserwowali obszary burzowe przy pomocy kamer, wyszukując wyładowania o mocy dostatecznie dużej, by wywołać zjawisko świecenia powietrza powyżej chmur burzowych, zwane duszkami. Niewielka część takich duszków zbiega się z przebiegiem wiązki przyspieszonych elektronów. 

Jak to działa? Wysokoenergetyczne promieniowanie kosmiczne wybija z molekuł powietrza elektrony, które są następnie wybijane w górę i przyspieszane przez pole elektryczne, towarzyszące wyładowaniu pioruna. Przyspieszone wolne elektrony łączą się w skoncentrowany strumień cząstek - jak w akceleratorze - i rozchodzą z troposfery (czyli najniższej warstwy atmosfery) do jej górnych części, aż do obszaru bliskiego kosmosu. Tam są więzione i zakrzywiane przez pole radiacyjne Ziemi. Te trwające mgnienie oka zjawiska niosą ze sobą energię porównywalną z mocą małej elektrowni atomowej!

Dr Füllekrug wyjaśnia też, w jaki sposób je badano - sztuka polegała na tym, jak określić wysokość takiego naturalnego akceleratora cząstek, było to możliwe dzięki falom radiowym emitowanym przez wiązkę przyspieszanych elektronów. Istnienie towarzyszących zjawisku fal radiowych przewidział dr Robert Roussel-Dupré z Los Alamos, który zajmuje się symulacjami komputerowymi zjawisk.

Co ciekawe, zjawisko to przewidziano teoretycznie już dawno. Szkocki naukowiec, laureat Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki, Charles Thomson Rees Wilson wspominał o możliwości przyspieszania cząstek ponad chmurami burzowymi w wyniku wyładowań już w roku 1925.

W ciągu najbliższych kilku lat pięć planowanych misji kosmicznych (satelity TARANIS, ASIM, CHIBIS, IBUKI oraz FIREFLY) będzie miało wśród swoich zadań dokładne i bezpośrednie badania przyspieszanych tak wysokoenergetycznych strumieni cząstek. Badania będą mieć istotne znaczenie, ponieważ strumienie te stanowią potencjalne zagrożenie dla satelitów. Jak powiedział autor badań: to cudowny przykład współzależności Ziemi i szerokiego Kosmosu. Wyniki badań ogłoszono 14 kwietnia na Narodowym Spotkaniu Astronomicznym Królewskiego Towarzystwa Astronomicznego (Royal Astronomical Society National Astronomy Meeting) w Glasgow.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Nie, znane (komu? czemu?) naturze. Antropomorfizacja. :D) Ale dzięki za czujność. :D

Share this post


Link to post
Share on other sites

nauczyć się wykorzystywać/gromadzić energię tego zjawiska i problemy energetyczne rozwiązane :D

Share this post


Link to post
Share on other sites

O. Choć tutaj służyły jedynie jako indykator silniejszych wyładowań, czyli tych z potencjalnie większym prawdopodobieństwem wystąpienia efektu akceleracji, to ciekawe, czy mogą mieć ściślejszy związek.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Twórcy komputerów kwantowych będą musieli przeprojektować je tak, by maksymalnie chronić je przed promieniowaniem tła. Robert McDermott z University of Wisconsin-Madison, którego wcześniejsze badania wykazały, że promieniowanie kosmiczne może poważnie zakłócić pracę komputerów kwantowych, stwierdził teraz, że powszechnie używana metoda korekcji błędów nie poradzi sobie z tym problemem.
      Prowadzony przez McDermotta międzynarodowy zespół specjalistów sugeruje, że do utrzymania akceptowalnego poziomu błędów konieczne będzie nie tylko zastosowanie fizycznych barier chroniących komputery kwantowe przed promieniowaniem, ale również zmiana w samych projektach układów scalonych.
      Promieniowanie kosmiczne to znany problem, który trapi też klasyczne komputery, mogąc wywoływać w nich błędy. Jednak w przypadku komputerów kwantowych problem jest większy, gdyż promieniowanie może zmienić stan kubitu w dwóch kierunkach (reprezentowanych przez osie X i Z), a nie w jednym. Dlatego też stosuje się metodę korekcji błędów, w której informacje zapisywane są w jednowymiarowej macierzy kubitów, z których każdy jest połączony z sąsiadem. Przy niewielkiej liczbie błędów możliwe jest wykorzystanie kubitów sąsiednich do naprawienia stanu błędnego kubity. Pod warunkiem jednak, że w tym samym czasie nie przydarzy się błąd w kubitach ze sobą sąsiadujących.
      Badania zespołu McDermotta wskazują jednak, że błędy powodowane przez promieniowanie kosmiczne i promieniowanie gamma nie spełniają drugiego z warunków. Odkryliśmy istnienie wielu mechanizmów występowania skorelowanych błędów, mówi Chris Wilen, jeden z badaczy.
      Na potrzeby swoich badań zespół stworzył chip zawierający dwie pary kubitów. Odległość pomiędzy kubitami jednej z par wynosiła 340 µm, a między drugą parą – 640 µm. Podczas przeprowadzania operacji kwantowych na swoim systemie, naukowcy zaobserwowali liczne jednoczesne przeskoki ładunków w parach kubitów. Gdy przeprowadzili modelowanie tych przeskoków za pomocą standardowych narzędzi używanych w fizyce cząstek, odkryli, że ich źródłem są uderzenia promieni kosmicznych i promieni gamma w sam układ scalony.
      Prawdopodobieństwo skorelowanych przeskoków ładunku było większe w parze o mniejsze odległości pomiędzy kubitami, co wskazuje, że odsunięcie kubitów od siebie pozwoli na zmniejszenie liczby błędów.
      Odkryto jednak również inny poważny problem. Okazało się bowiem, że energia uderzeń promieni w chip była zamieniana z fonony, wibracje materiału, które mogą prowadzić do powstania kwazicząstek. Gdy fonony się rozprzestrzeniały w układzie, generowały kolejne skorelowane błędy, które pojawiały się w całym niewielkim układzie. I właśnie to „zatrucie kwazicząstkami” może być najpoważniejszym problemem dla systemów korekcji błędów.
      Autorzy badań proponują dwa rozwiązania problemu. Jeden z nich to zastosowanie ołowianej obudowy wokół kwantowych układów scalonych i umieszczenie ich pod ziemią, tak jak się robi np. z wykrywaczami neutrin. Druga z metod to zmniejszenie wrażliwości kubitów, co można by osiągnąć np. poprzez domieszkowanie chipa materiałami wiążącymi kwazicząstki lub wyprowadzającymi je poza układ.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Tysiące czy miliony smartfonów mogłyby utworzyć największy detektor cząstek promieniowania kosmicznego, obejmujący całą planetę. Aby pomóc tworzyć taki detektor, wystarczy zainstalować na smartfonie bezpłatną aplikację CREDO Detector.
      Gdy z kosmosu nadlatuje cząstka promieniowania o energii rzędu największych z obserwowanych we Wszechświecie, inicjuje w ziemskiej atmosferze spektakularne zjawisko: gigantyczną kaskadę cząstek wtórnych, nazywaną wielkim pękiem atmosferycznym. Po dotarciu do Ziemi, wywołana pojedynczą cząstką kaskada może pokryć powierzchnię nawet dużej aglomeracji.
      Okazuje się, że takie cząstki może wykryć nawet zwykły smartfon... robiąc zdjęcie przy całkowicie zakrytym obiektywie. Wydaje się, że takie "nieudane" zdjęcie powinno być całkiem czarne. Jeśli jednak przez detektor kamery przejdzie cząstka (np. wtórnego promieniowania kosmicznego, ewentualnie cząstka promieniowania lokalnego), może pobudzić jego niektóre piksele. Na jednorodnie czarnym tle powinno się wtedy pojawić od kilku do kilkudziesięciu jaśniejszych pikseli, zlepionych w grupkę o mniej lub bardziej fantazyjnych kształtach. W ciągu doby można się spodziewać od jednej do nawet kilkuset detekcji. I właśnie takie nie do końca czarne zdjęcia zbierać będzie aplikacja CREDO Detector przygotowana przez polskich badaczy.
      O aplikacji poinformowali w przesłanym PAP komunikacie przedstawiciele Instytutu Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk (IFJ PAN).
      Jeśli aplikację CREDO Detector zainstalowałyby tysiące czy miliony użytkowników na całym świecie, CREDO stałby się największym w historii detektorem cząstek. CREDO Detector nie jest wprawdzie jedyną aplikacją do detekcji cząstek promieniowania kosmicznego czy radioaktywności lokalnej, jest to jednak pierwszy program tego typu z otwartym, dostępnym dla każdego kodem.
      Co więcej, CREDO Detector jest częścią globalnego przedsięwzięcia naukowego - Cosmic-Ray Extremely Distributed Observatory (CREDO), zainicjowanego i koordynowanego przez zespół naukowców z Instytutu Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk w Krakowie.
      Użytkownik, który choć na chwilę uruchomi detekcję cząstek w CREDO Detector, ma prawo do członkostwa w międzynarodowej kolaboracji CREDO oraz do podpisywania jej publikacji swoim nazwiskiem.
      Badania w ramach programu pomogą odpowiedzieć na intrygujące pytania takie jak: czy za niektóre choroby odpowiadają zjawiska astrofizyczne zachodzące miliony, a nawet miliardy lat świetlnych od Ziemi? Czy ciemna materia rzeczywiście istnieje? Jaka jest prawdziwa natura naszej czasoprzestrzeni – ciągła czy cyfrowa? Czy egzotyczne efekty kwantowej grawitacji można badać eksperymentalnie?
      Jeśli CREDO zdobędzie choćby umiarkowaną popularność, dane ze smartfonów rozproszonych na wszystkich kontynentach mają szansę zrewolucjonizować nie tylko fizykę teoretyczną, ale także dziedziny znacznie bliższe naszej codzienności - zauważa dr hab. Piotr Homola z IFH PAN.
      Stworzyliśmy CREDO z myślą o naukowej potrzebie zorganizowania globalnej infrastruktury, za której pomocą będzie można realizować nie jeden, lecz wiele wyspecjalizowanych eksperymentów. Pierwszy z nich, Quantum Gravity Previewer – czyli Podglądacz Kwantowej Grawitacji – został uruchomiony 17 maja. Spodziewamy się, że już jesienią tego roku zbierzemy ilość danych wystarczającą do przedstawienia pierwszych poważnych raportów naukowych. Na tym właśnie polega prawdziwe piękno naszego projektu: badamy tak egzotyczne obszary naszej rzeczywistości, że możemy się spodziewać nawet... niespodziewanego - mówi dr Homola.
      Aplikacja dostępna jest na telefony z systemem operacyjnym Android.
      Oprogramowanie projektu CREDO, w tym aplikacja CREDO Detector, będzie udostępnione dla każdego na licencji MIT, co oznacza, że może być rozwijane i używane w innych projektach naukowych, szkolnych, a nawet komercyjnych.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Powinniśmy przyzwyczaić się, że katastrofy naturalne, które obecnie nazywamy „powodzią stulecia“ czy „huraganem stulecia“, będziemy w przyszłości nazywali „katastrofami dekady“. Badania przeprowadzone przez uczonych z MIT-u i Princeton University wskazują, że wraz ze zmieniającym się klimatem będziemy coraz częściej doświadczali wielkich klęsk żywiołowych. Ich zdaniem potężne burze będą zdarzały się co 3-20 lat.
      Naukowcy przeprowadzili dziesiątki tysięcy symulacji burz odbywających się w różnych warunkach klimatycznych i odkryli, że wywoływane przez nie powodzie, które obecnie uznalibyśmy za „powódź 500-lecia“ będą zdarzały się co 25-240 lat.
      Ning Lin z MIT-u mówi, że znajomość częstotliwości wielkich klęsk żywiołowych pozwoli np. planować budowę wałów przeciwpowodziowych.
      Naukowcy wykorzystali cztery modele klimatyczne i przeprowadzili symulacji 45 000 burz mających miejsce w promieniu 200 kilometrów od południowego krańca Manhattanu. Każdy z modeli klimatycznych był testowany w dwóch scenariuszach. Pierwszym był „klimat obecny“, czyli uśrednione dane za lata 1981-2000 oraz „przyszły klimat“, czyli przewidywania dotyczące klimatu z lat 2081-2100.
      Mimo niewielkich różnic w wynikach uzyskanych za pomocą różnych modeli, generalna tendencja jest wyraźna - liczba gwałtownych zjawisk klimatycznych będzie rosła.
      Obecnie za „burzę stulecia“ uznaje się taką, w wyniku której poziom oceanu u wybrzeży Nowego Jorku wzrasta średnio o około 2 metry. Z kolei „burzą 500-lecia“ ma być taka, która podniesie poziom wód oceanicznych o ponad 3 metry. Podczas obu tego typu zjawisk woda zalałaby Nowy Jork, który jest chroniony wałami o wysokości 1,5 metra. Najwyższy wzrost poziomu wód wyniósł dotychczas 3,2 metra i przydarzył się w 1821 roku - mówi Lin. To odpowiada dzisiejszemu pojmowaniu „powodzi 500-lecia“. Tymczasem, jak widzimy z przeprowadzonych symulacji, taka powódź może powtórzyć się w niedługim czasie.
      Przewidywania tego typu są też o tyle ważne, że przed klęskami można się bronić. Większość budynków planowana jest na 60-120 lat, zatem możliwe jest takie planowanie miast, by były one gotowe na nadejście wielkich klęsk żywiołowych.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Jak klimat wpływa na sposób myślenia ludzi? W jakich warunkach najlepiej pracowało się Schubertowi i Wagnerowi? Wg naukowców ze znanych brytyjskich uczelni można się tego dowiedzieć, analizując przedstawienia pogody w klasycznej muzyce orkiestrowej od XVII w. po współczesność.
      Dr Karen Aplin z Uniwersytetu Oksfordzkiego jest fizykiem, a dr Paul Williams z Uniwersytetu w Reading zajmuje się meteorologią. Poza tym oboje pasjonują się muzyką, a Aplin gra nawet w orkiestrze i przekonuje, że zjawiska meteorologiczne można przedstawiać dźwiękiem równie sugestywnie jak pociągnięciami pędzla na płótnie. Para akademików przeprowadziła pilotażowe studium w wolnym czasie. Raport z ich prac ukaże się w piśmie Weather.
      Odkryliśmy, że środowisko [silnie] wpływa na to, jaką pogodę kompozytorzy decydują się przedstawiać. Wpasowując się w narodowy stereotyp, brytyjscy kompozytorzy nieproporcjonalnie często obrazują zmienną pogodę i burzowe wybrzeże – opowiada dr Williams.
      Przodownikami pogodowej muzyki są Brytyjczycy, za nimi plasują się Francuzi i Niemcy. Generalnie najczęściej w kompozycjach pojawia się motyw burzy, być może dlatego, że muzycy traktują ją jak alegorię zawirowań emocjonalnych (jak w Interludiach Czterech Mórz z opery Peter Grimes Benjamina Brittena). Na drugim miejscu pod względem częstości przedstawiania znajduje się wiatr. Miewa on różne natężenie: od poruszającej drzewami łagodnej bryzy (np. na początku trzeciej części Symfonii fantastycznej Berlioza; nosi ona tytuł Wśród pól) po antarktyczny huragan w Symfonii antarktycznej Ralpha Vaughana Williamsa.
      Aplin i Willimas sporządzili wykres, na którym rozrysowali moment opracowania instrumentów do uzyskiwania określonych dźwięków (np. tonitruonu, czyli arkusza blachy do naśladowania odgłosu grzmotów, albo maszyny wiatrowej). Sporządzili też wykres przedstawiający wpływ pogody na różnych kompozytorów.
      Straussa inspirowały blask słońca i alpejskie krajobrazy. Berlioz, Schubert i Wagner także byli zależni od pięknej pogody (wysokiego ciśnienia). Wtedy powstawały ich najlepsze dzieła. Wagner wspominał ponoć o wywołanej nieciekawą aurą bezczynności: Ta pogoda jest okropna. Moje prace trzeba było odłożyć na 2 dni, bo mózg uparcie odmawia swoich usług.
      Akademicy chwalą się, że ich analiza kulturowych reakcji na pogodę przed zmianą klimatu stanowi świetną bazę do przyszłych porównań.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Należący do NASA Fermi Gamma-ray Space Telescope zaobserwował strumienie antymaterii, które powstają ponad ziemskimi burzami. Nigdy wcześniej nie widziano podobnego zjawiska.
      Naukowcy sądzą, że cząstki antymaterii powstają podczas ziemskich rozbłysków gamma (TGF), które obserwowano podczas burz i łączy się je z błyskawicami. Oblicza się, że codziennie na Ziemi dochodzi do około 500 przypadków TGF.
      Te sygnały to pierwszy bezpośredni dowód na powstawanie antymaterii podczas burz - mówi Michael Briggs z zespołu Fermi's Gamma-ray Burst Monitor na University of Alabama. Fermi, którego zadaniem jest obserwacja promieni gamma, zaobserwował wysoko energetyczne elektrony oraz pozytrony, czyli ich odpowiednik w antymaterii. Gdy elektron spotyka się z pozytronem dochodzi do anihilacji obu cząsteczek i rozbłysku gamma. GBM wykrył promienie gamma o energii 511 000 elektronowoltów, co wskazuje, że jego źródłem jest anihilacja cząsteczki i antycząsteczki.
      Do odkrycia antymaterii doszło przypadkiem. Fermi GBM ma za zadanie monitorowanie ziemskich rozbłysków gamma i ma w tym zakresie spore osiągnięcia. Operatorzy urządzenia starają się umieszczać je nad burzami. Jednak nie zawsze się to udaje. Tak było 14 grudnia 2009 roku, gdy Fermi znajdował się nad Egiptem, a burza miała miejsce nad położoną 4500 kilometrów dalej Zambią. Nawet mimo tego, że Fermi nie widział burzy, to był z nią magnetycznie połączony. TGF wytworzyło wysokoenergetyczne elektrony i pozytrony, które przeniosły się wzdłuż linii pola magnetycznego i trafiły w Fermi - mówi Joseph Dwyer z Florida Institute of Technology.
      Strumień cząstek przeszedł przez Fermi, dotarły do tzw. punktu lustrzanego, gdzie jego ruch został odwrócony i 23 milisekundy później ponownie dotarł do urządzenia. Wówczas za każdym razem, gdy pozytron z powracającego strumienia uderzył w elektron przechodzący po raz pierwszy przez urządzenie, dochodziło do anihilacji i rozbłysku gamma rejestrowanego przez GBM.
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...