Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy

Recommended Posts

Neutrina fascynują fizyków od czasu, kiedy były jeszcze teoretycznym pomysłem Wolfganga Pauliego, który zapostulował ich istnienie w 1930 roku. Praktyczne potwierdzenie ich istnienia w latach sześćdziesiątych nie zakończyło fascynacji - wciąż pozostawały mało uchwytne i tajemnicze. Zagadka, z jaką nauka mierzyła się w ostatnich latach, to tzw. oscylacja neutrin, czyli zamiana neutrina mionowego w neutrino taonowe. Zagadkę rozwiązała OPERA.

Znikanie jednego rodzaju neutrin obserwowano już wielokrotnie, ale próby zarejestrowania oczekiwanego pojawienia się, jakie podejmowano przez ostatnie kilkanaście lat, spełzały na niczym. Fiaskiem zakończyły się między innymi eksperymenty CHORUS i NOMAD, przeprowadzanie w europejskim CERN. Dopiero później nowe teoretyczne badania dowiodły, że aparatura rejestrująca powinna znajdować w znacznie większej odległości od źródła. Stąd pomysł eksperymentu OPERA (Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus). Aparaturę reejstrującą umieszczono aż 730 kilometrów od synchrotronu CERN w Genewie, we włoskim Narodowym Laboratorium Gran Sasso (Laboratori Nazionali del Gran Sasso). W ciągu trzech milisekund wiązka neutrin przebywała tę odległość, biegnąc pod malowniczymi krajobrazami połowy Europy. Tak działo się od 2006 roku, kiedy zainaugurowano projekt.

31 maja tego roku odnotowano pierwszy sukces: zamianę neutrina mionowego w neutrino tau. Potwierdzenie słuszności koncepcji oscylacji neutrinowej uzupełnia obraz Modelu Standardowego, otwierając drzwi do nowych koncepcji w fizyce cząstek, kosmologii i astrofizyce.

Eksperyment OPERA jest efektem współpracy zespołów naukowych z wielu krajów: Belgii, Chorwacji, Francji, Niemiec, Izraela, Włoch, Japonii, Korei, Rosji, Szwajcarii, Tunezji i Turcji.

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
      W uruchomionym ponownie po trzech latach Wielkim Zderzaczu Hadronów rozpoczęto nowe testy modelu, który ma wyjaśnić masę neutrina. Zgodnie z Modelem Standardowym te cząstki, których nie można podzielić na mniejsze składowe – jak kwarki czy elektrony – zyskują masę dzięki interakcji z polem bozonu Higgsa. Jednak neutrino jest tutaj wyjątkiem. Mechanizm interakcji z bozonem Higgsa nie wyjaśnia jego masy. Dlatego też fizycy badają alternatywne wyjaśnienia.
      Jeden z modeli teoretycznych – mechanizm huśtawki, seesaw model – mówi, że znane nam lekkie neutrino zyskuje masę poprzez stworzenie pary z hipotetycznym ciężkim neutrinem. Żeby jednak ten model działał, neutrina musiałyby być cząstkami Majorany, czyli swoimi własnymi antycząstkami.
      Naukowcy pracujący w Wielkim Zderzaczu Hadronów przy eksperymencie CMS postanowili mechanizm huśtawki, poszukując neutrin Majorany powstających w bardzo specyficznym procesie zwanym fuzją bozonów wektorowych. Przeanalizowali w tym celu dane z CMS z lat 2016–2018. Jeśli model huśtawki by działał, w danych z kolizji powinny być widoczne dwa miony o tym samym ładunku elektrycznym, dwa oddalone od siebie dżety cząstek o dużej masie oraz żadnego neutrino.
      Uczeni nie znaleźli żadnych śladów neutrin Majorany. To jednak nie znaczy, że ich praca poszła na marne. Udało im się bowiem ustalić nowy zakres parametrów, które określają zakres poszukiwań ciężkiego neutrino Majorany. Wcześniejsze analizy w LHC wskazywały, że ciężkie neutrino Majorany ma masę powyżej 650 GeV. Najnowsze badania wskazują zaś, że należy go szukać w przedziale od 2 do 25 TeV. Teraz naukowcy z CMS zapowiadają zebranie nowych danych i kolejne przetestowanie modelu huśtawki.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Od czasu odkrycia oscylacji neutrin wiemy, że neutrina mają niezerową masę. Dotychczas nie udało się jej precyzyjnie określić. Tymczasem neutrina to najbardziej rozpowszechnione, a jednocześnie najtrudniejsze do zbadania, ze wszystkich znanych nam cząstek. Teraz międzynarodowy zespół naukowcy pracujący przy eksperymencie KATRIN przełamał ważną barierę. Po raz pierwszy wykazano, że masa neutrino jest mniejsza od 1 elektronowolta (eV).
      KATRIN (Karlsruhe Tritium Neutrino Experiment) znajduje się w Karlsruhe Institute for Technology w Niemczech. Uruchomiony w 2018 roku projekt to owoc współpracy Czech, Niemiec, Rosji, USA i Wielkiej Brytanii. Pracuje przy nim około 130 naukowców. Na łamach Nature ogłoszono właśnie, że podczas drugiej kampanii badawczej masę neutrina określono na 0,7 eV, a poziom ufności pomiaru wynosi 90%. W połączeniu z danymi z pierwszej kampanii badawczej KATRIN pracujący przy eksperymencie naukowcy ogłosili, że górny limit masy neutrina wynosi 0,8 eV. Tym samym wiemy, że neutrino jest o co najmniej 500 000 razy lżejsze od elektronu.
      Głównym elementem eksperymentu KATRIN jest największy na świecie spektrometr. Urządzenie ma 23 metry długości i 10 metrów szerokości. Wewnątrz panuje próżnia. Najpierw przeprowadzany jest rozpad beta trytu, w wyniku którego powstaje elektron i antyneutrino. Następnie elektron, bez zmiany jego energii, jest kierowany do spektrometru. Pomiary energii samego neutrina nie są możliwe, ale możemy precyzyjnie mierzyć energię elektronu. Jako, że możemy zmierzyć łączną energię elektronu i antyneutrina oraz energię samego elektronu, jesteśmy w stanie poznać energię czyli masę, antyneutrina.
      Gdy przed 5 laty opisywaliśmy zakończenie prac nad KATRIN i niezwykłą podróż komory próżniowej do miejsca montażu, cytowaliśmy ekspertów, którzy twierdzili, że KATRIN może być ostatnią nadzieją współczesnej fizyki,by bez nowej rewolucyjnej technologii zmierzyć masę neutrina. To koniec drogi, mówił wówczas Peter Doe, fizyk w University of Washington.
      Obecnie fizyk Björn Lehnert z Lawrence Berkeley National Laboratory, który pracuje przy KATRIN, mówi, że przez najbliższe 3 lata naukowcy będą  prowadzili kolejne eksperymenty, by zebrać więcej danych, jednak ze względu na sposób pracy KATRIN nie spodziewa się zmniejszenia poziomu niepewności. Czynnikiem ograniczającym KATRIN jest chemia, ponieważ używamy molekuł trytu (T2). Molekuły to złożone obiekty, mają więcej stopni swobody niż atomy, więc każdy ich rozpad jest nieco inny i inny jest ostateczny rozkład elektronów. W pewnym momencie nie będziemy już mogli udoskonalać pomiaru masy neutrina, gdyż sam początkowy rozpad jest obarczony pewnym marginesem niepewności. Jedynym sposobem na udoskonalenie pomiarów stanie się wówczas wykorzystanie trytu atomowego. Będzie z niego korzystał planowany dopiero eksperyment Project 8. Jest on bardzo obiecujący, ale miną lata zanim zostanie uruchomiony.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      W CERN zakończono najbardziej precyzyjne w historii eksperymenty, których celem było sprawdzenie czy materia i antymateria reagują tak samo na oddziaływanie grawitacji. Trwające 1,5 roku badania z wykorzystaniem protonów i antyprotonów przeprowadzili specjaliści z eksperymentu BASE (Baryon Antibaryon Symmetry Experiment).
      Naukowcy zmierzyli stosunek ładunku do masy protonu i antyprotonu z dokładnością 16 części na bilion. To najbardziej precyzyjny ze wszystkich testów symetrii materii i antymaterii przeprowadzony na cząstkach złożonych z trzech kwarków, zwanych barionami, i ich antycząstkach, mówi Stefan Ulmer, rzecznik prasowy BASE.
      Zgodnie z Modelem Standardowym cząstki i antycząstki mogą się od siebie różnić, jednak większość właściwości, szczególnie ich masa, powinno być identycznych. Znalezienie różnicy masy pomiędzy protonami a antyprotonami lub też różnicy w ich stosunku ładunku do masy, oznaczałoby złamanie podstawowej symetrii Modelu Standardowego, symetrii CPT. Byłby to również dowód na znalezienie fizyki wykraczającej poza opisaną Modelem Standardowym.
      Istnienie takiej różnicy mogłoby doprowadzić do wyjaśnienia, dlaczego wszechświat składa się głównie z materii, mimo że podczas Wielkiego Wybuchu powinny powstać takie same ilości materii i antymaterii. Różnice pomiędzy cząstkami materii i antymaterii zgodne z Modelem Standardowym, są o rzędy wielkości zbyt małe, by wyjaśnić obserwowaną nierównowagę.
      Naukowcy z BASE wykorzystali podczas swoich pomiarów antyprotony i jony wodoru, które służyły jako ujemnie naładowane przybliżenia protonów. Umieszczono je w tzw. pułapce Penninga. Badania prowadzono pomiędzy grudniem 2017 roku a majem 2019. Później przystąpiono do opracowywania wyników, a po zakończeniu prac w najnowszym numerze Nature poinformowano o rezultatach.
      Po uwzględnieniu różnic pomiędzy jonami wodoru a protonami okazało się, że stosunek ładunku do masy protonu jest z dokładnością do 16 części na miliard identyczny ze stosunkiem ładunku do masy antyprotonu. To czterokrotnie bardziej dokładne obliczenia niż wszystko, co udało się wcześniej uzyskać, mówi Stefan Ulmer. Aby dokonać tak precyzyjnych pomiarów musieliśmy najpierw znacznie udoskonalić nasze narzędzia. Badania przeprowadziliśmy w czasie, gdy urządzenia wytwarzające antymaterię były nieczynne. Wykorzystaliśmy więc magazyn antyprotonów, w którym mogą być one przechowywane przez lata, dodaje.
      Prowadzenie eksperymentów w pułapce Penninga w czasie, gdy urządzenia wytwarzające antymaterię nie działają, pozwala na uzyskanie idealnych warunków, gdyż nie występują zakłócające badania pola magnetyczne generowane przez „fabrykę antymaterii”.
      Naukowcy z BASE nie ograniczyli się tylko do niespotykanie precyzyjnego porównania protonów i antyprotonów. Przeprowadzili też testy słabej zasady równoważności. Wynika ona z teorii względności i głosi, że zachowanie wszystkich obiektów w polu grawitacyjnym jest niezależne od ich właściwości, w tym masy. Oznacza to, że jeśli pominiemy inne siły – jak np. siłę tarcia – reakcja wszystkich obiektów na oddziaływanie grawitacji jest taka sama. Przykładem może być tutaj piórko i młotek, które w próżni powinny opadać z tym samym przyspieszeniem.
      Orbita Ziemi wokół Słońca ma kształt elipsy, co oznacza, że obiekty uwięzione w pułapce Penninga będą odczuwały niewielkie zmiany oddziaływania grawitacyjnego. Okazało się, że zarówno proton i antyproton identycznie reagują na te zmiany. Uczeni z BASE potwierdzili, że słaba zasada równoważności odnosi się zarówno do materii jak i antymaterii z dokładnością około 3 części na 100.
      Ulmer podkreśla, że uzyskana w tym eksperymencie precyzja jest podobna do założeń eksperymentu, w ramach których CERN chce badać antywodór podczas spadku swobodnego w polu grawitacyjnym Ziemi. BASE nie prowadziło eksperymentu ze swobodnym spadkiem antymaterii w polu grawitacyjnym Ziemi, ale nasze pomiary wpływu grawitacji na antymaterię barionową są co do założeń bardzo podobne do planowanego eksperymentu. To wskazuje, że w dopuszczonym zakresie niepewności nie znaleźliśmy żadnych anomalii w interakcjach pomiędzy antymaterią a grawitacją.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Nadeszły długo oczekiwane pierwsze wyniki badań w eksperymencie Muon g-2 prowadzonym przez Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab). Pokazują one, że miony zachowują się w sposób, który nie został przewidziany w Modelu Standardowym. Badania, przeprowadzone z bezprecedensową precyzją, potwierdzają sygnały, jakie inni naukowcy zauważali od dekad. Jeśli się potwierdzą, będzie to wyraźnym dowodem, iż miony wykraczają poza Model Standardowy i mogą wchodzić w interakcje z nieznaną cząstką.
      To wyjątkowy dzień, długo oczekiwany nie tylko przez nas, ale przez całą społeczność fizyków, mówi Graziano Venanzoni, fizyk z Włoskiego Narodowego Instytutu Fizyki Jądrowej, rzecznik eksperymentu Muon g-2.
      Miony są około 200 razy bardziej masywne niż ich kuzyni, elektrony. Występują w promieniowaniu kosmicznym docierającym do Ziemi, a w akceleratorach cząstek potrafimy uzyskiwać je w dużych ilościach. Podobnie jak elektrony, miony zachowują się tak, jakby zawierały magnes. Jak wiemy ze wzoru wprowadzonego przez Paula Diraca, twórcę teorii kwarków, moment magnetyczny samotnego mionu – współczynnik g – ma wartość 2. Stąd zresztą nazwa eksperymentu Muon g-2. Z czasem do wyliczeń tych wprowadzono niewielkie poprawki, określając dokładną wartość współczynnika.
      Jednak na mion, podobnie zresztą jak na elektron, wpływa jego otoczenie. Gdy miony krążą w eksperymencie Muon g-2 stykają się z kwantową pianką tworzoną przez pojawiające się i znikające subatomowe cząstki. Interakcja z nimi wpływa na wartość współczynnika g. Model Standardowy pozwala z wielką precyzją wyliczyć tę wartość. Oczywiście uwzględniając przy tym znane nam cząstki. Jeśli więc pojawi się cząstka lub siła nieznana w Modelu Standardowym, współczynnik g przyjmie wartość, która nie jest przezeń przewidziana.
      To, co mierzymy, odzwierciedla wszystkie interakcje, z jakimi mion miał do czynienia. Jednak gdy teoretycy przeprowadzają swoje obliczenia, biorąc pod uwagę wszystkie znane siły i cząstki Modelu Standardowego, okazuje się, że wynik ich obliczeń jest różny od wyniku naszego eksperymentu. To silna wskazówka, że na mion działa coś, czego nie przewiduje Model, mówi Renee Fatemi, fizyk z University of Kentucky, która jest odpowiedzialna za symulacje w eksperymencie Muon g-2.
      Zgodnie z akceptowanymi obecnie wyliczeniami teoretyków współczynnik g dla mionu wynosi 2,00233183620(86), a wartość poprawki momentu magnetycznego to 0,00116591810(43). W nawiasach zawarto niepewność wyliczeń. Tymczasem uśrednione wartości, jakie uzyskano podczas najnowszych eksperymentów w Fermilab to 2,00233184122(82) oraz 0,00116592061(41).
      Istotność statystyczna tej różnicy – czyli w tym przypadku niezgodność obliczeń teoretycznych obliczeń z pomiarami – wynosi aż 4,2 sigma. Przypomnijmy tutaj, że od 5 sigma mówimy w fizyce o odkryciu. Prawdopodobieństwo, że uzyskane wyniki są fałszywe wynosi 1:40 000. Jak zatem widać, fizycy o odkryciu jeszcze nie mówią, ale mają bardzo silne przesłanki, by wierzyć w wyniki eksperymentu.
      Eksperyment Moun g-2 zaczął w Fermilab pracę w 2018 roku. Korzysta on z nadprzewodzącego magnetycznego pierścienia akumulacyjnego o średnicy ponad 15 metrów. W 2013 roku pierścień ten został przewieziony z Brookhaven National Laboratory, gdzie nie był już potrzebny. To niezwykłe wydarzenie opisywaliśmy przed 8 laty. Przez kolejne 4 lata specjaliści składali, kalibrowali i testowali nowe urządzenie, wyposażając Moun g-2 w najnowsze osiągnięcia techniki i tworząc na jego potrzebny nowe metody badawcze.
      W eksperymencie tym strumień mionów tysiące razy krąży w pierścieniu z prędkością bliską prędkości światła. Tylko w pierwszym roku działania Muong g-2 z Fermilab zebrał więcej danych niż wszystkie wcześniejsze eksperymenty razem wzięte. Dzięki współpracy ponad 200 naukowców z 35 instytucji naukowych z 7 krajów udało się obecnie dostarczyć szczegółowe dane dotyczące pomiarów ruchu ponad 8 miliardów mionów wykorzystywanych podczas pierwszego sezonu badawczego (rok 2018). Obecnie prowadzone są analizy danych z dwóch kolejnych sezonów (lata 2019–2020). Jednocześnie trwa czwarty sezon, a piąty jest planowany.
      Połączenie danych ze wszystkich wspomnianych sezonów pozwoli na określenie współczynnika g z jeszcze większą precyzją. Dotychczas przeanalizowaliśmy mniej niż 6% danych, jakie dostarczy nam Muon g-2. Już pierwsze wyniki pokazują, że istnieje interesująca rozbieżność pomiędzy eksperymentem a Modelem Standardowym. W ciągu najbliższych kilku lat dowiemy się znacznie więcej, mówi Chris Polly z Fermilab, który jako student brał udział w badaniach w Brookhaven.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Podczas ostatnich badań w CERN zdobyto dane, które – jeśli zostaną potwierdzone – będą oznaczały, że doszło do naruszenia Modelu Standardowego. Dane te dotyczą potencjalnego naruszenia zasady uniwersalności leptonów. O wynikach uzyskanych w LHCb poinformowano podczas konferencji Recontres de Moriond, na której od 50 lat omawia się najnowsze osiągnięcia fizyki oraz w czasie seminarium w CERN.
      Podczas pomiarów dokonywanych w LHCb porównywano dwa typy rozpadu kwarków powabnych. W pierwszym z nich pojawiają się elektrony, w drugim miony. Miony są podobne do elektronów, ale mają około 200-krotnie większą masę. Elektron, mion i jeszcze jedna cząstka – tau – to leptony, które różnią się pomiędzy sobą zapachami. Zgodnie z Modelem Standardowym, interakcje, w wyniku których pojawiają się leptony, powinny z takim samym prawdopodobieństwem prowadzić do pojawiania się elektronów i mionów podczas rozpadu kwarka powabnego.
      W roku 2014 zauważono coś, co mogło wskazywać na naruszenie zasady uniwersalności leptonów. Teraz, po analizie danych z lat 2011–2018 fizycy z CERN poinformowali, że dane wydają się wskazywać, iż rozpad kwarka powabnego częściej dokonuje się drogą, w której pojawiają się elektrony niż miony.
      Istotność zauważonego zjawiska to 3,1 sigma, co oznacza, iż prawdopodobieństwo, że jest ono zgodne z Modelem Standardowym wynosi 0,1%. Jeśli naruszenie zasady zachowania zapachu leptonów zostanie potwierdzone, wyjaśnienie tego procesu będzie wymagało wprowadzenie nowych podstawowych cząstek lub interakcji, mówi rzecznik prasowy LHCb profesor Chris Parkes z University of Manchester.
      Rozpad kwarka powabnego prowadzi do pojawienia się kwarka dziwnego oraz elektronu i antyelektronu lub mionu i antymionu. Zgodnie z Modelem Standardowym w procesie tym pośredniczą bozony W+ i Z0. Jednak naruszenie zasady uniwersalności leptonów wskazuje, że zaangażowana w ten proces może być jakaś nieznana cząstka. Jedna z hipotez mówi, że jest to leptokwark, masywny bozon, który wchodzi w interakcje zarówno z leptonami jak i z kwarkami.
      Co istotne, dane z LHCb zgadzają się z danymi z innych anomalii zauważonych wcześniej zarówno w LHCb, jak i obserwowanych od 10 lat podczas innych eksperymentów na całym świecie. Nicola Serra z Uniwersytetu w Zurichu mówi, że jest zbyt wcześnie by wyciągać ostateczne wnioski. Jednak odchylenia te zgadzają się ze wzorcem anomalii obserwowanych przez ostatnią dekadę. Na szczęście LHCb jest odpowiednim miejscem, w którym możemy sprawdzić potencjalne istnienie nowych zjawisk fizycznych w tego typu rozpadach. Musimy przeprowadzić więcej pomiarów.
      LHCb to jeden z czterech głównych eksperymentów Wielkiego Zderzacza Hadronów.Jego zadaniem jest badanie rozpadu cząstek zawierających kwark powabny.
      Artykuły na temat opisanych tutaj badań zostały opublikowane na stronach arXiv oraz CERN.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...