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
      CERN udostępnił swój pierwszy publiczny Raport Środowiskowy, dotyczący m.in. emisji gazów cieplarnianych. Dowiadujemy się z niego, że w 2018 roku ta instytucja wyemitowała 223 800 ton ekwiwalentu dwutlenku węgla. To tyle co duży statek wycieczkowy.
      Z raportu dowiadujemy się, że aż 3/4 tej emisji powodują zawierające fluor gazy, używane podczas prac z wykrywaczami cząstek. CERN planuje zmniejszenie emisji.
      Obejmujący lata 2017–2018 raport sprowokował debatę zarówno wśród pracowników, jak i wśród osób z zewnątrz. Zaczęliśmy zastanawiać się, co można zrobić z tym już teraz i w jaki sposób projektować akceleratory przyszłości, mówi Frederick Bordry, dyrektor CERN ds. akceleratorów i technologii.
      Raport porusza wszelkie kwestie związane z wpływem CERN na środowisko, od emitowanego hałasu, po wpływ na bioróżnorodność, zużycie wody czy emitowane promieniowanie. Specjaliści orzekli, że to redukcja gazów cieplarnianych będzie miała największy wpływ na poprawę stanu środowiska. Inżynierowie już planują uszczelnienie miejsc wycieków w LHC i zoptymalizowanie systemu cyrkulacji gazu. Docelowo chcą, żeby w roli chłodziwa czujników gazy zawierające fluor zostały zastąpione przez dwutlenek węgla, który ma kilka tysięcy razy mniejszy potencjał cieplarniany. Gdy budowaliśmy Wielki Zderzacz Hadronów, nie docenialiśmy potencjału cieplarnianego tych gazów. Naszym głównym zmartwieniem była dziura ozonowa, mówi Bordry. Na razie CERN chce obniżyć swoją bezpośrednią emisję gazów cieplarnianych o 28% do roku 2024.
      Raport uwzględnia też pośrednią emisję generowaną przez CERN. Laboratorium zużywa bowiem tyle energii elektrycznej co niewielkie miasteczko. Zakładamy w LHC systemy odzyskiwania energii. Jesteśmy pionierami wykorzystania nadprzewodnictwa na duża skalę, co może zwiększyć efektywność sieci energetycznych.
      Jak jednak zauważają specjaliści, znacznie lepiej jest emitować gazy cieplarniane w celu dokonywania odkryć naukowych, niż w innych celach. Postęp naukowy jest bardzo ważny i trudno znaleźć ważniejszą instytucję naukową niż CERN. Osobiście wolę, byśmy emitowali gazy cieplarniane pracując w CERN niż lecąc samolotem do Pragi, by się upić na weekend, mówi John Barrett, z Sustainability Research Institute.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Dzięki wykryciu neutrin pochodzących z jądra Słońca fizycy byli w stanie potwierdzić ostatni brakujący element opisu fuzji zachodzącej wewnątrz naszej gwiazdy. Potwierdzili tym samym obowiązujący od dziesięcioleci model teoretyczny przewidujący, że część energii słonecznej pochodzi z łańcucha reakcji, w którym udział mają atomy węgla i azotu.
      W procesie tym cztery protony łączą się w jądro helu. Dochodzi do uwolnienia dwóch neutrin, innych cząstek subatomowych i olbrzymich ilości energii. Ten cykl węglowo-azotowo-tlenowy (CNO) nie odgrywa większej roli w Słońcu, gdzie dzięki niemu powstaje mniej niż 1% energii. Uważa się jednak, że gdy gwiazda się starzeje, zużywa wodór i staje się czerwonym olbrzymem, wówczas rola cyklu CNO znacząco rośnie.
      O odkryciu poinformowali naukowcy pracujący przy włoskim eksperymencie Borexino. To wspaniałe, że udało się potwierdzić jedno z podstawowych założeń teorii dotyczącej gwiazd, mówi Marc Pinsonnealut z Ohio State University.
      Borexino już wcześniej jako pierwszy wykrył neutrina pochodzące z trzech różnych etapów reakcji zachodzącej w Słońcu, która odpowiada za produkcję większości energii naszej gwiazdy. Dzięki obecnemu odkryciu Borexino w pełni opisał dwa procesy zasilające Słońce, mówi rzecznik eksperymentu Gioacchino Branucci z Uniwersytetu w Mediolanie. Kończymy wielkim bum!, dodał Marco Pallavicini z Uniwersytetu w Genui. Może to być bowiem ostatnie odkrycie Borexino, któremu grozi zamknięcie z powodu ryzyka dla źródła wody pitnej.
      Odkrycie neutrin pochodzących z cyklu węglowo-azotowo-tlenowego nie tylko potwierdza teoretyczne modele procesów zachodzących w Słońcu, ale rzuca też światło na strukturę jego jądra, szczególnie zaś na koncentrację w nim metali. Tutaj trzeba podkreślić, że astrofizycy pod pojęciem „metal” rozumieją wszelkie pierwiastki o masie większej od wodoru i helu.
      Liczba neutrin zarejestrowanych przez Borexino wydaje się zgodna ze standardowym modelem przewidującym, że metaliczność jądra jest podobna do metaliczności powierzchni. To ważne spostrzeżenie, gdyż w ostatnim czasie pojawiało się coraz więcej badań kwestionujących taki model.
      Badania te sugerowały, że metaliczność jądra jest niższa niż powierzchni. A jako, że to skład pierwiastków decyduje o tempie przepływu energii z jądra, badania te sugerowały jednocześnie, że jądro jest nieco chłodniejsze niż sądzono. Jako, że proces, w którym powstają neutrina jest niezwykle wrażliwy na temperaturę, dane zarejestrowane przez Borexino wskazują raczej na starsze wartości temperatury, nie na te sugerowane przez nowe badania.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Rada CERN jednogłośnie przyjęła dzisiaj plan dotyczący strategii rozwoju badań nad fizyką cząstek w Europie. Plan zakłada m.in. wybudowanie 100-kilometrowego akceleratora cząstek. O stworzeniu wstępnego raportu projektowego budowy Future Cilcular Collider (FCC) informowaliśmy na początku ubiegłego roku.
      The European Strategy for Particle Physics został po raz pierwszy przyjęty w 2006 roku, a w roku 2013 doczekał się pierwszej aktualizacji. Prace nad jego obecną wersją rozpoczęły się w 2018 roku, a w styczniu ostateczna propozycja została przedstawiona podczas spotkania w Niemczech. Teraz projekt zyskał formalną akceptację.
      CERN będzie potrzebował znaczniej międzynarodowej pomocy, by zrealizować swoje ambitne plany. Stąd też w przyjętym dokumencie czytamy, że Europa i CERN, za pośrednictwem Neutrino Platform, powinny kontynuować wsparcie dla eksperymentów w Japonii i USA. W szczególności zaś, należy kontynuować współpracę ze Stanami Zjednoczonymi i innymi międzynarodowymi partnerami nad Long-Baseline Neutriono Facility (LBNF) oraz Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE).
      Obecnie szacuje się, że budowa nowego akceleratora, który byłby następcą Wielkiego Zderzacza Hadronów, pochłonie co najmniej 21 miliardów euro. Instalacja, w której dochodziłoby do zderzeń elektronów z pozytonami, miała by zostać uruchomiona przed rokiem 2050.
      Zatwierdzenie planów przez Radę CERN nie oznacza jednak, że na pewno zostaną one zrealizowane. Jednak decyzja taka oznacza, że CERN może teraz rozpocząć pracę nad projektem takiego akceleratora, jego wykonalnością, a jednocześnie rozważać inne konkurencyjne projekty dla następcy LHC. Myślę, że to historyczny dzień dla CERN i fizyki cząstek, zarówno w Europie jak i poza nią, powiedziała dyrektor generalna CERN Fabiola Gianotti po przyjęciu proponowanej strategii.
      Z opinią taką zgadzają się inni specjaliści. Dotychczas bowiem CERN rozważał wiele różnych propozycji. Teraz wiadomo, że skupi się przede wszystkim na tej jednej.
      Przyjęta właśnie strategia zakłada dwuetapowe zwiększanie możliwości badawczych CERN. W pierwszym etapie CERN wybuduje zderzacz elektronów i pozytonów, którego energia zostanie tak dobrana, by zmaksymalizować produkcję bozonów Higgsa i lepiej zrozumieć ich właściwości.
      Później instalacja ta zostanie rozebrana, a w jej miescu powstanie potężny zderzacz protonów. Urządzenie będzie pracowało z energiami rzędu 100 teraelektronowoltów (TeV). Dla porównania, LHC osiąga energie rzędu 16 TeV.
      Zadaniem nowego zderzacza będzie poszukiwanie nowych cząstek i sił natury. Większość technologii potrzebna do jego zbudowania jeszcze nie istnieje. Będą one opracowywane w najbliższych dekadach.
      Co ważne, mimo ambitnych planów budowy 100-kilometrowego zderzacza, nowo przyjęta strategia zobowiązuje CERN do rozważenia udziału w International Linear Collider, którego projekt jest od lat forsowany przez japońskich fizyków. Japończycy są zadowoleni z takiego stanowiska, gdyż może pozwoli to na przekonanie rządu w Tokio do ich projektu.
      W przyjętej właśnie strategii czytamy, że CERN będzie kontynuował rozpoczęte już prace nad High Luminosity LHC (HL-LHC), czyli udoskonaloną wersją obecnego zderzacza. Budowa 100-kilometrowego tunelu i zderzacza elektronów i pozytonów ma rozpocząć się w roku 2038. Jednak zanim ona wystartuje, CERN musi poszukać pieniędzy na realizację swoich zamierzeń. Chris Llewellyn-Smith, były dyrektor generalny CERN, uważa, że do europejskiej organizacji mogłyby dołączyć Stany Zjednoczone, Japonia i Chiny, by powołać nową globalną organizację fizyczną.
      Nie wszyscy eksperci entuzjastycznie podchodzą do planów CERN. Sabine Hossenfelder, fizyk teoretyczna z Frankfurckiego Instytutu Zaawansowanych Badań krytykuje wydawanie olbrzymich kwot w sytuacji, gdy nie wiemy, czy zwiększanie energii zderzeń cząstek przyniesie jakiekolwiek korzyści naukowe poza pomiarami właściwości już znanych cząstek. Z opinią tą zgadza się Tara Shears z University of Liverpool. Uczona zauważa, że o ile powodem, dla którego budowano LHC było poszukiwanie bozonu Higgsa i urządzenie spełniło stawiane przed nim zadanie, to obecnie brak dobrze umotywowanych powodów naukowych, by budować jeszcze potężniejszy akcelerator. Nie mamy obecnie żadnych solidnych podstaw. A to oznacza, że cały projekt obarczony jest jeszcze większym ryzykiem, mówi. Dodaje jednak, że jednocześnie wiemy, że jedynym sposobem na znalezienie odpowiedzi są eksperymenty, a jedynymi miejscami, gdzie możemy je znaleźć są te miejsca, w które jeszcze nie zaglądaliśmy.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Jedną z największych tajemnic fizyki jądrowej jest odpowiedź na pytanie, dlaczego wszechświat jest zbudowany z takich a nie innych pierwiastków. Dlaczego nie z innych? Naukowców szczególnie interesują procesy fizyczne stojące u podstaw powstania ciężkich pierwiastków, jak złoto, platyna czy uran. Obecnie uważa się, że powstają one podczas łączenia się gwiazd neutronowych oraz eksplozji gwiazd.
      W Argonne National Laboratory opracowano nowe techniki badania natury i pochodzenia ciężkich pierwiastków, a uczeni z Argonne stanęli na czele międzynarodowej grupy badawczej, która prowadzi w CERN eksperymenty mające dać nam wgląd w procesy powstawania egzotycznych jąder i opracowani modeli tego, co dzieje się w gwiazdach i wydarzeń we wczesnym wszechświecie.
      Nie możemy sięgnąć do wnętrza supernowych, więc musimy stworzyć na Ziemi ekstremalne warunki, jakie w nich panują i badać reakcje, jakie tam zachodzą, stwierdził fizyk Ben Kay z Argonne National Laboratory i główny autor najnowszych badań.
      Uczonym biorącym udział w projekcie udało się – jako pierwszym w historii – zaobserwować strukturę jądra o mniejszej liczbie protonów niż w jądrze ołowiu i o liczbie neutronów przekraczających 126. To jedna z liczb magicznych fizyki jądrowej. Liczba magiczne dla protonów i neutronów wynoszą m.in. 8, 20, 28, 50 i 126. To wartości kanoniczne. Fizycy wiedzą, że jądra atomów o takich wartościach charakteryzują się zwiększoną stabilnością. Jądra o liczbie neutronów powyżej 126 są słabo zbadane, gdyż trudno je uzyskać. Wiedza o ich zachowaniu jest kluczowa dla zrozumienia procesu wychwytu neutronu (proces r), w wyniku którego powstaje wiele ciężkich pierwiastków.
      Obecnie obowiązujące teorie przewidują, że proces r zachodzi w gwiazdach. W tych bogatych w neutrony środowiskach jądra atomowe mogą rosnąć wychwytując neutrony i tworząc cięższe pierwiastki. Proces ten jest na tyle szybki, że nowe cięższe pierwiastki tworzą się zanim jeszcze dojdzie do rozpadu.
      Twórcy eksperymentu skupili się na izotopie rtęci 207Hg. Jego badanie może bowiem rzucić światło na ich bezpośrednich sąsiadów, jądra bezpośrednio zaangażowane w proces r. Naukowcy najpierw wykorzystali infrastrukturę HIE-ISOLDE w CERN. Wysokoenergetyczny strumień protonów skierowali na roztopiony ołów. W wyniku kolizji powstały setki egzotycznych radioaktywnych izotopów. Odseparowali z nich 206Hg i w akceleratorze HIE-ISOLDE wytworzyli strumień jąder o najwyższej osiągniętej tam energii. Strumień skierowali na deuter znajdujący się w ISOLDE Solenoidal Spectrometer.
      Żadne inne urządzenie na świecie nie jest w stanie wytworzyć strumienia jąder rtęci o tej masie i nadać mu takiej energii. To w połączeniu z wyjątkową rozdzielczością ISS pozwolió nam na przeprowadzenie pierwszych w historii obserwacji stanów wzbudzonych 207Hg, mówi Kay.  Dzięki ISS naukowcy mogli więc obserwować, jak jądra 206Hg przechwyciły neutron stając się 207Hg.
      Deuter to ciężki izotop wodoru. Zawiera proton i neutron. Gdy 206Hg przechwytuje z niego neutron, dochodzi do odrzutu protonu. Emitowane w tym procesie protony trafiają do detektora w ISS, a ich pozycja i energia zdradzają kluczowe informacje o strukturze jądra. Informacje te mają bardzo duży wpływ na proces r i uzyskane w ten sposób dane pozwalają na przeprowadzenie istotnych obliczeń.
      ISS korzysta z pionierskiej koncepcji opracowanej przez Johna Schiffera z Argonne National Laboratory. Na podstawie jego pomysłu zbudowano w Argone urządzenie HELIOS. Pozwoliło ono na badanie właściwości jąder atomowych, których wcześniej nie można było badać. HELIOS stał się inspiracją do zbudowania w CERN-ie ISS. Urządzenie to pracuje od 2008 roku i uzupełnia możliwości HELIOS.
      Przez ostatnich 100 lat fizycy mogli zbierać informacje o jądrach atomowych dzięki bombardowaniu ciężkich jąder lekkimi jonami. Jednak reakcja przeprowadzana w drugą stronę, gdy ciężkie jądra uderzały w lekkie cele, prowadziła do pojawiania się wielu zakłóceń, które trudno było wyeliminować. Udało się to dopiero za pomocą HELIOS.
      Gdy ciężka kula uderza w lekki cel dochodzi do zmiany kinematyki i uzyskane w ten sposób spektra są skompresowane. John Schiffer zauważył, że gdy do takiej kolizji dochodzi wewnątrz magnesu, wyemitowane w jej wyniku protony wędrują po spiralnym torze w kierunku detektora. Opracował pewną matematyczną sztuczkę, która opisuje tę kinematyczna kompresję, otrzymujemy więc zdekompresowane spektrum, z którego możemy wnioskować o strukturze jądrowej, wyjaśnia Kay.
      Pierwsze analizy uzyskanych danych potwierdziły prawdziwość przewidywań teoretycznych. Naukowcy planują zatem kolejne eksperymenty, podczas których chcą wykorzystać inne jądra z obszaru 207Hg.
      Ze szczegółami badań zapoznamy się na łamach Physical Review Letters.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Rząd Japonii dał zielone światło budowie Hyper-Kamiokande, największego na świecie wykrywacza neutrin, którego konstrukcja pochłonie 600 milionów dolarów. Gigantyczna instalacja powstanie w specjalnie przygotowanej dlań grocie niedaleko kopalni w miejscowości Kamioka. Pomieści ona 250 000 ton ultraczystej wody. To 5-krotnie więcej niż obecnie używany Super-Kamiokande. Ten z kolei jest następcą 300-tonowego Kamiokande, który działał w latach 1983–1995.
      Dzięki olbrzymim rozmiarom Hyper-K możliwe będzie zarejestrowanie większej liczby neutrin niż dotychczas. Będą one pochodziły z różnych źródeł – z promieniowania kosmicznego, Słońca, supernowych oraz z akceleratora cząstek. Instalacja posłuży też do ewentualnej obserwacji rozpadu protonów. Istnienie takiego zjawiska przewidują niektóre rozszerzenia Modelu Standardowego, jednak dotychczas nie udało się go zarejestrować.
      Budowa wykrywacza ma kosztować 600 milionów dolarów, z czego Japonia pokryje 85%, a resztę sfinansują inne kraje, w tym Wielka Brytania i Kanada. Dodatkowo Japonia wyda 66 milionów dolarów na rozbudowę akceleratora J-PARC. To znajdujące się 300 kilometrów dalej urządzenie będzie źródłem neutrin dla Hyper-K.
      Głównym elementem nowego wykrywacza będzie zbiornik o głębokości 71 i średnicy 68 metrów. Grota, do której trafi, powstanie 8 kilometrów od istniejącej infrastruktury Kamioka, by uniknąć wibracji mogących zakłócić prace przygotowywanego właśnie do uruchomienia wykrywacza fal grawitacyjnych KAGRA.
      Wnętrze zbiornika Hyper-K zostanie wyłożone fotopowielaczami, które będą przechwytywały fotony powstałe w wyniku zderzeń neutrino z atomami w wodzie.
      Hyper-Kamiokande będzie jednym z trzech dużych instalacji służących do wykrywania neutrin, jakie mają ruszyć w nadchodzącej dekadzie. Dwa pozostałe to Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE), który ma zacząć pracę w USA w 2025 roku oraz Jiangmen Underground Neutrino Observatory (JUNO), jaki Chiny planują uruchomić w roku 2021.
      Takaaki Kajita, fizyk z Uniwersytetu Tokijskiego, mówi, że naukowcy są podekscytowani możliwościami Hyper-K, który ma pozwalać na badanie różnic w zachowaniu neutrin i antuneutrin. Już w Super-K zauważono istnienie takich różnic, jednak to Hyper-K i DUNE pozwolą na ich bardziej szczegółowe zbadanie. Zaś dzięki temu, że oba detektory będą korzystały z różnej techniki – w DUNE znajdzie się płynny argon a nie woda – będzie można nawzajem sprawdzać uzyskane wyniki.
      Jednak,jak podkreśla Masayuki Nakahata, fizyk z Uniwersytetu Tokijskiego i rzecznik prasowy Super-K, największą nadzieją, jaką pokłada się w Hyper-K jest odkrycie rozpadu protonu.
      Na razie rząd Japonii nie wydał oficjalnego oświadczenia w sprawie budowy Hyper-Kamiokande. Jednak japońscy naukowcy mówią, że właśnie zaproponowano poprawkę budżetową, w ramach której przewidziano pierwszą transzę w wysokości 32 milionów dolarów na rozpoczęcie budowy wykrywacza. Poprawka musi jeszcze zostać zatwierdzona przez parlament, co prawdopodobnie nastąpi w przyszłym miesiącu.

      « powrót do artykułu
×
×
  • Create New...