Pięć Boskich Cząstek?
By
KopalniaWiedzy.pl, in Ciekawostki
-
Similar Content
-
Fermilab buduje ostatni z wielkich detektorów, które mają znaleźć neutrino sterylne i fizykę poza MSBy KopalniaWiedzy.pl
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 -
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
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 -
By KopalniaWiedzy.pl
Podczas konferencji Large Hadron Collider Physics 2020 eksperymenty ATLAS i CMS przedstawiły najnowsze wyniki dotyczące rzadkich sposobów rozpadu bozonu Higgsa produkowanego na Wielkim Zderzaczu Hadronów w CERN. Nowe kanały obejmują rozpady Higgsa na bozon Z, współodpowiedzialny za słabe oddziaływania jądrowe, oraz inną cząstkę, jak również rozpady na cząstki „niewidzialne”. Te pierwsze, w razie rozbieżności z przewidywaniami Modelu Standardowego, mogą świadczyć o zjawiskach wykraczających poza znaną nam fizykę (tzw. nowa fizyka), podczas gdy niewidzialne rozpady cząstki Higgsa rzuciłyby nowe światło na naturę cząstek tzw. ciemnej materii kosmicznej. Przedstawione analizy oparte są o całość danych zebranych w latach 2015-2018, czyli około miliarda milionów zderzeń proton-proton.
Eksperyment ATLAS zmierzył częstość rozpadu Higgsa na Z i foton (γ) na 2.0+1.0−0.9 częstości przewidzianej w Modelu Standardowym, tym samym zbliżając się do czułości umożliwiającej obserwację ewentualnych odstępstw od przewidywań modelu. Eksperyment CMS poszukiwał o wiele rzadszych rozpadów na Z i mezon ρ lub φ i stwierdził, że w nie więcej niż 1.9% przypadków może nastąpić rozpad na Zρ, a nie więcej niż w 0.6% przypadków na Zφ. Obserwacja tego typu rozpadów przy obecnie zebranej ilości danych świadczyłaby o zjawiskach związanych z istnieniem nowej fizyki.
Niektóre hipotezy dotyczące nowej fizyki przewidują, że bozon Higgsa może rozpadać się na dwie tzw. słabo oddziałujące masywne cząstki (ang.: WIMP), odpowiedzialne za ciemna materię kosmiczną, a niewidoczne dla aparatury eksperymentalnej. Zespół eksperymentu ATLAS wykluczył, aby prawdopodobieństwo takiego procesu przekraczało 13%. Analogiczne wykluczenie rozpadu bozonu Higgsa na parę tzw. ciemnych fotonów przedstawiła współpraca CMS.
Polskie grupy z IFJ, AGH i UJ w Krakowie współtworzą zespól eksperymentu ATLAS, a grupy eksperymentalne z UW i NCBJ w Warszawie uczestniczą w eksperymencie CMS.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
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
-
-
Recently Browsing 0 members
No registered users viewing this page.