Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy

Recommended Posts

Mimo, że fizyka kwantowa to wciąż wiele niewiadomych, uważa się, że najważniejsze rzeczy już wiemy i że nie ulegną one już zmianom. Tymczasem nie jest tak dobrze. Najnowsze eksperymenty pokazują, że jedna z podstawowych cząstek elementarnych - proton, jest mniejsza, niż dotąd uważano. Wprawdzie zaledwie o 4%, czyli 0,00000000000003 milimetra, ale burzy to naszą dotychczasową wiedzę o budowie atomu.

Ze szkoły każdy pamięta, że atom składa się z protonów (i ewentualnie neutronów), tworzących jądro oraz krążących wokół niego elektronów, protony mają dodatni ładunek elektryczny, elektrony ujemny, neutrony go nie posiadają. Protony i neutrony składają się z bardziej elementarnych cząstek zwanych kwarkami. Średnicę protonu mierzy się wykorzystując oddziaływanie między nim a orbitującym elektronem - orbita zależy od energii elektronu i rozmiaru protonu. Wszystkie eksperymenty dawały w wyniku zawsze rozmiar protonu 0,8768 femtometra. Do czasu.

Randolf Pohl, naukowiec z Instytutu Optyki Kwantowej Maksa Plancka (Max-Planck-Institut für Quantenoptik) w niemieckim Garching po zastosowaniu innej metody uzyskał odmienne wyniki. Zamiast oddziaływania protonu z elektronem wykorzystał do pomiaru inną cząstkę, 207 razy cięższą od elektronu - mion. Większy rozmiar mionu sprawia, że jest on bardziej wrażliwy na oddziaływanie protonu. Aby zmierzyć oddziaływanie tych dwóch cząstek bombarduje się atomy wodoru strumieniem mionów. W pewnej części przypadków mion wybija elektron z jego powłoki i zastępuje go na tym miejscu. Przy pomocy laserów dokonano precyzyjnych pomiarów energii orbitującego mionu i obliczono rozmiar protonu. Wynik okazał się tak zaskakujący, że wstrząsnął fundamentami fizyki.

Wynik mniejszy o 4% to może się wydawać niewiele, ale wskazuje, że coś jest z naszą teorią nie tak. Jest tak sprzeczny z dotychczasową wiedzą, że mimo iż już dwukrotnie - w roku 2003 i 2007 otrzymano taką wartość, zignorowano ją, sądząc że to błąd pomiaru spowodowany złą kalibracją laserów.

Dziś już jednak nikt z badaczy nie sądzi, że wynik jest błędny. Z drugiej strony nie sposób też uznać za błędne poprzednich wyników, uzyskiwanych poprzez pomiar energii elektronu. Randolf Pohl uważa, że odnaleźliśmy poważną lukę w teorii i po prostu brakuje w niej jakiegoś fragmentu cząsteczkowej „układanki". Jednym z przypuszczeń jest jakaś cząsteczka związana z mionem, która zaburza oddziaływanie między mionem a protonem. Istnienie takich „partnerów" przewiduje teoria supersymetrii. Jedno jest pewne: naukowcy otrzymali kolejną łamigłówkę do rozwiązania, które to rozwiązanie bez wątpienia będzie fascynujące.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Czegoś tu nie kapuję... może po prostu dla mionu ten wynik będzie inny? Proton nie jest przecież w gruncie rzeczy cząstką elementarną, odległości miedzy kwarkami mogą być może oscylować w zależności od różnicy między mionem a elektronem?

Share this post


Link to post
Share on other sites

Mion ma większy ładunek niż elektron więc jest przyciągany bliżej jądra co w tym takiego dziwnego.

Wg takiej kalkulacji to proton powinien się skurczyć o 25% i to mierzenie laserem (koń się uśmiał).

Share this post


Link to post
Share on other sites

A może pod wpływem oddziaływania o innej sile (mion) kwarki w protonie zachowują się inaczej dając inną wartość promienia protonu.

Całkiem prawdopodobne że dla jeszcze innej cząstki zamiast elektronu otrzymamy jeszcze inną wartość promienia protonu.

Według mnie już z samej zasady E=mc2, inne oddziaływanie => inna masa => inny promień.

Share this post


Link to post
Share on other sites

To że mion idzie bliżej jądra jest wiadome przynajmniej od 70lat , jądro jest dodatnie (bez ładunku) stąd zestaw elektron i neutrino muszą w obecności jądra wykazywać się ładunkiem o wiele większym niż tylko ładunek elektronu (ew. wirowanie takiego układu daje kierunkowe pole magnetyczne).

Share this post


Link to post
Share on other sites

Większy rozmiar mionu sprawia, że jest on bardziej wrażliwy na oddziaływanie protonu.

komentarz: czy aby nie jest odwrotnie, większy mion - to większa jego bezwładność - zatem mniejsza "wrażliwość mionu" na oddziaływanie protonu.

[romano]

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

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      O grafenie piszemy od lat, a przed kilkunastoma miesiącami informowaliśmy o powstaniu grafanu. Teraz do rodziny dołączył trzeci jej członek - grafyn.
      Symulacje komputerowe przeprowadzone przez niemieckich uczonych wskazują na możliwość istnienia pojedynczej warstwy atomów węgla, które jednak nie muszą być ułożone w kształcie sześciokąta, a mogą przyjmować bardzo różne formy. Nowy materiał może być zatem znacznie bardziej elastyczny niż grafen.
      Jak pamiętamy, energia elektronów poruszających się w grafenie jest wprost proporcjonalna do momentu pędu. Gdy energie takich elektronów przedstawimy na trójwymiarowym wykresie otrzymamy stożek Diraca. Te unikatowe właściwości grafenu powodują, że elektrony zachowują się w nim tak, jakby nie miały masy, co pozwala im na poruszanie się z niezwykle dużą prędkością, a to może być bardzo pożądaną cechą np. w elektronice.
      Grafyn tym różni się od grafenu, który ma pojedyncze lub podwójne wiązania, iż tworzy podwójne i potrójne wiązania, a atomy węgla nie układają się heksagonalnie.
      Niemieccy uczeni, wśród nich chemik Andreas Görling z Uniwersytetu Erlangen-Nuremberg, prowadzili komputerowe symulacje trzech różnych wzorców, w jakie mogą układać się atomy węgla w grafynie i odkryli, że we wszystkich mamy do czynienia ze stożkiem Diraca. Jednak, co ważniejsze, okazało się, że jeden z badanych wzorów 6,6,12 grafyn, w którym atomy węgla charakteryzuje prostokątna symetria, przewodzi elektrony tylko w jednym kierunku. Taki materiał nie potrzebowałby domieszkowania innymi pierwiastkami, by wykazywać właściwości pożądane w elektronice.
      W przeszłości uzyskiwano już niewielkie skrawki grafynu. Teraz niemieckie badania dowiodły, że warto pracować nad tym materiałem i różnymi jego odmianami.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Zespół profesora Xaioyanga Zhu z University of Texas odkrył, iż dzięki zastosowaniu w ogniwach słonecznych plastikowego półprzewodnika można dwukrotnie zwiększyć liczbę elektronów uzyskiwanych z pojedynczego fotonu. Tym półprzewodnikiem jest policykliczny węglowodór aromatyczny, pentacen.
      Przed rokiem pisaliśmy, że profesor Zhu przeprowadził badania, z których wynikało, że wydajność ogniw słonecznym można będzie zwiększyć do 66%. Obecnie najbardziej wydajne urządzenia tego typu są w stanie przekształcić w prąd elektryczny około 31% energii słonecznej. Dzieje się tak, gdyż zdecydowaną większość energii stanowią tzw. gorące elektrony, których nie potrafiliśmy przechwytywać. Zhu pokazał, w jaki sposób można to zrobić. Profesor zaznaczył wówczas, że stworzenie szeroko dostępnej technologii będzie trudne, gdyż wymaga mocnego skoncentrowania promieni słonecznych na panelach, do czego z kolei konieczne jest opracowanie sposobów produkcji ogniw z nowych materiałów.
      Teraz zespół pod kierunkiem uczonego znalazł alternatywę. Uczeni odkryli, że możliwe jest uzyskanie dwóch elektronów z pojedynczego fotonu i ich przechwycenie. Co więcej, ich rozwiązanie nie wymagałoby koncentrowania promieni. Okazało się bowiem, że po zaabsorbowaniu fotonu przez pentacen zachodzi zjawisko MEG, o którym informowaliśmy przed kilkoma dniami, przy okazji stworzenia ogniwa słonecznego o zewnętrznej wydajności kwantowej przekraczającej 100%.
      Zdaniem Zhu zastosowanie pentacenu pozwoli na zwiększenie wydajności ogniw do 44%.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Badacze z amerykańskiego Narodowego Laboratorium Energii Odnawialnej (NREL) poinformowali o stworzeniu pierwszego ogniwa słonecznego, którego zewnętrzna wydajność kwantowa wynosi ponad 100%. Dla fotoprądu wartość zewnętrznej wydajności kwantowej - podawaną w procentach - wylicza się na podstawie liczby elektronów przepływających przez obwód w ciągu sekundy podzielonej przez liczbę fotonów z określonej długości fali, wpadających w ciągu sekundy do ogniwa słonecznego. Dotychczas nie istniały ogniwa, których wydajność w jakimkolwiek zakresie fali przekraczałaby 100%. Uczonym z NREL udało się osiągnąć szczytową wydajność kwantową rzędu 114%. W przyszłości może to pozwolić na zbudowanie ogniw słonecznych, z których energia będzie równie tania, lub tańsza, od energii uzyskiwanej z paliw kopalnych czy energii jądrowej.
      Mechanizm uzyskania wydajności większej niż 100% bazuje na procesie zwanym Multiple Exciton Generation (MEG), podczas którego pojedynczy foton o odpowiednio wysokiej energii tworzy więcej niż jedną parę elektron-dziura.
      W roku 2001 pracujący w NREL Arthur J. Nozik przewidział, że MEG będzie lepiej działało w półprzewodnikowych kropkach kwantowych niż w zwykłych półprzewodnikach. Pięć lat później w pracy opublikowanej wraz z Markiem Hanną Nozik stwierdził, że kropki kwantowe użyte w ogniwach słonecznych mogą zwiększyć ich wydajność o około 35% w porównaniu z innymi nowoczesnymi rozwiązaniami. Ogniwa bazujące na kropkach kwantowych nazywane się ogniwami trzeciej (lub kolejnej) generacji. Obecnie buduje się ogniwa pierwszej i drugiej generacji.
      Zjawisko MEG, zwane też Carrier Multiplication (CM), zostało po raz pierwszy zaprezentowane w Los Alamos National Laboratory w 2004 roku. Od tamtej chwili wiele innych ośrodków badawczych potwierdziło jego występowanie w różnych półprzewodnikach. Teraz NREL zaprezentował MEG o wartości większej niż 100%. Badań dokonano przy niskiej intensywności symulowanego światła słonecznego, a mimo to eksperymentalne ogniwo słoneczne osiągnęło wydajność konwersji energii rzędu 4,5%. To bardzo dobry wynik, biorąc pod uwagę fakt, że ogniowo nie było optymalizowane pod kątem wydajności.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Specjaliści z niemieckiej firmy Namlab GmbH stworzyli podstawy tranzystora polowego, który za pomocą sygnału elektrycznego można rekonfigurować tak, by działał jak tranzystor typu p lub typu n.
      Koncepcyjny uniwersalny tranzystor został opisany w artykule w Nano Letters. Niemcy zaprezentowali teoretyczne założenia tranzystora, jednak twierdzą, że bez najmniejszych problemów można zbudować takie urządzenie za pomocą technologii CMOS.
      Nowy tranzystor składa się z pojedynczego nanokabla o strukturze metal-półprzewodnik-metal, otoczonego dwutlenkiem krzemu. Elektrony i dziury przepływają ze źródła na jednym końcu nanokabla przez dwie bramki do drenu. Bramki w różny sposób kontrolują ruch elektronów i dziur. Jedna z nich decyduje o trybie pracy tranzystora wybierając, czy wykorzystuje elektrony czy dziury. Druga z nich kontroluje ich przepływ dobierając odpowiednio rezystancję.
      Niemcy zaprezentowali zatem całkowicie inne podejście niż spotykamy we współczesnych tranzystorach. Obecnie o tym, czy tranzystor będzie typu p czy n decyduje się na etapie produkcji za pomocą odpowiednich domieszek. Raz wybrany typ nie może już być zmieniony.
      W rekonfigurowalnym tranzystorze napięcie przyłożone do jednej z bramek decyduje o jego typie. Bariera Schottky’ego, która powstaje na styku metalu i półprzewodnika blokuje albo dziury, albo elektrony. Gdy zablokowane są elektrony, dziury przepływają i mamy do czynienia z tranzystorem typu p. Nieco inne napięcie spowoduje, że zablokowane zostaną dziury, a możliwy będzie ruch elektronów.
      Taki tranzystor może przeprowadzać operacje logiczne właściwe dla tranzystorów p i n. To z kolei oznacza, że może je zastąpić, co pozwoli na zmniejszenie liczby tranzystorów w układzie bez ograniczania jego funkcjonalności. Za tym idzie możliwość produkcji mniejszych układów scalonych, zużywających mniej energii i łatwiejszych oraz tańszych w chłodzeniu.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy od dłuższego już czasu korzystają z optycznych „pęset", które pozwalają im na poruszanie niewielkich cząstek. Ostatnio informowaliśmy, że wykorzystaniem tego typu technologii zainteresowana jest też NASA, gdyż chce za jej pomocą zbierać próbki w kosmosie.
      Tymczasem naukowcy z Narodowego Instytutu Standardów i Technologii przypadkiem zaobserwowali działanie elektronowej „pęsety". Jest ona znacznie doskonalsza od jej wersji optycznej i pozwala na manipulowanie znacznie mniejszymi obiektami.
      Metalurg Vladimir Oleshko mówi, że teoretyczne podstawy do manipulowania niewielkimi obiektami za pomocą elektronów są takie same, jak te wykorzystywane do manipulowania nimi za pomocą fotonów. Dotychczas jednak nikomu nie udało się zaobserwować elektronowej „pęsety", gdyż praca z elektronami jest znacznie trudniejsza niż z fotonami.
      Oleshko i James Howe z University of Virginia badali pod mikroskopem elektronowym fazę przejściową stopu aluminiowo-krzemowego. Chcieli dowiedzieć się, jak przechodzi on z fazy płynnej do krystalicznej. Szczegółowe poznanie tego mechanizmu pozwoli na tworzenie doskonalszych stopów.
      Naukowcy obserwowali niewielką cząsteczkę szerokości kilkuset mikrometrów, która stanowiła część większej próbki znajdującej się w komorze próżniowej. Była ona poddawana działaniu strumienia elektronów w celu wytworzenia plazmonów powierzchniowych, które miały zdradzić naukowcom, co dzieje się na pograniczu pomiędzy fazą ciekłą a stałą.
      Efekt elektronowej ‚pęsety' był niespodzianką, ponieważ celem eksperymentu było badania topnienia i krystalizacji. Możemy łatwo stworzyć taką sferę wewnątrz płynnej skorupki. Obraz jaki uzyskujemy dowodzi, że jest ona już skrystalizowana. Jednak gdy przesunęliśmy strumień elektronów, skrystalizowana cząstka podążała za nim, jakby była przyklejona - mówi Oleshko.
      Naukowiec informuje, że elektronowa pęseta - pomimo tego, iż jest użyteczna tylko w próżni - może być niezwykle precyzyjna. Jest o trzy rzędy wielkości mniejsza od pęsety fotonowej. Pozwala zatem na bardzo precyzyjne manipulowanie pojedynczymi atomami.
×
×
  • Create New...