Tempo rozpadu nie jest stałe
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Ciekawostki
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Wszechświat jest pełen neutrin. Jest ich tak dużo, że w każdej sekundzie przez nasze ciała przelatuje nawet 100 bilionów tych cząstek subatomowych. Mimo tej obfitości neutrino jest najsłabiej poznaną cząstką elementarną. Bardzo słabo oddziałuje ono z materią, dlatego też trudno jest je zarejestrować i badać. Tymczasem fizycy od kilkunastu lat coraz bardziej interesują się neutrinami, gdyż mogą one wyjaśnić wiele tajemnic, na przykład, dlaczego we wszechświecie jest więcej materii niż antymaterii.
Jedną z pierwszych cech neutrin, jakie powinniśmy poznać, są ich rozmiary. Znajomość tego parametru pozwoli na zaprojektowanie bardziej precyzyjnych detektorów, dzięki którym można będzie lepiej zbadać neutrina. Międzynarodowy zespół naukowy opisał na łamach Nature opracowaną przez siebie metodę pomiaru rozmiarów neutrino elektronowego oraz uzyskane wyniki.
Uczeni przeprowadzili eksperyment, podczas którego obserwowali radioaktywny rozpad berylu (7Be). Rozpada się on do litu (7Li). Podczas tego procesu ma miejsce wychwyt elektronu, kiedy to elektron atomu jest przechwytywany przez proton z jego jądra. Powstaje w ten sposób neutron pozostający w jądrze nowego pierwiastka – litu-7 – oraz emitowane jest neutrino elektronowe.
Uwalniana jest energia, która odrzuca nowo powstały atom litu-7 w jednym kierunku, a neutrino w przeciwnym. Badacze obserwowali ten proces w akceleratorze, w którym umieścili bardzo czułe detektory neutrin. Dzięki temu mogli zbadać pęd atomu litu i na tej podstawie obliczyć rozmiary neutrino.
Pomiar oddaje kwantową naturę neutrino. Co oznacza, że „rozmiar” należy tutaj rozumieć jako pewien stopień niepewności co do przestrzeni zajmowanej przez neutrino. Z obliczeń wynika, że dolną granicą rozmiarów pakietu falowego neutrino elektronowego jest 6,2 pikometrów. To oznacza, że pakiet falowy neutrin jest znacznie większy niż pakiet falowy typowego jądra atomowego, który liczy się w femtometrach. Dla jądra wodoru jest to ok. 1,2 fm, dla jądra węgla, ok 3,5 fm.
« powrót do artykułu -
przez 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 3000-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 -
przez KopalniaWiedzy.pl
Międzynarodowy zespół naukowców pracujący w ramach znajdującego się w Japonii eksperymentu T2K zaobserwował sygnały, które mogą być przełomem w dziedzinie badań neutrino i symetrii pomiędzy materią a antymaterią. Zauważone sygnały sugerują, że neutrino może oscylować pomiędzy swoimi trzema rodzajami. Na razie nie udało się potwierdzić tych obserwacji, gdyż T2K wyłączono po trzęsieniu ziemi z marca bieżącego roku.
W ubiegłym roku informowaliśmy, że eksperyment OPERA zanotował zmianę neutrina mionowego w taonowe. Teraz wszystko wskazuje na to, że neutrino mionowe może zamieniać się w neutrino elektronowe.
Jeśli spostrzeżenia się potwierdzą, otworzy to drogę do nowych badań i koncepcji w fizyce cząstek i budowie wszechświata. Pojawią się nowe pomysły, których celem będzie rozwiązanie problemu widocznej we wszechświecie asymetrii pomiędzy materią a antymaterią. Chcemy poradzić sobie z tym problemem, ale najpierw musimy potwierdzić, że różne zapachy neutrino mogą spontanicznie między sobą oscylować. Jak dotąd nasze eksperymenty przynoszą pozytywne rezultaty - mówi profesor Dave Wark z Impterial College London, który przewodzi brytyjskiemu zespołowi pracującemu w T2K.
Eksperyment T2K wykorzystuje niezwykły wykrywacz neutrin Super-Kamiokande. Jest on ukryty na głębokości 1000 metrów pod górą Kamioka w pobliżu miasta Hida. W jego skład wchodzi olbrzymi stalowy zbiornik o średnicy 39,3 metra i wysokości 41,4 m, który mieści 50 000 ton niezwykle czystej wody. Wewnątrz zbiornika znajdują się tysiące czujników.
Podczas badań T2K naukowcy używali akceleratora Japan Proton Accelerator Research Centre (J-Parc), który pod ziemią wystrzeliwał strumień neutrino mionowych w kierunku znajdującego się 295 kilometrów dalej Super-Kamiokande. Czujniki Super-K rejestrowały rzadkie i słabe rozbłyski światła, powstające w wyniku interakcji neutrin z cząsteczkami wody.
Przed trzęsieniem ziemi, które zniszczyło laboratorium T2K, uczeni obserwowali pojawienie się neutrin elektronowych w Super-K. Wydaje się zatem, że neutrina mionowe emitowane przez J-Parc zmieniły się w neutrina elektronowe. Na razie jednak danych jest zbyt mało, by jednoznacznie ogłosić, że doszło do oscylacji. Laboratorium będzie nieczynne do stycznia przyszłego roku. Na potwierdzenie oscylacji neutrin mionowych w elektronowe będziemy musieli poczekać co najmniej rok.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Analiza ponad 50 000 gwiazd wykazała, że rozbłyski słoneczne mogą być setki razy potężniejsze, niż najsilniejszy rozbłysk kiedykolwiek zanotowany przez astronomów. Na łamach pisma Science badacze z Instytutu Badań Układu Słonecznego im Maxa Plancka poinformowali, że po przebadaniu 56 540 gwiazd doszli do wniosku, że każda z nich średnio co 100 lat doświadcza gigantycznego rozbłysku. Wyniki badań wskazują, że dotychczas potencjał gwiazd był niedoszacowany. Z danych zebranych przez Teleskop Keplera wynika bowiem, że gigantyczne rozbłyski mają miejsce 10-100 razy częściej niż sądzono.
Już wcześniejszych badań wiadomo było, że na Słońcu może dochodzić do potężnych erupcji. Ich ślady znajdowano w prehistorycznych drzewach i lodzie z lodowców. Jednak na podstawie takich źródeł nie można było stwierdzić, jak często tego typu wydarzenia mają miejsce. Bezpośrednie pomiary ilości promieniowania docierającego ze Słońca na Ziemię potrafimy wykonywać dopiero od kilkudziesięciu lat.
Istnieje jednak inny sposób na zdobycie danych na temat długoterminowego zachowania się Słońca. Współczesne teleskopy kosmiczne obserwują tysiące gwiazd i zbierają dane o zmianach ich jasności. W danych tych widać też potężne rozbłyski. Nie możemy obserwować Słońca przez tysiące lat. Możemy jednak badać zachowanie tysięcy gwiazd bardzo podobnych do Słońca w krótkim okresie czasu. To pozwala nam ocenić, jak często dochodzi do superrozbłysków, mówi współautor badań, profesor Sami Solanki.
Naukowcy z Niemiec, Austrii, USA, Japonii, Finlandii i Francji przeanalizowali dane z 56 450 gwiazd dostarczone w latach 2009–2013 przez Teleskop Kosmiczny Keplera. W sumie Kepler dostarczył nam danych z 220 tysięcy lat aktywności słonecznej, wyjaśnia profesor Alexander Shapiro z Uniwersytetu w Grazu.
Kluczowym elementem był dobór gwiazd jak najbardziej podobnych do naszej. Badacze wybrali więc te, których temperatura powierzchni i jasność były jak najbardziej zbliżone. W czasie badań zidentyfikowano 2889 superrozbłysków, które miały miejsce na 2527 gwiazdach spośród 56 450 wybranych. To oznacza, że każda z gwiazd generuje jeden superrozbłysk w ciągu stu lat. To było zaskakujące. Naukowcy nie spodziewali się, że potężne rozbłyski mają miejsce tak często. Dotychczas bowiem, na podstawie dowodów znalezionych na Ziemi, wydawało się, że dochodzi do nich znacznie rzadziej.
Gdy cząstki z potężnego rozbłysku trafią do ziemskiej atmosfery, dochodzi do wytwarzania mierzalnych ilości pierwiastków promieniotwórczych, takich jak węgiel-14. Pierwiastki te trafiają do naturalnych archiwów, jak pierścienie drzew czy lód w lodowcach. Więc informacje o takim wydarzeniu na Słońcu można odczytać tysiące lat później na Ziemi. W ten sposób naukowcom udało się zidentyfikować 5 ekstremalnych wydarzeń tego typu i 3 kandydatów na rozbłyski. Doszło do nich w ciągu ostatnich 12 tysięcy lat. Z tego też powodu sądzono, że Słońce generuje superrozbłyski raz na około 1500 lat. I o ile wiadomo, ostatnie takie wydarzenie miało miejsce w 775 roku.
Wyniki badań mogą niepokoić. O ile w roku 775 wynikiem skierowanego w stronę Ziemi rozbłysku mógł być niewielki wzrost zachorowań na nowotwory skóry, to współczesna cywilizacja techniczna bardzo boleśnie odczułaby skutki takiego wydarzenia.
Już przed kilkunastu laty amerykańskie Narodowe Akademie Nauk opublikowały raport dotyczący ewentualnych skutków olbrzymiego koronalnego wyrzutu masy, który zostałby skierowany w stronę Ziemi. Takie wydarzenie spowodowałoby poważne perturbacje w polu magnetycznym planety, co z kolei wywołałoby przepływ dodatkowej energii w sieciach energetycznych. Nie są one przygotowane na tak gwałtowne zmiany.
Omawiając ten raport, pisaliśmy, że mogłoby dojść do stopienia rdzeni w stacjach transformatorowych i pozbawienia prądu wszystkich odbiorców. Autorzy raportu stwierdzili, że gwałtowny koronalny wyrzut masy mógłby uszkodzić 300 kluczowych transformatorów w USA. W ciągu 90 sekund ponad 130 milionów osób zostałoby pozbawionych prądu. Mieszkańcy wieżowców natychmiast straciliby dostęp do wody pitnej. Reszta mogłaby z niej korzystać jeszcze przez około 12 godzin. Stanęłyby pociągi i metro. Z półek sklepowych błyskawiczne zniknęłaby żywność, gdyż ciężarówki mogłyby dostarczać zaopatrzenie dopóty, dopóki miałyby paliwo w zbiornikach. Pompy na stacjach benzynowych też działają na prąd. Po około 72 godzinach skończyłoby się paliwo w generatorach prądu. Wówczas stanęłyby szpitale.
Najbardziej jednak przerażającą informacją jest ta, iż taki stan mógłby trwać całymi miesiącami lub latami. Uszkodzonych transformatorów nie można naprawić, trzeba je wymienić. To zajmuje zespołowi specjalistów co najmniej tydzień. Z kolei duże zakłady energetyczne mają na podorędziu nie więcej niż 2 grupy odpowiednio przeszkolonych ekspertów. Nawet jeśli część transformatorów zostałaby dość szybko naprawiona, nie wiadomo, czy w sieciach byłby prąd. Większość rurociągów pracuje bowiem dzięki energii elektrycznej. Bez sprawnego transportu w ciągu kilku tygodni również i elektrowniom węglowym skończyłyby się zapasy. Sytuacji nie zmieniłyby też elektrownie atomowe. Są one zaprojektowane tak, by automatycznie wyłączały się w przypadku poważnych awarii sieci energetycznych. Ich uruchomienie nie jest możliwe przed usunięciem awarii.
O tym, że to nie tylko teoretyczne rozważania, świadczy chociażby fakt, że w marcu 1989 roku burza na Słońcu na 9 godzin pozbawiła prądu 6 milionów Kanadyjczyków. Z kolei najpotężniejszym tego typu zjawiskiem, jakie zachowało się w ludzkiej pamięci, było tzw. wydarzenie Carringtona z 1859 roku. Kilkanaście godzin po tym, jak astronom Richard Carrington zaobserwował dwa potężne rozbłyski na Słońcu, Ziemię zalało światło zórz polarnych. Przestały działać telegrafy, doszło do pożarów drewnianych budynków stacji telegraficznych, a w Ameryce Północnej, gdzie była noc, ludzie mogli bez przeszkód czytać gazety. Igły kompasów poruszały się w sposób niekontrolowany, a zorze polarne było widać nawet w Kolumbii. A pamiętać trzeba, że wydarzenie Carringtona było znacznie słabsze, niż superrozbłyski, o których tutaj mowa.
Obecnie ucierpiałyby nie tylko sieci elektromagnetyczne, ale również łączność internetowa. Na szczególne niebezpieczeństwo narażone byłyby kable podmorskie, a konkretnie zainstalowane w nich wzmacniacze oraz ich uziemienia. Więc nawet gdy już uda się przywrócić zasilanie, problemem będzie funkcjonowanie globalnego internetu, bo naprawić trzeba będzie dziesiątki tysięcy kilometrów kabli.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
DESI (Dark Energy Spectroscopis Instrument) tworzy największą i najdokładniejszą trójwymiarową mapę wszechświata. W ten sposób zapewnia kosmologom narzędzia do poznania masy neutrin w skali absolutnej. Naukowcy wykorzystują w tym celu dane o barionowych oscylacjach akustycznych – czyli wahaniach w gęstości widzialnej materii – dostarczanych przez DESI oraz informacje z mikrofalowego promieniowania tła, wypełniającym wszechświat jednorodnym promieniowaniu, które pozostało po Wielkim Wybuchu.
Neutrina to jedne z najbardziej rozpowszechnionych cząstek subatomowych. W trakcie ewolucji wszechświata wpłynęły one na wielkie struktury, takie jak gromady galaktyk. Jedną z przyczyn, dla których naukowcy chcą poznać masę neturino jest lepsze zrozumienie procesu gromadzenia się materii w struktury.
Kosmolodzy od dawna sądzą, że masywne neutrina hamują proces „zlepiania się” materii. Innymi słowy uważają, że gdyby nie oddziaływanie tych neutrin, materia po niemal 14 miliardach lat ewolucji wszechświata byłaby zlepiona ze sobą w większym stopniu.
Jednak wbrew spodziewanym dowodom wskazującym na hamowanie procesu gromadzenia się materii, uzyskaliśmy dane wskazujące, że neutrina wspomagają ten proces. Albo mamy tutaj do czynienia z jakimś błędem w pomiarach, albo musimy poszukać wyjaśnienia na gruncie zjawisk, których nie opisuje Model Standardowy i kosmologia, mówi współautor badań, Joel Meyers z Southern Methodist University. Model Standardowy to najlepsza i wielokrotnie sprawdzona teoria budowy wszechświata.
Dlatego też Meyers, który prowadził badania we współpracy z kolegami w Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara i San Diego oraz Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa stwierdza, że jeśli uzyskane właśnie wyniki się potwierdzą, możemy mieć do czynienia z podobnym problemem, jak ten, dotyczący tempa rozszerzania się wszechświata. Tam solidne, wielokrotnie sprawdzone, metody pomiarowe dają różne wyniki i wciąż nie udało się rozstrzygnąć tego paradoksu.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.