Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Przełom w badaniach nad neutrinami?
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 moment pędu 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
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 -
przez 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 -
przez 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 -
przez KopalniaWiedzy.pl
Fizycy z Oak Ridge National Laboratory zaobserwowali nowy rodzaj interakcji neutrin. Naukowcy pracujący przy eksperymencie COHERENT nie tylko poszerzyli naszą wiedzę z dziedziny fizyki, ale również udoskonalili technologię wykrywaczy neutrin i zdobyli nowe informacje na temat tego, co dzieje się w przestrzeni kosmicznej.
Prawdopodobnie badanie neutrin pozwoli nam z czasem odpowiedzieć na wiele otwartych obecnie pytań, mówi profesor Rex Tayloe z Indiana University, który nadzorował instalację, pracę i analizę danych z kriogenicznego argonowego wykrywacza neutrin Spallation Neutron Source (SNS).
Grupa Tayloe'a zaobserwowała, że niskoenergetyczne neutrina wchodzą w interakcje z jądrami argonu w procesie nazwanym koherentnym elastycznym rozpraszaniem neutrino-jądro (CEvNS, coherent elastic neutrino-nucleus scattering). Neutrino uderzając w jądro argonu przekazuje mu minimalną ilość energii, co powoduje, że jądro jest niemal niezauważalnie odrzucane.
Podstawą do przeprowadzonych obecnie badań było studium opisane w 2017 roku w Science, podczas którego zauważono pierwsze oznaki procesu CEvNS, jaki miał miejsce, gdy neutrino wchodziły w interakcje ze znacznie cięższymi jądrami cezu i jodu. Wówczas odrzut cięższych jąder był jeszcze mniejszy niż zaobserwowany obecnie.
Model Standardowy przewiduje istnienie koherentnego elastycznego rozpraszania neutrino na jądrze. Zaobserwowanie interakcji neutrino z argonem, najlżejszym jądrem w przypadku którego interakcję tą udało się zmierzyć, pozwoliło na potwierdzenie wcześniejszych obserwacji prowadzonych z cięższymi jądrami. Wykonane przez nas dokładne pomiary pozwalają na określenie granic dla alternatywnych modeli teoretycznych, stwierdziła rzecznik prasowa COHERENT fizyk Kate Scholberg z Duke University.
Yuri Efremenko, fizyk z Univeristy of Tenessee, którego zadaniem było stworzenie bardziej czułych fotodetektorów, powiedział: Argon stał się dla nas rodzajem „drzwi”. Proces CEvNS jest jak budynek, o którym wiemy tyle, że powinien istnieć. Pierwsze pomiary z udziałem cezu i jodu były jednymi z „drzwi”, którymi weszliśmy do budynku. Teraz otworzyliśmy „drzwi” argonowe. Pomiary dokonane z udziałem argonu są zgodne z granicami błędu dopuszczonymi przez Model Standardowy. Jednak zwiększenie precyzji pomiarów może pozwolić na odkrycie czegoś nowego.
Szukamy sposobów na zaburzenie Modelu Standardowego. Uwielbiamy go, to bardzo skuteczny model. Ale istnieją kwestie, których na jego gruncie nie można wyjaśnić. Podejrzewamy, że w tych drobnych kwestiach, gdzie możemy zaburzyć Model Standardowy, kryją się odpowiedzi na wielkie pytania o naturę wszechświata, antymaterię czy ciemną materię, dodaje fizyk Jason Newby.
Teraz, po 18 miesiącach prowadzenia eksperymentów, w czasie których zarejestrowano 159 wydarzeń CEvNS - co jest zgodne z Modelem Standardowym – naukowcy poinformowali o wynikach swoich prac na łamach Physical Review Letters.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.