Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
KopalniaWiedzy.pl

Prędkość światła przekroczona

Recommended Posts

Międzynarodowy zespół uczonych poinformował, że neutrino podróżują szybciej od światła. Jeśli doniesienia te się potwierdzą, jesteśmy być może świadkami olbrzymiego przełomu w fizyce.

Antonio Ereditato, rzecznik prasowy grupy, stwierdził, że prowadzone wielokrotnie w ciągu ostatnich trzech lat eksperymenty wykazały, że neutrino wysyłane z CERN-u do włoskiego wykrywacza neutrin Borexino przybywały tam o 60 nanosekund szybciej, niż mogłoby przybyć światło.

Jesteśmy pewni naszych wyników. Sprawdzaliśmy je wielokrotnie, braliśmy pod uwagę wszystko, co mogło je zakłócić. Teraz chcemy, by sprawdziły je niezależne zespoły naukowe - mówił Ereditato.

Założenie, że nic nie może podróżować szybciej niż światło wynika ze szczególnej teorii względności Einsteina. Prędkość światła i przekonanie o jej nieprzekraczalności to jeden z kluczowych elementów Modelu Standardowego.

Podczas eksperymentów prowadzonych w ramach projektu OPERA z CERN-u do Gran Sasso wysłano 15 000 wiązek neutrino. CERN od Gran Sasso dzieli 730 kilometrów. Światło przebyłoby taką odległość w 2,4/1000 części sekundy. Neutrino były o 60 nanosekund szybsze. To maleńka różnica, jednak niezwykle ważna. Odkrycie jest tak niesamowite, że każdy powinien bardzo ostrożnie do niego podchodzić - dodał Ereditato.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Ciekawe, czy uwzględnili prędkość obrotową ziemi, bo jeśli neutrino leciało "pod prąd" to wtedy wykrywacz neutrin mógł się przesunąć w stronę lecącej cząstki skracając de facto między nimi dystans.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Ciekawe, czy uwzględnili prędkość obrotową ziemi, bo jeśli neutrino leciało "pod prąd" to wtedy wykrywacz neutrin mógł się przesunąć w stronę lecącej cząstki skracając de facto między nimi dystans.

Jeszcze mozna dorzucic predkosc poruszania sie ziemi po orbicie (~30km/s), ukladu slonecznego w galaktyce (~200km/s). Ale podejrzewam ze juz na to dawno wpadli :)

Share this post


Link to post
Share on other sites

Podejrzewam że oba ośrodki są dość solidnie osadzone na jednej ziemi, więc prędkość galaktyki raczej nie będzie miała wpływu + neutrino nie lecą po promieniu ziemi, tylko na skróty :)

Share this post


Link to post
Share on other sites

Tu jest artykuł: http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1109/1109.4897.pdf

730km to 2.4ms, z czego 60ns to 1/40600 czyli jakieś 18m - różnica niby niewielka, ale jednak spora z perspektywy pomiaru prędkości światła. Pewnie jeszcze pozostało dużo niewyeliminowanych możliwych źródeł błędów, jak np. to że wcale nie żyjemy w układzie inercjalnym (jest dużo przyspieszeń związanych z ruchem obrotowym Ziemi, dookoła słońca etc.)...

 

Natomiast jeśli to rzeczywiście jest prawda, to różnica prędkości jest zdecydowanie za mała żeby rezygnować ze szczególnej teorii względności. Oznaczałoby to tylko i wyłącznie że jednak nam się tylko wydawało że to foton osiąga największą możliwą prędkość ośrodka które nas otacza (m.in. pola elektromagnetycznego) - że jednak możliwe są też bardziej "aerodynamicze" (polodynamiczne :) ) konstrukcje pola, które przemierzają je ciut szybciej.

 

Wiemy że czyste pole elektromagnetyczne może propagować co najwyżej z prędkością światła, ale czy na pewno wiemy że np. pole odpowiedzialne za oddziaływanie słabe także? Neutrino jest konstrukcją na pograniczu tych dwóch pól.

Bezpośrednie eksperymentalne zweryfikowanie takiej hipotezy jest dla mnie wręcz niewyobrażalne (ma ktoś pomysł? Albo np. jak się zastanowić, to tak naprawdę wiemy tylko jak grawitacja działa na nukleony - jak praktycznie zweryfikować że tak samo działa na same elektrony? Sterna-Gerlacha dla elektronów dalej nie udało się przeprowadzić...)

 

ehhh ... już widzę na Phsorgu wytłumaczenie że to przecież idą na skróty przez dodatkowe wymiary ;/ w takim razie dlaczego fotony nie mogą? Ale podstawowy problem z dodatkowymi wymiarami to to, że jeśli jest jakakolwiek interakcja z nimi (chociażby poprzez neutrina), to bardzo wyraźnie by to było widać na poziomie termodynamiki - np. energia by odpływała do tamtych wymiarów ...

Share this post


Link to post
Share on other sites

 

Oznaczałoby to tylko i wyłącznie że jednak nam się tylko wydawało że to foton osiąga największą możliwą prędkość ośrodka które nas otacza (m.in. pola elektromagnetycznego) - że jednak możliwe są też bardziej "aerodynamicze" (polodynamiczne :) ) konstrukcje pola, które przemierzają je ciut szybciej.

 

Czyli energie uzyskiwane z wykorzystaniem E=mc2 byłyby trochę większe, itd?

Share this post


Link to post
Share on other sites

Piotrze, E=mc2 tylko wiąże ze sobą dwa rodzaje mas (z jakichś bodajże czterech: inercjalna, grawitacyjna, energia którą można by uzyskać podczas anihilacji i dająca częstotliwość de Broglie/Zitterbewegung).

W teorii pola jest ukrytych dużo więcej stałych i naleciałości historycznych (o bardzo wysokiej inercji), tak że z automatu przyjmuje się że prędkość propagacji wszystkich pól jest stała i basta ... co tak naprawdę nie jest zupełnie potwierdzone eksperymentalnie, pozostawiając dużo miejsca na takie niedokładności jak rzędu 1/40000.

Foton to konstrukcja pola elektromagnetycznego, natomiast neutrino raczej głównie pola oddziaływań słabych.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Natomiast jeśli to rzeczywiście jest prawda, to różnica prędkości jest zdecydowanie za mała żeby rezygnować ze szczególnej teorii względności.

 

Biorąc pod uwagę jak zachowuje się współczynnik Lorentza w okolicy c to nie trzeba przekraczać c - wystarczy je osiągnąć i STS nadaje się na...

 

Próżnia ma niezerowe przenikalności, być może chodzi prędkość w hipotetycznej próżni o zerowych przenikalnościach, zatem nie stawiającej "oporu" fali em.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Jajcenty, przepraszam - przez STW miałem cały czas na myśli lorenzowsko niezmiennicze teorie pola.

W bardzo upraszczającym rozumieniu STW o którym mówisz, rzeczywiście pojawia się istotny problem.

Zrozumienie kryształu dwójłomnego o dwóch różnych prędkościach światła nie wymaga łamania STW, tak samo STW nie wyklucza że próżnia pozwala na różne prędkości propagacji różnych rodzajów drgań. Szukano różnic w prędkości fotonów o różnej energii z błysków gamma dla wytłumaczenia egzotycznych teorii, bodajże z silnie negatywnym rezultatem.

Tutaj natomiast mamy coś bardzo innego - jedne drgania to pola elektromagnetycznego, drugie (neutrin) głównie pola oddziaływań słabych - "ortogonalnych w bardzo fundamentalnym sensie". Tego drugiego oddziaływania to tak naprawę dobrze nie rozumiemy i przeprowadzenie bezpośrednich eksperymentów jest praktycznie niemożliwe.

Share this post


Link to post
Share on other sites

A swoją drogą - znamy jakąkolwiek cząstkę, coś innego niż światło (mam na myśli całe widmo EM), co poruszało by się ze stałą  prędkością c lub bardzo zbliżoną? (naturalnie sama z siebie, bez rozpędzania w akceleratorze)

Share this post


Link to post
Share on other sites

Ciekawe, czy uwzględnili prędkość obrotową ziemi, bo jeśli neutrino leciało "pod prąd" to wtedy wykrywacz neutrin mógł się przesunąć w stronę lecącej cząstki skracając de facto między nimi dystans.

 

To kompletnie nie moja dziedzina ale z tego co pamiętam z lekcji fizyki takie parametry się nie liczą bo jak to nam obrazowo tłumaczono jeśli będziemy lecieli statkiem kosmicznym rozpędzonym do prędkości światła i wystrzelimy z tego statku pocisk ten pocisk będzie się nadal poruszał z prędkością światła o ile dobrze pamiętam miało to związek z teoria względności czy coś w tym stylu .

Share this post


Link to post
Share on other sites
Pewnie jeszcze pozostało dużo niewyeliminowanych możliwych źródeł błędów, jak np. to że wcale nie żyjemy w układzie inercjalnym (jest dużo przyspieszeń związanych z ruchem obrotowym Ziemi, dookoła słońca etc.)...

W ramach wciąż obowiązującej teorii nie ma to znaczenia. Więc albo błąd jest czysto techniczny albo teoria jest zła.

O przenikalności "mi" i "epsilon" i prędkości światła uczą w szkole średniej, więc też nie szukałbym tu błędu.

Dla mnie albo to błąd techniczny albo coś naprawdę wielkiego. Dodajmy że neutrina mają masę spoczynkową.

Dalej, oddziaływanie słabe nie słynie z dużego zasięgu, więc generalnie nie pasuje do tych 700 km.

Prędzej stawiałbym na nieznany proces fizyki kwantowej.

Share this post


Link to post
Share on other sites

.....Prędzej stawiałbym na nieznany proces fizyki kwantowej.

 

Tak! Prędzej cos takiego, rodzaj odwrocenia zasady nieoznaczonosci Heisenberga. Neutrino za chwile od wyslania bedzie zmierzone w punkcie "b", jednak upiornie "ono" juz to wie, ze będzie złapane, wiec sie dluzej nie ukrywa i pokazuje sie wczesniej niz jego nadejscie jest spodziewane;D Taka neutrinowa "ciuciubabka" - "i tak mnie zaraz zlapiesz wiec popsuje ci zabawe i juz jestem:P" wow:D

Share this post


Link to post
Share on other sites

A ja nie rozumiem dlaczego gdyby to okazało się prawdą miałoby skreślać STW? Istnieje całkiem zgrabna teoria o tachionach. Neutrina jeśli przemieszczają się szybciej niż światło, to po prostu mają urojoną masę. Mnie to pasuje. Wiem, masę neutrin określano do tej pory jako rzeczywistą, więszką od zera a nie większą niż (tu jakaś tam liczba) eV. Jednak to jak to wyznacząją jest dość pokrętne. Poszukałem prac na ten temat i znalazem taką np.:

http://arxiv.org/pdf/1108.5034v1

O ile dobrze rozumiem, to naukowcy nie wyznacząją bezpośrednio masy neutrin, ale kwadrat ich masy, który w dodatku wychodzi im na minusie. Mają rozkład dla tej wartości z wartością oczekiwaną poniżej zera i odchyleniem standardowym przekraczającym zero. Widząc to brać naukowa wywala część rozkładu poniżej 0 jako niefizyczny. A może to błąd?

Share this post


Link to post
Share on other sites

thikim, po pierwsze w szczególnej teorii względności istotne jet założenie inercjalności układu, czyli braku przyśpieszeń. Jednak tego typu poprawki raczej nie miałyby szans wytłumaczyć tych 60ns.

 

Co do tego że oddziaływanie słabe nie słynie z dużego zasięgu ...

Jest ono związane zwykle z większymi energiami niż EM - stopnie swobody pola odpowiadające za oddziaływanie słabe trudniej wychylić ze stanu równowagi. Dzięki tej większej 'stałej sprężystości'(węższych studni potencjału), deformacja tych stopni swobody mogłaby teoretycznie propagować szybciej ... tyle że energia z tych 'twardych sprężyn' zwykle szybko ucieka(dysypuje) do innych stopni swobody, czyli oddziaływanie słabe ma bezpośrednio niewielki zasiąg.

Sytuacja się zmienia w przypadku cząstek - tutaj deformacja stopni swobody związanych z oddziaływaniem słabym jest integralną częścią cząstki - porusza się razem z nią. Myślę że teoretycznie oddziaływanie słabe mogłoby się poruszać jeszcze szybciej, ale trochę spowalnia cząstkę w pobliże c to że występują tam też zjawiska EM.

 

A co do konieczności jakichś dodatkowych 'efektów kwantowych', to jeśli tylko nie trzymamy się ortodoksyjnie jej mistycyzmu, to można ją po prostu

zrozumieć ( http://www.racjonalista.pl/forum.php/s,404014 ) - to wszystko jest bardzo sensowne i nie ma tam miejsca na jakieś dodatkowe magiczne efekty.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Też mam wyjaśnienie i to nawet całkiem proste:P  posiada 3 założenia.

1. prędkość światła jest nieprzekraczalna.

2. neutrina nie oddziałują z ośrodkiem w którym się poruszają, dlatego poruszają się z maksymalną możliwą prędkością z jaka jest osiągalna - w tym wypadku prędkością światła.

3. Na szybkość rozchodzenia się fali elektromagnetycznej wpływ posiada rodzaj oraz gęstość ośrodka w jakim się ona rozchodzi.

 

Rozwinięcie:

- dysponujemy prędkością rozchodzenia się fali elektromagnetycznej w próżni, która jak jednak wiadomo nie jest wcale "pusta", ponieważ ośrodek może spowalniać rozchodzenie się fali elektromagnetycznej, mierzona przez nas prędkość jest rzeczywistą prędkością rozchodzenia się fali w jakimś ośrodku (w tym wypadku próżni), a nie maksymalną rzeczywistą prędkością rozchodzenia się fali w pustce.

- jak powszechnie wiadomo neutrina oddziałują z ośrodkiem w minimalnym zakresie, nie są spowalniane przez ośrodek, lub dzieje się to w nieznacznym stopniu.

 

Wniosek:

- nie wykonano żadnych błędów pomiarowych przy badaniu prędkości neutrin. Jedynie prędkość światła jaką zmierzyliśmy i która porównujemy z szybkością neutrin okazuje się mniejsza od maksymalnej prędkości światła, ponieważ nie dysponujemy ośrodkiem w którym światło nie byłoby spowalniane.

 

Proste i logiczne no nie? Szczególna teoria względności dalej się trzyma a E=mc2 nadal obowiązuje ;]

Share this post


Link to post
Share on other sites

Stawiałbym raczej na desynchronizację zegarów. Bo skąd wiadomo, że czas mierzony w jednym ośrodku badawczym jest taki sam ja w drugim? Czy kiedy mamy 2 zegary atomowe, synchronizujemy je ze sobą, a następnie jeden z nich przewozimy na pewną odległość, to czy nie zachodzi mikro dylatacja czasu (przemieszczenie zegara z miejsca na miejsce ma wpływ prędkość upływu czasu)?

Share this post


Link to post
Share on other sites

Bardzo ciekawy artykuł o dyskusji na temat możliwych źródeł błędów:

http://arstechnica.com/science/news/2011/09/neutrino-results-depend-on-exquisite-measurements-of-time-space.ars

Dobrym argumentem że neutrina poruszają się z prędkością światła jest to że ich strumień z wybuchu supernowej jest obserwowany równocześnie z fotonami ... jednak pozostaje np. ewentualność że można je rozpędzić do większej prędkości, ale pole elektromagnetyczne je dość szybko wyhamowuje do c (poprzez jakieś promieniowanie Czerenkowa?)

Share this post


Link to post
Share on other sites

Proste i logiczne no nie? Szczególna teoria względności dalej się trzyma a E=mc2 nadal obowiązuje ;]

 

Nieco wcześniej ja również zasugerowałem, że c w próżni to mniej niż c w "pustej" próżni :) ale po namyśle: istnienie idealnego ośrodka z zerowymi przenikalnościami (próżnia ma małe ale niezerowe) obala STW.

J.C. Maxwell pokazuje, że c = 1/sqrt(e0*m0) -> nieskończoności i w takim ośrodku foton jest wszędzie  :P

Share this post


Link to post
Share on other sites

Dobrym argumentem że neutrina poruszają się z prędkością światła jest to że ich strumień z wybuchu supernowej jest obserwowany równocześnie z fotonami ... jednak pozostaje np. ewentualność że można je rozpędzić do większej prędkości, ale pole elektromagnetyczne je dość szybko wyhamowuje do c (poprzez jakieś promieniowanie Czerenkowa?)

 

No tak, skoro na 780 metrach mamy 60 ns to na latach świetlnych powinniśmy obserwować strumień neutrin potem długo długo nic, a wreszcie rozbłysk. Jeśli dobrze policzyłem różnica powinna wynosić około 20 godzin na każdy rok świetlny.

 

Jaka jest szansa na weryfikację tego eksperymentu przez inną ekipę na innym sprzęcie?

Share this post


Link to post
Share on other sites

Nieco wcześniej ja również zasugerowałem, że c w próżni to mniej niż c w "pustej" próżni :) ale po namyśle: istnienie idealnego ośrodka z zerowymi przenikalnościami (próżnia ma małe ale niezerowe) obala STW.

J.C. Maxwell pokazuje, że c = 1/sqrt(e0*m0) -> nieskończoności i w takim ośrodku foton jest wszędzie  :P

 

Dopiero po napisaniu swojego posta zauważyłem twój :) jakoś tak mi przemknął. Ale, nie jest ważneczy taki ośrodek istnieje czy nie, ważne jest to że próżnia wyhamowuje falę elektromagnetyczną, i mierzona przez nas prędkość jest pozorną prędkością maksymalną, mniejszą od rzeczywistej jaka może zostać osiągnięta w układzie (wszechświecie).

 

- To że na krótkim odcinku neutrina są szybsze do fali EM, nie znaczy że w dużej skali też tak będzie, fala EM pędzi w ośrodku ze stałą prędkością, cząsteczki którym układ mimo wszystko stawia drobny opór stopniowo wyhamowują, im mniejsza prędkość cząsteczki tym mniejszy opór stawia ośrodek, dlatego też bardzo prawdopodobne, że po jakimś czasie ich prędkość się zrównuje.

 

- Jednak mimo powyższego, powinna być możliwość zaobserwowania drobnych odchyleń w czasie rejestracji neutrin i fotonów z rozbłysków w kosmosie, neutrina na krótkich dystansach powinny być trochę szybciej, a te na dłuższych minimalnie wolniejsze. Ale wymaga to istnienia sprzężonego detektora, który byłby w stanie rejestrować jednocześnie obie cząsteczki.

 

- A może jednak jak ktoś wspomniał komuś się po prostu zegarek spieszy? ;)

Share this post


Link to post
Share on other sites

Co do śpieszenia się zegarków to polecam wczorajszy wykład z CERNu:

http://cdsweb.cern.ch/record/1384486

wszystko wygląda bardzo porządnie zrobione...

A co wyhamowywania, to naturalne tutaj wydawałoby się promieniowanie Czernkowa o którym wspomniałem - jeśli w strukturze neutrina jest coś związanego z polem EM (np. jakieś wyższe momenty elektryczne, magnetyczne), powinien być wyhamowywany do prędkości światła.

Właśnie sprawdziłem że z SN1987A (168 tys. lat świetlnych) też neutrina (24 w 13s) pojawiły się przed fotonami(3 godziny):

http://en.wikipedia.org/wiki/Supernova_Early_Warning_System

ale to opóźnienie wydaje się wynikać z charakteru procesu: netrina pochodzą z zapadnięcia jądra, a fotony muszą dopiero przebić się przez otoczkę.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Z tą prędkością światła i teorią względności jest jak z każdą poprzednią słuszną teorią, jeśli faktycznie to prawda to teoria względności będzie miała tylko "mały" update tzn założenia dla których działa. Wkurzają mnie z lekka opinie niektórych  naukowców i dziennikarzy którzy mówią już o pomyłce Einsteina i obaleniu teorii z której korzystamy od lat i dotychczas nas nie zawiodła, a w codziennym życiu wykorzystujemy wynalazki które ją wykorzystują zjawiska opisane w tej teorii.

To jest chyba normalne że razem ze zgłębianiem struktury świata, poznajemy coraz dokładniej prawa które zawsze są tylko uogólnieniem. Każdy by chciał aby to wszystko było jak E=mc^2 gdzie jedno i drugie jest całkowicie znane, w rzeczywistości nie ma tak, prawo to znowu może być z lekka poprawione o dodatkowe czynniki zazwyczaj bliskie zeru...,

Odkrycie jeśli prawdziwe to wg. mnie wcale nie zaprzeczyłoby STW, tylko nada jej jakieś ograniczenia/założenia i nadal będziemy spokojnie korzystać z LASERów i GPSu ;-) wiedząc jak działają.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Fragment wypowiedzi prof. Krzysztofa Meissnera na ten temat:

"Prędkość światła, której nic nie może przekroczyć, odnosi się do próżni. Może więc to ośrodek, przez który neutrina wędrowały ze Szwajcarii do Włoch - a więc skały - dał taki dziwaczny efekt? Już kiedyś zresztą pomierzono, że samo światło może pozornie poruszać się szybciej od "prędkości światła", jeśli tylko przechodzi przez coś, co... zatrzymuje fotony. Bo de facto część z nich się wtedy przedziera, a dzięki mechanice kwantowej mają krótszą drogę do pokonania - dlatego wydaje się, jakby przyspieszały."

 

Prof. Ewa Rondio:

"Już dawniej myślano, że neutrina mogą być tachionami, czyli hipotetycznymi cząstkami elementarnymi, które poruszają się szybciej od światła."

Share this post


Link to post
Share on other sites

Z calkowitą pewnością zakładam hipotezę iż w odpowiednim ośrodku istnieje możliwość ruchu z prędkością większą od prędkości cząstki neutrino podpierając tezę, że jeżeli prędkość czegokolwiek posiada określoną granicę to jest to dowodem istnienia dyferencjału ośrodków przedgranicznego i zagranicznego z punktu widzenia obserwatora rozpatrującego zagadnienie, a zatem konkludując twierdzę istnienie ośrodka ograniczającego ogranicznik górnego kresu (stanowiącego ogranicznik niższego rzędu) prędkości światła w odmaterializowanym ośrodku przestrzennym.

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
      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
    • By 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
    • By KopalniaWiedzy.pl
      W CERN zakończono najbardziej precyzyjne w historii eksperymenty, których celem było sprawdzenie czy materia i antymateria reagują tak samo na oddziaływanie grawitacji. Trwające 1,5 roku badania z wykorzystaniem protonów i antyprotonów przeprowadzili specjaliści z eksperymentu BASE (Baryon Antibaryon Symmetry Experiment).
      Naukowcy zmierzyli stosunek ładunku do masy protonu i antyprotonu z dokładnością 16 części na bilion. To najbardziej precyzyjny ze wszystkich testów symetrii materii i antymaterii przeprowadzony na cząstkach złożonych z trzech kwarków, zwanych barionami, i ich antycząstkach, mówi Stefan Ulmer, rzecznik prasowy BASE.
      Zgodnie z Modelem Standardowym cząstki i antycząstki mogą się od siebie różnić, jednak większość właściwości, szczególnie ich masa, powinno być identycznych. Znalezienie różnicy masy pomiędzy protonami a antyprotonami lub też różnicy w ich stosunku ładunku do masy, oznaczałoby złamanie podstawowej symetrii Modelu Standardowego, symetrii CPT. Byłby to również dowód na znalezienie fizyki wykraczającej poza opisaną Modelem Standardowym.
      Istnienie takiej różnicy mogłoby doprowadzić do wyjaśnienia, dlaczego wszechświat składa się głównie z materii, mimo że podczas Wielkiego Wybuchu powinny powstać takie same ilości materii i antymaterii. Różnice pomiędzy cząstkami materii i antymaterii zgodne z Modelem Standardowym, są o rzędy wielkości zbyt małe, by wyjaśnić obserwowaną nierównowagę.
      Naukowcy z BASE wykorzystali podczas swoich pomiarów antyprotony i jony wodoru, które służyły jako ujemnie naładowane przybliżenia protonów. Umieszczono je w tzw. pułapce Penninga. Badania prowadzono pomiędzy grudniem 2017 roku a majem 2019. Później przystąpiono do opracowywania wyników, a po zakończeniu prac w najnowszym numerze Nature poinformowano o rezultatach.
      Po uwzględnieniu różnic pomiędzy jonami wodoru a protonami okazało się, że stosunek ładunku do masy protonu jest z dokładnością do 16 części na miliard identyczny ze stosunkiem ładunku do masy antyprotonu. To czterokrotnie bardziej dokładne obliczenia niż wszystko, co udało się wcześniej uzyskać, mówi Stefan Ulmer. Aby dokonać tak precyzyjnych pomiarów musieliśmy najpierw znacznie udoskonalić nasze narzędzia. Badania przeprowadziliśmy w czasie, gdy urządzenia wytwarzające antymaterię były nieczynne. Wykorzystaliśmy więc magazyn antyprotonów, w którym mogą być one przechowywane przez lata, dodaje.
      Prowadzenie eksperymentów w pułapce Penninga w czasie, gdy urządzenia wytwarzające antymaterię nie działają, pozwala na uzyskanie idealnych warunków, gdyż nie występują zakłócające badania pola magnetyczne generowane przez „fabrykę antymaterii”.
      Naukowcy z BASE nie ograniczyli się tylko do niespotykanie precyzyjnego porównania protonów i antyprotonów. Przeprowadzili też testy słabej zasady równoważności. Wynika ona z teorii względności i głosi, że zachowanie wszystkich obiektów w polu grawitacyjnym jest niezależne od ich właściwości, w tym masy. Oznacza to, że jeśli pominiemy inne siły – jak np. siłę tarcia – reakcja wszystkich obiektów na oddziaływanie grawitacji jest taka sama. Przykładem może być tutaj piórko i młotek, które w próżni powinny opadać z tym samym przyspieszeniem.
      Orbita Ziemi wokół Słońca ma kształt elipsy, co oznacza, że obiekty uwięzione w pułapce Penninga będą odczuwały niewielkie zmiany oddziaływania grawitacyjnego. Okazało się, że zarówno proton i antyproton identycznie reagują na te zmiany. Uczeni z BASE potwierdzili, że słaba zasada równoważności odnosi się zarówno do materii jak i antymaterii z dokładnością około 3 części na 100.
      Ulmer podkreśla, że uzyskana w tym eksperymencie precyzja jest podobna do założeń eksperymentu, w ramach których CERN chce badać antywodór podczas spadku swobodnego w polu grawitacyjnym Ziemi. BASE nie prowadziło eksperymentu ze swobodnym spadkiem antymaterii w polu grawitacyjnym Ziemi, ale nasze pomiary wpływu grawitacji na antymaterię barionową są co do założeń bardzo podobne do planowanego eksperymentu. To wskazuje, że w dopuszczonym zakresie niepewności nie znaleźliśmy żadnych anomalii w interakcjach pomiędzy antymaterią a grawitacją.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Podczas ostatnich badań w CERN zdobyto dane, które – jeśli zostaną potwierdzone – będą oznaczały, że doszło do naruszenia Modelu Standardowego. Dane te dotyczą potencjalnego naruszenia zasady uniwersalności leptonów. O wynikach uzyskanych w LHCb poinformowano podczas konferencji Recontres de Moriond, na której od 50 lat omawia się najnowsze osiągnięcia fizyki oraz w czasie seminarium w CERN.
      Podczas pomiarów dokonywanych w LHCb porównywano dwa typy rozpadu kwarków powabnych. W pierwszym z nich pojawiają się elektrony, w drugim miony. Miony są podobne do elektronów, ale mają około 200-krotnie większą masę. Elektron, mion i jeszcze jedna cząstka – tau – to leptony, które różnią się pomiędzy sobą zapachami. Zgodnie z Modelem Standardowym, interakcje, w wyniku których pojawiają się leptony, powinny z takim samym prawdopodobieństwem prowadzić do pojawiania się elektronów i mionów podczas rozpadu kwarka powabnego.
      W roku 2014 zauważono coś, co mogło wskazywać na naruszenie zasady uniwersalności leptonów. Teraz, po analizie danych z lat 2011–2018 fizycy z CERN poinformowali, że dane wydają się wskazywać, iż rozpad kwarka powabnego częściej dokonuje się drogą, w której pojawiają się elektrony niż miony.
      Istotność zauważonego zjawiska to 3,1 sigma, co oznacza, iż prawdopodobieństwo, że jest ono zgodne z Modelem Standardowym wynosi 0,1%. Jeśli naruszenie zasady zachowania zapachu leptonów zostanie potwierdzone, wyjaśnienie tego procesu będzie wymagało wprowadzenie nowych podstawowych cząstek lub interakcji, mówi rzecznik prasowy LHCb profesor Chris Parkes z University of Manchester.
      Rozpad kwarka powabnego prowadzi do pojawienia się kwarka dziwnego oraz elektronu i antyelektronu lub mionu i antymionu. Zgodnie z Modelem Standardowym w procesie tym pośredniczą bozony W+ i Z0. Jednak naruszenie zasady uniwersalności leptonów wskazuje, że zaangażowana w ten proces może być jakaś nieznana cząstka. Jedna z hipotez mówi, że jest to leptokwark, masywny bozon, który wchodzi w interakcje zarówno z leptonami jak i z kwarkami.
      Co istotne, dane z LHCb zgadzają się z danymi z innych anomalii zauważonych wcześniej zarówno w LHCb, jak i obserwowanych od 10 lat podczas innych eksperymentów na całym świecie. Nicola Serra z Uniwersytetu w Zurichu mówi, że jest zbyt wcześnie by wyciągać ostateczne wnioski. Jednak odchylenia te zgadzają się ze wzorcem anomalii obserwowanych przez ostatnią dekadę. Na szczęście LHCb jest odpowiednim miejscem, w którym możemy sprawdzić potencjalne istnienie nowych zjawisk fizycznych w tego typu rozpadach. Musimy przeprowadzić więcej pomiarów.
      LHCb to jeden z czterech głównych eksperymentów Wielkiego Zderzacza Hadronów.Jego zadaniem jest badanie rozpadu cząstek zawierających kwark powabny.
      Artykuły na temat opisanych tutaj badań zostały opublikowane na stronach arXiv oraz CERN.

      « powrót do artykułu
    • By 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
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...