Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Fizycy chcą symulować Wielki Wybuch
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Technologia
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Naukowcy z jednych z najlepszych uczelni i instytutów badawczych z USA, Niemiec, Wielkiej Brytanii i Szwecji są pierwszymi, którzy prześledzili w czasie rzeczywistym ruch pojedynczego elektronu podczas całej reakcji chemicznej. Podczas niezwykłego eksperymentu wykorzystali ekstremalnie jasne źródło promieniowania X, Linac Coherent Light Source znajdujące się w SLAC National Accelerator Laboratory. Osiągnięcie to pozwoli lepiej zrozumieć reakcje chemiczne na najbardziej podstawowym poziomie i lepiej kontrolować wyniki takiej reakcji. Taką wiedzę można zaś wykorzystać podczas opracowywania materiałów i technologii przyszłych generacji.
Kluczową rolę w reakcjach chemicznych odgrywają elektrony walencyjne, znajdujące się na najbardziej zewnętrznej powłoce atomu. Ich obrazowanie jest jednak niezwykle trudne. Nie tylko – jak wszystkie elektrony – są niezwykle małe, ale tworzą wiązania chemiczne w czasie femtosekund, biliardowych części sekundy.
Uczeni od lat próbowali zobrazować elektron podczas tworzenia wiązań chemicznych. Dotychczas się nie udawało, gdyż niezwykle trudno jest wyizolować pojedynczy elektron z atomu, a jeszcze trudniej jest śledzić go w czasie femtosekund. Dopiero teraz wyczynu tego dokonał zespół, na którego czele stali Ian Gabalski, doktorant z Uniwersytetu Stanforda, profesor Philip Bucksbaum ze Stanford PULSE Institute oraz profesor Nanna List ze szwedzkiego Królewskiego Instytutu Technologii.
Chcąc śledzić elektrony naukowcy stworzyli pojemnik z gęstym amoniakiem w stanie gazowym i wzbudzili gaz za pomocą ultrafioletowego lasera. W tym momencie włączono LCLS i promieniowanie rentgenowskie trafiło w elektrony i na nich się rozproszyło.
W większości molekuł liczba elektronów powłok wewnętrznych znacznie przewyższa liczbę elektronów walencyjnych. Jednak w niewielkich lekkich molekułach, jak amoniak – przypomnijmy, że składa się on z atomu azotu i trzech atomów wodoru – to elektrony walencyjne mają znaczną przewagę liczbową. A to oznacza, że sygnał pochodzący z promieniowania rentgenowskiego rozproszonego na elektronach walencyjnych jest wystarczająco silny, by obserwować właśnie ten rodzaj elektronów.
Naukowcy już wcześniej wiedzieli, że wzbudzone za pomocą światła molekuły amoniaku przechodzą ze struktury, w której atomy tworzą piramidę, do takiej, w której leżą na jednej płaszczyźnie. W końcu jeden z atomów wodoru wyłamuje się z tej struktury i dochodzi do przegrupowania. Badacze byli teraz w stanie śledzić ruch elektronu związany z tą zmianą struktury.
Zwykle musimy zakładać, jak elektrony walencyjne poruszają się w czasie reakcji, jednak tutaj mogliśmy bezpośrednio zmierzyć ten ruch, mówi Nanna List, która wykonała obliczenia wyjaśniające zarejestrowane dane.
Ian Gabalski tak wyjaśnia znacznie dokonanej obserwacji: Gdy próbujesz zsyntetyzować molekułę nowego leku lub materiału, dochodzi do reakcji chemicznych, które przebiegają zarówno w sposób pożądany, jak i niepożądany. Te niepożądane reakcje skutkują pojawieniem się produktów ubocznych. Jednak gdy rozumiesz, jak to wszystko działa, możesz opracować metodę sterowania reakcją tak, by osiągać tylko oczekiwane rezultaty. To może być potężne narzędzie w całej dziedzinie chemii.
Eksperyment opisano szczegółowo na łamach Physical Review Letters.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Chrysopoeia to używany przez alchemików termin na transmutację (przemianę) ołowiu w złoto. Alchemicy zauważyli, że tani i powszechnie występujący ołów ma podobną gęstość do złota i na tej podstawie próbowali opracować metodę zamiany jednego materiału w drugi. Po wielu wiekach badań i rozwoju nauki ludzkość dowiedziała się, że ołów i złoto to różne pierwiastki i metodami chemicznymi nie uda się zamienić jednego w drugi.
Dopiero na początku XX wieku okazało się, że pierwiastki mogą zmieniać się w inne, na przykład drogą rozpadu radioaktywnego, fuzji jądrowej czy też można tego dokonać bombardując je protonami lub neutronami. W ten sposób dokonywano już w przeszłości zamiany ołowiu w złoto.
Teraz w eksperymencie ALICE w Wielkim Zderzaczu Hadronów zarejestrowany nowy mechanizm transmutacji ołowiu w złoto. Doszło do niej podczas bardzo bliskiego minięcia się atomów ołowiu. W LHC naukowcy zderzają ze sobą jądra ołowiu, uzyskując plazmę kwarkowo-gluonową. Jednak interesują ich nie tylko bezpośrednie zderzenia jąder atomowych. Z punktu widzenia fizyki niezwykle ciekawe są też sytuacje, gdy do zderzeń nie dochodzi, ale jądra mijają się w niewielkiej odległości. Intensywne pola elektromagnetyczne otaczające jądra mogą prowadzić do interakcji, które są przedmiotem badań.
Ołów, dzięki swoim 82 protonom, ma wyjątkowo silne pole elektromagnetyczne. Co więcej w Wielkim Zderzaczu Hadronów jądra ołowiu rozpędzane są do 99.999993% prędkości światła, co powoduje, że linie ich pola elektromagnetycznego zostają ściśnięte, przypominając naleśnik. Układają się poprzecznie do kierunku ruchu, emitując krótkie impulsy fotonów. Często dochodzi wówczas do dysocjacji elektromagnetycznej, gdy wskutek interakcji z fotonem w jądrze zachodzi oscylacja, w wyniku której wyrzucane są z niego protony lub neutrony. By w ten sposób ołów zmienił się w złoto (które posiada 79 protonów), jądro ołowiu musi utracić 3 protony.
To niezwykłe, że nasz detektor jest stanie analizować zderzenia, w których powstają tysiące cząstek, a jednocześnie jest tak czuły, że wykrywa procesy, w ramach których pojawia się zaledwie kilka cząstek. Dzięki temu możemy badać elektromagnetyczną transmutację jądrową, mówi rzecznik prasowy eksperymentu ALICE, Marco Van Leeuwen.
Uczeni wykorzystywali kalorymetry do pomiarów interakcji fotonów z jądrami, w wyniku których dochodziło do emisji 0, 1, 2 lub 3 protonów z towarzyszącym co najmniej 1 neutronem. W ten sposób jądra ołowiu albo pozostawały jądrami ołowiu, albo zamieniały się w tal, rtęć lub złoto.
Złoto powstawało rzadziej niż tal czy rtęć. Maksymalne tempo jego wytwarzania wynosiło około 89 000 jąder złota na sekundę. Analiza danych z ALICE wykazała, że w całym LHC w latach 2015–2018 powstało 86 miliardów atomów złota. Współcześni fizycy są więc bardziej skuteczni niż alchemicy. Podobnie jednak jak oni, nie obsypią swoich władców złotem. Te 86 miliardów atomów to zaledwie 29 pikogramów (2,9x10-11 grama).
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Spotkanie, o którym poinformowaliśmy, nigdy nie miało miejsca. To żart primaaprilisowy. :)
Ostatnie działania administracji prezydenta Trumpa wywołały spory niepokój w amerykańskim środowisku naukowym. Biały Dom, chcąc rozpoznać i załagodzić sytuację, zorganizował nieformalne spotkanie prezydenta z przedstawicielami Narodowej Fundacji Nauki (NSF). To niezależna agenda rządu federalnego, której zadaniem jest wspieranie badań i edukacji na wszystkich pozamedycznych polach nauki i inżynierii. Z budżetem sięgającym 10 miliardów dolarów NSF finansuje około 25% badań podstawowych wspieranych z budżetu federalnego.
Z nieoficjalnych doniesień wynika, że spotkanie przebiegało w bardzo dobrej atmosferze, prezydent wypytywał o największe wyzwania i potrzeby amerykańskiej nauki. Ku zdziwieniu zebranych miał też ze spokojem i zrozumieniem przyjmować – lekką co prawda i kulturalną – krytykę swoich dotychczasowych działań. Jeden z biorących w nim udział naukowców zdradził redakcji PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences), pod warunkiem zachowania anonimowości, że rozmowa z gospodarzem Białego Domu przebiegała znacznie lepiej, niż sobie wyobrażał. Wydawało się, że prezydent rozumie obawy naukowców i rzeczywiście się nimi przejmuje.
Sytuacja uległa zmianie, gdy Donald Trump zapytał o amerykańską fizykę. Naukowcy powiedzieli mu m.in. o amerykańskim udziale w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) i w innych międzynarodowych projektach związanych z akceleratorami. Prezydent spytał o amerykańskie akceleratory i dowiedział się, że USA nie posiadają równie dużego co LHC. Gdy zaczął wypytywać o szczegóły, uczeni wyjaśnili mu, że budowa takiego akceleratora trwa wiele lat i jest niezwykle kosztowna. Wówczas Donald Trump powiedział coś, co niemal przyprawiło mnie o zawał, stwierdził rozmówca PNAS. Prezydent stwierdził, że USA powinny wycofać się z Wielkiego Zderzacza Hadronów, zaoszczędzone pieniądze przeznaczyć na budowę amerykańskiego akceleratora i... zabrać amerykańskie części z LHC. Dodał, że zleci administracji odpowiednie działania i analizy prawne, a jeśli są jakieś umowy, to Stany Zjednoczone je wypowiedzą.
Naukowcy próbowali wyperswadować mu ten pomysł, jednak Donald Trump upierał się, że pieniądze amerykańskich podatników powinny być przeznaczane na rozwój amerykańskiej nauki i zapewniać naukowcom miejsca pracy w USA, a nie za granicą. Spotkanie, jak łatwo się domyślić, nie zakończyło się w równie dobrej atmosferze, w jakiej się toczyło.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
CERN podpisał z trzema francuskimi dostawcami energii umowy, na podstawie których do roku 2027 około 10% zużywanej przez ośrodek energii będzie pochodziło z paneli fotowoltaicznych. Energia elektryczna stanowi około 95% całości energii wykorzystywanej przez CERN i kupowana jest we Francji. Obecnie roczne zapotrzebowanie ośrodka – w latach gdy pracują akceleratory – to 1300 GWh/rok, z czego Wielki Zderzacz Hadronów zużywa aż 55%.
Podpisane umowy przewidują, że na południu Francji powstaną trzy duże farmy fotowoltaiczne, które od stycznia 2027 roku będą dostarczały w szczycie 95 MW, a rocznie zapewnią dostawę 140 GWh. Umowy podpisano na 15 lat. To 10% zapotrzebowania podczas pracy akceleratorów i 25% zapotrzebowania w czasie, gdy akceleratory są wyłączone przez dłuższy czas.
Farmy fotowoltaiczne pracujące na potrzeby CERN-u będą miały powierzchnię około 90 hektarów. To około 40% powierzchni całego ośrodka. "Projekt o tej skali nie może zostać zrealizowany na terenie CERN-u, na przykład na dachach budynków czy parkingów. Sami możemy zapewnić sobie około 1% potrzebnej energii", wyjaśnia Nicolas Bellegarde, koordynator ds. energii w CERN-ie.
Pierwszą z trzech umów podpisano już w sierpniu i zakłada ona budowę farmy w departamencie Lozère. Dwie kolejne – z września i października – oznaczają, że farmy powstaną w departamentach Bouches-du-Rhône i Var. Teraz wszystko zostało dopięte na ostatni guzik i budowa farm może się rozpocząć.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Podczas seminarium zorganizowanego w CERN-ie naukowcy pracujący przy projekcie NA62, w ramach którego badane są rzadkie rozpady kaonów, poinformowali o jednoznacznym potwierdzeniu rejestracji ultrarzadkiego rozpadu kaonu dodatniego do dodatnio naładowanego pionu i parę neutrino-antyneutrino. Uczeni z NA62 już wcześniej obserwowali sygnały, świadczące o zachodzeniu takiego procesu, jednak teraz, po raz pierwszy, pomiary zostały dokonane z poziomem ufności 5σ, od którego możemy mówić o dokonaniu odkrycia.
Zaobserwowane zjawisko, które zapisujemy jako K+→π+νν, to jeden z najrzadziej obserwowanych rozpadów. Model Standardowy przewiduje, że w ten sposób rozpada się mniej niż 1 na 10 miliardów kaonów dodatnich. Ta obserwacja to moment kulminacyjny projektu, który rozpoczęliśmy ponad dekadę temu. Obserwowanie zjawisk naturalnych, których prawdopodobieństwo wynosi 10-11 jest zarówno fascynujące, jak i wymagające. Wielki wysiłek, jaki włożyliśmy w badania, w końcu zaowocował obserwacją, dla której projekt NA62 powstał, mówi Giuseppe Ruggiero, rzecznik projektu badawczego.
Po co jednak fizycy wkładają tyle wysiłku w obserwacje tak rzadko zachodzącego procesu? Otóż modele teoretyczne sugerują, że rozpad K+→π+νν jest niezwykle wrażliwy na wszelkie odchylenia od Modelu Standardowego, jest zatem jednym z najbardziej interesujących procesów dla poszukiwań zjawisk fizycznych wykraczających poza Model Standardowy.
Uzyskany obecnie wynik jest o około 50% większy, niż zakłada to MS, ale wciąż mieści się w granicach niepewności. Dzięki zebraniu kolejnych danych naukowcy z NA62 będą w stanie w ciągu kilku lat przeprowadzić testy rozpadu pod kątem występowania tam zjawisk, których Model Standardowy nie opisuje. Poszukiwanie nowej fizyki w tym rozpadzie wymaga zgromadzenia większej ilości danych. Nasze obecne osiągnięcie to duży krok naprzód. Stanowi ono fundament dla kolejnych badań, dodaje Karim Massri z NA62.
Grupa NA62 uzyskuje kaony kierując intensywną wiązkę protonów z Super Proton Synchrotron w CERN-ie na stacjonarny cel. W wyniku zderzenia w każdej sekundzie powstaje około miliarda cząstek, które są rejestrowane przez detektory. Dodatnie kaony stanowią około 6% z tych cząstek. NA62 dokładnie określa sposób rozpadu tych kaonów, rejestrując wszystkie powstające wówczas cząstki, z wyjątkiem neutrin. Ich obecność jest dedukowana z brakującej energii.
Dla obecnie opisanego odkrycia kluczowe były dane zebrane w roku 2021 i 2022, które zgromadzono po udoskonaleniu detektorów. Dzięki temu NA62 może pracować z wiązkami o 30% bardziej intensywnymi. W połączeniu z nowymi technikami analitycznymi, naukowcy są w stanie prowadzić analizy o 50% szybciej, niż wcześniej, a jednocześnie tłumić sygnały, które są podobne. Nasza praca polega na zidentyfikowaniu 1 na 10 miliardów rozpadu K+ i upewnieniu się, że nie był to żaden z pozostałych 9 999 999 999, dodaje kierownik projektu, Joel Swallow.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.