Zaobserwowano nowy zapach w naruszeniu symetrii CP
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Astronomia i fizyka
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Polska fizyk, Barbara Latacz, jest główną autorką badań, w ramach których naukowcy skupieni w projekcie BASE w CERN zaprezentowali pierwszy w historii kubit z antymaterii. Na łamach pisma Nature Latacz i jej koledzy opisali, jak przez niemal minutę utrzymywali w pułapce antyproton oscylujący pomiędzy dwoma stanami kwantowymi. Badania te pozwolą na znaczne udoskonalenie metod badania różnic między materią i antymaterią.
Proton i antyproton mogą przyjmować dwie wartości spinu. Pomiary zmiany tej wartości pozwalają na precyzyjne testowanie podstawowych praw przyrody, na przykład takich jak symetria CPT (ładunku, parzystości i czasu). Wskazuje ona, że materia i antymateria zachowują się identycznie, jednak jest to sprzeczne z obserwacjami, zgodnie z którymi materii we wszechświecie jest znacznie więcej niż antymaterii.
Spójne kontrolowane zmiany stanu kwantowego obserwowano dotychczas albo w dużych grupach cząstek, albo w przypadku pojedynczych uwięzionych jonów. Nie udało się tego jednak zrobić dla pojedynczego swobodnego momentu magnetycznego jądra, czyli np. spinu pojedynczego protonu. Teraz dokonali tego naukowcy z projektu BASE.
W ramach eksperymentu BASE badane są antyprotony dostarczane przez fabrykę antymaterii w CERN-ie. To jedyne miejsce na Ziemi, gdzie produkuje się niskoenergetyczne antyprotony. Są one przechowywane w elektromagnetycznych pułapkach Penninga i pojedynczo przesyłane do systemu pułapek, w których bada się m.in. ich spin.
Już wcześniej zespół BASE dowiódł, że wartości momentów magnetycznych protonów i antyprotonów są identyczne z dokładnością do kilku części na miliard. Najmniejsza różnica wskazywałaby na naruszenie symetrii CPT, a to oznaczałoby istnienie fizyki poza Modelem Standardowym. Dotychczas jednak badania były zakłócane przez fluktuacje pola magnetycznego. W ostatnim czasie naukowcom udało się znakomicie ulepszyć eksperyment i zapobiec utracie stanu kwantowego, dzięki czemu przez 50 sekund można było badać spin antyprotonu.
To pierwszy kubit zbudowany z antymaterii. Daje nam to możliwość zastosowania całego zestawu metod do precyzyjnego badania pojedynczych układów materii i antymaterii, mówi Stefan Ulmer z BASE. Uczony dodaje, że nowe osiągnięcie pozwoli na badanie momentu pędu antyprotonu nawet ze 100-krotnie większą precyzją, niż dotychczas.
Jeszcze bardziej precyzyjne pomiary będą możliwe dzięki projektowi BASE-STEP, o którego pierwszym udanym teście poinformowano w maju bieżącego roku. Umożliwia on bezpieczne transportowanie antyprotonów uzyskanych w CERN-ie do spokojniejszych środowisk i bardziej precyzyjnych laboratoriów. Gdy już system będzie w pełni działał, nasz nowy przenośny układ pułapek Penninga, napełniony antyprotonami z fabryki, będzie transportowany za pomocą BASE-STEP, co pozwoli na nawet 10-krotne wydłużenie czasu koherencji antyprotonu. To będzie przełom w badaniach nad materią barionową, mówi Barbara Latacz.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
W eksperymencie ATLAS potwierdzono niezwykle interesujące wyniki analiz przeprowadzonych w CMS. Otóż kolejne analizy wskazują, że w Wielkim Zderzaczu Hadronów w wyniku zderzeń protonów powstaje toponium. To mezon utworzony przez – najbardziej masywną cząstkę elementarną i najkrócej istniejący z kwarków – kwark t (wysoki) i antykwark t znajdujące się w stanie quasi-związanym.
Podczas kolizji wysokoenergetycznych protonów w Wielkim Zderzaczu Hadronów standardowo powstają pary kwarków t i ich antykwarków. Badania ich przekroju czynnego jest ważnym elementem testowania Modelu Standardowego i sposobem na poszukiwanie nowych nieznanych cząstek, których Model nie opisuje.
Gdy naukowcy z CMS analizowali w ubiegłym roku dane z lat 2016–2018 dotyczące produkcji par kwark t - antykwark t, zauważyli coś niezwykłego. Ich uwagę zwrócił nadmiar tych par, który może wskazywać na istnienie nieznanej cząstki. Jednak najbardziej intrygujący był fakt, że nadmiar ten pojawił się przy energiach stanowiących dolną granicę zakresu poszukiwań. Wysunęli wówczas hipotezę, że nadmiar ten pochodzi od kwarków wysokich i antykwarków wysokich tworzących stan quasi-związany, zwany toponium.
Kwark wysoki jest samotnikiem. Jako jedyny nie tworzy hadronów. Kwarki u (górny), d (dolny) i s (dziwny) tworzą wszystkie powszechnie występujące hadrony, a kwarki c (powabny) i b (piękny) tworzą rzadkie i krótkotrwałe hadrony rejestrowane w akceleratorach. Kwark t ma tak dużą masę i istnieje tak krótko, że rozpada się, zanim zdąży utworzyć jakikolwiek stan związany. Jednak mechanika kwantowa przewiduje pojawienie się szczególnych okoliczności, w których para kwark t i antykwark t istnieje na dyle długo, że mogą wymienić gluony, tworząc toponium.
Gdy CMS ogłaszał przed kilkoma miesiącami odkrycie, koordynator prac, Andreas Meyer mówił, że uzyskany przez nas przekrój czynny (prawdopodobieństwo) dla naszej uproszczonej hipotezy wynosi 8,8 pb (pikobarnów) ± 15%. Można powiedzieć, że to znacząco powyżej 5 sigma [5 sigma to wartość odchyleń standardowych, powyżej której można ogłosić odkrycie - red.].
Teraz naukowcy z ATLAS poinformowali o wynikach pełnej analizy danych z kampanii RUN-2 prowadzonej w latach 2015–2018. Zauważyli w nich to samo zjawisko, co wcześniej ich koledzy z CMS. Przekrój czynny określili na 9,0 pb ± 15%, co w wysokim stopniu zgadza się z wcześniejszymi danymi.
O ile jednak nie ma wątpliwości, co do istnienia obserwowanych danych, ich interpretacja nastręcza pewne trudności. Istnienie toponium nie jest bowiem jedynym możliwym wyjaśnieniem. Nie można bowiem wykluczyć, że dane wskazują na istnienie cząstki o masie dwukrotnie większej niż masa kwarka t, która powstaje w wyniku zderzeń gluonów i rozpada się na parę kwark t - antykwark t. Dokładna interpretacja danych będzie zależała od możliwości precyzyjnego modelowania interakcji kwarków i gluonów w złożonych środowiskach zderzeń protonów.
Jeśli jednak uda się potwierdzić istnienie toponium, będzie to kolejne poznane kwarkonium, czyli stan utworzony przez kwarka i jego antykwark. Obecnie znamy czarmonium – to kwark powabny (charm) i jego antykwark – oraz bottomonium, czyli kwark spodni (bottom) i antykwark. Czarmonium zostało odkryte w SLAC w 1974 roku, a bottomium znaleziono trzy lata później w Fermilabie.
Źródło: https://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/CONFNOTES/ATLAS-CONF-2025-008/
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
W Thomas Jefferson National Accelerator Facility dokonano pierwszych w historii pomiarów gluonów wewnątrz jądra atomowego. To duży krok w kierunku poznania rozkładu pola gluonowego (pola Yanga-Millsa) wewnątrz protonu, cieszy się jeden z członków zespołu badawczego, profesor Axel Schmidt z George Washington University. Jesteśmy na pograniczu wiedzy o „kleju atomowym”. W zasadzie nic o tym nie wiemy, więc przydatna jest każda nowa informacja. To jednocześnie niezwykle ekscytujące i bardzo trudne, dodaje profesor Or Hen z MIT.
Gluony to cząstki elementarne pośredniczące w oddziaływaniach silnych. Są „klejem” zlepiającym kwarki, z których powstają protony i neutrony. Z wcześniejszych badań wiemy, jaki jest rozkład gluonów w swobodnych – niezwiązanych w jądrze atomowym – protonach i neutronach. Nie wiemy jednak, jak wygląda on, gdy protony i neutrony znajdują się wewnątrz jądra. Tymczasem na początku lat 80. XX wieku zauważono, że kwarki wewnątrz protonów i neutronów znajdujących się w jądrze atomowym poruszają się wolniej, niż kwarki w swobodnych nukleonach. To zdumiewające zjawisko, nazwane efektem EMC, nie zostało dotychczas wyjaśnione. Naukowcy, którzy chcą się o nim więcej dowiedzieć, badają gluony podobnie, jak badają kwarki. Jednak pomiar rozkładu elektrycznie obojętnych gluonów jest daleko trudniejszy, niż posiadających ładunek kwarków.
Naukowcy z Jefferson Lab przyjrzeli się gluonom i kwarkom, wykorzystując w tym celu mezon J/ψ, czyli czarmonium. Cząstkę tę można uzyskać ostrzeliwując protony i neutrony fotonami. Czarmonium szybko rozpada się na elektron i pozyton. Wykrywanie par elektron-pozyton pozwala obliczyć, ile mezonów J/ψ powstało. Jako że w skład czarmonium wchodzi kwark powabny, którego nie ma w żadnym z nukleonów, wiadomo, że czarmonium powstaje w wyniku interakcji fotonu z gluonem.
Żeby uzyskać czarmonium w wyniku ostrzeliwania swobodnych protonów fotonami – co wcześniej robiono już w Jefferson Lab – trzeba wykorzystać strumień fotonów o dużej energii, co najmniej 8,2 GeV (gigaelektronowoltów). Jednak autorzy najnowszych badań otrzymali czarmonium korzystając z fotonów o mniejszych energiach.
Było to możliwe dzięki temu, że jako cel wykorzystali jądra deuteru, helu i węgla. Nukleony w jądrach atomowych, w przeciwieństwie do swobodnych nukleonów używanych jako cel stacjonarny w badaniach, poruszają się. Doszło więc do połączenia energii kinetycznej poruszającego się nukleonu z energią kinetyczną fotonu, która była poniżej wymaganego minimum, co w rezultacie dało energię powyżej minimum, wystarczającą do powstania czarmonium.
Dzięki takiemu rozwiązaniu uczeni z USA stali się pierwszymi, którzy zbadali fotoprodukcję mezonu J/ψ poniżej minimalnej energii fotonów wymaganej przy stacjonarnym protonie. A ponieważ ich celem były atomy, mierzyli w ten sposób gluony w protonach i neutronach znajdujących się w jądrze atomowym.
Podstawowa trudność w przeprowadzeniu takiego eksperymentu polegała na tym, że nikt wcześniej nie próbował czegoś podobnego, nie wiadomo więc było, w jaki sposób eksperyment przygotować, ani czy w ogóle jest on możliwy. Udało się w olbrzymiej mierze dzięki doktorowi Jacksonowi Pybusowi z Los Alamos National Laboratory. W ramach swojej pracy magisterskiej na MIT wykonał analizę teoretyczną, która zaowocowała zaprojektowaniem odpowiedniego badania. To unikatowe badania zarówno z punktu widzenia z fizyki, jak i techniki eksperymentalnej opracowanej przez magistranta. Nikt z nas, z wyjątkiem Jacksona, nie byłby w stanie tego zrobić, przyznają autorzy badań.
Gdy naukowcy porównali wyniki pomiarów z teoretycznymi obliczeniami, okazało się, że podczas eksperymentu powstało więcej czarmonium, niż przewiduje teoria. To dowodzi, że gluony w związanych nukleonach zachowują się inaczej, niż w nukleonach swobodnych. Potrzeba jednak znacznie więcej badań, by stwierdzić, na czym polegają te różnice. Jednak teraz, gdy wiadomo, w jaki sposób należy przygotować odpowiednie eksperymenty, prowadzenie takich pomiarów będzie łatwiejsze.
Źródło: First Measurement of Near-Threshold and Subthreshold J/ψ Photoproduction off Nuclei
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Podczas dorocznej konferencji fizycznej Recontres de Moriond naukowcy z CERN-u poinformowali o dokonaniu ważnego kroku na drodze ku zrozumieniu asymetrii pomiędzy materią a antymaterią. Podczas analizy olbrzymiej ilości danych z Wielkiego Zderzacza Hadronów uczeni znaleźli dowody na naruszenie symetrii CP przez bariony.
Symetria CP oznacza, że cząstka rozpada się identycznie jak jej antycząstka odbita w lustrze. Fakt, że we wszechświecie istnieje więcej materii niż antymaterii sugeruje, że łamanie symetrii CP jest zjawiskiem powszechnym. Po raz pierwszy zaobserwowano je w 1964 roku w przypadku kaonów (mezonów K). Wtedy zaobserwowano, że rozpadają się one nieco inaczej niż antykaony. Od tej pory naruszenie symetrii CP jest przedmiotem intensywnych badań, które mają wyjaśnić istniejącą nierównowagę między materią a antymaterią.
Naukowcy wiedzieli, że i w przypadku barionów powinno dochodzić do łamania symetrii CP, jednak dotychczas nie zaobserwowano tego zjawiska. Przyczyną, dla której zaobserwowanie naruszenia symetrii CP przez bariony zajęło tyle czasu jest różnica w sile tego zjawiska i ilości dostępnych danych. Potrzebowaliśmy urządzenia takiego jak Wielki Zderzacz Hadronów, zdolnego do wytworzenia wystarczająco dużej liczby barionów pięknych oraz ich antycząstek i potrzebowaliśmy maszyny zdolnej do znalezienia produktów ich rozpadu. Teraz, dzięki ponad 80 000 rozpadów barionów zauważyliśmy – po raz pierwszy dla tej klasy cząstek – łamanie symetrii CP, mówi rzecznik prasowy eksperymentu LHCb Vincenzo Vagnoni.
Już od kilku lat w rozpadach barionów pięknych Lambda b (Λb) znajdowano sygnały świadczące o istnieniu różnic w rozpadzie barionów i antybarionów. Bariony te są sześciokrotnie bardziej masywne od swojego kuzyna, protonu. Bariony, do których należy też neutron, są tą rodziną cząstek, która w znacznej mierze tworzy świat.
Teraz naukowcy pracujący przy eksperymencie LHCb zaobserwowali naruszenie symetrii CP w przypadku cząstek Lambda b (Λb), które zbudowane są z kwarka górnego, dolnego i kwarka b (kwarka pięknego). Szczegółowe analizy rozpadów Λb i anty-Λb wykazały różnice rzędu 5,2 odchyleń standardowych (5,2 sigma). Uzyskanie 5 sigma to poziom pozwalający na ogłoszenie odkrycia. Zatem po raz pierwszy z całą pewnością udało się stwierdzić, że wśród barionów istnieje łamanie symetrii CP.
Badania tego typu, chociaż ich wyniki są spodziewane, pozwalają lepiej poznać prawa rządzące fizyką. Istnienie naruszenia symetrii CP przewiduje sam Model Standardowy. Jednak naruszenie to jest o całe rzędy wielkości zbyt małe, by na gruncie Modelu Standardowego wyjaśnić obserwowaną asymetrię między materią i antymaterią. To zaś sugeruje, że istnieją źródła naruszenia symetrii CP, których nie przewiduje Model Standardowy. Im zatem lepiej poznamy to zjawisko, z tym większą dokładnością sprawdzimy Model Standardowy i będziemy mieli szansę na odkrycie zjawisk, których obecnie nie znamy.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
W Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) zarejestrowano najbardziej masywne hiperjądro antymaterii, jakie dotychczas odnotowano w tym akceleratorze. Badacze z eksperymentu ALICE wpadli na ślad antyhiperhelu-4, czyli odpowiednika hiperhelu-4 ze świata materii. Nieznaną dotychczas cząstkę zauważono w pochodzących ze zderzeń jąder ołowiu danych z 2018 roku.
Podczas zderzeń ciężkich jonów w LHC powstaje plazma kwarkowo-gluonowa. Ten egotyczny stan materii wypełniał wszechświat przez jedną milionową sekundy po Wielkim Wybuchu. Badanie tej plazmy pomaga nam zrozumieć, w jaki sposób z kwarków i gluonów powstały hadrony oraz dlaczego we współczesnym wszechświecie istnieje nierównowaga pomiędzy materią i antymaterią.
Hiperjądra to egzotyczne jądra powstałe z protonów, neutronów i hiperonów. Te ostatnie to niestabilne cząstki zawierające co najmniej jedne kwark dziwny, ale nie zawierające kwarka górnego i dolnego. Pierwsze hiperjądro odkryli w 1952 roku Marian Danysz i Jerzy Pniewski z Uniwersytetu Warszawskiego. Od ich zaobserwowania w promieniowaniu kosmicznym minęło zatem ponad 70 lat, a wciąż stanowią one tajemnicę dla nauki. Rzadko można je zaobserwować w naturze i bardzo trudno jest je badać w laboratorium.
W zderzeniach ciężkich jonów powstaje sporo hiperjąder, jednak dotychczas zaobserwowano trzy. Pierwszym był hipertryton i jego partner z antymaterii, a antyhipertryton. Hipertryton składał się z protonu, neutronu i hiperonu lambda, więc antyhipertryton składał się z antyprotonu, antyneutronu i antylambda.
Niecałe cztery miesiące temu informowaliśmy o znalezieniu najcięższego jądra antymaterii, antyhiperwodoru-4, zbudowanego z antyprotonu, dwóch antyneutronów i antyhiperonu lambda. Teraz naukowcy z ALICE poinformowali, że w 2018 roku podczas zderzeń jonów ołowiu przy energii 5,02 TeV pojawiły się dane wskazujące na powstanie antyhiperhelu-4. Jest ono złożone z dwóch antyprotonów, antyneutronu i antyhiperonu lambda. Poziom ufności obserwacji wynosi 3,5 sigma. To zbyt mało, by mówić o odkryciu, jednak na tyle dużo, że naukowcy uznali, iż warto o tym poinformować i prowadzić dalsze badania.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.