Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
  • ×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

      Only 75 emoji are allowed.

    ×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

    ×   Your previous content has been restored.   Clear editor

    ×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy z Fermilab poinformowali o wygenerowaniu najsilniejszego pola magnetycznego stworzonego na potrzeby akceleratorów cząstek. Nowy rekord wynosi 14,1 tesli, a wynik taki uzyskano w magnecie schłodzonym do 4,5 kelwinów, czyli -268,65 stopnia Celsjusza. Poprzedni rekord, 13,8 tesli, został osiągnięty przed 11 laty w Lawrence Berkeley National Laboratory.
      Zwiększenie indukcji magnetycznej to znaczące osiągnięcie w fizyce cząstek. Silniejsze magnesy mogą posłużyć do zbudowania doskonalszych akceleratorów, które zastąpią w przyszłości Wielki Zderzacz Hadronów (LHC). Magnesy są wykorzystywane w akceleratorach do kontrolowania poruszających się cząstek. Im są silniejsze, tym łatwiej kontrolować cząstki poruszające się niemal z prędkością światła.
      Przez kilkanaście lat pracowaliśmy nad przekroczeniem granicy 14 tesli, więc to ważne osiągnięcie. W pierwszym teście uzyskaliśmy 14,1 tesli na demonstracyjnym magnesie, dla którego teoretyczna granica wynosi 15 tesli. Pracujemy nad wyciśnięciem z niego jeszcze więcej, mówi Alexander Zlobin, który stoi na czele grupy badawczej.
      Przyszłość zderzaczy hadronów zależy od dostępności silnych magnesów, dlatego fizycy na całym świecie są zainteresowani pracami mającymi na celu stworzenie niobowo-cynowych magnesów o indukcji 15 tesli.
      Sercem takiego urządzenia jest nadprzewodzący stop niobu z cyną. Prąd przepuszczany przez magnes powoduje pojawienie się pola magnetycznego. Jako, że materiał schłodzony jest do bardzo niskich temperatur, prąd nie napotyka oporu, nie dochodzi do generowania energii cieplnej. Całe energia elektryczna przyczynia się do wygenerowania pola magnetycznego.
      Indukcja zależy zaś od maksymalnego napięcia prądu, jakie może znieść dany materiał. Niobowo-tytanowe magnesy Wielkiego Zderzacza Hadronów nie są w stanie pracować z napięciem, które pozwalałoby na osiągnięcie 15 tesli. Można to uzyskać magnesach niobowo-cynowych, problem jednak w tym, że są one kruche i mogą się rozsypać pod wpływem działających na nie olbrzymich sił.
      Zespół z Fermilab stworzył taką architekturę magnesu, która go wzmacnia i pozwala przetrzymać ściskające i rozciągające go siły. Dziesiątki przewodów o okrągłym przekroju zostało skręconych w odpowiedni sposób, by uzyskane przewody spełniały specyficzne wymagania elektryczne i mechaniczne. Po utworzeniu z kabli zwojów całość była podgrzewana przez dwa tygodnie w temperaturach sięgających niemal 650 stopni Celsjusza, co nadało materiałowi właściwości nadprzewodzące. Następnie zwoje zostały zamknięte w żelaznych obejmach zamkniętych aluminiowymi klamrami, na co nałożono powłokę ochronną z nierdzewnej stali, która ma ochronić zwoje przed ich deformacją.
      To olbrzymie osiągnięcie, kluczowe dla rozwoju kolejnych generacji kołowych akceleratorów cząstek, mówi Soren Prestemon, naukowiec z Berkeley Lab i dyrektor U.S. Magnet Development Program, w skład którego wchodzi zespół z Fermilab. To wyjątkowy krok milowy na drodze ku opracowaniu magnesów. Osiągnięcie zostało z entuzjazmem przyjęte przez badaczy, którzy będą w przyszłości wykorzystywali akceleratory nowej generacji.
      Naukowcy z Fermilab zapowiadają, że w ciągu najbliższych miesięcy wzmocnią swój magnes pod względem mechanicznym i jesienią poddadzą go kolejnemu testowi, w czasie którego spróbują uzyskać 15 tesli. Ma być to wstępem do stworzenia jeszcze potężniejszych magnesów. W oparciu o ten projekt i o to, czego się nauczyliśmy, mamy zamiar udoskonalić magnesy niobowo-cynowe i w przyszłości osiągnąć 17 tesli, mówi Ziobin. Naukowiec nie wyklucza, że w przyszłości, wykorzystując nowe nadprzewodniki, jego zespół dojdzie do 20 tesli.
      Maksymalna indukcja pola magnetycznego magnesów LHC wynosi 8,34 tesli, czyli jest blisko górnej granicy 10 tesli dla magnesów niobowo-tytanowych. Z kolei w ubiegłym roku CERN informował o uzyskaniu dzięki magnesowi FRESCA2 14,6 tesli. FRESCA2 jest to magnes, który służy do testowania nadprzewodników, a nie do pracy wewnątrz akceleratora cząstek.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Astronomowie, astrofizycy i fizycy cząstek zgromadzeni w Kavli Institute for Theoretical Physics na Uniwersytecie Kalifornijskim zastanawiają się, na ile poważne są różnice w pomiarach dotyczących stałej Hubble'a. Zagadnienie to stało się jednym z ważniejszych problemów współczesnej astrofizyki, gdyż od rozstrzygnięcia zależy nasza wiedza np. od tempie rozszerzania się wszechświata.
      Problem polega na tym, że wyliczenia stałej Hubble'a w oparciu o badania promieniowania wyemitowanego podczas Wielkiego Wybuchu różnią się od stałej Hubble'a uzyskiwanej na podstawie obliczeń opartych na badaniu supernowych. Innymi słowy, obliczenia oparte na najstarszych danych różnią się od tych opartych na danych nowszych. Jeśli specjaliści nie znajdą wyjaśnienia tego fenomenu może się okazać, że nie rozumiemy wielu mechanizmów działania wszechświata.
      W latach 20. XX wieku Edwin Hubble zauważył, że najdalsze obiekty we wszechświecie wydają się oddalać od siebie szybciej niż te bliższe. Pojawiła się więc propozycja stworzenia stałą Hubble'a opisującej tempo rozszerzania się wszechświata.
      Eksperymenty mające na celu określenie warto tej stałej dają jednak różne wyniki. Jedna z technik jej poszukiwania zakłada wykorzystanie mikrofalowego promieniowania tła, czyli światła powstałego wkrótce po Wielkim Wybuchu. Prowadzone na tej podstawie pomiary i obliczenia wykazały, że stała Hubble'a to 67,4 km/s/Mpc ± 0,5 km/s/Mpc. Jednak badania oparte o dane z supernowych pokazują, że stała Hubble'a to 74,0 km/s/Mpc. Obie wartości nie mogą być prawdziwe, chyba, że przyjmiemy, że coś niezwykłego stało się na początku rozszerzania się wszechświata. Niektórzy fizycy sugerują, że u zarania dziejów istniał inny rodzaj ciemnej energii powodującej rozszerzanie się wszechświata.
      Na razie jednak fizycy nie wszczynają alarmu i uważają, że obecne teorie dotyczące działania wszechświata są nadal ważne.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Chińskie konsorcjum zdobyło zamówienie na budowę TAC-1, głównego elementu tokamaka ITER. Wspomniane konsorcjum tworzą Instytut Fizyki Plazmy, Instytuty Hefei Nauk Fizycznych, Chińska Inżynieria Energetyki Jądrowej, China Nuclear Industry 23 Construction, Południowozachodni Instytut Fizyki oraz Framatom. Na jego czele stoi Luo Delong, dyrektor generalny Centrum Wykonawczego Chińskiego Międzynarodowego Programu Energii Fuzyjnej.
      ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor Project) to jeden z najbardziej ambitnych projektów mających na celu stworzenie reaktora fuzyjnego. Jego głównym zadaniem jest budowa wielkiego tokamaka, w którym będą zachodziły procesy podobne do tych, jakie zachodzą na Słońcu. Ma być to szansa na stworzenie niewyczerpanego źródła czystej energii.
      W prace nad ITER zaangażowanych jest 35 krajów, a siedmiu członków tworzących ITER to Chiny, UE, Indie, Japonia, Korea Południowa, Rosja i USA. TAC-1, na wykonanie którego kontrakt zdobyli Chińczycy to główna część tokamaka. Składa się ona z siedmiu innych części, w tym systemów magnesów, układów diagnostycznych czy osłony.
      Chiński Instytut Fizyki Plazmy (ASIPP) posiada już własny niewielki tokamak, który służy badaniom nad fuzją jądrową. Doświadczenie zdobyte przez chińskich naukowców i inżynierów zapewniło im przewagę nad konkurencją i było jedym z czynników, które zdecydowały o przyznaniu im kontraktu na TAC-1.
      Przedstawiciele ASIPP przyznają, że to największy kontrakt w historii ich instytucji. Wcześniej prowadzili prace m.in. w rosyjskim tokamaku NICA (Nuclotron-based Ion Collider Facility), niemieckim ASDEX Upgrade (Axially Symmetric Divertor Experimebnt) oraz francuskim WEST (W Environment in Steady-state Tokamak).

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Jeszcze w bieżącym miesiącu urzędnicy w Los Angeles mają zatwierdzić projekt, który dostarczy miastu energię taniej, niż jakiekolwiek paliwa kopalne. W jego ramach ma powstać potężna instalacja fotowoltaiczna wyposażona w jedne z największych akumulatorów. W roku 2023 farma ma dostarczać 7% energii zużywanej przez Los Angeles, a koszt jej wytworzenia ma wynieść 1,997 centa za kilowatogodzinę (to cena paneli) oraz 1,3 centa za kWh (cena akumulatorów). W sumie więc koszt produkcji kilowatogodziny to niecałe 3,3 centa.
      Ze względu na efekt skali, ceny urządzeń do energetyki odnawialnej i ceny akumulatorów ciągle spadają, mówi Mark Jacobson z Uniwersytetu Stanforda. W przeszłości przeprowadził on badania, w których stwierdził, że większość państw może przejść na energię odnawialną.
      Nowa instalacja słoneczna ma powstać w hrabstwie Kern w Kalifornii i zostanie wybudowana przez firmę 8minute Solar Energy. Jej moc wyniesie 400 MW, co zapewni energię dla 65 000 gospodarstw domowych. Z instalacją zostaną połączone akumulatory o pojemności 800 MWh, dzięki którym po zmierzchu zmniejszy się zużycie gazu.
      Szybki spadek cen energii odnawialnej oraz akumulatorów pomaga w coraz większym rozprzestrzenianiu się nowej technologii. W marcu Bloomberg New Energy Finance przeprowadził analizę ponad 7000 projektów, w których zakłada się przechowywanie energii i stwierdził, że od roku 2012 koszt przemysłowych akumulatorów litowo-jonowych zmniejszył się o 76%. W ciągu ostatnich 18 miesięcy spadł on o 35% do poziomu 187 USD za MWh. Z kolei firma analityczna Navigant przewiduje, że do roku 2030 koszty takich urządzeń spadną o kolejnych 50%, znacznie poniżej kwot obiecywanych przez 8minute.
      Inżynier Jane Long, ekspertka ds. polityki energetycznej z Lawrence Livermore National Laboratory mówi, że akumulatory litowo-jonowe to tylko część rozwiązania problemu. Zapewniają one bowiem energię jedynie przez kilka godzin. Potrzebujemy bardziej długoterminowego rozwiązania, stwierdza.
      Zainteresowanie energetyką odnawialną napędzają też władze lokalne, które coraz częściej mówią o całkowitym porzuceniu nieodnawialnych źródeł. Jak informuje Jacobson, już 54 hrabstwa i 8 stanów wyraziło chęć przejścia w 100% na energetykę odnawialną. W 2010 roku Kalifornia przyjęła przepisy, zgodnie z którymi do roku 2024 dostawcy energii muszą zainstalować systemy pozwalające na przechowanie 2% szczytowego zużycia energii przez stan.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Część fizyków uważa, że w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) powstają długo żyjące cząstki, które dotychczas nie zostały wykryte. W przyszłym tygodniu w CERN odbędzie się spotkanie, na którym zostaną omówione metody zarejestrowania tych cząstek.
      W 2012 roku LHC zarejestrował obecność bozonu Higgsa, ostatniej nieuchwyconej wcześniej cząstki przewidywanej przez Model Standardowy. Jednak od tamtej pory nie znaleziono niczego nowego czy niespodziewanego. Niczego, co wykracałowy poza Model Standardowy. Nie odkryliśmy nowej fizyki, nie potwierdziliśmy założeń, z jakimi rozpoczynaliśmy prace. Może należy zmienić te założenia, mówi Juliette Alimena z Ohio State University, która pracuje przy CMS (Compact Muon Solenoid), jednym z dwóch głównych detektorów cząstek w LHC.
      Pomimo tego, że w LHC zainwestowano miliardy dolarów, to urządzenia pracuje tak, jak pracowały akceleratory przed kilkudziesięcioma laty. Fizycy od dekad zderzają ze sobą protony lub elektrony, zwiększają ich energie, by w procesie tym uzyskać nowe ciężkie cząstki i obserwować, jak w ciągu biliardowych części sekundy rozpadają się na lżejsze, znane nam cząstki. Te lżejsze są wykrywane i na podstawie ich charakterystyk wiemy, z jakich cięższych cząstek pochodzą. Tak właśnie działa i CMS i drugi z głównych wykrywaczy LHC – ATLAS (A Toroidal LHC Apparatus).
      Jednak długo żyjące ciężkie cząstki mogą umykać uwadze detektorów. Przypuszczenie takie nie jest nowe. Niemal wszystkie teorie wykraczające poza standardowe modele fizyczne przewidują istnienie długo żyjących cząstek, mówi Giovanna Cottin, fizyk-teoretyk z Narodowego Uniwersytetu Tajwańskiego. Na przykład teoria supersymetrii mówi, że każda z cząstek Modelu Standardowego ma cięższego partnera. Istnieją teorie mówiące też o istnieniu np. ciemnych fotonów i innych „ciemnych” cząstek. Dotychczas niczego takiego nie udało się zaobserwować.
      LHC nie został zaprojektowany do poszukiwania cząstek wykraczających poza Model Standardowy. CMS i ATLAS skonstruowano tak, by wykrywały cząstki ulegające natychmiastowemu rozpadowi. Każdy z nich zawiera warstwowo ułożone podsystemy rejestrujące produkty rozpadu cząstek. Wszystkie one ułożone są wokół centralnego punktu, w którym dochodzi do zderzenia. Jednak problem w tym, że jeśli w wyniku zderzenia powstanie cząstka, która będzie żyła tak długo, iż przed rozpadem zdoła przebyć chociaż kilka milimetrów, to pozostawi ona po sobie nieoczywiste sygnały, smugi, zaburzone trasy ruchu.
      Oprogramowanie służące do analiz wyników z detektorów odrzuca takie dane, traktując je jak zakłócenia, artefakty. To problem, bo my tak zaprojektowaliśmy eksperymenty, a programiści tak napisali oprogramowanie, że po prostu odfiltrowuje ono takie rzeczy, mówi Tova Holmes z University of Chicago, która w wykrywaczu ATLAS poszukuje takich zaburzeń.
      Holmes i jej koledzy wiedzą, że muszą zmienić oprogramowanie. Jednak to nie wystarczy. W pierwszym rzędzie należy upewnić się, że wykrywacze w ogóle będą rejestrowały takie dane. Jako, że w w LHC w ciągu sekundy dochodzi do 400 milionów zderzeń protonów, w samym sprzęcie zastosowano mechanizmy chroniące przed przeładowaniem danymi. Już na poziomie sprzętowym dochodzi do odsiewania zderzeń i podejmowania decyzji, które są interesujące, a które należy odrzucić. W ten sposób do dalszej analizy kierowane są dane z 1 na 2000 zderzeń. To zaś oznacza, że możemy mieć do czynienia z utratą olbrzymiej ilości interesujących danych. Dlatego też część naukowców chciałaby przyjrzeć się kalorymetrowi CMS, do którego mogą docierać długo żyjące ciężkie cząstki. Chcieliby zastosować mechanizm, który od czasu do czasu będzie odczytywał pełne wyniki wszystkich zderzeń.
      Szukanie ciężkich cząstek nigdy nie było łatwe, chociażby dlatego, że naukowcy mieli różne pomysły na to, jak je zarejestrować. To zawsze było tak, że pracowały nad tym pojedyncze osoby. A każdy z nich sam dla siebie stanowił grupę wsparcia, przyznaje James Beacham z Ohio State University. Teraz zainteresowani połączyli siły i w marcu ukazało się 301-stronicowe opracowanie autorstwa 182 naukowców, w którym zaproponowano metody optymalizacji poszukiwań ciężkich cząstek.
      Niektórzy z nich proponują, by w najbliższej kampanii, planowanej na lata 2012–2023 częściej zbierano kompletne dane ze wszystkich zderzeń. Niewykluczone, że to ostatnia szansa na zastosowanie tej techniki, gdyż później intensywność generowanych wiązek zostanie zwiększona i zbieranie wszystkich danych stanie się trudniejsze.
      Inni chcą zbudowania kilku nowych detektorów wyspecjalizowanych w poszukiwaniu ciężkich cząstek. Jonathan Feng, fizyk-teoretyk z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Irvine, wraz z kolegami uzyskali nawet od CERN zgodę na zbudowanie Forward Search Experiment (FASER). To niewielki detektor, który ma zostać umieszczony w tunelu serwisowym w odległości 480 metrów w dół wiązki od ATLAS-a. Naukowcy zebrali już nawet 2 miliony dolarów od prywatnych sponsorów i dostali potrzebne podzespoły. FASER ma poszukiwać lekkich cząstek, takich jak ciemne fotony, które mogą być wyrzucane z ATLAS-a, przenikać przez skały i rozpadać się w pary elektron-pozyton.
      Jeszcze inna propozycja zakłada wykorzystanie pustej komory znajdującej się za niewielkim wykrywaczem LHCb. Umieszczony tam Compact Detector for Exotics at LHCb miałby poszukiwać długo żyjących cząstek, szczególnie tych pochodzących z rozpadu bozonu Higgsa.
      Jednak najbardziej ambitną propozycją jest budowa detektora o nazwie MATHULSLA. Miałby to być wielki pusty budynek wzniesiony na powierzchni nad detektorem CMS. W jego dachu miałyby zostać umieszczone czujniki, które rejestrowałyby dżety pochodzące z rozpadu długo żyjących cząstek powstających 70 metrów poniżej, wyjaśnia David Curtin z Uniwersytetu w Toronto, jeden z pomysłodawców wykrywacza. Uczony jest optymistą i uważa, że detektor nie powinien kosztować więcej niż 100 milionów euro.
      Po nocach śni nam się koszmar, w którym Jan Teoretyk powie nam za 20 lat, że niczego nie odkryliśmy bo nie rejestrowaliśmy odpowiednich wydarzeń i nie prowadziliśmy właściwych badań, mówi Beacham, który pracuje przy wykrywaczu ATLAS.

      « powrót do artykułu
×
×
  • Create New...