Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Japonia zbuduje Hyper-Kamiokande, największy na świecie wykrywacz neutrin
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Astronomia i fizyka
-
Podobna zawartość
-
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
Wielkie tsunami niszczą wybrzeża i transportują olbrzymie ilości szczątków roślinnych i innych na dużej odległości. Jednak z powodu erozji wybrzeży i słabego zachowywania się materiału roślinnego, trudno jest rozpoznać depozyty złożone przez tsunami w starszym zapisie geologicznym. Grupa japońskich naukowców zidentyfikowała wyjątkowo bogate nagromadzenie bursztynu w osadach morskich na dużej głębokości. Uczeni uważają, że bursztyn znalazł się tam w wyniku jednego lub więcej tsunami, które uderzyło w wybrzeże Wysp Japońskich pomiędzy 116 a 114 milionów lat temu.
Uczeni analizowali bogate w bursztyn pokłady krzemionki znajdujące się w kamieniołomie Shimonakagawa. Złoża te powstały około 115 milionów lat temu, gdy region ten stanowił dno głębokiego morza. Naukowcy zauważyli, że złoża bursztynu są zdeformowane w sposób przypominający struktury płomieniowe w deformacjach sedymentacyjnych. Struktury takie tworzą się w miękkich osadach. Jako że żywica wystawiona na działanie powietrza twardnieje w ciągu tygodni, struktury płomieniowe sugerują, że żywica z której powstał bursztyn, nie była przez dłuższy czas wystawiona na kontakt z powietrzem. Szybko trafiła na dno.
Zdaniem autorów badań, jedynym scenariuszem, który wyjaśnia tak szybkie przedostanie się dużej ilości żywicy na dno jest przyniesienie jej tam przez tsunami. Żywica została następnie przykryta warstwą mułu i zachowana do naszych czasów.
Ze szczegółami badań można zapoznać się na łamach Scientific Reports.
« powrót do artykułu -
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 pęd 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
Międzynarodowy zespół naukowców pracujący w ramach znajdującego się w Japonii eksperymentu T2K zaobserwował sygnały, które mogą być przełomem w dziedzinie badań neutrino i symetrii pomiędzy materią a antymaterią. Zauważone sygnały sugerują, że neutrino może oscylować pomiędzy swoimi trzema rodzajami. Na razie nie udało się potwierdzić tych obserwacji, gdyż T2K wyłączono po trzęsieniu ziemi z marca bieżącego roku.
W ubiegłym roku informowaliśmy, że eksperyment OPERA zanotował zmianę neutrina mionowego w taonowe. Teraz wszystko wskazuje na to, że neutrino mionowe może zamieniać się w neutrino elektronowe.
Jeśli spostrzeżenia się potwierdzą, otworzy to drogę do nowych badań i koncepcji w fizyce cząstek i budowie wszechświata. Pojawią się nowe pomysły, których celem będzie rozwiązanie problemu widocznej we wszechświecie asymetrii pomiędzy materią a antymaterią. Chcemy poradzić sobie z tym problemem, ale najpierw musimy potwierdzić, że różne zapachy neutrino mogą spontanicznie między sobą oscylować. Jak dotąd nasze eksperymenty przynoszą pozytywne rezultaty - mówi profesor Dave Wark z Impterial College London, który przewodzi brytyjskiemu zespołowi pracującemu w T2K.
Eksperyment T2K wykorzystuje niezwykły wykrywacz neutrin Super-Kamiokande. Jest on ukryty na głębokości 1000 metrów pod górą Kamioka w pobliżu miasta Hida. W jego skład wchodzi olbrzymi stalowy zbiornik o średnicy 39,3 metra i wysokości 41,4 m, który mieści 50 000 ton niezwykle czystej wody. Wewnątrz zbiornika znajdują się tysiące czujników.
Podczas badań T2K naukowcy używali akceleratora Japan Proton Accelerator Research Centre (J-Parc), który pod ziemią wystrzeliwał strumień neutrino mionowych w kierunku znajdującego się 295 kilometrów dalej Super-Kamiokande. Czujniki Super-K rejestrowały rzadkie i słabe rozbłyski światła, powstające w wyniku interakcji neutrin z cząsteczkami wody.
Przed trzęsieniem ziemi, które zniszczyło laboratorium T2K, uczeni obserwowali pojawienie się neutrin elektronowych w Super-K. Wydaje się zatem, że neutrina mionowe emitowane przez J-Parc zmieniły się w neutrina elektronowe. Na razie jednak danych jest zbyt mało, by jednoznacznie ogłosić, że doszło do oscylacji. Laboratorium będzie nieczynne do stycznia przyszłego roku. Na potwierdzenie oscylacji neutrin mionowych w elektronowe będziemy musieli poczekać co najmniej rok.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.