Fizycy wciąż nie potrafią wyjaśnić sygnałów znad Antarktydy. Cząstka spoza Modelu Standardowego?
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Astronomia i fizyka
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Krążący wysoko nad Antarktydą wykrywacz promieniowania kosmicznego, zarejestrował nietypowe sygnały, które wykraczają poza nasze obecne rozumienie fizyki cząstek. ANITA (Antarctic Impulsive Transient Antenna) to zespół wyspecjalizowanych anten, które za pomocą balonu wypuszczane były nad Antarktyką i przez około miesiąc krążyły na wysokości do 40 kilometrów, unoszone przez wiatry obiegające kontynent. Celem eksperymentu jest obserwowanie promieniowania kosmicznego po tym, jak dotarło do Ziemi. W trakcie badań co najmniej 2-krotnie zarejestrowano sygnały, które nie pochodzą od promieniowania odbitego przez lód, a kierunek, z którego napłynęły, nie pozwala wyjaśnić ich pochodzenia na gruncie znanych zjawisk fizycznych.
Sygnały radiowe, które odkryliśmy, nadeszły z bardzo ostrego kąta, około 30 stopni spod powierzchni lodu, mówi profesor Stephanie Wissel. Z obliczeń wynika, że taki sygnał musiałby przejść przez tysiące kilometrów skał, z których zbudowana jest Ziemia, ale wówczas byłby niewykrywalny, gdyż zostałby przez Ziemię zaabsorbowany. To interesujący problem, bo obecnie nie potrafimy wyjaśnić, czym jest ten sygnał. Wiemy jednak, że to najprawdopodobniej nie pochodzi z neutrin, dodaje uczona.
Neutrina to cząstki bardzo pożądane przez naukowców. Niosą ze sobą ogrom informacji. W każdej sekundzie przez nasze ciała przechodzą biliony neutrin i nie czynią nam szkody. Neutrina niemal nigdy nie wchodzą w interakcje, trudno więc je wykryć.
Źródłem neutrin mogą być na przykład wydarzenia, do których doszło miliary lat świetlne od nas. Wykrycie takiego neutrina to dla naukowców okazja, by dowiedzieć się czegoś więcej o wydarzeniu, które było jego źródłem.
ANITA ma wykrywać też neutrina. Została umieszczona nad Antarktyką, gdyż tam istnienie najmniejsze ryzyko zakłócenia jej pracy przez inne sygnały. Unoszony przez balon zespół anten skierowany jest w dół i rejestruje wielkie pęki atmosferyczne odbite od lodu. Wielki pęk atmosferyczny, to wywołana pojedynczą cząstką promieniowania atmosferycznego kaskada cząstek powstających w atmosferze Ziemi.
ANITA rejestruje takie pęki odbite od lodu, naukowcy są w stanie przeanalizować sam pęk, jak i pęk odbity od lodu i na tej podstawie określić, jaka cząstka wywołała pęk. Na podstawie kąta odbicia sygnału można zaś określić jego źródło. I tutaj pojawia się problem, gdyż zarejestrowano też sygnały, których nie można prześledzić do źródła. Kąt ich odbicia jest bowiem znacznie bardziej ostry, niż przewidują istniejące modele.
Naukowcy przeanalizowali dane z wielu przelotów, porównali je z modelami matematycznymi, przeprowadzili liczne symulacje i wykluczyli zakłócenia tła i inne źródła sygnałów. Porównali swoje dane z niezależnie zbieranymi danymi innych instrumentów naukowych, takich jak IceCube Experiment czy Pierre Auger Observatory, by sprawdzić, czy i one odebrały podobne nietypowe sygnały. Okazało się, że nie. Dlatego też Wissel i jej koledzy określają znalezione sygnały jako „nietypowe” i wykluczają, by były one spowodowane przez neutrina. Sygnały nie pasują do standardowych modeli fizyki cząstek. Być może wyjaśnieniem tkwi w mniej popularnych teoriach, z których wynika, że sygnały te mogą pochodzić od ciemnej materii, jednak brak na to dowodów.
Obecnie naukowcy budują nowe urządzenie, PUEO. Będzie ono większe i bardziej czułe. Badacze mają nadzieję, że rzuci ono nowe światło na nietypowe sygnały. Sądzę, że przy powierzchni lodu i blisko horyzontu dochodzi do jakichś interesujących zjawisk związanych z rozprzestrzenianiem się sygnałów radiowych. Nie rozumiemy tego. Sprawdzaliśmy różne hipotezy i do niczego nie doszliśmy. To tajemnica. Bardzo się cieszę na myśl o tym, że powstaje bardziej czułe PUEO. Powinniśmy uchwycić więcej takich anomalii, dzięki czemu być może zrozumiemy, z czym mamy do czynienia, dodaje Wissel.
Źródło: Search for the Anomalous Events Detected by ANITA Using the Pierre Auger Observatory, https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.121003
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Masa neutrina jest co najmniej milion razy mniejsza niż masa elektronu, informują naukowcy z Karlsruhe Tritium Neutrino (KATRIN). Badania określiły nową górną granicę możliwej masy neutrino na podstawie 36 milionów pomiarów. Dzięki nim wiemy, że wynosi ona nie więcej niż 0,45 elektronowolta (eV). Masa elektronu, kolejnej z najlżejszych cząstek elementarnych, to 511 000 elektronowoltów.
Neutrino jest jedyną cząstką elementarną, której masy nie znamy. Zdobycie wiedzy na jej temat pozwoli na zbadanie, w jaki sposób neutrina nabywają masę. Czy – jak inne cząstki – dzięki oddziaływaniu z polem Higgsa, czy też w jakiś inny, nieznany dotychczas sposób. Poznanie masy neutrino powinno też zdradzić, w jaki sposób neutrina narodziły się w czasie Wielkiego Wybuchu i jak wpłynęły na formowanie się galaktyk.
Nowa górna granica masy oznacza doprecyzowanie wcześniejszych badań przeprowadzonych przez KATRIN. W 2022 roku naukowcy pracujący przy tym eksperymencie stwierdzili, że górną granicą masy neutrino jest 0,8 eV. Teraz międzynarodowy zespół złożony z ponad 140 naukowców przeanalizował dane z 259 dni pracy KATRIN i jeszcze bardziej doprecyzował pomiary.
Eksperyment KATRIN Collaboration wykorzystuje rozpad beta trytu. Podczas niego dochodzi do emisji elektronu i antyneutrina. Antycząstki mają taką samą masę jak odpowiadające im cząstki, więc badania antyneutrina pozwalają określić masę neutrina. Jednak neutrina niemal nie wchodzą w interakcje z materią. Ich badanie (i badanie antyneutrin) jest niezwykle trudne. W ramach eksperymentu KATRIN badany jest więc elektron, nie neutrino.
Rozpad beta trytu to jeden z najmniej energetycznych rozpadów beta. Emitowane w jego trakcie elektron i neutrino unoszą łącznie 18,6 keV energii. Elektron trafia do 200-tonowego spektroskopu długości 23 metrów, o którego niezwykłym transporcie na miejsce montażu informowaliśmy kilka lat temu. Spektroskop bada widmo energii elektronu, jeśli precyzyjnie je poznamy, będziemy wiedzieli ile brakuje ze wspomnianych 18,6 keV, zatem ile energii przypadło na neutrino. Brzmi to prosto, ale jest niezwykle skomplikowanym zadaniem.
Eksperyment KATRIN zakończy działanie jeszcze w bieżącym roku. Naukowcy będą wówczas dysponowali danymi zebranymi z 1000 dni. Spodziewają się, że obniżą górną granicę masy neutrino do 0,3 eV, a może nawet do 0,2 eV. To i dobra, i zła wiadomość. Coraz lepiej poznajemy bowiem masę neutrino, ale nie znamy jej dokładnej wartości. Gdyby było to bliżej 1 eV, to eksperymenty takie jak KATRIN mogłyby dać nam ostateczną odpowiedź. Jednak teraz wiemy już, że potrzebne będą znacznie bardziej precyzyjne urządzenia, niż te, którymi obecnie dysponujemy.
« 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
Niejednokrotnie słyszeliśmy o zagrożeniach związanych z roztapianiem się lądolodów na biegunach. Takie zjawiska jak podnoszenie się poziomu oceanów czy zmiany zasolenia ich wód istnieją w świadomości opinii publicznej. Jednak, jak się dowiadujemy, zmniejszanie się grubości pokryw lodowych może mieć też wpływ na... wulkanizm.
Warstwy lodu o grubości tysięcy metrów wywierają olbrzymi nacisk na leżące pod nimi skały. Gdy lód topnieje, nacisk się zmniejsza, co powoduje unoszenie się skał. To zaś zmniejsza ciśnienie wewnątrz komór magmowych leżących pod skorupą ziemską.
Allie N. Coonin z Brown University postanowiła zbadać wraz z kolegami wpływ ruchów izostatycznych spowodowanych topnieniem się lodu Antarktydy na Ryft Zachodnioantarktyczny. To jeden z największych ryftów – rowów tektonicznych – na Ziemi. Naukowcy przyjrzeli się związkom zlodowacenia oraz wulkanizmu w czasie dwóch ostatnich zlodowaceń. Na potrzeby badań uczeni wykorzystali model komory magmowej i symulowali zmniejszanie się lądolodu Antarktydy Zachodniej, zmniejszając wirtualnie ciśnienie wywierane na leżące poniżej lodu skały i komorę magmową. Badali, jak zmniejszenie ciśnienia prowadziło do powiększenia się komory. W takim przypadku ciśnienie otaczających komorę skał staje się mniejsze niż ciśnienie gazu w magmie. Tworzą się pęcherzyki, które wypychają magmę i dochodzi do erupcji.
Symulując komory magmowe o różnej wielkości naukowcy zauważyli, że im większa komora, tym bardziej reaguje ona na skutki zmniejszania się pokrywy lodowej. Krytycznym czynnikiem jest tutaj tempo utraty lodu. Uczeni symulowali to zjawisko do maksymalnej prędkości utraty 3 metrów lodu na rok.
Chcąc zweryfikować wyniki uzyskane w trakcie symulacji, naukowcy przyjrzeli się wulkanom andyjskim z Southern Volcanic Zone w Patagonii. Pomiędzy 35 a 18 tysięcy lat temu narosło tam 1600 metrów lodu. W okresie interglacjału lód ten zaczął topnieć. Doszło wówczas do zwiększonej aktywności wulkanów Calbuco, Mocho-Choshuenco i Puyehue-Coron Caulle.
Zwiększenie wulkanizmu spowodowane roztapianiem lądolodu może uruchomić sprzężenie zwrotne, gdy roztapiający się lód będzie prowadził do zmniejszenia ciśnienia w komorze magmowej i erupcji, która z kolei roztopi więcej lodu, co wywoła kolejną erupcję. Nawet gdyby antropogeniczne ocieplenie natychmiast się zatrzymało, to zmniejszenie grubości pokrywy lodowej, jakiej już doświadczył Ryft Zachodnioantarktycznego, będzie wpływało na tamtejsze wulkany przez setki lub tysiące lat, stwierdzają autorzy badań.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.