Sign in to follow this
Followers
0
Powstał akcelerator cząstek w... układzie scalonym. Udoskonali radioterpię i badania naukowe
By
KopalniaWiedzy.pl, in Technologia
-
Similar Content
-
By KopalniaWiedzy.pl
Specjaliści z Niemieckiego Synchrotronu Elektronowego (DESY – Deutsches Elektronen-Synchrotron) i Uniwesytetu w Hamburgu osiągnęli ważny krok milowy na drodze do stworzenia akceleratora cząstek przyszłości. Po raz pierwszy w historii laserowy akcelerator plazmowy pracował bez przerwy dłużej niż przez dobę. Urządzenie LUX było uruchomione przez 30 godzin.
To przybliża nas do momentu, gdy ten innowacyjny akcelerator cząstek będzie mógł pracować w trybie ciągłym. Najwyższy czas, by technologia ta wyszła z laboratorium i znalazła zastosowanie w praktyce, mówi dyrektor Wydziału Akceleratora w DESY, Wim Leemans. Przed kilku laty brał on udział w stworzeniu w USA wyjątkowego lasera BELLA.
Fizycy mają nadzieję, że technologia laserowych akceleratorów plazmowych pozwoli na budowę kompaktowych akceleratorów o unikatowych właściwościach, które znajdą liczne zastosowania. W technologii tej impuls laserowy tworzy falę plazmy w cienkim zbiorniku kapilarnym. Plazma to gaz, którego molekuły zostały pozbawione elektronów. W LUX gazem tym jest wodór.
Impulsy lasera żłobią sobie drogę w gazie, pozbawiając molekuły wodoru elektronów i usuwając je na bok. Wzbudzone impulsem światła elektrony uzyskują dużą energię i są niesione przez dodatnio naładowaną falę plazmy przed nimi, wyjaśnia Andreas Maier, który stał na czele grupy badawczej DESY.
Technika ta pozwala na uzyskanie nawet 1000-krotnie większych przyspieszeń cząstek niż za pomocą najpotężniejszych tradycyjnych akceleratorów. Można więc przyspieszać je do olbrzymich prędkości na krótkich odcinkach. A to oznacza, że laserowe akceleratory plazmowe mogą być potężnymi kompaktowymi urządzeniami, które znajdą zastosowanie zarówno w naukach podstawowych jak i w medycynie.
Technika wymaga jeszcze dopracowania i przed naukowcami jest sporo problemów technicznych do rozwiązania. Teraz, gdy możemy uruchamiać nasze wiązki przez dłuższy czas, łatwiej nam będzie rozwiązać te problemy, dodaje Maier.
Podczas rekordowo długiej pracy naukowcom udało się uzyskać ponad 100 000 wiązek elektronów. Wiązka była generowana w mniej niż sekundę. Dzięki temu zdobyto olbrzymie ilości danych dotyczących pracy akceleratora. Teraz możemy na przykład precyzyjnie zidentyfikować, w którym miejscu lasera generowane są niepożądane fluktuacje wiązki. Wiemy więc, gdzie zacząć prace nad poprawą jej jakości. To zaś podstawa do opracowania aktywnych technik stabilizacji wiązki, podobnych do tych, jakie są wykorzystywane w tradycyjnych wielkich akceleratorach, stwierdza Leemans.
Naukowcy mówią, że ich system już teraz mógłby pracować dłużej niż 30 godzin, ale celowo zatrzymali go po 30 godzinach. Po pierwszym takim udanym eksperymencie powtarzali go jeszcze trzykrotnie. To dowodzi, że laserowe akceleratory plazmowe mogą generować powtarzalny i kontrolowalny impuls. To pozwala na dalszy rozwój tej technologii, podsumowuje Leemans. O szczegółach można przeczytać na łamach Physical Review X.
Zainteresowanie laserowymi akceleratorami plazmowymi szybko rośnie. Niedawno informowaliśmy, że europejskie konsorcjum EuPRAXIA chce zbudować praktyczny akcelerator plazmowy. Obecnie na świecie istnieje około 20 takich prototypowych urządzeń.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Fizycy z MIT opracowali kwantowy „ściskacz światła”, który redukuje szum kwantowy w laserach o 15%. To pierwszy taki system, który pracuje w temperaturze pokojowej. Dzięki temu możliwe będzie wyprodukowanie niewielkich przenośnych systemów, które będzie można dobudowywać do zestawów eksperymentalnych i przeprowadzać niezwykle precyzyjne pomiary laserowe tam, gdzie szum kwantowy jest obecnie poważnym ograniczeniem.
Sercem nowego urządzenia jest niewielka wnęka optyczna znajdująca się w komorze próżniowej. We wnęce umieszczono dwa lustra, z których średnia jednego jest mniejsza niż średnica ludzkiego włosa. Większe lustro jest zamontowane na sztywno, mniejsze zaś znajduje się na ruchomym wsporniku przypominającym sprężynę. I to właśnie kształt i budowa tego drugiego, nanomechanicznego, lustra jest kluczem do pracy całości w temperaturze pokojowej. Wpadające do wnęki światło lasera odbija się pomiędzy lustrami. Powoduje ono, że mniejsze z luster, to na wsporniku zaczyna poruszać się w przód i w tył. Dzięki temu naukowcy mogą odpowiednio dobrać właściwości kwantowe promienia wychodzącego z wnęki.
Światło lasera opuszczające wnękę zostaje ściśnięte, co pozwala na dokonywanie bardziej precyzyjnych pomiarów, które mogą przydać się w obliczeniach kwantowych, kryptologii czy przy wykrywaniu fal grawitacyjnych.
Najważniejszą cechą tego systemu jest to, że działa on w temperaturze pokojowej, a mimo to wciąż pozwala na dobieranie parametrów z dziedziny mechaniki kwantowej. To całkowicie zmienia reguły gry, gdyż teraz będzie można wykorzystać taki system nie tylko w naszym laboratorium, które posiada wielkie systemy kriogeniczne, ale w laboratoriach na całym świecie, mówi profesor Nergis Mavalvala, dyrektor wydziału fizyki w MIT.
Lasery emitują uporządkowany strumień fotonów. Jednak w tym uporządkowaniu fotony mają pewną swobodę. Przez to pojawiają się kwantowe fluktuacje, tworzące niepożądany szum. Na przykład liczba fotonów, które w danym momencie docierają do celu, nie jest stała, a zmienia się wokół pewnej średniej w sposób, który jest trudny do przewidzenia. Również czas dotarcia konkretnych fotonów do celu nie jest stały.
Obie te wartości, liczba fotonów i czas ich dotarcia do celu, decydują o tym, na ile precyzyjne są pomiary dokonywane za pomocą lasera. A z zasady nieoznaczoności Heisenberga wynika, że nie jest możliwe jednoczesne zmierzenie pozycji (czasu) i pędu (liczby) fotonów.
Naukowcy próbują radzić sobie z tym problemem poprzez tzw. kwantowe ściskanie. To teoretyczne założenie, że niepewność we właściwościach kwantowych lasera można przedstawić za pomocą teoretycznego okręgu. Idealny okrąg reprezentuje równą niepewność w stosunku do obu właściwości (czasu i liczby fotonów). Elipsa, czyli okrąg ściśnięty, oznacza, że dla jednej z właściwości niepewność jest mniejsza, dla drugiej większa.
Jednym ze sposobów, w jaki naukowcy realizują kwantowe ściskanie są systemy optomechaniczne, które wykorzystują lustra poruszające się pod wpływem światła lasera. Odpowiednio dobierając właściwości takich systemów naukowcy są w stanie ustanowić korelację pomiędzy obiema właściwościami kwantowymi, a co za tym idzie, zmniejszyć niepewność pomiaru i zredukować szum kwantowy.
Dotychczas optomechaniczne ściskanie wymagało wielkich instalacji i warunków kriogenicznych. Działo się tak, gdyż w temperaturze pokojowej energia termiczna otaczająca system mogła mieć wpływ na jego działanie i wprowadzała szum termiczny, który był silniejszy od szumu kwantowego, jaki próbowano redukować. Dlatego też takie systemy pracowały w temperaturze zaledwie 10 kelwinów (-263,15 stopni Celsjusza). Tam gdzie potrzebna jest kriogenika, nie ma mowy o niewielkim przenośnym systemie. Jeśli bowiem urządzenie może pracować tylko w wielkiej zamrażarce, to nie możesz go z niej wyjąć i uruchomić poza nią, wyjaśnia Mavalvala.
Dlatego też zespół z MIT pracujący pod kierunkiem Nancy Aggarval, postanowił zbudować system optomechaczniczny z ruchomym lustrem wykonanym z materiałów, które absorbują minimalne ilości energii cieplnej po to, by nie trzeba było takiego systemu chłodzić. Uczeni stworzyli bardzo małe lustro o średnicy 70 mikrometrów. Zbudowano je z naprzemiennie ułożonych warstw arsenku galu i arsenku galowo-aluminowego. Oba te materiały mają wysoce uporządkowaną strukturę atomową, która zapobiega utratom ciepła. Materiały nieuporządkowane łatwo tracą energię, gdyż w ich strukturze znajduje się wiele miejsc, gdzie elektrony mogą się odbijać i zderzać. W bardziej uporządkowanych materiałach jest mniej takich miejsc, wyjaśnia Aggarwal.
Wspomniane wielowarstwowe lustro zawieszono na wsporniku o długości 55 mikrometrów. Całości nadano taki kształt, by absorbowała jak najmniej energii termicznej. System przetestowano na Louisiana State University. Dzięki niemu naukowcy byli w stanie określić kwantowe fluktuacje liczby fotonów względem czasu ich przybycia do lustra. Pozwoliło im to na zredukowanie szumu o 15% i uzyskanie bardziej precyzyjnego „ściśniętego” promienia.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
W październiku ubiegłego roku informowaliśmy, że Dziewiąta Planeta, hipotetyczny nieznany dotychczas obiekt wchodzący w skład Układu Słonecznego, może nie być planetą. Astronomowie Jakub Scholtz z Durham University i James Unwin z University of Illinois at Chicago zaproponowali hipotezę mówiącą, że to... pierwotna czarna dziura. Teraz Edward Witten z Princeton University zauważa, że takiego obiektu nie można by wykryć za pomocą teleskopów, jednak stwierdza, że można by go zauważyć wysyłając w kierunku jego domniemanego położenia setki lub tysiące niewielkich sond.
Propozycja Wittena to modyfikacja projektu Breakthrough Starshot. Jak pisaliśmy, autorzy tego projektu proponują wysłanie do Alfa Centauri pojazdu napędzanego żaglem słonecznym. Pojazd taki zostałyby rozpędzony za pomocą światła lasera do prędkości 20% prędkości światła i dotarłby do Alfa Centauri w ciągu 20 lat. Witten oblicza zaś, że wykorzystując podobny system można by wysłać w podróż większy pojazd – o wadze około 100 gramów – dzięki czemu nie byłaby potrzebna tak wielka miniaturyzacja jak w Breakthrough Starshot. Pojazd taki, poruszając się z prędkością 0,001 (300 km/s) c mógłby w ciągu 10 lat przebyć odległość 500 jednostek astronomicznych.
Wysyłając całą flotę w stronę, gdzie powinna znajdować się hipotetyczna czarna dziura krążąca w Układzie Słonecznym może zdarzyć się tak, że kilka z tych sond przeleci w odległości nie większej niż kilkadziesiąt jednostek astronomicznych. Oddziaływanie dziury spowodowałoby, że sondy by przyspieszyły. Jeśli wysyłałyby one regularne sygnały na Ziemię, oddziaływanie grawitacyjne czarnej dziury spowodowałyby wydłużenie interwału pomiędzy impulsami.
Witten oblicza, że do wykrycia w ten sposób czarnej dziury potrzeba by było sygnałów, których opóźnienie lub przyspieszenie byłoby mniejsze niż 10-5 sekundy na rok. Taką dokładność można bez przeszkód uzyskać za pomocą współczesnych zegarów atomowych. Jednak trudno wyobrazić sobie umieszczenie zegara atomowego w pojeździe ważącym zaledwie 100 gramów. Witten przyznaje, że jego propozycja jest bardziej teoretyczna niż praktyczna. Nie wiem, ani czy taki pomysł da się zrealizować, ani czy – gdyby było to możliwe to realizacji – jest to najlepszy sposób.
Na artykuł Wittena zareagowali Scott Lawrence i Zeeve Rogoszinski z University of Maryland, którzy zaproponowali rozwiązanie bez potrzeby używania zegarów atomowych. Ich zdaniem obecność czarnaj dziury można by stwierdzić wykrywając zaburzenia trajektorii ruchu sond wywołane przez jej oddziaływanie grawitacyjne. W przeciwieństwie do pomysłu Wittena, gdzie różnice w sygnałach są powodowane przyspieszeniem próbników w pobliżu czarnej dziury, pomysł Lawrence'a i Rogoszinskiego ma i tę zaletę, że zaburzenia orbity próbników kumulowałyby się przez wiele lat.
Co po latach sondy zboczyłyby z toru lotu o 1000 kilometrów. Co prawda znajdowałyby się wówczas w odległości 500 j.a. od Ziemi, jednak – jak wyliczają naukowcy – zaburzenia trajektorii można by wykryć za pomocą interferometrii bazowej wykorzystującej wysokie częstotliwości radiowe. Tutaj jednak pojawiaj się inny problem techniczny. Sondy musiałyby albo emitować taki sygnał, albo przynajmniej go odbijać.
Jednak być może obie propozycje należy wyrzucić do kosza. Jak bowiem zauważają w swojej pracy Theim Haong z Koreańskiego Instytutu Astronomii i Badań Kosmosu oraz Abraham Loez z Uniwersytetu Harvarda, autorzy dwóch wspomnianych pomysłów potraktowali sondy jako obiekty podlegające jedynie grawitacji. Tymczasem opory i oddziaływania elektromagnetyczne w nierównomiernie rozłożonej materii międzygwiezdnej również wpływałyby na trajektorię i prędkość sond, przykrywając wszelki wpływ czarnej dziury.
Mike Brown z Caltechu, który wraz z Konstantinem Batyginem wysunęli hipotezę o istnieniu Dziewiątej Planety mówi, że podobają mu się te propozycje. Jednak uważam, że nie ma żadnych podstaw, by sądzić, że Dziewiąta Planeta jest w rzeczywistości czarną dziurą. Wciąż jej szukamy. Jeśli nie znajdziemy jej za pomocą obecnie dostępnych narzędzi, co myślę, że szybko zostanie ona zauważona dzięki Vera C Rubin Observatory. Nie wiem jednak, kiedy to nastąpi.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
US Air Force zapowiedziały kolejną misję tajemniczego mini wahadłowca X-37B. Pojazd wystartuje 16 maja. Będzie to już jego szósty pobyt w przestrzeni kosmicznej. O wcześniejszych misjach nie wiemy praktycznie niczego, poza tym, że przeprowadzano podczas nich tajne testy. Tym razem Amerykanie uchylili jednak rąbka tajemnicy.
Wiemy, że USA posiadają dwa mini-wahadłowce tego typu. Długość każdego z nich to 8,8 metra, a rozpiętość skrzydeł wynosi 4,6 metra. Duże wahadłowce miały długość 37 metrów, przy rozpiętości skrzydeł 24 metrów. Pierwszy start X-37B odbył się w kwietniu 2010 roku, a pojazd wrócił na Ziemię po 224 dniach. Kolejne misje były coraz dłuższe. Ostatnia, najdłuższa, odbyła się pomiędzy 7 września 2017 a 27 października 2019 roku. Trwała więc 779 dni. W czasie pierwszych czterech pojazd był wynoszony przez rakietę Atlas V, podczas ostatniej wykorzystano Falcona 9.
Najbliższa misja, OTV-6, wystartuje na pokładzie Atlasa V. W ramach tej ważnej misji przeprowadzili więcej badań niż podczas którejkolwiek z wcześniejszych. Znajdą się wśród nich dwa eksperymenty NASA, poinformowała sekretarz US Air Force, Barbara Barrett. Wyjaśniła, że jeden z eksperymentów dla NASA będzie badał wpływ promieniowania kosmicznego na nasiona, a podczas drugiego zostanie sprawdzone zachowanie się różnych materiałów w przestrzeni kosmicznej.
Znacznie bardziej interesująco wygląda inny eksperyment, który zostanie przeprowadzony na zlecenie U.S. Naval Research Laboratory. W jego ramach badana będzie technologia zamiany energii słonecznej na energię mikrofalową i jej transfer na Ziemię.
Nie zdradzono przy tym żadnych szczegółów, jednak z wcześniejszych informacji napływających z Naval Research Laboratory wiemy, że z technologią taką wiązane są duże nadzieje, Dzięki niej Amerykanie mogliby stworzyć drony pozostające w powietrzu przez bardzo długi czas, może nawet bezterminowo, gdyż otrzymywałyby energię z satelitów. Ponadto satelity byłyby zdolne do przekazywania energii w dowolne miejsce na Ziemi, ewentualnie do pojazdów kosmicznych czy innych satelitów.
Dzięki takiej technologii jednostki wojskowe czy zespoły naukowe działające w odległych miejscach globu nie musiałyby polegać na mało wydajnej technologii fotowoltaicznej czy na ciężkich, hałaśliwych zużywających sporo paliwa generatorach. Wystarczyłoby urządzenie z anteną odbierającą mikrofale. Ta sama technologia przydałaby się w regionach katastrof, gdzie zapewniłaby energię na długo zanim możliwe byłoby odbudowanie infrastruktury.
Przypomnijmy, że po powrocie (maj 2017) X-37B z misji OTV-4 przyznano, że w czasie misji testowano zaawansowane systemy nawigacyjne, kontrolne, napędowe, ochrony termicznej oraz systemy lotu autonomicznego, lądowania i wejścia w atmosferę. Zauważono też wówczas, że X-37B latał niezwykle nisko. Pojawiły się sugestie, że USA testują technologie pozwalające satelitom szpiegowskim na latanie nisko nad Ziemią. To pozwoliłoby na wykonywanie bardziej dokładnych zdjęć, ale wymagałoby znacznie więcej paliwa.
Wiemy też, że w ramach OTV-6 z pokładu mini wahadłowca zostanie wypuszczony niewielki satelita FalconSat-8, który przeprowadzi pięć eksperymentów na potrzeby U.S. Air Force Academy.
Nie wiemy za to, jak długo potrwa misja OTV-6.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Po raz pierwszy udało się zmierzyć prędkość wiatrów wiejących na powierzchni brązowego karła. Dokonali tego astronomowie, którzy wykorzystali Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) oraz Teleskop Kosmiczny Spitzera.
Opierając się na tym, co wiemy o wielkich planetach, takich jak Jowisz czy Saturn, naukowcy pod kierunkiem Katelyn Allers z Bucknell University zdali sobie sprawę z faktu, że prawdopodobnie uda się zmierzyć prędkość wiatru na powierzchni brązowego karła, wykorzystując w tym celu VLA i Spitzera. Gdy doszliśmy do takiego wniosku, zdziwiliśmy się, że nikt dotychczas nie przeprowadził takich badań, mówi Allers.
Naukowcy wzięli na cel brązowego karła 2MASS J10475385+2124234. Ma on średnicę mniej więcej Jowisza, ale jest 40-krotnie bardziej masywny. Obiekt znajduje się w odległości około 34 lat świetlnych od Ziemi.
Zauważyliśmy, że okres obrotowy Jowisza obserwowany za pomocą radioteleskopów jest inny niż okres obrotowy obserwowany w świetle widzialnym i w podczerwieni, mówi Allers. Jak wyjaśnia uczona, dzieje się tak, gdyż fale radiowe wchodzą w interakcje z polem magnetycznym planety, natomiast emisja w podczerwieni pochodzi z górnych warstw atmosfery. Wnętrze planety, jej źródło pola magnetycznego, obraca się wolniej niż atmosfera. A różnica wynika z prędkości wiatrów.
Stwierdziliśmy, że takie samo zjawisko powinniśmy zaobserwować w przypadku brązowych karłów. Postanowiliśmy więc przyjrzeć się okresowi obrotowemu czerwonego karła zarówno za pomocą radioteleskopu, jak i w podczerwieni, powiedziała Johanna Vos z Amerykańskiego Muzeum Historii Naturalnej.
Obserwacje rzeczywiście wykazały, że atmosfera brązowego karła obrana się szybciej niż jego wnętrze. A różnica jest znacznie większa, niż w przypadku Jowisza. O ile bowiem prędkość wiatru wiejącego na Jowiszu wynosi około 370 km/h, to dla brązowego karła obliczono ją na około 2300 km/h. Obliczenia te zgodne są z teorią i symulacjami, przewidującymi wyższe prędkości wiatru na brązowych karłach, mówi Allers.
Technika wykorzystana przez zespół Allers może zostać użyta do badania prędkości wiatrów na planetach pozasłonecznych.
« powrót do artykułu
-
-
Recently Browsing 0 members
No registered users viewing this page.