Unikatowe badania antymaterii mogą wstrząsnąć Modelem Standardowym
-
Similar Content
-
By KopalniaWiedzy.pl
Obowiązujący od ponad 70 lat powłokowy model jądra atomowego trzyma się dobrze. Jednak badania przeprowadzone właśnie w ramach eksperymentu ISOLDE w CERN są kolejnymi dającymi sprzeczne informacje odnośnie liczb magicznych.
Z modelu powłokowego możemy wywnioskować, że te jądra, których powłoki są wypełnione, mają większą energię wiązania niż inne, są zatem stabilniejsza niż inne jądra. Liczby protonów i neutronów, dla których powłoki są wypełnione, nazywane są liczbami magicznymi. Obecnie uznane liczby magiczne zarówno dla protonów jak i neutronów to 2, 8, 20, 28, 50, 82 i 126. Jeśli mamy do czynienia z jądrem, dla którego i protony i neutrony występują w liczbie magicznej, mówimy o jądrze podwójnie magicznym. Jądrem podwójnie magicznym jest np. jądro tlenu, zawierające 8 protonów i 8 neutronów.
Od mniej więcej dwóch dekad kolejne eksperymenty wskazują, że liczbą magiczną, przynajmniej dla neutronów, może być 32. W 2013 roku naukowcy z CERN badając izotopy wapnia bogate w neutrony zauważyli nagły spadek energii separacji neutronów poza liczbą N=32. Literami N i Z oznacza się, odpowiednio, liczbę neutronów i protonów w jądrze. Spadek taki wskazuje zaś, że 32 może być liczbą magiczna. Jeszcze wcześniej ci sami naukowcy podczas badania spektrum wzbudzenia wapnia-52 zaobserwowali wyższe niż spodziewane wzbudzenie przy wartościach Z=20 i N=32. Jako, że wiemy, iż 20 jest liczbą magiczną, sugerowałoby to istnienie w tym przypadku jądra podwójnie magicznego. Jakby tego było badania prowadzone w japońskim RIKEN wskazują na zmiany pobudzenia nie tylko jądra wapnia-52 (N=32), ale też wapnia-54 (N=34).
Z drugiej jednak strony badania promieni kwadratowych jąder potasu-51 i wapnia-52, dla których N=32 nie wykazało żadnych oznak, że mamy do czynienia z jądrami magicznymi.
Naukowcy z ISOLDE badali teraz bardzo egzotyczne jądro potasu-52 (N=33). Poszukiwali w nim nagłego relatywnego wzrostu promienia kwadratowego, co jest silnym wskazaniem, że N=32 jest liczbą magiczną. Jednak niczego takiego nie zauważyli.
Nowe badania wprowadzają tylko więcej zamieszania. Nie odrzucamy wyników wcześniejszych badań, gdyż były one wykonane prawidłowo, na sprzęcie najwyższej klasy. Kwestionujemy tylko płynące z nich wnioski, że 32 jest liczbą magiczną dla neutronów, mówi Thomas Cocolios, fizyk atomowy z Uniwersytetu Katolickiego w Leuven (KU Leuven). Teraz uczeni planują przeprowadzenie podobnych pomiarów dla wapnia-53 i wapnia-54, by zweryfikować twierdzenia, iż N=34 jest liczbą magiczną.
Wiele wskazuje na to, że teoretycy będą musieli przemyśleć problem dotyczący N=32. Badanie energii wskazuje, że jest to liczba magiczna, jednak badanie wielkości jądra temu przeczy. Obserwujemy tutaj sprzeczność pomiędzy badaniami, które dają wiarygodne wyniki. Muszą się tym zająć teoretycy, mówi Gerda Neyens, fizyk teoretyczna z KU Leuven, która kieruje eksperymentem ISOLDE.
Uczona dodaje, że zrozumienie tego fenomenu nie będzie łatwe, gdyż interakcje pomiędzy protonami a neutronami nie zachodzą bezpośrednio, a na poziomie kwarków. To utrudnia nam zrozumienie jąder atomowych, szczególnie tych egzotycznych. Im więcej badamy egzotycznych jąder, tym bardziej zdajemy sobie sprawę, że nasze modele teoretyczne mają coraz większe kłopoty ze spójnym opisaniem zjawisk w nich zachodzących, dodaje Cocolios.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Zderzenia pomiędzy wysoko energetycznymi protonami po raz pierwszy pozwoliły na przyjrzenie się niezwykłym hiperonom. Zaliczane są one do cząstek dziwnych. To bariony zawierające co najmniej jeden kwark dziwny. Hiperony prawdopodobnie występują w jądrach gwiazd neutronowych, zatem ich badanie może sporo zdradzić na temat samych gwiazd oraz środowisk o tak ekstremalnie upakowanej materii.
Hiperony są hadronami, czyli cząstek złożonych z co najmniej dwóch kwarków. Interakcje pomiędzy hadronami mają miejsce za pośrednictwem oddziaływań silnych. Niezbyt wiele wiemy o oddziaływaniach pomiędzy hadronami, a większość tej wiedzy pochodzi z badan, w których używane są protony i neutrony. Natura oddziaływań silnych powoduje, że bardzo trudno jest czynić w ich przypadku przewidywania teoretyczne. Trudno jest więc teoretycznie badać, jak hadrony oddziałują między sobą. Zrozumienie tych oddziaływań jest często nazywane „ostatnią granicą” Modelu Standardowego.
Protony, neutrony i hiperony składają się z trzech kwarków. O ile jednak protony i neutrony zbudowane są wyłącznie z kwarków górnych i dolnych, to hiperony zawierają co najmniej jeden kwark dziwny. Badanie hiperonów daje nam zatem nowe informacje na temat oddziaływań silnych.
Podczas badań naukowcy z CERN, pracujący przy eksperymencie ALICE, przyglądali się wynikom zderzeń wysoko energetycznych protonów, w wyniku których w otoczeniu miejsca kolizji pojawiają się „źródła” cząstek. Dochodzi do interakcji kwarków i gluonów, tworzących nowe cząstki. Powstają też pary hiperonów i protonów. Naukowcy, mierząc korelacje momentów pędu w takich parach zbierają informacje na temat sposobu ich interakcji.
Interakcje takie można w ograniczonym stopniu przewidywać na podstawie modelowania zachowania kwarków i gluonów. Najnowsze badania wykazały, że przewidywania niemal idealnie zgadzają się z pomiarami.
Ze szczegółami badań można zapoznać się na łamach Nature.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Kosmologowie od dawna mają problem z jedną z podstawowych wartości opisujących wszechświat – tempem jego rozszerzania się. Różne pomiary przynoszą bowiem różne wartości. Teraz coraz wyraźniej widać kolejne pęknięcie w standardowym modelu kosmologicznym. Niedawno grupa naukowców wykazała, że wszechświat jest niespodziewanie rzadki. Materia nie gromadzi się w nim tak, jak się spodziewano. Podobne sygnały pojawiały się już wcześniej, tym razem jednak mamy do czynienia z najbardziej szczegółową analizą danych zbieranych przez 7 lat.
Dane są na tyle wiarygodne, że niektórzy specjaliści zastanawiają się, czy nie wpadliśmy na trop czegoś nieznanego. Mamy już ciemną materię i ciemną energię. Mam nadzieję, że do wyjaśnień nie potrzebujemy kolejnej ciemnej rzeczy, mówi Michael Hudson, kosmolog z University of Waterloo, który nie był zaangażowany w najnowsze badania.
Autorzy najnowszych badań, skupieni wokół inicjatywy Kilo-Degree Survey (KiDS), obserwowali około 31 milionów galaktyk, położonych w promieniu do 10 miliardów lat świetlnych od Ziemi. Na podstawie tych obserwacji wyliczyli średni rozkład niewidocznego gazu i ciemnej materii we wszechświecie. Odkryli, że jest jej niemal o 10% mniej niż przewiduje jeden z najpowszechniej uznawanych modeli kosmologicznych, Model Lambda-CDM.
W ciągu ostatnich ośmiu lat pojawiło się kilkanaście badań, których autorzy – korzystając z różnych technik – dochodzili do wniosku, że materia nie gromadzi się zgodnie z przewidywaniami. Rozpatrywane osobno badania te nie mają większego znaczenia. Rozważane w nich kwestie są tak trudne do zbadania, że łato mogło dojść do pomyłek. Jednak coraz częściej pojawiają się głosy, że to nie statystycznie dopuszczalne niedoskonałości w badaniach, ale reguła. Gdy w wielu różnych zestawach danych zaczynasz dostrzegać tę samą rzecz, musisz wziąć pod uwagę, że coś w tym jest, stwierdza Hudson.
Naukowcy muszą teraz pogodzić dwie sprzeczne ze sobą rzeczy. Z jednej strony, by określić tempo rozszerzania się wszechświata – w wiele wskazuje na to, że jest ono większe, niż sądzono – muszą znaleźć dodatkowy element, który go napędza. Z drugiej jednak strony skoro materia nie gromadzi się razem tak, jak przypuszczano, do siły na nią oddziałujące są słabsze, a nie mocniejsze, jak wymagałoby tego wyjaśnienie tempa rozszerzania się wszechświata. Julien Lesgourgues, kosmolog-teoretyk z Uniwersytetu Aachen mówi, że znalezienie satysfakcjonującego wyjaśnienia obu tych zjawisk będzie koszmarem.
Podejmowane są pewne próby wyjaśnień wspomnianych zjawisk. Przyspieszenie ekspansji wszechświata można by wyjaśnić „ciemnym promieniowaniem”. Jednak trzeba by je zbilansować dodatkową materią, która by się grupowała. Aby osiągnąć obserwowane mniejsze grupowanie się, trzeba by wprowadzić dodatkowy element, który to uniemożliwia. Tutaj pojawia się próba wyjaśnienia w postaci zamiany ciemnej materii – która powoduje grupowanie się materii – w ciemną energię, powodującą jej oddalanie się od siebie. Można też przyjąć, że Ziemia znajduje się w jakimś wielkim bąblu rozrzedzonej materii, co zaburza nasze obserwacje. Lub też uznać, że szybkie tempo rozszerzania się wszechświata i mniejsze grupowanie się materii nie są ze sobą powiązane. Nie widzę obecnie żadnego satysfakcjonującego wyjaśnienia. Jeśli jednak byłbym teoretykiem byłbym bardzo podekscytowany, mówi Hudson.
Wciąż też istnieje prawdopodobieństwo, że oba omawiane zjawiska lub przynajmniej jedno z nich, w rzeczywistości nie mają miejsca. Jednak by to stwierdzić, trzeba poczekać na inne dane. KiDS to jeden z trzech dużych projektów badawczych. Inne to międzynarodowy Dark Energy Survey prowadzony w Chile i japoński Hyper Suprime-Cam. W ramach każdego z nich skanowany jest inny fragment nieboskłonu na inną głębokość. W czasie ostatniej kampanii Dark Energy Survey przeskanowano obszar 5-krotnie większy niż badał KiDS. Wyniki powinny ukazać się w ciągu najbliższych miesięcy. Wszyscy na nie czekają. To kolejna wielka rzecz w kosmologii, mówi Daniel Scolnic, kosmolog z Duke University, który specjalizuje się w badaniu tempa rozszerzania się wszechświata.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Pierwsze badania spektroskopowe monofluorku radu wskazują, że molekuła ta może zostać wykorzystana do bardzo precyzyjnych testów Modelu Standardowego. Autorzy badań – fizycy z CERN-u oraz laboratorium ISOLDE – twierdzą, że mogą one doprowadzić do ustalenia nowego górnego limitu elektrycznego momentu dipolowego elektronu, a to zaś może pozwolić w wyjaśnieniu, dlaczego we wszechświecie jest więcej materii niż antymaterii.
Spektroskopia atomowa i molekularna umożliwia przeprowadzenie niezwykle precyzyjnych pomiarów niektórych podstawowych właściwości elektronów i jąder atomowych. Takie pomiary pozwalają na stwierdzenie, czy dana cząstka pasuje do Modelu standardowego. Monofluorek radu to niezwykle interesująca molekuła, gdyż w niektórych jej wersjach izotopowych jądro radu jest bardzo niesymetryczne. Rozkład masy w nim ma kształt gruszki. Ta właściwość oraz sama wysoka masa radu oznaczają, że świetnie się nadaje do badania właściwości elektronów, w tym ich elektrycznego momentu dipolowego.
Wiemy, że elektron posiada magnetyczny moment dipolowy, będący wynikiem posiadania spinu. W najprostszej wersji Modelu Standardowego parzystość T, czyli parzystość operacji odwrócenia czasu, zakazuje elektronom jednoczesnego posiadania elektrycznego momentu dipolowego. Jednak bardziej złożone wersje Modelu Standardowego dopuszczają, że elektrony posiadają elektryczny moment dipolowy, jednak jego wartość jest niezwykle mała. Jeśli udałoby się wykazać, że wartość ta jest znacząco większa od zakładanej, wskazywałoby to na istnienie fizyki poza Modelem Standardowym oraz oznaczałoby poważne złamanie symetrii we wczesnym wszechświecie, dzięki temu zaś moglibyśmy zrozumieć, dlaczego materii jest więcej niż antymaterii.
Podczas najnowszych badań wykazano, że molekuły monofluorku radu można za pomocą lasera schłodzić do temperatur nieco tylko wyższych od zera absolutnego. A skoro tak, to można też dokonać niezwykle precyzyjnych pomiarów ich właściwości.
Dlatego też ISOLDE, CERN i MIT już nawiązały współpracę, której celem jest precyzyjne określenie elektrycznego momentu dipolowego elektronów. Chcemy jeszcze bardziej zmniejszyć różnicę pomiędzy najbardziej precyzyjnymi pomiarami, a teoretycznie przewidywaną wartością momentu dipolowego. Wartość przewidywana przez Model Standardowy jest niezwykle mała i poza obecnym zasięgiem pomiarów. Doprecyzowując ją możemy przetestować teorie przewidujące znacznie wyższą wartość, mówi Gerda Neyens, z Uniwersytetu Katolickiego w Leuven, która stoi na czele laboratorium ISOLDE.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Fizyk z Uniwersytetu w Genewie zaproponował rozwiązanie poważnego kryzysu, trapiącego kosmologię. Kryzysowi temu na imię stała Hubble'a. To jedna z podstawowych stałych kosmologicznych. Opisuje ona tempo rozszerzania się wszechświata. Problem w tym, że dotychczasowe obliczenia i badania dają co najmniej dwa różne, zbyt różne, wyniki. Profesor Lucas Lombriser twierdzi, że wie, skąd bierze się ta różnica.
Stałą Hubbla wyznacza się za pomocą dwóch głównych metod. Pierwsza, pomiary promieniowania mikrofalowego tła, wskazuje, że wszechświat rozszerza się z prędkością 64,4 km/s/Mpc, czyli, że na każdy megaparsek (3,26 miliona lat świetlnych) tempo rozszerzania się wszechświata rośnie o 64,4 km/s. Jednak obliczenia z wykorzystaniem cefeid, zmiennych gwiazd pulsujących, dają wartość 73,4 km/s/Mpc. Różnica jest tak duża, że obliczeń tych nie da się pogodzić. W miarę upływu lat te dwie wartości były wyznaczane coraz bardziej precyzyjnie, ale różnica między nimi pozostawała. To doprowadziło do sporu naukowego. Pojawiły się głosy, że mamy do czynienia z „nową fizyką”.
Lombriser wysunął jednak hipotezę, która nie wymaga odwoływania się do „nowej fizyki”. Zdaniem uczonego, należy przyjąć wszechświat nie jest homogeniczny. Oczywiście takie założenie jest prawdziwe, jednak w dość niewielkich skalach. Nie ma wątpliwości, że w galaktykach i poza nimi materia rozłożona jest inaczej. Jednak trudno wyobrazić sobie różnice w skalach tysiąckrotnie większych niż galaktyki.
Jeśli znajdowalibyśmy się w gigantycznym „bąblu”, w którym gęstość materii jest znacząco mniejsza niż gęstość materii we wszechświecie, miałoby to konsekwencje dla odległości do supernowych i dla określenia stałej Hubble'a, mówi Lombriser. Naukowiec zaproponował hipotezę, że Droga Mleczna i tysiące innych galaktyk poruszają się w bąblu o średnicy 250 milionów lat świetlnych, w którym gęstość materii jest o 50% niższa niż w reszcie wszechświata.
Jeśli w takim bąblu znajdują się obiekty, z galaktyk których używamy do wyznaczania stałej Hubble'a, to po przeprowadzeniu obliczeń okazuje się, że uzyskane wyniki w wysokim stopniu zgadzają się z obliczeniami, w których uwzględniane jest mikrofalowe promieniowanie tła. Prawdopodobieństwo, że istnieje tego typu fluktuacja [wspomniany bąbel – red.] wynosi między 1/20 a 1/5, co oznacza, że to nie jest tylko fantazja teoretyka. We wszechświecie istnieje wiele takich regionów jak nasz, mówi Lombriser.
« powrót do artykułu
-
-
Recently Browsing 0 members
No registered users viewing this page.