CERN chce wybudować 100-kilometrowy akcelerator cząstek. Ma być 6-krotnie potężniejszy od LHC
-
Similar Content
-
CERN emituje 200 000 ton gazów cieplarnianych rocznie. Laboratorium opublikowało raport środowiskowyBy KopalniaWiedzy.pl
CERN udostępnił swój pierwszy publiczny Raport Środowiskowy, dotyczący m.in. emisji gazów cieplarnianych. Dowiadujemy się z niego, że w 2018 roku ta instytucja wyemitowała 223 800 ton ekwiwalentu dwutlenku węgla. To tyle co duży statek wycieczkowy.
Z raportu dowiadujemy się, że aż 3/4 tej emisji powodują zawierające fluor gazy, używane podczas prac z wykrywaczami cząstek. CERN planuje zmniejszenie emisji.
Obejmujący lata 2017–2018 raport sprowokował debatę zarówno wśród pracowników, jak i wśród osób z zewnątrz. Zaczęliśmy zastanawiać się, co można zrobić z tym już teraz i w jaki sposób projektować akceleratory przyszłości, mówi Frederick Bordry, dyrektor CERN ds. akceleratorów i technologii.
Raport porusza wszelkie kwestie związane z wpływem CERN na środowisko, od emitowanego hałasu, po wpływ na bioróżnorodność, zużycie wody czy emitowane promieniowanie. Specjaliści orzekli, że to redukcja gazów cieplarnianych będzie miała największy wpływ na poprawę stanu środowiska. Inżynierowie już planują uszczelnienie miejsc wycieków w LHC i zoptymalizowanie systemu cyrkulacji gazu. Docelowo chcą, żeby w roli chłodziwa czujników gazy zawierające fluor zostały zastąpione przez dwutlenek węgla, który ma kilka tysięcy razy mniejszy potencjał cieplarniany. Gdy budowaliśmy Wielki Zderzacz Hadronów, nie docenialiśmy potencjału cieplarnianego tych gazów. Naszym głównym zmartwieniem była dziura ozonowa, mówi Bordry. Na razie CERN chce obniżyć swoją bezpośrednią emisję gazów cieplarnianych o 28% do roku 2024.
Raport uwzględnia też pośrednią emisję generowaną przez CERN. Laboratorium zużywa bowiem tyle energii elektrycznej co niewielkie miasteczko. Zakładamy w LHC systemy odzyskiwania energii. Jesteśmy pionierami wykorzystania nadprzewodnictwa na duża skalę, co może zwiększyć efektywność sieci energetycznych.
Jak jednak zauważają specjaliści, znacznie lepiej jest emitować gazy cieplarniane w celu dokonywania odkryć naukowych, niż w innych celach. Postęp naukowy jest bardzo ważny i trudno znaleźć ważniejszą instytucję naukową niż CERN. Osobiście wolę, byśmy emitowali gazy cieplarniane pracując w CERN niż lecąc samolotem do Pragi, by się upić na weekend, mówi John Barrett, z Sustainability Research Institute.
« powrót do artykułu -
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
Naukowcy pracujący przy Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) poinformowali o nowym sposobie używania tego niezwykłego urządzenia badawczego. Eksperyment ATLAS zaobserwował pierwsze zderzenie fotonów, w wyniku którego powstała para bozonów W, będących nośnikami oddziaływań słabych. Okazuje się zatem, że LHC można wykorzystywać też do bezpośrednich badań oddziaływań słabych. Obserwacje potwierdzają jedno z najważniejszych przewidywań teorii dotyczących tych oddziaływań – ich nośniki mogą oddziaływać ze sobą.
Klasyczna elektrodynamika mówi, że dwa przecinające się promienie światła nie odbiją się od siebie, nie będą się absorbowały lub nawzajem niszczyły. Jednak elektrodynamika kwantowa dopuszcza interakcje pomiędzy fotonami.
Nie są to pierwsze badania fotonów przeprowadzone przy użyciu LHC. Obserwowano rozpraszanie światła przez światło, kiedy to pary fotonów wchodziły w interakcje tworząc inną parę fotonów. W eksperymencie ATLAS zdobyto pierwsze bezpośrednie dowody takiego rozpraszania.
Podczas nowych eksperymentów badano zupełnie inne zjawisko. W wyniku interakcji pomiędzy dwoma fotonami pojawiły się dwa bozony W o przeciwnych ładunkach elektrycznych. Już kilka lat temu uzyskano pierwsze wskazówki, że zjawisko takie zachodzi. Potrzeba było jednak więcej danych, by je potwierdzić. Teraz naukowcy zyskali pewność. Wynosi ona bowiem 8,4 sigma, a o odkryciu mówi się już przy poziomie 5 sigma.
W centralnym detektorze były widoczne tylko produktu rozpadu dwóch bozonów W, elektron i mion. Co prawda pary bozonów W powstają też – i to znacznie częściej – w wyniku interakcji pomiędzy kwarkami i gluonami w zderzających się protonach, jednak w takim przypadku widoczne są jeszcze inne sygnały niż gdy powstają one w wyniku zderzeń fotonów.
Nowe badania potwierdziły, że bozony cechowania – bozony W, Z i fotony – również wchodzą ze sobą w interakacje. Ich badanie może stać się nowym sposobem testowania Modelu Standardowego.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
CERN informuje, że eksperymenty ATLAS i CMS zdobyły pierwsze dowody wskazujące, że bozon Higgsa rozpada się na dwa miony. Mion to cięższa kopia elektronu, jednej z podstawowych cząstek, z których zbudowany jest cała materia. O ile jednak elektrony są cząstkami pierwszej generacji, to miony należą do generacji drugiej. Rozpad bozonu Higgsa do mionów to rzadkie zjawisko, zachodzące w 1 na 5000 rozpadów. To ważne odkrycie, gdyż wskazuje, że bozon Higgsa wchodzi w interakcje z cząstkami drugiej generacji.
Według Modelu Standardowego cała materia zbudowana jest z fermionów. Jest ich 12 i dzielą się na 6 kwarków i 6 leptonów. Otaczającą nas materię trwałą tworzą cząstki pierwszej generacji: elektron, neutrino elektronowe, kwark dolny i kwark górny. Druga generacja cząstek to mion, neutrino mionowe, kwark dziwny i kwark powabny. Istnieje jeszcze trzecia generacja fermionów (taon, neutrino taonowe, kwark spodni i kwark szczytowy) oraz 4 bozony cechowania przenoszące oddziaływania i bozon Higgsa, nadający masę cząstkom, z którymi oddziałuje.
Bozon Higgsa jest przedmiotem intensywnych badań od czasu jego wykrycia w 2012 roku. Jego znalezienie było głównym zadaniem Wielkiego Zderzacza Hadronów. Jedną z podstawowych metod badań jest obserwacja jego rozpadu. Eksperyment CMS wykazał, że bozon Higgsa rozpada się na dwa miony a prawdopodobieństwo takiego wydarzenia wynosi 3 sigma. Oznacza to, że jeśli taki rozpad nie istnieje, to pojawienie się takich danych w CMS wynosi mniej niż 1:700. Z kolei ATLAS wskazał na istnienie rozpadu Higgsa do dwóch mionów z prawdopodobieństwem 2 sigma. Tutaj szanse na otrzymanie fałszywego sygnału to 1:40. Razem z pewnością znacznie przekraczającą 3 sigma można mówić o istnieniu opisanego mechanizmu. Odkrycie ogłasza się przy 5 sigma.
Wydaje się, że bozon Higgsa wchodzi w interakcje z cząstkami elementarnymi drugiej generacji w sposób zgodny z Modelem Standardowym. Podczas kolejnej kampanii badawczej będziemy uściślali te wyniki, mówi Roberto Carlin, rzecznik prasowy CMS.
Bozon Higgsa to kwantowa manifestacja pola Higgsa, które nadaje masę cząstkom elementarnym. Mierząc tempo rozpadu bozonu Higgsa w różne cząstki fizycy mogą obliczyć siłę ich interakcji z polem Higgsa. Im szybszy rozpad, tym silniejsze interakcje.
Dotychczas Wielki Zderzacz Hadronów wykazał, że bozon Higgsa rozpada się w różne bozony, jak W i Z czy cięższe fermiony, jak leptony tau. Zmierzono też interakcje z najcięższymi kwarkami, górnym i spodnim. Miony są znacznie lżejsze, więc słabiej reagują z polem Higgsa.
Pomiary bozonu Higgsa osiągnęły wyższy poziom precyzji, dzięki czemu możemy badać rzadsze sposoby rozpadu, mówi Karl Jakobs, rzecznik prasowy eksperymentu ATLAS.
Poważnym problemem w prowadzeniu opisywanych tutaj badań jest fakt, że na każdy bozon Higgsa rozpadający się na dwa miony przypadają tysiące par mionów powstających w wyniku innych procesów. Charakterystyczną sygnaturą bozonu Higgsa po rozpadzie do mionów jest niewielki nadmiar mas par mionów przy energii 125 GeV, czyli masie bozonu Higgsa. Wyizolowanie tego rozpadu nie jest łatwe. By to zrobić naukowcy musieli mierzyć energię, pęd oraz moment pędu mionów.
Specjaliści spodziewają się, że dzięki kolejnym kampaniom badawczym oraz wykorzystaniu w przyszłości High-Luminosity LHC można będzie mówić o osiągnięciu pewności (5 sigma) i odkryciu, że bozon Higgsa rozpada się do mionów.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Japoński akcelerator cząstek SuperKEKB pobił światowy rekord jasności. Pracujący przy nim naukowcy obiecują, że to dopiero początek. W ciągu najbliższych lat chcą zwiększyć jasność urządzenia aż 40-krotnie, co ma pozwolić zarówno na odkrycie ciemnej materii, jak i wyjście z fizyką poza Model Standardowy. Mamy nadzieję, że akcelerator pozwoli nam wykryć ciemną materię – o ile ona istnieje – i badać ją w niedostępny obecnie sposób, mówi profesor Kay Kinoshita z University of Cincinnati.
Jasność akceleratora to liczba kolizji, która w nim zachodzi. Podczas tych zderzeń powstają nowe cząstki. Im więc więcej zderzeń, tym więcej cząstek, więcej danych i większa szansa n a zarejestrowanie czegoś nowego.
SuperKEKB zderza pozytony i elektrony przyspieszane w 3-kilometrowym tunelu. Akcelerator został uruchomiony w 2018 roku i naukowcy ciągle pracują nad zwiększaniem jego jasności. Profesor Alan Schwartz i jego studenci z University of Cincinnati zaprojektowali i zbudowali jeden z detektorów akceleratora. To krok milowy w projektowaniu akceleratorów. SuperKEKB wykorzystuje architekturę tzw. „nano strumieni”. W technice tej strumienie cząstek są ściskane wzdłuż osi pionowej, dzięki czemu są bardzo cienkie, wyjaśnia Schwartz. To pierwszy na świecie akcelerator, który korzysta z tej techniki.
Ze względu na rozmiary cząstek, szansa, że dojdzie do zderzenia, jest niewielka. Im bardziej ściśnięty strumień, tym większe zagęszczenie cząstek i tym większe prawdopodobieństwo zderzeń. Obecnie wysokość wiązki w punkcie zderzenia wynosi 220 nanometrów. W przyszłości ma to być zaledwie 50 manometrów, czyli około 1/1000 grubości ludzkiego włosa.
Profesor Kay Kinoshita poświęciła całą swoją naukową karierę zagadnieniu zwiększania jasności akceleratorów. Uczona pracuje nad tym zagadnieniem od 1982 roku. To bardzo interesujące, gdyż jest bardzo wymagające. Wiesz, że robisz coś, czego nikt nigdy nie zrobił, mówi.
Poprzednik SuperKEKB, akcelerator KEKB, który działał w latach 1999–2010 w KEK (Organizacja Badań nad Akceleratorami Wysokich Energii), również był światowym rekordzistą. Urządzenie pracowało z jasnością 2,11x1034 cm-2s-1. Dopiero w 2018 roku rekord ten został pobity przez Wielki Zderzacz Hadronów, który osiągnął jasność 2,14x1034 cm-2s-1. Rekord LHC nie utrzymał się długo, dnia 15 czerwca 2020 roku SuperKEKB osiągnął jasność 2,22x1034 cm-2s-1. Już tydzień później, 21 czerwca naukowcy poinformowali o nowym rekordzie. Teraz SuperKEKB pracuje z jasnością wynoszącą 2,40x1034 cm-2s-1.
W ciągu najbliższych lat jasność SuperKEKB ma wzrosnąć 40-krotnie. Docelowo ma ona wynieść 8x1035 cm-2s-1.
Sukces SuperKEKB to sukces międzynarodowej współpracy. Nadprzewodzące magnesy, które ostatecznie skupiają strumienie cząstek zostały zbudowane we współpracy z amerykańskimi Brookhaven National Laboratory oraz Fermi National Accelerator Laboratory. Systemy monitorowania kolizji to dzieło SLAC National Accelerator Laboratory i University of Hawaii. Naukowcy ze Szwajcarii (CERN), Francji (IJCLab), Chin (IHEP) i USA (SLAC) biorą udział w pracach i badaniach, w których wykorzystywany jest akcelerator. Wykorzystujący diament system monitorowania promieniowania oraz system przerywania wiązki to dzieło włoskich Narodowego Instytutu Fizyki Jądrowej oraz Uniwersytetu w Trieście, a system monitorowania jasności powstał w Rosji.
Wiązki elektronów i pozytonów rozpędzane w SuperKEKB zderzają się w centrum detektora Belle II, który opisywaliśmy przed 2 laty. To niezwykłe urządzenie zostało zbudowane przez grupę 1000 fizyków i inżynierów ze 119 uczelni z 26 krajów świata. I to właśnie wewnątrz Belle II naukowcy mają nadzieję znaleść ciemną materię i rozpocząć badania jej właściwości.
« powrót do artykułu
-
-
Recently Browsing 0 members
No registered users viewing this page.