Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Nowe sposoby obserwacji bozonu Higgsa

Recommended Posts

Podczas konferencji Large Hadron Collider Physics 2020 eksperymenty ATLAS i CMS przedstawiły najnowsze wyniki dotyczące rzadkich sposobów rozpadu bozonu Higgsa produkowanego na Wielkim Zderzaczu Hadronów w CERN. Nowe kanały obejmują rozpady Higgsa na bozon Z, współodpowiedzialny za słabe oddziaływania jądrowe, oraz inną cząstkę, jak również rozpady na cząstki „niewidzialne”. Te pierwsze, w razie rozbieżności z przewidywaniami Modelu Standardowego, mogą świadczyć o zjawiskach wykraczających poza znaną nam fizykę (tzw. nowa fizyka), podczas gdy niewidzialne rozpady cząstki Higgsa rzuciłyby nowe światło na naturę cząstek tzw. ciemnej materii kosmicznej. Przedstawione analizy oparte są o całość danych zebranych w latach 2015-2018, czyli około miliarda milionów zderzeń proton-proton.

Eksperyment ATLAS zmierzył częstość rozpadu Higgsa na Z i foton (γ) na 2.0+1.0−0.9 częstości przewidzianej w Modelu Standardowym, tym samym zbliżając się do czułości umożliwiającej obserwację ewentualnych odstępstw od przewidywań modelu. Eksperyment CMS poszukiwał o wiele rzadszych rozpadów na Z i mezon ρ lub φ i stwierdził, że w nie więcej niż 1.9% przypadków może nastąpić rozpad na Zρ, a nie więcej niż w 0.6% przypadków na Zφ. Obserwacja tego typu rozpadów przy obecnie zebranej ilości danych świadczyłaby o zjawiskach związanych z istnieniem nowej fizyki.

Niektóre hipotezy dotyczące nowej fizyki przewidują, że bozon Higgsa może rozpadać się na dwie tzw. słabo oddziałujące masywne cząstki (ang.: WIMP), odpowiedzialne za ciemna materię kosmiczną, a niewidoczne dla aparatury eksperymentalnej. Zespół eksperymentu ATLAS wykluczył, aby prawdopodobieństwo takiego procesu przekraczało 13%. Analogiczne wykluczenie rozpadu bozonu Higgsa na parę tzw. ciemnych fotonów przedstawiła współpraca CMS.

Polskie grupy z IFJ, AGH i UJ w Krakowie współtworzą zespól eksperymentu ATLAS, a grupy eksperymentalne z UW i NCBJ w Warszawie uczestniczą w eksperymencie CMS.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Pod koniec grudnia Muzeum Narodowe w Warszawie (MNW) poinformowało o zakończeniu projektu Zachowanie unikatowego atlasu geograficznego "Speculum orbis terrae" (Zwierciadło kręgu ziemskiego). W jego trakcie przeprowadzono konserwację i digitalizację atlasu sprzed ponad 400 lat. Cyfrowa kopia jest dostępna on-line w Mazowieckiej Bibliotece Cyfrowej. Wysokiej jakości cyfrowa kopia atlasu z kolekcji MNW będzie bez wątpienia wielkim ułatwieniem w pracy dla badaczy z całego świata.
      Wg kierowniczki projektu Pauliny Miś, starodruk wyróżnia się piękną szatą edytorską i graficzną, która nawiązuje do najlepszych wzorów książki renesansowej.
      Każdą z dwóch części dzieła pierwotnie otwierały efektowne, alegoryczne strony tytułowe – w egzemplarzu MNW zachowała się jedna [brakuje frontispisu do cz. 1.]. Tom ma oryginalną oprawę z epoki, wykonaną z barwionej na czerwono skóry z licznymi tłoczeniami. Brzegi kart są złocone i dodatkowo ozdobione cyzelowanym ornamentem. Wszystkie elementy graficzne oraz ilustracje, mapy i tablice pokolorowano ręcznie, zapewne jeszcze w XVI lub na początku XVII wieku.
      Wiadomo, że ten cenny starodruk trafił do muzeum po II wojnie światowej. Niestety, nie przetrwały żadne świadectwa nt. wcześniejszych właścicieli. Egzemplarz ze zbiorów MNW jest przykładem drugiego (ostatniego) wydania z 1593 roku. W zbiorach polskich znajduje się jeszcze jeden egzemplarz atlasu – przechowywany w Muzeum Ziemi Kujawskiej i Dobrzyńskiej we Włocławku [on również pochodzi z 1593 r.]. Ten z MNW jest jednak lepiej zachowany: brakuje [w nim] tylko sześciu map, podczas gdy w tym z Włocławka aż 42.
      Muzeum podkreśla, że digitalizacja atlasu była bardzo wymagająca. Nasi konserwatorzy odradzili używanie szyby do prostowania kart, aby nie uszkodzić warstwy malarskiej (mapy ręcznie pokolorowano w epoce) i klejenia grzbietu. Przy tak grubych księgach jest to nie lada wyzwanie, bo z pofalowanych kart uzyskuje się równie pofalowany obraz.
      Atlas skanowano w półotwarciu; oprawa była podparta pod kątem prostym, a każdą stronę kopiowano pojedynczo. A jeśli mapę odbito na sąsiednich stronach, to należało i tak zrobić ujęcie całości.
      Muzealnicy dodają, że jak przystało na "Zwierciadło kręgu ziemskiego", księga jest naprawdę duża. Zamknięta mierzy 45,8x31,2x6 cm. Nic więc dziwnego, że przy skanowaniu trzeba było wykonać sporo ostrożnych manewrów. Na szczęście się udało i do Internetu trafiła 4. cyfrowa kopia dzieła Gerada i Cornelisa de Jodów (pozostałe 3 znajdują się w zbiorach Staats-und Stadtbibliothek w Augsburgu, Stanford Libraries i w Bibliotheque Nationale de France). Jak wcześniej wspominaliśmy, skany atlasu można oglądać w Mazowieckiej Bibliotece Cyfrowej. Za jej pośrednictwem są one również dostępne w wyszukiwarce Federacji Bibliotek Cyfrowych, Europeanie czy Karlsruher VirtuellerKatalog.
      Egzemplarz z Włocławka zdigitalizowano co prawda w 2009 r., ale cyfrowa kopia jest udostępniana wyłącznie na miejscu, w bibliotece muzeum. Specjaliści tłumaczą, że dość często publikowane są pojedyncze mapy z atlasu.
      Co nastręczyło najwięcej problemów podczas konserwacji? Anna Szlasa-Byczek wymienia zniszczoną konstrukcję falców, czyli pasków, do których przyklejono mapy. Wyzwaniem było także oddzielenie fragmentów warstwy malarskiej od sąsiedniej strony. Trzeba je było odkleić i umieścić we właściwym miejscu. Poza tym konserwatorzy zajęli się oprawą starodruku. Powstało też pudło ochronne, w którym atlas będzie przechowywany.
      Po stanie atlasu znać było jego sędziwy wiek: brudny, przebarwiony, kruchy i łamliwy papier w wielu miejscach uległ przedarciu. Cześć kart wypadała, miała pozadzierane, pozagniatane i przedarte krawędzie oraz ubytki. W partiach kolorowanych widoczne były przebarwienia wywołane zmianami w pigmentach, do których wykonania użyto związków miedziowych. Celem konserwacji było przygotowanie atlasu do digitalizacji oraz umożliwienie jego przyszłych ekspozycji w przestrzeniach muzealnych. Zdecydowano, że atlas nie będzie rozszywany, aby zachować wyciśnięty wzór na brzegu kart.
      Historia atlasu jest bardzo ciekawa. Na jej podstawie można by nakręcić trzymający w napięciu film. W 1570 r. w Antwerpii ukazał się "Theatrum orbis terrarum" Abrahama Orteliusa; był to pierwszy nowożytny atlas świata. W owym czasie nad swoim dziełem "Speculum orbis terrae (terrarum)" pracował również Gerard de Jode. Ponieważ Ortelius uznawał de Jodego za groźnego konkurenta, próbował opóźnić publikację jego atlasu (utrudniał np. uzyskanie pozwoleń kościelnych). Koniec końców dzieło de Jodego ukazało się w 1578 r. Jak można się domyślić, w międzyczasie atlas Orteliusa zdążył już zdominować rynek.
      Zapewne próbą przełamania tego monopolu było przygotowanie drugiej, poszerzonej edycji "Speculum...", opublikowanej w 1593 r. przez syna Gerarda, Cornelisa. W atlasie znalazło się więcej map. Poszczególne części otwierały zaprojektowane na nowo frontispisy (strony tytułowe). Na uwagę zasługują także tablice zamieszczone w części drugiej, na których ukazano księstwa, marchie, miasta, królestwa i elektoraty Świętego Cesarstwa Rzymskiego Narodu Niemieckiego pod postaciami bogato odzianych mężczyzn.
      Po śmierci Cornelisa płyty z mapami zostały wykupione przez wydawcę kolejnych edycji atlasu Orteliusa, zapewne po to, aby uniemożliwić wznowienie dzieła jego konkurentów. Te wszystkie okoliczności sprawiły, że egzemplarze atlasu de Jodów są dziś wyjątkową rzadkością.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Choroby układu krążenia są główną przyczyną zgonów na świecie. Lepsze zrozumienie mechanizmów tych chorób pozwoliłoby na uratowanie wielu ludzi. Niezbędnym elementem jest tutaj zaś zrozumienie procesów molekularnych zachodzących w komórkach zdrowego serca. Naukowcy stworzyli właśnie wielką szczegółową mapę zdrowego mięśnia sercowego.
      Mapa powstała w ramach wielkiej inicjatywy Human Cell Atlas, której celem jest opisanie każdego typu komórek znajdujących się w ludzkim organizmie. Autorzy atlasu serca przeanalizowali niemal 500 000 indywidualnych komórek. Dzięki temu powstał najbardziej szczegółowy opis ludzkiego serca. Pokazuje on olbrzymią różnorodność komórek i ich typów. Jego autorzy scharakteryzowali sześć regionów anatomicznych serca. Opisali, w jaki sposób komórki komunikują się ze sobą, by zapewnić działanie mięśnia sercowego.
      Badania przeprowadzono na podstawie 14 zdrowych ludzkich serc, które uznano za nienadające się do transplantacji. Naukowcy połączyli techniki analizy poszczególnych komórek, maszynowego uczenia się oraz techniki obrazowania, dzięki czemu mogli stwierdził, które geny były aktywne, a które nieaktywne w każdej z komórek.
      Uczonym udało się zidentyfikować różnice pomiędzy komórkami w różnych regionach serca. Stwierdzili też, że w każdym obszar mięśnia sercowego zawiera specyficzny dla siebie zestaw komórek, co wskazuje, że różne obszary serca mogą różnie reagować na leczenie.
      Projekt ten to początek nowego sposobu rozumienia budowy serca na poziomie komórkowym. Dzięki lepszemu poznaniu różnic pomiędzy różnymi regionami serca możemy zacząć rozważać wpływ wieku, trybu życia oraz chorób i rozpocząć nową epokę w kardiologii, mówi współautor badań Daniel Reichart z Harvard Medical School.
      Po raz pierwszy tak dokładnie przyjrzano się ludzkiemu sercu, dodaje profesor Norbert Hubner z Centrum Medycyny Molekularnej im. Maxa Delbrücka. Poznanie pełnego spektrum komórek serca i ich aktywności genetycznej są niezbędne do zrozumienia sposobu funkcjonowania serca oraz odkrycia, w jaki sposób reaguje ono na stres i choroby.
      Ze szczegółami badań można zapoznać się w artykule Cells of the adult human heart, opublikowanym na łamach Nature.

      « 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.

×
×
  • Create New...