Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Rekordowa świetlność akceleratora cząstek. Naukowcy mają nadzieję na złapanie ciemnej materii
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Astronomia i fizyka
-
Podobna zawartość
-
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
Spotkanie, o którym poinformowaliśmy, nigdy nie miało miejsca. To żart primaaprilisowy. :)
Ostatnie działania administracji prezydenta Trumpa wywołały spory niepokój w amerykańskim środowisku naukowym. Biały Dom, chcąc rozpoznać i załagodzić sytuację, zorganizował nieformalne spotkanie prezydenta z przedstawicielami Narodowej Fundacji Nauki (NSF). To niezależna agenda rządu federalnego, której zadaniem jest wspieranie badań i edukacji na wszystkich pozamedycznych polach nauki i inżynierii. Z budżetem sięgającym 10 miliardów dolarów NSF finansuje około 25% badań podstawowych wspieranych z budżetu federalnego.
Z nieoficjalnych doniesień wynika, że spotkanie przebiegało w bardzo dobrej atmosferze, prezydent wypytywał o największe wyzwania i potrzeby amerykańskiej nauki. Ku zdziwieniu zebranych miał też ze spokojem i zrozumieniem przyjmować – lekką co prawda i kulturalną – krytykę swoich dotychczasowych działań. Jeden z biorących w nim udział naukowców zdradził redakcji PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences), pod warunkiem zachowania anonimowości, że rozmowa z gospodarzem Białego Domu przebiegała znacznie lepiej, niż sobie wyobrażał. Wydawało się, że prezydent rozumie obawy naukowców i rzeczywiście się nimi przejmuje.
Sytuacja uległa zmianie, gdy Donald Trump zapytał o amerykańską fizykę. Naukowcy powiedzieli mu m.in. o amerykańskim udziale w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) i w innych międzynarodowych projektach związanych z akceleratorami. Prezydent spytał o amerykańskie akceleratory i dowiedział się, że USA nie posiadają równie dużego co LHC. Gdy zaczął wypytywać o szczegóły, uczeni wyjaśnili mu, że budowa takiego akceleratora trwa wiele lat i jest niezwykle kosztowna. Wówczas Donald Trump powiedział coś, co niemal przyprawiło mnie o zawał, stwierdził rozmówca PNAS. Prezydent stwierdził, że USA powinny wycofać się z Wielkiego Zderzacza Hadronów, zaoszczędzone pieniądze przeznaczyć na budowę amerykańskiego akceleratora i... zabrać amerykańskie części z LHC. Dodał, że zleci administracji odpowiednie działania i analizy prawne, a jeśli są jakieś umowy, to Stany Zjednoczone je wypowiedzą.
Naukowcy próbowali wyperswadować mu ten pomysł, jednak Donald Trump upierał się, że pieniądze amerykańskich podatników powinny być przeznaczane na rozwój amerykańskiej nauki i zapewniać naukowcom miejsca pracy w USA, a nie za granicą. Spotkanie, jak łatwo się domyślić, nie zakończyło się w równie dobrej atmosferze, w jakiej się toczyło.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
W Wielkim Zderzaczu Hadronów przeprowadzono pierwsze badania, których celem było sprawdzenie, czy najcięższe cząstki elementarne – kwarki t (wysokie, prawdziwe) – zachowują się zgodnie ze szczególną teorią względności Einsteina. Eksperyment, wykonany przy użyciu CMS, miał sprawdzić prawdziwość kluczowego elementu teorii względności, czyli symetrii Lorenza. Zgodnie z nią prędkość światła jest identyczna we wszystkich kierunkach.
Istnieją pewne teorie, jak np. niektóre modele teorii strun, zgodnie z którymi przy wysokich energiach szczególna teoria względności nie działa i wyniki eksperymentu będą zależały od jego orientacji w czasoprzestrzeni. Ślady takiego złamania symetrii Lorenza powinny być tez widoczne przy niższych energiach, jakie są wykorzystywane w Wielkim Zderzaczu Hadronów.
Dlatego też naukowcy pracujący przy CMS postanowili poszukać złamania symterii Lorenza wykorzystując w tym celu pary kwarków t. W prowadzonych przez nich eksperymentach zależność ich wyniku od orientacji w czasoprzestrzeni oznaczałaby, że tempo wytwarzania par kwarków t w zderzeniach protonów zmieniałoby się wraz z porą dnia.
Skoro bowiem Ziemia obraca się wokół własnej osi, zmienia się położenie Wielkiego Zderzacza Hadronów, a zatem i kierunek strumieni protonów oraz orientacja miejsca, w którym dochodzi do zderzeń protonów i pojawiania się kwarków. Jeśli zatem symetria Lorenza zostaje złamana, to wraz ze zmianą pory dnia powinna zmieniać się liczba kwarków t pojawiających się w wyniku zderzeń.
Analiza danych z CMS z drugiej kampanii badawczej LHC (lata 2015–2018), wykazała, że tempo produkcji kwarków t w urządzeniu jest stałe. Symetria Lorenza nie jest więc naruszana, a szczególna teoria względności się broni. Uzyskane wyniki posłużą jako wstęp do poszukiwań naruszenia symetrii Lorenza w danych z trzeciej kampanii naukowej (2022–2026). Będzie można je wykorzystać też do bardziej szczegółowego przyjrzenia się innym procesom zachodzącym w akceleratorze, w których biorą udział bozon Higgsa czy bozony W i Z.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Gdyby większość ciemnej materii istniała nie w postaci w formie cząstek, a mikroskopijnych czarnych dziur, to mogłyby one wpływać na orbitę Marsa tak, że bylibyśmy w stanie wykryć to za pomocą współczesnej technologii. Zatem zmiany orbity Czerwonej Planety mogłyby posłużyć do szukania ciemnej materii, uważają naukowcy z MIT, Uniwersytetu Stanforda i Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz. A wszystko zaczęło się od odrodzenia hipotezy z lat 70. XX wieku i pytania o to, co stałoby się z człowiekiem, przez którego przeszłaby miniaturowa czarna dziura.
Pomysł, że większość ciemnej materii, której wciąż nie potrafimy znaleźć, istnieje w postaci miniaturowych czarnych dziur, narodził się w latach 70. Wysunięto wówczas hipotezę, że u zarania wszechświata z zapadających się chmur gazu powstały niewielkie czarne dziury, które w miarę ochładzania się i rozszerzania wszechświata, rozproszyły się po nim. Takie czarne dziury mogą mieć wielkość pojedynczego atomu i masę największych znanych asteroid. W ostatnich latach hipoteza ta zaczęła zdobywać popularność w kręgach naukowych.
Niedawno jeden z autorów badań, Tung Tran, został przez kogoś zapytany, co by się stało, gdyby taka pierwotna czarna dziura przeszła przez człowieka. Tran chwycił za coś do pisania i wyliczył, że gdyby tego typu czarna dziura minęła przeciętnego człowieka w odległości 1 metra, to osoba taka zostałaby w ciągu 1 sekundy odrzucona o 6 metrów. Badacz wyliczył też, że prawdopodobieństwo, by taki obiekt znalazł się w pobliżu kogokolwiek na Ziemi jest niezwykle małe.
Jednak Tung postanowił sprawdzić, co by się stało, gdyby miniaturowa czarna dziura przeleciała w pobliżu Ziemi i spowodowała niewielkie zmiany orbity Księżyca. Do pomocy w obliczeniach zaprzągł kolegów. Wyniki, które otrzymaliśmy, były niejasne. W Układzie Słonecznym mamy do czynienia z tak dynamicznym układem, że inne siły mogłyby zapobiec takim zmianom, mówi uczony.
Badacze, chcąc uzyskać jaśniejszy obraz, stworzyli uproszczoną symulację Układu Słonecznego składającego się z wszystkich planet i największych księżyców. Najdoskonalsze symulacje Układu biorą pod uwagę ponad milion obiektów, z których każdy wywiera jakiś wpływ na inne. Jednak nawet nasza uproszczona symulacja dostarczyła takich danych, które zachęciły nas do bliższego przyjrzenia się problemowi, wyjaśnia Benjamin Lehmann z MIT.
Na podstawie szacunków dotyczących rozkładu ciemnej materii we wszechświecie i masy miniaturowych czarnych dziur naukowcy obliczyli, że taka wędrująca we wszechświecie czarna dziura może raz na 10 lat trafić do wewnętrznych regionów Układu Słonecznego. Wykorzystując dostępne symulacje rozkładu i prędkości przemieszczania się ciemnej materii w Drodze Mlecznej, uczeni symulowali przeloty tego typu czarnych dziur z prędkością około 241 km/s. Szybko odkryli, że o ile efekty przelotu takiej dziury w pobliżu Ziemi czy Księżyca byłyby trudne do obserwowania, gdyż ciężko byłoby stwierdzić, że widoczne zmiany wywołała czarna dziura, to w przypadku Marsa obraz jest już znacznie jaśniejszy.
Z symulacji wynika bowiem, że jeśli pierwotna czarna dziura przeleciałaby w odległości kilkuset milionów kilometrów od Marsa, po kilku latach orbita Czerwonej Planety zmieniłaby się o około metr. To wystarczy, by zmianę taką wykryły instrumenty, za pomocą których badamy Marsa.
Zdaniem badaczy, jeśli w ciągu najbliższych dziesięcioleci zaobserwujemy taką zmianę, powinniśmy przede wszystkim sprawdzić, czy nie została ona spowodowana przez coś innego. Czy to nie była na przykład nudna asteroida, a nie ekscytująca czarna dziura. Na szczęście obecnie jesteśmy w stanie z wieloletnim wyprzedzeniem śledzić tak wielkie asteroidy, obliczać ich trajektorie i porównywać je z tym, co wynika z symulacji dotyczących pierwotnych czarnych dziur, przypomina profesor David Kaiser z MIT.
A profesor Matt Caplan, który nie był zaangażowany w badania, dodaje, że skoro mamy już obliczenia i symulacje, to pozostaje najtrudniejsza część – znalezienie i zidentyfikowanie prawdziwego sygnału, który potwierdzi te rozważania.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
CERN pochwalił się osiągnięciem przez Wielki Zderzacz Hadronów (LHC) rekordowej świetlności. Obok energii wiązki, w przypadku LHC maksymalna energia każdej z wiązek ma wynieść 7 TeV (teraelektronowoltów), to właśnie świetlność jest najważniejszym parametrem akceleratora. Zintegrowana świetlność to najbardziej interesujący fizyka parametr urządzenia. Oznacza ona liczbę zderzeń zachodzących w urządzeniu. A im więcej zderzeń, tym więcej danych dostarcza akcelerator.
Jednostką świetlności jest odwrócony barn (b-1) lub jego jednostki pochodne, jak femtobarny (fb-1). W trakcie pierwszej kampanii naukowej (Run 1), która prowadzona była w latach 2010–2012 średnia zintegrowana świetlność LHC wyniosła 29,2 fb-1. Przez kolejne lata akcelerator był remontowany i rozbudowywany. Druga kampania naukowa miała miejsce w latach 2015–2018. Wówczas, w ciągu czterech lat pracy, akcelerator osiągnął średnią zintegrowaną świetlnośc 159,8 fb-1.
Obecnie trwająca kampania, zaplanowana na lata 2022–2025, rozpoczęła się zgodnie z planem. W roku 2022 efektywny czas prowadzenia zderzeń protonów wyniósł 70,5 doby, a średnia zintegrowana świetlność osiągnęła poziom 0,56 fb-1 na dzień. W roku 2023 rozpoczęły się problemy. Niezbędne naprawy urządzenia zajmowały więcej czasu niż planowano i przez cały rok zderzenia protonów prowadzono jedynie przez 47,5 dnia, jednak średnia zintegrowana świetlność wyniosła 0,71 fb-1 na dzień.
Bieżący rok jest zaś wyjątkowy. Wydajność LHC przewyższyła oczekiwania. Do 2 września 2024 roku akcelerator zderzał protony łącznie przez 107 dni, osiągając przy tym średnią zintegrowaną jasność rzędu 0,83 fb-1 na dzień. Dzięki temu na kilka miesięcy przed końcem trzeciego roku obecnej kampanii naukowej jego średnia zintegrowana świetlność wyniosła 160,4 fb-1, jest zatem większa niż przez cztery lata poprzedniej kampanii.
W bieżącym roku LHC ma też przeprowadzać zderzenia jonów ołowiu. Zanim jednak do tego dojdzie, będzie przez 40 dni pracował z protonami. Powinno to zwiększyć jego zintegrowaną świetlność o koleje 33 fb-1. To o 12 fb-1 więcej niż zaplanowano na bieżący rok.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.