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

Niemcy dokonali najbardziej precyzyjnych pomiarów masy deuteronu

Recommended Posts

Niemieccy naukowcy poinformowali o dokonaniu najbardziej precyzyjnych pomiarów masy jądra deuteru – deuteronu. Pomiary przeprowadzono porównując masę deuteronu do masy jądra węgla 12. To bardzo ważne niezależne sprawdzenie wcześniejszych pomiarów, które dały niejednoznaczne wyniki. Poznanie dokładnej prostego jądra atomowego, jak wodór, deuter, tryt, jonów H2+ i HD+ jest niezwykle ważne z punktu widzenia badań podstawowych. Pozwala to np. przetestować podstawowe teorie fizyczny, jak elektrodynamikę kwantową. Z kolei masa deuteronu może zostać użyta do precyzyjnego określenia masy neutronu, co z kolei ma fundamentalne znaczenie dla metrologii, fizyki atomowej, molekularnej i badań nad neutrinami.

Precyzyjnych pomiarów tego typu często dokonuje się za pomocą pułapek Penninga, które wykorzystują silne pola magnetyczne i elektryczne do uwięzienia cząstek. Cząstka taka po uwięzieniu oscyluej w określonej częstotliwości, która zależy od jej masy. Cięższe cząstki oscylują wolniej niż lżejsze. Jeśli więc do tej samej pułapki złapiemy dwa jony o różnych masach, to dzięki pomiarom ich oscylacji możemy poznać stosunek ich mas z bardzo wysoką precyzją (dochodzącą jednej do 8,5 x 10-12).

Uczeni z Instytutu Fizyki Jądrowej im. Maxa Plancka, Uniwersytetu Johannesa Gutenberga, GSI Helmholtz Centre for Heavy Ion Research oraz Helmholtz Institute w Moguncji wykorzystali specjalny kriogeniczny spektrometr mas wyspecjalizowany w pomiarach mas lekkich jonów. Urządzenie o nazwie LIONTRAP składa się z serii pułapek Penninga. Jest wśród nich wysoce precyzyjna pułapka korzystająca z siedmiu elektrod oraz dwie przylegające pułapki-magazyny. Całość poddana jest działaniu homogenicznego pola magnetycznego o natężeniu 3,8 tesli, znajduje się w niemal idealnej próżni (o ciśnieniu mniejszym niż 10-17 mbar) i w temperaturze około 4 kelwinów.

Deuteron najpierw trafił do pułapki-magazynu, a następnie został umieszczony w wysoce precyzyjnej pułapce. Tam zmierzono jego oscylacje i porównano je z oscylacjami jonu węgla-12. Na tej podstawie stwierdzono, że masa deuteronu wynosi 2.013553212535(17) jednostek atomowych. Liczba w nawiasie oznacza niepewność pomiaru ostatnich cyfr. Masa jonu HD+ określona tą samą metodą została oszacowana na 3.021378241561(61) jednostek atomowych.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Szkoda, że nie wbija się tu jeszcze Jarek, bo to bardzo ważna rzecz, zwłaszcza w kontekście paru dyskusji na KW. ;)

  • Downvote (-1) 1

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
      Wywiadu udzielił nam profesor Grzegorz Pietrzyński z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego, którego zespół dokonał najbardziej precyzyjnych w historii pomiarów odległości do Wielkiego Obłoku Magellana.
      1. Czy astronomia/astrofizyka mają jakieś bezpośrednie przełożenie na życie codzienne? Czy badania kosmosu, poza oczywistymi przykładami satelitów komunikacyjnych i meteorologicznych, mają znaczenie dla ludzi żyjących tu i teraz czy też są przede wszystkim badaniami wybiegającymi w przyszłość (tzn. mogą mieć ewentualnie znaczenie w przyszłości) i poszerzającymi naszą wiedzę, ale nie rozwiązującymi obecnych praktycznych problemów.
      Astronomia należy do tzw nauk podstawowych, których wyniki nie są bezpośrednio komercjalizowane. Proszę zauważyć, że opracowanie jakiejkolwiek nowej technologii wymaga odpowiedniego postępu w badaniach podstawowych. Dlatego wszystko co dziś mamy zawdzięczamy naukom podstawowym.
      2. Co rodzi w umyśle naukowca pytanie "Ciekawe, jaka jest dokładna odległość między Ziemią, a Obłokiem Magellana"?

      Takie pytanie rodzi kolejne - jak zmierzyć taką odleglość ?
      3. Ile czasu zajęło wyznaczenie aktualnej odległości do Obłoku (wliczając w to obserwacje, symulacje, wyliczenia)?
      Naszej grupie Araucaria zajęło to około 12 lat. W międzyczasie mierzyliśmy odległości do Wielkiego Obłoku Magellana używając innych technik (gwiazd red clump, Cefeid, RR Lyrae, etc). Jednak od początku wiadomo było, że układy zaćmieniowe mają największy potencjał bardzo dokładnego pomiaru odległości do tej galaktyki.
      4. Jak wygląda proces i jakie instrumenty zostały wykorzystane?
      Proces był długi i bardzo złożony. W skrócie: w opariu o dane fotometryczne zgromadzone przez zespół Optical Gravitational Lensing Experiment znaleziono najlepsze kandydatki do dalszych badań. Następnie przez okolo 8 lat w ramach projektu Araucaria obserwowaliśmy widma wybranych systemów za pomoca 6,5-metrowego teleskopu Magellan w Las Campanas Observatory, wyposażonego w spektrograf MIKE oraz 3,6-metrowego teleskopu w La Silla, ESO, wyposażonego w spektrograf HARPS. Dodatkowo wykonaliśmy pomiary jasności naszych układów w bliskiej podczerwieni używając instrumentu SOFI dostępnego na 3,5-metrowym teleskopie NTT, ESO, La Silla. Po obróbce otrzymanych obrazów wykonano odpowiednie pomiary.
      5. W jaki sposób dokładniejszy pomiar odległości od najbliższego Obłoku przełoży się na skalę kosmiczną?
      Wszystkie pomiary odległości do galaktyk wykonuje się względem Wielkiego Obłoku Magellana. Dlatego pomiar odległości do WOM definiuje bezpośrednio punkt zerowy całej kosmicznej skali odległości.
      6. Co umożliwi uzyskanie jeszcze dokładniejszego wyniku? Lepszy kandydat (para analizowanych gwiazd podwójnych)?
      Trudno wyobrazić sobie jeszcze lepsze układy podwójne do pomiaru odleglosci do WOM. Największym źródłem błędu jest zależność pomiędzy temperaturą gwiazdy a jej rozmiarami kątowymi. Jej dokładność wynosi obecnie około 2%. Nasz zespół prowadzi badania mające na celu dokładniejsze skalibrowanie tej zależności. Spodziewamy się, że w niedalekiej przyszłości uda nam się zmierzyć odleglość do WOM z dokładnością około 1%.
      7. Zawsze mnie intrygowało to, że w mediach, a i na oficjalnych portalach prezentowane są artystyczne wizje gwiazd i planet, które co prawda spełniają swoje zadanie przed typowym odbiorcą, ale faktycznie przecież często jest to zlepek kilku lub jeden piksel zdjęcia. Nie potrafię sobie wyobrazić jak stąd wyciągnąć informacje o rozmiarze, masie, orbicie, temperaturze takich ciał. Jak dla mnie to daleko trudniejsze niż próba odczytania Hubblem napisu "Made in USA" na Curiosity. W jaki sposób z takich kilku pikseli można cokolwiek powiedzieć o obserwowanym obiekcie?
      Oczywiście nie jesteśmy w stanie rozdzielić tych obiektów. W przypadku układów zaćmieniowych badając zmiany blasku (zaćmienia to efekt czysto geometryczny) oraz widma (z nich wyznaczymy predkości gwiazd na orbicie) w oparciu o proste prawa fizyczne jesteśmy w stanie wyznaczyć parametry fizyczne gwiazd. Jest to klasyczna metoda stosowana od dawna w astronomii. Aby jej użyć  nie musimy rozdzielać obrazów gwiazd wchodzacych w skład danego układu podwójnego.
      8. Czy rodowisko naukowców astronomów ma w naszym kraju problemy z finansowaniem i rozwijaniem projektów?
      Oczywiscie tak! Z mojego punktu widzenia jest obecnie dużo różnych źródeł finansowania, więc najlepsze projekty mają duże szanse na finansowanie. Dużo gorzej jest z realizacją i rozwojem projektów.Tysiące bezsensownych przepisów, rozdęta do granic absurdu biurokracja, brak wyobraźni i dobrej woli urzędników. To tylko niektóre czynniki, które sprawiają, że wykonanie ambitnego projektu naukowego w Polsce jest niezmiernie trudne.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Osiem lat po przeszczepie komórek węchowych do kanału kręgowego pacjentki z całkowitym uszkodzeniem rdzenia lekarze usunęli stamtąd masę. Przeszczep przeprowadzano, licząc na przywrócenie funkcji sensorycznych i ruchowych.
      Jak tłumaczą autorzy raportu z Journal of Neurosurgery: Spine, komórki węchowe zlokalizowane są w stropie przewodów nosowych, a także w górnej części przegrody nosowej koło blaszki perforowanej i na przyśrodkowej powierzchni górnej małżowiny nosowej. Śluzówka znajduje się w niższej części jamy nosowej. Poza neuronami węchowymi błona węchowa zawiera komórki progenitorowe oraz makroglej OEC (od ang. olfactory ensheathing cells); podczas badań laboratoryjnych oraz in vivo wykazano, że oba rodzaje komórek wspomagają naprawę uszkodzonego rdzenia.
      Opisywana pacjentka przeżyła w wieku 18 lat wypadek, w wyniku którego doznała urazu - złamania z przemieszczeniem - na poziomie 10. i 11. kręgu piersiowego . Mimo operacyjnej stabilizacji kręgosłupa doszło do paraplegii. Trzy lata później, mając nadzieję na odzyskanie czucia i funkcji motorycznych w nogach, kobieta przeszła poza granicami USA autoprzeszczep błony węchowej (umieszczono ją w miejscu uszkodzenia). Osiem lat po eksperymentalnej terapii chora zgłosiła się do Szpitali i Klinik Uniwersytetu Iowa, uskarżając się na ból w środkowej i dolnej części pleców. Badanie neurologiczne nie wykazało klinicznej poprawy po implantacji, lecz obrazowanie ujawniło masę zlokalizowaną koło rdzenia. To ona powodowała ból.
      Analiza wyciętej zmiany ujawniła, że w środku znajdowały się drobne niedziałające gałęzie nerwowe. Mając to na uwadze, lekarze stwierdzili, że rozwinęły się one z nerwowych komórek progenitorowych. Okazało się również, że większość masy wypełniały cysty wyścielone śluzówką układu oddechowego, a także gruczołami podśluzówkowymi i komórkami kubkowymi. W masie występowała poza tym duża ilość materiału przypominającego śluz. Jego akumulacja wywołała objawy pacjentki.
      Amerykanie dywagują, że masa rozwinęła się, bo zamiast wyekstrahować i oczyścić OEC, kobiecie wszczepiono po prostu fragment błony węchowej.
      Naukowcy podkreślają, że rzadki przypadek komplikacji nie powinien zniechęcać do prowadzenia dalszych badań.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Dzięki kombinacji laserów i wyjątkowej pułapki, w którą schwytano niezwykle zimne atomy, naukowcom z Lawrence Berkeley National Laboratory i University of California Berkeley udało się zmierzyć najmniejszą znaną nam siłę. Wynosi ona... 42 joktoniutony. Joktoniuton to jedna kwadrylionowa (10-24) niutona.
      Przyłożyliśmy zewnętrzną siłę do centrum masy superzimnej chmury atomów i optycznie zmierzyliśmy jej ruch. […] czułość naszego pomiaru jest zgodna z teoretycznymi przewidywaniami i jest jedynie czterokrotnie mniejsza od limitu kwantowego, który wyznacza granicę najbardziej dokładnego pomiaru - mówi fizyk Dan Stamper-Kurn.
      Prowadzenie tak dokładnych pomiarów jest niezbędne, jeśli chcemy potwierdzić istnienie fal grawitacyjnych. Dlatego też wiele zespołów naukowych stara się udoskonalać metody pomiarowe. Na przykład naukowcy w Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory próbują zmierzyć przesunięcie zaledwie o 1/1000 średnicy protonu.
      Kluczem do sukcesu wszelkich superdokładnych pomiarów jest wykorzystanie mechanicznych oscylatorów, które przekładają zewnętrzną siłę, której oddziaływaniu został poddany obiekt, na jego ruch. Gdy jednak pomiary siły i ruchu staną się tak dokładne, że dotrzemy do limitu kwantowego, ich dalsze wykonywanie nie będzie możliwe, gdyż sam pomiar – zgodnie z zasadą nieoznaczoności Heisenberga – będzie zakłócany ruchem oscylatora. Naukowcy od dziesiątków lat próbują przybliżyć się do tego limitu kwantowego. Dotychczas jednak najlepsze pomiary były od niego gorsze o 6-8 rzędów wielkości. Zmierzyliśmy siłę z dokładnością najbliższą limitowi kwantowemu. Było to możliwe, gdyż nasz mechaniczny oscylator składa się z zaledwie 1200 atomów - stwierdził Sydney Schreppler. Oscylatorem wykorzystanym przez Schrepplera, Stampera-Kurna i innych były atomy rubidu schłodzone niemal do zera absolutnego. Pułapkę stanowiły dwa promienie lasera o długości fali wynoszącej 860 i 840 nanometrów. Stanowiły one równe i przeciwstawne siły osiowe oddziałujące na atomy. Ruch centrum masy został wywołany w gazie poprzez modulowanie amplitudy drgań promienia światła o długości fali 840 nanometrów.
      Gdy do oscylatora przyłożyliśmy siłę zewnętrzną, było to tak, jakbyśmy uderzyli batem w wahadło i zbadali jego reakcję - mówi Schreppler.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy z National Superconducting Cyclotron Laboratory (NSCL) oraz Facility for Rare Isotope Beams (FRIB) na Michigan State University rozwiązali zagadkę brakującej masy cyrkonu-80. Zagadkę, na której trop sami zresztą wpadli. Przeprowadzone bowiem w NSCL eksperymenty wykazały, że jądro cyrkonu-80 – w którym znajduje się 40 protonów i 40 neutronów – jest znacznie lżejsze niż powinno być. Teraz teoretycy z FRIB przeprowadzili obliczenia, które dały odpowiedź na pytanie, co dzieje się z brakującą masą.
      Związek pomiędzy teoretykami a eksperymentatorami jest jak skoordynowany taniec, mówi główny autor artykułu opublikowanego na łamach Nature Physics, Alec Hamaker. Czasem prowadzą teoretycy i wykazują coś jeszcze przed eksperymentalnym odkryciem, a czasem eksperymentatorzy odkrywają coś, czego teoretycy się nie spodziewali, dodaje Ryan Ringle.
      Najnowsze osiągnięcie to dopiero przedsmak tego, czego mogą spodziewać się naukowcy z całego świata. Już NSCL, wiodące w USA miejsce badań nad rzadkimi izotopami, daje uczonym olbrzymie możliwości. Natomiast FRIB, którego uruchomienie przewidziano na przyszły rok, będzie miejscem absolutnie wyjątkowym. Naukowcy z całego świata będą mogli tworzyć tam izotopy niemożliwe do uzyskania nigdzie indziej. Takie miejsca jak FRIB nie tylko zwiększają naszą wiedzę o wszechświecie, ale pozwalają np. na udoskonalanie metod leczenia nowotworów. Ringle stwierdza, że dzięki FRIB możliwe będzie prowadzenie niedostępnych dotychczas badań, a ośrodek przez wiele dekad będzie dostarczał nowych odkryć.
      Wróćmy jednak do naszego 80Zr. Powstał on w NSCL, a dzięki możliwościom tego ośrodka naukowcy byli w stanie zmierzyć jego masę z niedostępną wcześniej dokładnością. Już wcześniej mierzono masę tego pierwiastka, ale nigdy tak dokładnie. A te precyzyjne pomiary ujawniły wiele interesujących rzeczy. Kiedy bowiem możemy tak dokładnie określić masę, to tak naprawdę mierzymy masę, która zaginęła. Masa jądra atomowego nie jest bowiem równa sumie mas protonów i neutronów. Część zaginionej masy manifestuje się w postaci energii utrzymującej jądro razem, wyjaśnia Ringle.
      Wszyscy pamiętamy słynne równanie Einsteina, E=mc2. Oznacza ono ni mniej ni więcej, że masa i energia są swoimi ekwiwalentami, są równoważne. Jednak widać to dopiero w ekstremalnych warunkach, np. panujących w jądrze atomu. Kiedy bowiem w jądrze mamy do czynienia z większą energią wiązań pomiędzy protonami a neutronami, gdy są one ze sobą ściślej powiązane, wówczas mamy do czynienia z większą ilością zaginionej masy. I tak właśnie jest w przypadku jądra cyrkonu-80. Nowe eksperymenty wykazały bowiem, że siły pomiędzy neutronami a protonami są większe, niż się spodziewano. A skoro tak, to teoretycy musieli znaleźć wyjaśnienie, dlaczego tak się dzieje.
      Przyjrzeli się więc dotychczasowym teoriom na temat 80Zr. Mówią one m.in. o tym, że jądro to może być jądrem podwójnie magicznym. Czym są jądra magiczne i podwójnie magiczne wyjaśnialiśmy w tekście CERN bada magię liczby 32. Fizycy teoretyczni będą mieli problem.
      Wcześniejsze eksperymenty sugerowały, że jądro cyrkonu-80 bardziej przypomina swoim kształtem piłkę do rugby, niż sferę. Ten kształt mógł, zdaniem teoretyków, przyczyniać się do podwójnej magiczności tego jądra. Teoretycy od ponad 30 lat sugerowali, że jądro cyrkonu-80 to zdeformowane jądro podwójnie magiczne. Eksperymentatorzy potrzebowali trochę czasu, by to udowodnić. A teraz, gdy dostarczyli dowodów na wsparcie teorii, teoretycy mogą wykonać kolejny krok, mówi Hamaker.
      Uczeni z niecierpliwością czekają na uruchomienie FRIB i mają nadzieję, że dzięki temu ośrodkowi zdobędą więcej informacji o tak niezwykłych jądrach jak to cyrkonu-80.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Los Marsa został przypieczętowany na samym początku. Najprawdopodobniej istnieje pewna granica wielkości, powyżej której skaliste planety są w stanie utrzymać procesy tektoniczne oraz wystarczająco dużo wody, by mogło zaistnieć życie. Mars znajduje się poniżej tej granicy, mówi profesor Kun Wang z Washington University in St. Louis, główny autor najnowszych badań. Mogą one wyjaśniać, dlaczego Marsie nie rozwinęło się życie na podobieństwo tego na Ziemi.
      Badania marsjańskich meteorytów, zdjęcia przysłane przez sondy Viking czy prace łazików Curiosity i Perseverance pokazują, że w przeszłości na Marsie znajdowała się woda. Do dzisiaj pozostały kanały i doliny przez nią wyrzeźbione. Obecnie na powierzchni Czerwonej Planety wody nie ma, dysponujemy za to licznymi hipotezami, których autorzy próbowali wyjaśnić, co się z nią stało. Jedna z nich mówi np., że z czasem pole magnetyczne Marsa osłabło, planeta utraciła atmosferę, a w konsekwencji i wodę z powierzchni.
      Autorzy badań, których wyniki ukazały się właśnie na łamach Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), wskazują na bardziej podstawową przyczynę braku wody i życia na Marsie.
      Wang i jego zespół wykorzystują stabilne izotopy potasu do oceny obecności, rozkładu i ilości ulotnych związków czy pierwiastków w różnych ciałach niebieskich. Potas to umiarkowanie ulotny pierwiastek, ale zdecydowano się go użyć, jako punktu odniesienia do badania tych bardziej ulotnych, w tym molekuł wody. Wykorzystanie potasu to dość nowa technika, która wzięła się z prób określania związków ulotnych na Marsie metodą badania stosunku potasu do toru.
      Naukowcy z St. Louis wzięli pod lupę 20 marsjańskich meteorytów, które wybrano tak, by ich skład związków krzemu był reprezentatywny dla powierzchni Czerwonej Planety. Na podstawie badań doszli do wniosku, że Mars utracił w czasie formowania się więcej potasu i innych elementów ulotnych niż Ziemia. Ale straty te były mniejsze niż w przypadku Księżyca i asteroidy 4-Vesta, ciał niebieskich mniejszych i bardziej suchych od Marsa i Ziemi. Jednocześnie uczeni zauważyli ścisły związek pomiędzy rozmiarami ciała niebieskiego, a zawartością izotopów potasu.
      Odkrycie związku pomiędzy zawartością izotopów potasu, a grawitacją planety niesie ze sobą znaczące implikacje odnośnie tego, w jaki sposób planety zyskały i straciły ulotne elementy, stwierdza współautorka badań, profesor Katharina Lodders.
      Meteoryty marsjańskie są jedynymi próbkami, na podstawie których możemy badań skład chemiczny Marsa. Liczą sobie one od kilkuset milionów do 4 miliardów lat i jest w nich zapisana historia Czerwonej Planety. Mierząc poziom izotopów umiarkowanie ulotnych pierwiastków, jak potas, możemy wnioskować o utracie elementów ulotnych przez planetę i robić porównania z innymi ciałami niebieskimi, mówi Wang. Naukowiec dodał, że nie wierzy w hipotezy mówiące, iż w przeszłości Mars był bardziej wilgotny niż Ziemia.
      Najnowsze odkrycie ma znacznie dla poszukiwań życia pozaziemskiego. Nasze badania pokazują, że istnieje bardzo ograniczony zakres rozmiarów planet, który pozwala na posiadania wystarczającej – ale nie za dużej – ilości wody, pozwalającej na istnienie zdanej do zamieszkania powierzchni lądowej, wyjaśnia Klaus Mezger z Uniwerystetu w Bernie.
      Wang zaznacza, że poszukując egzoplanet mogących zawierać życie, należy zwracać też uwagę na wielkość i masę planet. Rozmiar egzoplanety jest akurat tą cechą, którą najłatwiej jest ocenić. Opierając się na masie i rozmiarze możemy zaś wyłaniać kandydatów do posiadania życia, gdyż rozmiar to podstawowy czynnik decydujący o istnieniu elementów ulotnych.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...