Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
KopalniaWiedzy.pl

Stałej struktury subtelnej zawdzięczamy istnienie. Francuzi dokonali jej najbardziej precyzyjnych pomiarów

Recommended Posts

Najbardziej precyzyjny z dotychczasowych pomiarów wartości stałej struktury subtelnej zarysowuje nowe granice dla teorii mówiących o istnieniu ciemnej materii czy ciemnej energii. Nowa wartość to nie tylko dodatkowy test Modelu Standardowego, ale i wskazówka, gdzie należy poszukiwać ciemnej materii, która wraz z ciemną energią stanowi ponad 90% masy wszechświata.

Stała struktury subtelnej to kombinacja trzech stałych fundamentalnych, stałej Plancka, ładunku elektronu oraz prędkości światła. Łącznie określają one siłę oddziaływań elektromagnetycznych, przez co stała struktury subtelnej powszechnie występuje we wszechświecie. Jako, że jest to wielkość bezwymiarowa, niezależna od systemu jednostek, jest w pewnym sensie bardziej podstawowa niż inne stałe fizyczne, których wartość zmienia się w zależności od systemu.

Niewielka wartość stałej struktury subtelnej, wynosząca około 1/137 wskazuje, że oddziaływania elektromagnetyczne są słabe. To zaś oznacza, że elektrony znajdujące się na orbitach w pewnej odległości od jądra atomu mogą tworzyć wiązania i budować molekuły. To właśnie ta ich właściwość umożliwiła powstanie gwiazd czy planet. Wielu fizyków twierdzi, że takiej a nie innej wartości stałej struktury subtelnej zawdzięczamy własne istnienie. Gdyby bowiem była ona nieco większa lub nieco mniejsza, gwiazdy nie mogłyby syntetyzować cięższych pierwiastków, takich jak np. węgiel. Życie w znanej nam postaci by więc nie istniało.

Dotychczasowe pomiary stałej struktury subtelnej umożliwiły prowadzenie precyzyjnych testów zależności pomiędzy cząstkami elementarnymi. Zależności te są opisane równaniami, tworzącymi Model Standardowy. Każda niezgodność pomiędzy przewidywaniami Modelu a obserwacjami może wskazywać na istnienie nieznanych zjawisk fizycznych.

Zwykle stałą struktury subtelnej mierzy się określając siłę odrzutu atomów absorbujących fotony. Energia kinetyczna tego odrzutu pozwala określić masę atomu. Następnie, na podstawie precyzyjnej znajomości stosunku masy atomu do elektronu, obliczamy masę elektronu. W końcu możemy określić stałą struktury subtelnej z masy elektronu oraz siły wiązań atomowych w wodorze.

Naukowcy pracujący pod kierunkiem profesor Saidy Guellati-Khelifa z Laboratoire Kastler-Brossel schłodzili atomy rubidu do temperatury kilku stopni powyżej zera absolutnego. Następnie za pomocą lasera stworzyli superpozycję dwóch stanów atomowych. Pierwszy ze stanów odpowiadał atomom odrzucanym w wyniku zaabsorbowania fotonów, drugi zaś, atomom, które nie doświadczają odrzutu. Atomy w różnych stanach różnie propagowały się wewnątrz komory próżniowej. Naukowcy dodali wówczas drugi zestaw impulsów laserowych, który doprowadził do „ponownego połączenia” obu części superpozycji.

Im większy był odrzut atomu absorbującego fotony, tym większe przesunięcie fazy względem jego własnej wersji, która nie doświadczała odrzutu. Uczeni wykorzystali tę różnicę do określenia masy atomu, z której następnie wyliczyli stałą struktury subtelnej. W ten sposób określili jej wartość na 1/137,035999206(11). Precyzja pomiaru wynosi 81 części na bilion, jest więc 2,5-krotnie większa niż poprzedni najbardziej precyzyjny pomiar wykonany w 2018 roku na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley.

Różnica pomiędzy pomiarem obecnym, a tym z Berkeley rozpoczyna się na 7. cyfrze po przecinku. To zaskoczyło francuskich naukowców, gdyż wskazuje, że albo jedne z pomiarów, albo oba, zawierają nieznany błąd. Autor pomiaru z Berkeley, Holger Müller, komentuje, że wynik uzyskany przez Francuzów potwierdza, iż elektron nie posiada mniejszych struktur i rzeczywiście jest cząstką elementarną.

Francuzi planują teraz potwierdzić wyniki swoich pomiarów korzystając z innego izotopu rubidu.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Aby badać ciemną materię, nie trzeba jej szukać bardzo daleko, bo ona jest w każdym miejscu Wszechświata. O doświadczeniach z udziałem ciemnej materii można przeczytać w art. "Ciemna materia w zjawiskach", który znajduje się na http://pinopa.narod.ru/Ciemna_materia_w_zjawiskach.pdf. Jeśli macie znajomych za granicą i chcielibyście ich poinformować o tych prostych badaniach obecności ciemnej materii wszędzie wokół nas, to artykuł po rosyjsku znajduje się na http://pinopa.narod.ru/Ciemna_materia_w_zjawiskach_ru.pdf, a po angielsku na http://pinopa.narod.ru/Ciemna_materia_w_zjawiskach_uk.pdf.
 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Nie ma żadnych doświadczeń z udziałem ciemnej materii. Na chwilę obecną ciemna materia jest tylko pomysłem jak coś wyjaśnić. Wszystkie doświadczenia mające pokazać nam ciemną materię albo zakończyły się klęską albo trwają dalej ale z coraz mniejszymi szansami na sukces.
Ciemna materia nie jest jedynym możliwym wyjaśnieniem. Ostatnio jednak pojawiło się wsparcie dla MOND. Ale to sprzed paru dni.
http://www.sci-news.com/astronomy/modified-gravity-theory-09165.html
Niezależnie od tego link do Sabiny bo ona mówiła o tym wcześniej.

(2) Superfluid Dark Matter - YouTube
Sabinę polecają najlepsi w branży (science video), dla przykładu dr Lincoln z Fermilab. A głupi i tak jej nie zrozumieją.
Przy czym odnośnie MOND warto pamiętać: wiemy że na pewno grawitacja nie może pracować tak jak to Newton wymyślił, Einstein uogólnił. Odpowiedzią nie musi być MOND - ale coś musi być odpowiedzią.
No ale podobno:
"Nowa wartość to nie tylko dodatkowy test Modelu Standardowego, ale i wskazówka, gdzie należy poszukiwać ciemnej materii,"
No to gdzie?

Edited by thikim

Share this post


Link to post
Share on other sites
2 hours ago, thikim said:

Nie ma żadnych doświadczeń z udziałem ciemnej materii.

To nie jest prawda ;)

 

2 hours ago, thikim said:

Na chwilę obecną ciemna materia jest tylko pomysłem jak coś wyjaśnić

Z tego, co wiem, mamy wysoką pewność na podstawie danych obserwacyjnych, że ciemna materia istnieje. Mało tego, mamy również dość wysoką pewność, że ciemna energia musi istnieć w tej czy innej formie.

 

2 hours ago, thikim said:

Wszystkie doświadczenia mające pokazać nam ciemną materię albo zakończyły się klęską albo trwają dalej ale z coraz mniejszymi szansami na sukces.

Jest dokładnie odwrotnie. Jak doświadczenie, przykładowo w LHC, nie wykaże istnienie ciemnej materii w danym przedziale energii, to nie oznacza, że zakończyło się klęską. Oznacza to tylko, że tej materii nie ma w tym zakresie energii. Naukowcy nie zawsze wiedzą czego szukają, bo taka jest natura tych badań, ale z każdym eksperymentem zmniejsza się liczba możliwości.

 

2 hours ago, thikim said:

Ostatnio jednak pojawiło się wsparcie dla MOND.

Potrzebują sporo tego wsparcia! ;)

 

2 hours ago, thikim said:

Sabinę polecają najlepsi w branży (science video), dla przykładu dr Lincoln z Fermilab. A głupi i tak jej nie zrozumieją.
Przy czym odnośnie MOND warto pamiętać: wiemy że na pewno grawitacja nie może pracować tak jak to Newton wymyślił, Einstein uogólnił.

Ah ta Sabina! Musiałem blacklistować kanał, bo miewałem koszmary.

Edited by cyjanobakteria

Share this post


Link to post
Share on other sites
14 godzin temu, cyjanobakteria napisał:

Ah ta Sabina! Musiałem blacklistować kanał, bo miewałem koszmary

Mowa o Sabinie Hossenfelder? Przestałem oglądać jak się zorientowałem, że ona robi za piękną kobietę. Ładna  i mądra to kombinacja, której żaden facet nie zniesie.

  • Haha 2

Share this post


Link to post
Share on other sites
34 minuty temu, Jajcenty napisał:

Ładna  i mądra to kombinacja, której żaden facet nie zniesie.

Już wiem, skąd moja przekora w polemice z @AlexiaX

Share this post


Link to post
Share on other sites
4 hours ago, Jajcenty said:

Mowa o Sabinie Hossenfelder?

Przeskrolowalem kilka jej wypowiedzi w formie tekstu i wydaje się być całkiem rozsądna. Ale co najmniej jedna osoba na tym forum, którą cenię za szeroką wiedzę, w przeszłości wypowiadała się negatywnie o niej.

Ja osobiście blaklistowałem kanał, bo pojawiał się od czasu do czasu w rekomendowanych, a jej body language działa na mnie niepokojąco. Szósty zmysł, pozostałości po "legacy hardware/software", instynkt z minionych epok, wysyła mi sygnały, żeby się do niej nie odwracać plecami :) Widziałem tylko kilka filmów, ale mówiła jakby miała zaciśnięte ze złości zęby, a minę miała jakby właśnie się dowiedziała, że jej ulubiona rodzina z Gry o Tron została zamordowana :)

Share this post


Link to post
Share on other sites
W dniu 16.12.2020 o 14:35, KopalniaWiedzy.pl napisał:

Holger Müller, komentuje, że wynik uzyskany przez Francuzów potwierdza, iż elektron nie posiada mniejszych struktur i rzeczywiście jest cząstką elementarną

Ten wniosek jest całkowicie nieuprawniony.

10 godzin temu, cyjanobakteria napisał:

minę miała jakby właśnie się dowiedziała, że jej ulubiona rodzina z Gry o Tron została zamordowana :)

... a to ona sama chciała ich ubić.

W dniu 19.12.2020 o 17:21, thikim napisał:

Ciemna materia nie jest jedynym możliwym wyjaśnieniem. Ostatnio jednak pojawiło się wsparcie dla MOND. Ale to sprzed paru dni.

 Chętnie dowiem się jak MOND tłumaczy istnienie galaktyk prawie bez ciemnej materii, oraz galaktyki z jej większą ilością.

W dniu 19.12.2020 o 17:21, thikim napisał:

Sabinę polecają najlepsi w branży

Ciekawe o jaką branżę chodzi.

W dniu 16.12.2020 o 14:35, KopalniaWiedzy.pl napisał:

Naukowcy dodali wówczas drugi zestaw impulsów laserowych, który doprowadził do „ponownego połączenia” obu części superpozycji.

Precyzyjniej usunęli rozróżnialność tych dwóch historii co spowodowało że mogły zacząć ze sobą interferować, ale nie żebym się czepiał bo doceniam starania ;) 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Przypomniało mi się, jak 10 lat temu pisałem kod w JS do rysowania diagramów siłowych. Nie wiem czy to się tak tłumaczy, ale chodzi mi o wykresy "force-directed chart". To jest w dużym skrócie prosta symulacja fizyczna, która sama tworzy graf.

Wyglądało to tak, że węzły miały określony ładunek elektrostatyczny i masę oraz były połączone ze sobą sprężynami o określonej długości. Układ się następnie stabilizował z tłumieniem i kolizjami dopóki łączna energia kinetyczna nie spadła.

Musiałem dodać grawitację, żeby niepołączone ze sobą grafy się nie odpychały zbyt daleko. Ale coś namieszałem z jednostkami i parametrami i nie udało mi się osiągnąć zamierzonego efektu, dopóki nie zmodyfikowałem grawitacji :D Grawitacja to oddziaływanie słabe, więc została wzmocniona i zamiast dzielić przez R^2, mnożyłem czyli siła rosła z kwadratem odległości :) Nie byłem z tego czynu szczególnie dumny, ale działało, bo grafy nie odlatywały zbyt daleko :)

Edited by cyjanobakteria

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

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy z Katedry i Kliniki Chorób Wewnętrznych, Pneumonologii i Alergologii Centralnego Szpitala Klinicznego Uniwersyteckiego Centrum Klinicznego Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego (CSK UCK WUM) oraz Instytutu Biocybernetyki i Inżynierii Biomedycznej im. Macieja Nałęcza PAN prowadzą badania nad unikalną metodą monitorowania ciśnienia opłucnowego podczas usuwania płynu z jamy opłucnej.
      Specjaliści podkreślają, że obecność płynu w jamie opłucnej to dość częsty problem kliniczny. Przyczyną mogą być takie choroby, jak zapalenie płuc, gruźlica, choroby nowotworowe, niewydolność serca czy marskość wątroby.
      Z szacunkowych danych wynika, że wysięk w jamie opłucnej spowodowany schorzeniami nowotworowymi dotyka w Polsce ok. 20-25 tys. pacjentów/rok. Lekarze pracujący w oddziałach chorób wewnętrznych czy oddziałach chorób płuc spotykają się z takimi pacjentami na co dzień, a punkcja opłucnej (toracenteza), podczas której usuwa się płyn z jamy opłucnej, jest powszechnie stosowanym zabiegiem o charakterze diagnostycznym i terapeutycznym – wyjaśnia prof. Rafał Krenke, kierownik Katedry i Kliniki Chorób Wewnętrznych, Pneumonologii i Alergologii CSK UCK WUM.
      Cele konsorcjum naukowego
      W ramach projektu "Wykorzystanie wysokoobjętościowej toracentezy i pomiaru ciśnienia opłucnowego do badania nowo opisanych zjawisk patofizjologicznych u chorych z płynem w jamie opłucnej" konsorcjum naukowe chce zbadać 1) zależności między objętością usuwanego płynu a ciśnieniem opłucnowym oraz 2) możliwości wpływania na tempo spadku ciśnienia podczas zabiegu.
      Zespół wymienia też cele szczegółowe badania. Specjaliści chcą zweryfikować hipotezę, że kaszel lub zastosowanie ciągłego dodatniego ciśnienia w drogach oddechowych przez maskę twarzową (CPAP) poprawia upowietrznienie płuca. Zamierzają też ocenić, czy spadek utlenowania krwi podczas i po zakończeniu zabiegu ma związek ze zwiększonym przepływem krwi przez nieupowietrzniony fragment płuca. Oprócz tego zbadany ma zostać wpływ obecności płynu na funkcję mięśni oddechowych. Prof. Krenke podkreśla, że badania mają nowatorski charakter. "Wyznaczamy nowe trendy i kierunki badań nad chorobami opłucnej".
      Elektroniczny manometr - autorskie urządzenie polskich specjalistów
      W komunikacie WUM podkreślono, że w czasie rutynowo wykonywanej punkcji nie stosuje się pomiaru ciśnienia opłucnowego. Może więc dochodzić do jego gwałtownego obniżenia i rozwoju groźnego stanu zwanego porozprężeniowym obrzękiem płuca. Chcąc temu zapobiec, specjaliści z WUM badają od jakiegoś czasu unikatową metodę monitorowania ciśnienia opłucnowego z wykorzystaniem elektronicznego manometru. Jest to autorskie urządzenie, skonstruowane we współpracy z inżynierami z Instytutu Biocybernetyki i Inżynierii Biomedycznej PAN.
      Już na etapie wstępnych badań stwierdzono, że dzięki pomiarowi ciśnienia opłucnowego w czasie toracentezy można bezpiecznie usunąć większą objętość płynu niż standardowa zalecana (1-1,5 l) i zakończyć zabieg, gdy dojdzie do nagłego spadku tego ciśnienia. Optymistyczne wyniki wstępnych badań oraz zaobserwowanie wielu ciekawych i nieznanych zjawisk zachęciły nas do kontynuowania prac nad opracowaniem bezpiecznej i skutecznej procedury ewakuacji płynu z jamy opłucnej – zaznacza prof. Krenke.
      Wpływ kaszlu i dodatniego ciśnienia w drogach oddechowych
      Na co badacze zwrócili uwagę? Zauważyli, że kaszel pojawiający się podczas toracentezy prowadzi do podwyższenia ciśnienia w jamie opłucnej, co z kolei skutkuje zmniejszeniem tempa spadku ciśnienia w trakcie usuwania płynu. Podczas toracentezy dochodzi do spadku ciśnienia w jamie opłucnej. Okazało się, że kaszel może przeciwdziałać zbyt gwałtownemu obniżeniu tego ciśnienia. W konsekwencji kaszel może być postrzegany jako korzystne zjawisko, pozwalające lekarzowi skuteczniej usunąć płyn - wyjaśnia Krenke.
      Bazując na tych spostrzeżeniach, zespół zamierza również zbadać wpływ dodatniego ciśnienia w drogach oddechowych na tempo spadku ciśnienia opłucnowego. Dostępne dane wskazują, że jeśli u pacjenta poddanemu toracentezie stosuje się dodatnie ciśnienie w drogach oddechowych, to tempo spadku ciśnienia opłucnowego się zmniejsza, a tym samym zwiększa się bezpieczeństwo zabiegu oraz objętość płynu, którą można usunąć. W naszych badaniach chcemy do tego celu wykorzystać prosty aparat generujący dodatnie ciśnienie i maskę mocowaną do twarzy pacjenta. Sprawdzimy, jak ta procedura wpłynie na skuteczność zabiegu i proces rozprężania się płuca w trakcie usuwania płynu - tłumaczy profesor. Dotąd podobne badania prowadzono na świecie raz, ale były to badania wstępne, sprawdzające wpływ dodatniego ciśnienia. Brakuje zatem większych badań, które pokażą, czy metoda naprawdę jest skuteczna.
      Zjawisko, którego nikt wcześniej nie opisał
      Naukowcom zależy także na lepszym poznaniu zależności między wahaniami ciśnienia w jamie opłucnej podczas oddychania i zmianą objętości serca. Prawidłowym warunkiem wentylacji płuca są stałe zmiany ciśnienia w jamie opłucnej, które obniża się w czasie wdechu, a podwyższa się podczas wydechu. W naszych wcześniejszych badaniach, prowadzonych wspólnie z kolegami kardiologami, zauważyliśmy dodatkowe mikrowahania ciśnienia w jamie opłucnej, które prawdopodobnie odpowiadają zmianom objętości serca. W trakcie rozpoczętego właśnie projektu chcemy ustalić znaczenie tych oscylacji oraz sprawdzić, czy wiedza ta może zostać wykorzystana w medycynie klinicznej - objaśnia prof. Krenke.
      Rola rehabilitacji
      Istotną częścią badań ma być ocena skuteczności rehabilitacji pacjentów przechodzących toracentezę. Płuco, które było uciśnięte przez płyn, stosunkowo powoli powraca do swoich normalnych objętości. Dlatego realizując obecny projekt, chcemy zbadać, czy intensywna rehabilitacja w okresie okołozabiegowym pozwoli zwiększyć sprawność rozprężania się płuca po usunięciu płynu z jamy opłucnej.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Po raz pierwszy udało się zademonstrować działanie interferometrii atomowej w przestrzeni kosmicznej. Osiągnięcie niemieckich naukowców oznacza, że interferometry atomowe, niezwykle precyzyjne urządzenia pomiarowe, mogą zostać wykorzystane poza Ziemią, np. na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Posłużyć tam mogą chociażby do pomiarów pola grawitacyjnego Ziemi czy wykrywania fal grawitacyjnych.
      Stworzyliśmy technologiczne podstawy do wykorzystania interferometrii atomowej na pokładzie rakiety meteorologicznej i wykazaliśmy, że prowadzenie tego typu eksperymentów jest możliwe nie tylko na Ziemi ale i w kosmosie, mówi profesor Patrick Windpassinger z Instytutu Fizyki z Uniwersytetu Jana Gutenberga w Moguncji.
      Prace prowadzili naukowcy z różnych uczelni i instytucji badawczych, a zespołem kierowali specjaliści z Uniwersytetu Hanowerskiego. W styczniu 2017 roku wystrzelili oni misję MAIUS-1. Jest to pierwsza w historii misja, w czasie której kondensat Bosego-Einsteina był generowany w przestrzeni kosmicznej. Ten specjalny stan materii uzyskuje się schładzając atomy – w tym przypadku atomy rubidu – do temperatur bliskich zeru absolutnemu. Ta ultrazimna materia stała się dla nas obiecującym punktem wyjścia do interferometrii atomowej, mówi Windpassinger. Niskie temperatury odgrywają tutaj kluczową rolę, gdyż pozwalają na prowadzenie bardzo precyzyjnych i dłuższych pomiarów.
      W czasie eksperymentów wykorzystywano laser do odseparowywania od siebie atomów rubidu i tworzenia ich superpozycji. Możliwe było w ten sposób wytworzenie różnych wzorców interferencji pomiędzy atomami, co z kolei można wykorzystać do badania sił wpływających na atomy, w tym do badania grawitacji.
      Misja MAIUS-1 przyniosła więc potwierdzenie słuszności opracowanej koncepcji oraz jej technicznej wykonalności. To zaś oznacza, że możliwe będzie wykorzystanie interferometru atomowego utworzonego z kondensatu Bosego-Einsteina do prowadzenia różnych badań i pomiarów.
      W najbliższym czasie niemieccy naukowcy chcą sprawdzić, czy taki interferometr zda egzamin. W roku 2022 wystartuje MAIUS-2, a w roku 2023 – MAIUS-3. Uczeni chcą użyć interferometrów stworzonych nie tylko z atomów rubidu, ale też potasu. Porównując przyspieszenie podczas spadku swobodnego pomiędzy tymi dwoma typami atomów można będzie przetestować Einsteinowską zasadę równoważności z niedostępną dotychczas precyzją.
      W przyszłości tego typu eksperymenty można będzie prowadzić na satelitach lub Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, gdzie prawdopodobnie uda się do tego wykorzystać planowane właśnie BECCAL czyli Bose Einstein Condensate and Cold Atom Laboratory. W tym wypadku precyzja pomiarów nie będzie ograniczona krótkim czasem swobodnego spadku rakiety, wyjaśnia doktor Andre Wenzlawski z grupy badawczej Windpassingera.
      Szczegóły badań opisano na łamach Nature Communications.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      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
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Fizycy z MIT opracowali kwantowy „ściskacz światła”, który redukuje szum kwantowy w laserach o 15%. To pierwszy taki system, który pracuje w temperaturze pokojowej. Dzięki temu możliwe będzie wyprodukowanie niewielkich przenośnych systemów, które będzie można dobudowywać do zestawów eksperymentalnych i przeprowadzać niezwykle precyzyjne pomiary laserowe tam, gdzie szum kwantowy jest obecnie poważnym ograniczeniem.
      Sercem nowego urządzenia jest niewielka wnęka optyczna znajdująca się w komorze próżniowej. We wnęce umieszczono dwa lustra, z których średnia jednego jest mniejsza niż średnica ludzkiego włosa. Większe lustro jest zamontowane na sztywno, mniejsze zaś znajduje się na ruchomym wsporniku przypominającym sprężynę. I to właśnie kształt i budowa tego drugiego, nanomechanicznego, lustra jest kluczem do pracy całości w temperaturze pokojowej. Wpadające do wnęki światło lasera odbija się pomiędzy lustrami. Powoduje ono, że mniejsze z luster, to na wsporniku zaczyna poruszać się w przód i w tył. Dzięki temu naukowcy mogą odpowiednio dobrać właściwości kwantowe promienia wychodzącego z wnęki.
      Światło lasera opuszczające wnękę zostaje ściśnięte, co pozwala na dokonywanie bardziej precyzyjnych pomiarów, które mogą przydać się w obliczeniach kwantowych, kryptologii czy przy wykrywaniu fal grawitacyjnych.
      Najważniejszą cechą tego systemu jest to, że działa on w temperaturze pokojowej, a mimo to wciąż pozwala na dobieranie parametrów z dziedziny mechaniki kwantowej. To całkowicie zmienia reguły gry, gdyż teraz będzie można wykorzystać taki system nie tylko w naszym laboratorium, które posiada wielkie systemy kriogeniczne, ale w laboratoriach na całym świecie, mówi profesor Nergis Mavalvala, dyrektor wydziału fizyki w MIT.
      Lasery emitują uporządkowany strumień fotonów. Jednak w tym uporządkowaniu fotony mają pewną swobodę. Przez to pojawiają się kwantowe fluktuacje, tworzące niepożądany szum. Na przykład liczba fotonów, które w danym momencie docierają do celu, nie jest stała, a zmienia się wokół pewnej średniej w sposób, który jest trudny do przewidzenia. Również czas dotarcia konkretnych fotonów do celu nie jest stały.
      Obie te wartości, liczba fotonów i czas ich dotarcia do celu, decydują o tym, na ile precyzyjne są pomiary dokonywane za pomocą lasera. A z zasady nieoznaczoności Heisenberga wynika, że nie jest możliwe jednoczesne zmierzenie pozycji (czasu) i pędu (liczby) fotonów.
      Naukowcy próbują radzić sobie z tym problemem poprzez tzw. kwantowe ściskanie. To teoretyczne założenie, że niepewność we właściwościach kwantowych lasera można przedstawić za pomocą teoretycznego okręgu. Idealny okrąg reprezentuje równą niepewność w stosunku do obu właściwości (czasu i liczby fotonów). Elipsa, czyli okrąg ściśnięty, oznacza, że dla jednej z właściwości niepewność jest mniejsza, dla drugiej większa.
      Jednym ze sposobów, w jaki naukowcy realizują kwantowe ściskanie są systemy optomechaniczne, które wykorzystują lustra poruszające się pod wpływem światła lasera. Odpowiednio dobierając właściwości takich systemów naukowcy są w stanie ustanowić korelację pomiędzy obiema właściwościami kwantowymi, a co za tym idzie, zmniejszyć niepewność pomiaru i zredukować szum kwantowy.
      Dotychczas optomechaniczne ściskanie wymagało wielkich instalacji i warunków kriogenicznych. Działo się tak, gdyż w temperaturze pokojowej energia termiczna otaczająca system mogła mieć wpływ na jego działanie i wprowadzała szum termiczny, który był silniejszy od szumu kwantowego, jaki próbowano redukować. Dlatego też takie systemy pracowały w temperaturze zaledwie 10 kelwinów (-263,15 stopni Celsjusza). Tam gdzie potrzebna jest kriogenika, nie ma mowy o niewielkim przenośnym systemie. Jeśli bowiem urządzenie może pracować tylko w wielkiej zamrażarce, to nie możesz go z niej wyjąć i uruchomić poza nią, wyjaśnia Mavalvala.
      Dlatego też zespół z MIT pracujący pod kierunkiem Nancy Aggarval, postanowił zbudować system optomechaczniczny z ruchomym lustrem wykonanym z materiałów, które absorbują minimalne ilości energii cieplnej po to, by nie trzeba było takiego systemu chłodzić. Uczeni stworzyli bardzo małe lustro o średnicy 70 mikrometrów. Zbudowano je z naprzemiennie ułożonych warstw arsenku galu i arsenku galowo-aluminowego. Oba te materiały mają wysoce uporządkowaną strukturę atomową, która zapobiega utratom ciepła. Materiały nieuporządkowane łatwo tracą energię, gdyż w ich strukturze znajduje się wiele miejsc, gdzie elektrony mogą się odbijać i zderzać. W bardziej uporządkowanych materiałach jest mniej takich miejsc, wyjaśnia Aggarwal.
      Wspomniane wielowarstwowe lustro zawieszono na wsporniku o długości 55 mikrometrów. Całości nadano taki kształt, by absorbowała jak najmniej energii termicznej. System przetestowano na Louisiana State University. Dzięki niemu naukowcy byli w stanie określić kwantowe fluktuacje liczby fotonów względem czasu ich przybycia do lustra. Pozwoliło im to na zredukowanie szumu o 15% i uzyskanie bardziej precyzyjnego „ściśniętego” promienia.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Każda z ostatnich 4 dekad była cieplejsza od poprzedniej, a obecna najprawdopodobniej nie będzie wyjątkiem, wynika z ostatniego raportu Światowej Organizacji Meteorologicznej (WMO). Oświadczyła ona, że lata 2010–2019 „prawie na pewno” będą najgorętszą dekadą znaną ludzkości. Co więcej, rok 2019 będzie drugim lub trzecim najgorętszym rokiem od 1850 roku.
      Z raportu WMO dowiadujemy się, że oceany mają najwyższą temperaturę zanotowaną przez człowieka i są o 26% bardziej zakwaszone niż na początku epoki przemysłowej. We wrześniu i październiku bieżącego roku zasięg morskiego lodu w Arktyce był rekordowo mały, a w Antarktyce zanotowano kilka tego typu rekordów w ciągu roku.
      Średnie tegoroczne temperatury były dotychczas o 1,1 stopnia Celsjusza wyższe niż średnia z lat 1850–1900, a bieżący rok może być najgorętszym rokiem w historii, w którym nie wystąpiło zjawisko El Niño.
      Pomimo głośnych deklaracji, ludzkość emituje coraz więcej węgla, a jego koncentracja w atmosferze bije kolejne rekordy. Średnia koncentracja dwutlenku węgla wynosiła w październiku 408,53 ppm, czyli była o 2,53 ppm wyższa niż średnia w październiku ubiegłego roku. Jednocześnie, w związku z utratą w Arktyce 329 miliardów ton lodu, październikowy poziom oceanów był rekordowo wysoki.
      WMO zauważa również, że w pierwszej połowie bieżącego roku zmiany klimatyczne zmusiły ponad 10 milionów osób do przesiedlenia się, a do końca bieżącego roku liczba ta może sięgnąć 22 milionów. Coraz częściej dochodzi do „upałów stulecia” i „powodzi stulecia”. Od Bahamów poprzez Japonię i Mozambik mieliśmy do czynienia z potężnymi tropikalnymi cyklonami, a wielkie pożary wybuchały od Arktyki po Australię, czytamy w raporcie.
      Wiele wskazuje na to, ludzkość nie powstrzyma globalnego ocieplenia na założonym poziomie 1,5 stopnia Celsjusza w porównaniu z okresem sprzed epoki przemysłowej. By tego dokonać do roku 2030 powinniśmy każdego roku zmniejszać emisję CO2 o 7,6%. Tymczasem wciąż ona rośnie. Częściowo dlatego, że paliwa kopalne są subsydiowane, a w skali świata różnego rodzaju dopłaty do węgla i ropy naftowej mogą sięgać nawet 600 miliardów dolarów rocznie.
      Wciąż wykorzystujemy atmosferę jako miejsce, do którego pozbywamy się odpadów, mówi Joeri Rogelj, wykładowca w Imperial College London. Nawet jeśli wszystkie kraje dotrzymałyby wszystkich założeń Porozumienia Paryskiego, nie możemy być pewni, czy uchroniłoby to klimat przed ociepleniem się do roku 2100 o 3 stopnie ponad poziom sprzed epoki przemysłowej. Nie ma żadnych oznak spowolnienia globalnego ocieplenia. Jeśli zaś nadal będziemy postępowali tak, jak obecnie, to może być ono nawet wyższe niż zakładane, stwierdza sekretarz generalny WMO, Petteri Taalas.
      Nie ulega żadnej wątpliwości, że dotychczasowe ocieplenie o 1,1 stopnia Celsjusza to skutek spalania paliw kopalnych, dodaje Friderike Otto, zastępca dyrektora Environmental Change Institute na Uniwersytecie Oksfordzkim.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...