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

W CERN przyjrzeli się hiperonom. Badają „ostatnią granicę” Modelu Standardowego

Recommended Posts

Zderzenia pomiędzy wysoko energetycznymi protonami po raz pierwszy pozwoliły na przyjrzenie się niezwykłym hiperonom. Zaliczane są one do cząstek dziwnych. To bariony zawierające co najmniej jeden kwark dziwny. Hiperony prawdopodobnie występują w jądrach gwiazd neutronowych, zatem ich badanie może sporo zdradzić na temat samych gwiazd oraz środowisk o tak ekstremalnie upakowanej materii.

Hiperony są hadronami, czyli cząstek złożonych z co najmniej dwóch kwarków. Interakcje pomiędzy hadronami mają miejsce za pośrednictwem oddziaływań silnych. Niezbyt wiele wiemy o oddziaływaniach pomiędzy hadronami, a większość tej wiedzy pochodzi z badan, w których używane są protony i neutrony. Natura oddziaływań silnych powoduje, że bardzo trudno jest czynić w ich przypadku przewidywania teoretyczne. Trudno jest więc teoretycznie badać, jak hadrony oddziałują między sobą. Zrozumienie tych oddziaływań jest często nazywane „ostatnią granicą” Modelu Standardowego.

Protony, neutrony i hiperony składają się z trzech kwarków. O ile jednak protony i neutrony zbudowane są wyłącznie z kwarków górnych i dolnych, to hiperony zawierają co najmniej jeden kwark dziwny. Badanie hiperonów daje nam zatem nowe informacje na temat oddziaływań silnych.

Podczas badań naukowcy z CERN, pracujący przy eksperymencie ALICE, przyglądali się wynikom zderzeń wysoko energetycznych protonów, w wyniku których w otoczeniu miejsca kolizji pojawiają się „źródła” cząstek. Dochodzi do interakcji kwarków i gluonów, tworzących nowe cząstki. Powstają też pary hiperonów i protonów. Naukowcy, mierząc korelacje momentów pędu w takich parach zbierają informacje na temat sposobu ich interakcji.

Interakcje takie można w ograniczonym stopniu przewidywać na podstawie modelowania zachowania kwarków i gluonów. Najnowsze badania wykazały, że przewidywania niemal idealnie zgadzają się z pomiarami.

Ze szczegółami badań można zapoznać się na łamach Nature.


« 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
      Naukowcy z CERN-u dokonali najbardziej precyzyjnych pomiarów masy kwarka górnego. To najcięższa z cząstek elementarnych, a poznanie jej masy jest niezbędne do poznania zasad funkcjonowania wszechświata w najmniejsze skali.
      Najnowsze wyniki uzyskane przez zespół pracujący przy eksperymencie CMS (Compact Muon Solenoid) w Wielkim Zderzaczu Hadronów pozwoliły na poznanie masy kwarka górnego z dokładnością około 0,27%. Tak olbrzymią precyzję udało się osiągnąć dzięki wykorzystaniu  nowych metod analitycznych oraz poprawienia procedur dotyczących radzenia sobie z niepewnościami pomiaru.
      Znajomość masy najcięższej z cząstek to kluczowy element, który pozwoli przetestować matematyczną spójność całego modelu cząstek elementarnych. Na przykład, jeśli znalibyśmy dokładną masę bozonu W i bozonu Higgsa, moglibyśmy – korzystając z Modelu Standardowego – poznać dokładną masę kwarka górnego. Podobnie działa to w drugą stronę – poznanie dokładnej masy kwarka górnego i bozonu Higgsa, pozwoli na wyliczenie dokładnej masy bozonu W. Fizyka teoretyczna dokonała na tym polu olbrzymich postępów, jednak wciąż trudno jest dokładnie określić masę kwarka górnego. Tymczasem dla zrozumienia wszechświata, a szczególnie jego stabilności, potrzebujemy jak najbardziej precyzyjnych informacji o masie bozonu Higgsa i kwarka górnego. Z dotychczas dostępnych informacji na temat masy kwarka górnego wiemy, że wszechświat znajduje się bardzo blisko stanu metastabilnego. Jeśli masa kwarka górnego byłaby minimalnie inna, wszechświat w długim terminie byłby mniej stabilny i mógłby zakończyć swój żywot podczas gwałtownego wydarzenia podobnego do Wielkiego Wybuchu.
      Podczas ostatnich badań naukowcy z CMS wykorzystali dane zebrane przez CMS w 2016 roku podczas zderzeń protonów. Wzięli pod uwagę pięć różnych właściwości zderzeń, podczas których powstawała para kwarków górnych. Właściwości te zależą właśnie od masy kwarka górnego. Dotychczas przy tego typu badaniach pod uwagę brano trzy właściwości. Ponadto naukowcy przeprowadzili ekstremalnie precyzyjną kalibrację danych z CMS, dzięki czemu lepiej zrozumieli wszelkie niepewności pomiaru i ich wzajemne zależności. Po przeprowadzeniu odpowiednich obliczeń stwierdzili, że masa kwarka górnego wynosi 171,77±0,38 GeV. Jest ona zatem zgodna zarówno z wcześniejszymi pomiarami, jak i z założeniami Modelu Standardowego.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Po 10 latach analiz i wielokrotnego sprawdzania wyników, badacze z projektu CDF collaboration prowadzonego przez Fermi National Accelarator Laboratory (Fermilab) ogłosili, że dokonali najbardziej precyzyjnych pomiarów masy bozonu W, nośnika jednego z czterech podstawowych oddziaływań fizycznych. Uzyskane wyniki sugerują, że Model Standardowy powinien zostać poprawiony lub poszerzony.
      Znamy cztery podstawowe oddziaływania fizyczne: grawitacyjne, słabe, elektromagnetyczne i silne. Bozon W jest nośnikiem oddziaływań słabych. Specjaliści z Fermilab, wykorzystując dane z Collider Detector at Fermilab (CDF) okreslili masę bozonu W z dokładnością do 0,01%. Pomiar jest dwukrotnie bardziej dokładny niż dotychczasowe. Po jego wykonaniu  naukowcy wykorzystali nową wartość do przetestowania Modelu Standardowego.
      Wprowadziliśmy olbrzymią liczbę poprawek i dodatkowych weryfikacji. Wzięliśmy pod uwagę nasze lepsze rozumienie samego wykrywacza cząstek oraz postępy w teoretycznym i eksperymentalnym rozumieniu interakcji bozonu W z innymi cząstkami. Gdy w końcu przeprowadziliśmy wszystkie obliczenia okazało się, że różnią się one od przewidywań Modelu Standardowego, mówi Ashutosh V. Kotwal z Duke University, który stał na czele grupy wykonującej obliczenia. Jest on jednym z 400 naukowców skupionych wokół CDF collaboration.
      Nowe pomiary w wielu aspektach zgadzają się z wcześniejszymi pomiarami masy bozonu W, ale w niektórych są z nimi rozbieżne. Dlatego też konieczne będą kolejne badania. To bardzo intrygujące wyniki, ale do ich pełnego wyjaśnienie konieczne jest potwierdzenie w ramach innych eksperymentów, mówi zastępca dyrektora Fermilab, Joe Lykken.
      Bozon W, nośnik oddziaływań słabych, jest m.in odpowiedzialny za procesy powodujące, że Słońce świeci, a cząstki się rozpadają. Fermilab, a którym działał niezwykle zasłużony dla nauki akcelerator Tevatron, dysponuje olbrzymią ilością danych zbieranych w latach 1985–2011. Pomiary CDF były prowadzone przez wiele lat. Wyniki tych pomiarów były ukryte w danych, które trzeba było szczegółowo przeanalizować. Gdy w końcu je uzyskaliśmy, byliśmy zdumieni, mówi fizyk Chris Hays z Uniwersytetu Oksfordzkiego.
      Masa bozonu W jest około 80-krotnie większa od masy protonu i wynosi około 80 000 MeV/c2. Teraz naukowcy z Fermilab ją uściślili. Dzięki ich pracy wiemy, że wynosi ona 80 433 ± 9 MeV/c2. Wynik ten bazuje na badaniach 4,2 milionów bozonów W uzyskanych w Fermilab.
      W ciągu ostatnich 40 lat eksperymenty w wielu akceleratorach pozwoliły na badanie bozonu W. To bardzo trudne, złożone pomiary, które cały czas są doprecyzowywane. Nam praca zajęła wiele lat. Dokonaliśmy najbardziej precyzyjnych pomiarów, dzięki czemu mogliśmy stwierdzić, że istnieje rozbieżność pomiędzy wartością zmierzoną, a oczekiwaną, mówi rzecznik CDF collaboration Giogrio Chiarelli z Włoskiego Narodowego Instytutu Fizyki Jądrowej.
      Najbardziej precyzyjne obliczenia masy bozonu W wykonane na podstawie Modelu Standardowego – w których wykorzystuje się pomiary masy kwarka górnego i bozonu Higgsa – dają wynik 80 357 ± 6 MeV/c2. Różnica pomiędzy teoretycznymi obliczeniami a wykonanymi pomiarami jest więc widoczna. Teraz autorzy kolejnych eksperymentów oraz fizycy teoretyczni powinni spróbować ją wyjaśnić. Jeśli różnica pomiędzy wynikiem eksperymentów a teoretycznymi obliczeniami jest spowodowana istnieniem jakiegoś nowego oddziaływania – a to tylko jedna z możliwości – to przyszłe eksperymenty powinny je wykryć.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Obowiązujący od ponad 70 lat powłokowy model jądra atomowego trzyma się dobrze. Jednak badania przeprowadzone właśnie w ramach eksperymentu ISOLDE w CERN są kolejnymi dającymi sprzeczne informacje odnośnie liczb magicznych.
      Z modelu powłokowego możemy wywnioskować, że te jądra, których powłoki są wypełnione, mają większą energię wiązania, są zatem stabilniejsze niż inne jądra. Liczby protonów i neutronów, dla których powłoki są wypełnione, nazywane są liczbami magicznymi. Obecnie uznane liczby magiczne zarówno dla protonów jak i neutronów to 2, 8, 20, 28, 50, 82 i 126. Jeśli mamy do czynienia z jądrem, dla którego i protony i neutrony występują w liczbie magicznej, mówimy o jądrze podwójnie magicznym. Jądrem podwójnie magicznym jest np. jądro tlenu, zawierające 8 protonów i 8 neutronów.
      Od mniej więcej dwóch dekad kolejne eksperymenty wskazują, że liczbą magiczną, przynajmniej dla neutronów, może być 32. W 2013 roku naukowcy z CERN badając izotopy wapnia bogate w neutrony zauważyli nagły spadek energii separacji neutronów poza liczbą N=32. Literami N i Z oznacza się, odpowiednio, liczbę neutronów i protonów w jądrze. Spadek taki wskazuje zaś, że 32 może być liczbą magiczną. Jeszcze wcześniej ci sami naukowcy podczas badania spektrum wzbudzenia wapnia-52 zaobserwowali wyższe niż spodziewane wzbudzenie przy wartościach Z=20 i N=32. Jako, że wiemy, iż 20 jest liczbą magiczną, sugerowałoby to istnienie w tym przypadku jądra podwójnie magicznego. Jakby tego było mało, badania prowadzone w japońskim RIKEN wskazują na zmiany pobudzenia nie tylko jądra wapnia-52 (N=32), ale też wapnia-54 (N=34).
      Z drugiej jednak strony badania promieni kwadratowych jąder potasu-51 i wapnia-52, dla których N=32 nie wykazało żadnych oznak, że mamy do czynienia z jądrami magicznymi.
      Naukowcy z ISOLDE badali teraz bardzo egzotyczne jądro potasu-52 (N=33). Poszukiwali w nim nagłego relatywnego wzrostu promienia kwadratowego, co jest silnym wskazaniem, że N=32 jest liczbą magiczną. Jednak niczego takiego nie zauważyli.
      Nowe badania wprowadzają tylko więcej zamieszania. Nie odrzucamy wyników wcześniejszych badań, gdyż były one wykonane prawidłowo, na sprzęcie najwyższej klasy. Kwestionujemy tylko płynące z nich wnioski, że 32 jest liczbą magiczną dla neutronów, mówi Thomas Cocolios, fizyk atomowy z Uniwersytetu Katolickiego w Leuven (KU Leuven). Teraz uczeni planują przeprowadzenie podobnych pomiarów dla wapnia-53 i wapnia-54, by zweryfikować twierdzenia, iż N=34 jest liczbą magiczną.
      Wiele wskazuje na to, że teoretycy będą musieli przemyśleć problem dotyczący N=32. Badanie energii wskazuje, że jest to liczba magiczna, jednak badanie wielkości jądra temu przeczy. Obserwujemy tutaj sprzeczność pomiędzy badaniami, które dają wiarygodne wyniki. Muszą się tym zająć teoretycy, mówi Gerda Neyens, fizyk teoretyczna z KU Leuven, która kieruje eksperymentem ISOLDE.
      Uczona dodaje, że zrozumienie tego fenomenu nie będzie łatwe, gdyż interakcje pomiędzy protonami a neutronami nie zachodzą bezpośrednio, a na poziomie kwarków. To utrudnia nam zrozumienie jąder atomowych, szczególnie tych egzotycznych. Im więcej badamy egzotycznych jąder, tym bardziej zdajemy sobie sprawę, że nasze modele teoretyczne mają coraz większe kłopoty ze spójnym opisaniem zjawisk w nich zachodzących, dodaje Cocolios.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Poszukiwanie zjawisk fizycznych wykraczających poza Model Standardowy często wymaga dostępu do potężnych narzędzi, jak Wielki Zderzacz Hadronów, podziemnych wykrywaczy neutrin, ciemnej materii i egzotycznych cząstek. Urządzenia takie są niezwykle kosztowne w budowie i utrzymaniu, ich konstruowanie trwa przez wiele lat i jest ich niewiele, przez co ustawiają się do nich długie kolejki naukowców. Teraz dzięki naukowcom z Holandii może się to zmienić. Opracowali oni bowiem technikę więzienia i badania ciężkich molekuł w warunkach laboratoryjnych.
      Ciężkie molekuły są świetnym obiektem do badań nad elektrycznym momentem dipolowym elektronu. Jednak dotychczas stosowane metody nie pozwalały na ich uwięzienie w warunkach niewielkiego laboratorium.
      Standardowe techniki poszukiwania elektrycznego momentu dipolowego elektronu (eEDM) wykorzystują wysoce precyzyjną spektroskopię. Jednak by ją zastosować konieczne jest najpierw spowolnienie molekuł i schwytanie ich w pułapkę laserową lub elektryczną. Problem w tym, że do odkrycia zjawisk wykraczających poza Model Standardowy konieczne może okazać się przechwycenie molekuł zbyt ciężkich, by mogły uwięzić je lasery. Z kolei pułapki elektryczne pozwalają na przechwycenie ciężkich jonów, ale nie obojętnych elektrycznie molekuł.
      Naukowcy z Uniwersytetu w Groningen, Vrije Universiteit Amsterdam oraz instytutu Nikhef rozpoczęli swoją pracę od stworzenie molekuł fluorku strontu (SrF), które powstały w wyniku reakcji chemicznych zachodzących w kriogenicznym gazie w temperaturze około 20 kelwinów. Dzięki niskiej temperaturze molekuły te mają początkową prędkość 190 m/s, podczas gdy w temperaturze pokojowej wynosi ona ok. 500 m/s. Następnie molekuły wprowadzane są do 4,5-metrowej długości spowalniacza Stark, gdzie zmienne pola elektryczne najpierw je spowalniają, a następnie zatrzymują. Molekuły SrF pozostają uwięzione przez 50 milisekund. W tym czasie można je analizować za pomocą specjalnego systemu indukowanego laserem. Pomiary takie pozwalają badać właściwości elektronów, w tym elektryczny moment dipolowy, dzięki czemu możliwe jest poszukiwanie oznak asymetrii.
      Model Standardowy przewiduje istnienie eEDM, jednak ma on niezwykle małą wartość. Dlatego też dotychczas właściwości tej nie zaobserwowano. Obserwacja i zbadanie eEDM mogłyby wskazać na istnienie fizyki wykraczającej poza Model Standardowy.
      Molekuły SrF, którymi zajmowali się Holendrzy, mają masę około 3-krotnie większą niż inne molekuły badane dotychczas podobnymi metodami. Naszym kolejnym celem jest uwięzienie jeszcze cięższych molekuł, jak np. fluorku baru (BaF), który ma macę 1,5 raza większą od SrF. Taka molekuła byłaby jeszcze lepszym celem do pomiarów eEDM, mówi Steven Hoekstra, fizyk z Uniwersytetu w Groningen. Im bowiem cięższa molekuła, tym dokładniejszych pomiarów można dokonać.
      Jednak możliwość uwięzienia ciężkich molekuł przyda się nie tylko do badania elektrycznego momentu dipolowego elektronu. Można dzięki temu przeprowadzać też zderzenia ciężkich molekuł przy niskich energiach, symulując warunki w przestrzeni kosmicznej. To zaś przyda się podczas badań interakcji na poziomie kwantowym. Hoekstra mówi, że wraz ze swoimi kolegami będą też pracowali nad zwiększeniem czułości pomiarów poprzez zwiększenie intensywności strumienia molekuł. Spróbujemy też uwięzić bardziej złożone molekuły, jak BaOH czy BaOCH3. Dodatkowo wykorzystamy naszą technikę do badania asymetrii w molekułach chiralnych, zapowiada.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy z CERN-u są pierwszymi, którym udało się zaobserwować trzy czarmonia pochodzące z pojedynczego zderzenia dwóch protonów. Odkrycie, dokonane podczas analizy danych z eksperymentu CMS pozwoli lepiej zrozumieć rozkład kwarków i gluonów wewnątrz protonu.
      Czarmonium, zwane też kwarkonium powabnym, to pierwsza odkryta cząstka zawierająca kwark powabny. Jego odkrycie zostało nazwane „rewolucją listopadową fizyki cząstek elementarnych”. Potwierdziło bowiem, że istnieje czwarty rodzaj kwarka, pozwoliło na potwierdzenie kwarkowego modelu hadronów, a Burtonowi Richterowi i Samuelowi Tingowi przyniosło nagrodę Nobla z fizyki (1976). Jako, że obaj odkryli czarmonium niezależnie od siebie, i jeden nazwał je cząstką J, a drugi cząstką psi, czarmonium znane jest też jako mezon J/ψ.
      Dotychczas podczas eksperymentów, również tych prowadzonych w Wielkim Zderzaczu Hadronów, obserwowano jedno lub dwa czarmonia pochodzące z pojedynczego zderzenia. Trzy czarmonia udało się zauważyć dzięki temu, że przeprowadzający analizę naukowcy poszukiwali zmian J/ψ w pary mionów. W ten sposób znaleźli 5 przypadków zderzeń proton-proton, podczas których jednocześnie powstały po trzy cząstki J/ψ. Istotność statystyczna obserwacji wynosi ponad 5σ, zatem można mówić o odkryciu.
      Trzeba jednak pamiętać, że do pojawienia się aż trzech kwarkoniów powabnych dochodzi niezwykle rzadko. Pojedyncze kwarkonium powabne pojawia się 3,7 miliona razy częściej, a dwa kwarkonia powabne – 1800 razy częściej niż trzy takie cząstki.
      Mimo tego, to temat warty zbadania, mówi Stefanos Leontsinis z CERN-u. W przyszłości LHC powinien zebrać większą próbkę trzech mezonów J/ψ pojawiających się w wyniku jednego zderzenia, a dzięki temu lepiej zrozumiemy wewnętrzną strukturę protonu.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...