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
      W Fermi National Accelerator Laboratory (Fermi Lab), jednej z najbardziej zasłużonych instytucji dla rozwoju fizyki cząstek, trwa właśnie budowa ostatniego z wielkich detektorów, który ma badać neutrino i szukać dowodów na istnienie fizyki poza Modelem Standardowym. Zespół detektorów powstaje w ramach Short-Baselina Neutrino Program.
      Projekt składa się ze źródła neutrin i trzech detektorów ustawionych w linii prostej. Short-Baseline Near Detector (SBND), którego budowa właśnie się rozpoczęła, znajdzie się 110 metrów za obszarem, w którym strumień protonów będzie uderzał w cel, generując strumień neutrin mionowych. W odległości 360 metrów za SBND znajduje się MicroBooNE. Urządzenie to rozpoczęło pracę już w 2015 roku. Za MicroBooNE, w odległości 130 metrów, stoi zaś ICARUS, który rozpocznie pracę jeszcze tej jesieni.
      Podróżujące przez przestrzeń neutrino podlega oscylacjom, zmienia się pomiędzy trzema różnymi rodzajami: neutrinem mionowym, taonowym i elektronowym. I właśnie te oscylacje mają badać SBND, MicroBooNE i ICARUS. Jeśli okazałoby się, że istnieje czwarty rodzaj neutrin lub też badane neutrina zachowywałyby się w inny sposób, niż obecnie się przewiduje, detektory powinny to wykryć i być może fizyka wyjdzie poza Model Standardowy.
      Czujniki detektora SBND będą zawieszone w zbiorniku z płynnym argonem. Gdy neutrino trafi do zbiornika i zderzy się z atomem argonu, powstaną liczne cząstki oraz światło. Zostaną one zarejestrowane przez czujniki, a analizy sygnałów pozwolą fizykom na precyzyjne odtworzenie trajektorii wszystkich cząstek powstałych w wyniku kolizji. Zobaczymy obraz, który pokaże nam olbrzymią liczbę szczegółów w bardzo małej kali. W porównaniu z wcześniejszymi eksperymentami otworzy nam się naprawdę nowe spektrum możliwości, mówi Anne Schukraft, koordynatorka techniczna projektu.
      Wewnątrz SBND znajdą się trzy wielkie elektrody. Dwie anody i katoda. Każda z nich będzie mierzyła 5x4 metry. Natężenie pola elektrycznego pomiędzy katodą a każdą z anod wyniesie 500 V/cm. Anody zostaną umieszczone na przeciwnych ścianach pomieszczenia w kształcie sześcianu. Będą one przechwytywały elektrony, a znajdujące się za nimi czujniki będą rejestrowały fotony. W środku detektora umieszczona zostanie folia spełniająca rolę katody. Zamontowano ją pod koniec lipca, a w najbliższych dniach ma zostać ukończony montaż pierwszej anody.
      Całość, gdy zostanie ukończona, będzie ważył ponad 100 ton i zostanie wypełniona argonem o temperaturze -190 stopni Celsjusza. Komora będzie znajdowała się w stalowym kriostacie o izolowanych ścianach, którego zadaniem będzie utrzymanie niskiej temperatury wewnątrz. Skomplikowany system rur będzie ciągle filtrował argon, by utrzymać go w czystości.
      SBND to przedsięwzięcie międzynarodowe. Poszczególne elementy systemy powstają w wielu krajach, przede wszystkim w USA, Wielkiej Brytanii, Brazylii i Szwajcarii. Schukraft przewiduje, że nowy detektor ruszy na początku 2023 roku.
      Gdy prace nad SBND się zakończą, detektor będzie pracował razem z MicroBooNE i ICARUSEM. Naukowcy chcą przede wszystkim poszukać dowodów na istnienie neutrina sterylnego, cząstki, która nie wchodzi w interakcje z oddziaływaniami słabymi. Już wcześniej, podczas eksperymentów prowadzonych w Liquid Scintillator Neutrino Detector w Los Alamos National Lab i MiniBooNE w Fermilab odkryto sygnały, które mogą wskazywać na istnienie takiej cząstki.
      Pomysł polega na tym, by umieścić detektor naprawdę blisko źródła neutrin, w nadziei, że uda się złapać ten typ neutrina. Następnie jest kolejny detektor, a dalej jeszcze jeden. Mamy nadzieję, że zobaczymy oscylacje sterylnego neutrina, wyjaśnia Rober Acciarri, współdyrektor prac nad budową detektorów.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Obliczenia przeprowadzone na Uniwersytecie w Bonn wskazują, że Model Standardowy powinien zostać poszerzony. Nie możemy być tego jeszcze całkowicie pewni. Nasze obliczenia powinny być nieco bardziej precyzyjne. Jeśli jednak uzyskane wyniki się potwierdzą, będzie to jedno z najważniejszych odkryć w fizyce cząstek w ostatnich latach, mówi główny autor badań Chien-Yeah Seng. Ich wyniki zostały właśnie opublikowane na łamach Physics Letters B.
      Obowiązujący od kilkudziesięciu lat Model Standardowy opisuje trzy z czterech oddziaływań podstawowych oraz wszystkie znane cząstki. To jedna z najważniejszych teorii fizyki. Oparł się licznym próbom podważenia i wielokrotnie został potwierdzony. Jest modelem świetnie opisującym wszechświat, a jednocześnie wiemy, że jest bardzo niekompletny. Nie opisuje grawitacji, ciemnej materii i ciemnej energii, nie uwzględnia masy neutrino. Bardzo często więc słyszymy o możliwym istnieniu „fizyki poza Modelem Standardowym”. Badania uczonych z Bonn stanowią kolejną – silną – wskazówkę, że fizyka taka istnieje. A naukowcy wywiedli ją z badań nad rozpadem kaonów.
      Kaony (mezony K) wchodzą w skład promieniowania kosmicznego. Są niestabilne, szybko dochodzi do ich rozpadu. W Modelu Standardowym rozpad ten opisywany jest za pomocą elementu Vus, a jego wartość można wyliczyć na podstawie eksperymentalnych danych. Problem jednak w tym, że dla różnych rodzajów rozpadu, wartość ta jest różna. To może wskazywać na istnienie zjawisk wykraczających poza Model Standardowy. Jednak nie możemy tego być pewni z trzech powodów.
      Po pierwsze, eksperymentalne pomiary mogą być błędne lub niedokładne. Po drugie, obliczenia dokonywane na ich podstawie mogą być niedokładne. Po trzecie zaś – Model Standardowy może się mylić co do kaonów.
      Obecnie uważa się, że pierwsza przyczyna problemów z wartością Vus nie wchodzi w rachubę. Potrafimy bowiem z coraz większą precyzją badać Vus, a kolejne eksperymenty dają takie same wyniki.
      Wciąż jednak nie wiemy, czy obliczenia Vus na podstawie Modelu Standardowego są prawidłowe. Dzieje się tak, gdyż możemy dokonywać tych obliczeń tylko z pewnym przybliżeniem i tylko za pomocą potężnych superkomputerów. W tej chwili nie dysponujemy maszynami, które pozwoliłyby na precyzyjne obliczenie Vus. Żeby uzyskać pewność, co do prawidłowości obliczeń Vus musielibyśmy zaangażować najpotężniejsze komputery na dziesiątki lat. To nie wchodzi w rachubę. Chcemy jednak wiedzieć, czy możemy wierzyć naszym obliczeniom Vus, bo tylko wtedy będziemy mogli stwierdzić, czy w Modelu Standardowym tkwi błąd, wyjaśnia Seng.
      Badacz wraz z kolegami z Bonn zaproponował nową metodę, która znakomicie skraca czas obliczeń. Podzieliliśmy obliczenia Vus na wiele małych fragmentów. Dzięki temu byliśmy w stanie obliczyć wartość Vus dla rozpadu kaonów znacznie szybciej i znacznie dokładniej niż wcześniej było to możliwe, stwierdza naukowiec.
      Z obliczeń wynika, że rzeczywiście istnieją rozbieżności w wartościach Vus liczonych na podstawie Modelu Standardowego. To zaś jest silną wskazówką, że na rozpad kaonów wpływ mają zjawiska, których Model Standardowy nie opisuje. Jednak, jak zaznaczono na wstępie, nie możemy być tego całkiem pewni, gdyż obliczenia Senga i jego zespołu wciąż nie są wystarczająco precyzyjne.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Podczas Konferencji nt. Fizyki Wysokich Energii Europejskiego Towarzystwa Fizycznego poinformowano o odkryciu w CERN-ie nowej egzotycznej cząstki oznaczonej Tcc+. To tetrakwark, hadron zawierający dwa kwarki i dwa antykwarki. Jest najdłużej żyjącą ze wszystkich egzotycznych cząstek i pierwszym tetrakwarkiem, składającym się z dwóch ciężkich kwarków i dwóch lekkich antykwarków.
      Kwarki to podstawowe cegiełki materii. Łączą się m.in. w bariony, takie jak proton i neutron, złożone z trzech kwarków cz w mezony, składające się z kwarka i antykwarka. W ostatnich latach informowaliśmy o odkryciu kolejnych egzotycznych cząstek, złożonych z czterech (tetra-) i pięciu (penta-) kwarków.
      Dotychczas poznaliśmy kilkanaście tetrakwarków, jednak ten najnowszy jest wyjątkowy. Składa się z dwóch kwarków powabnych oraz antykwarka górnego i dolnego. To pierwszy tetrakwark z dwoma kwarkami powabnymi, które nie zostały zrównoważone antykwarkami powabnymi. Fizycy mówią tutaj o „otwartym powabie”. W tym przypadku mamy więc do czynienia z „podwójnym otwartym powabem”. Cząstki zawierające kwark powabny i antykwark powabny niosą zaś „ukryty powab”.
      Tcc+ ma więcej wyjątkowych właściwości. Jest pierwszym tetrakwarkiem z dwoma ciężkimi kwarkami i dwoma lekkimi antykwarkami. Zgodnie z obowiązującymi teoriami, takie cząstki rozpadają się do mezonów, tworzonych przez ciężki kwark i lekki antykwark. Niektóre teorie mówią, że masa takiego tetrakwarka powinna być bardzo zbliżona do masy obu mezonów, w które tetrakwark się rozpada. Podobieństwo masy powoduje, że rozpad tego typu tetrakwarków jest dość trudny, skutkując ich dłuższym życiem. I rzeczywiście, badacze z LHCb zauważyli, że Tcc+ jest najdłużej istniejącym egzotycznym hadronem jaki znamy.
      Odkrycie to otwiera drogę do poszukiwań jeszcze cięższych cząstek tego typu, gdzie w miejscu jednego lub obu kwarków powabnych będzie znajdował się kwark niski. Z obliczeń wynika, że cząstka zawierająca dwa kwarki niskie byłaby szczególnie interesująca, gdyż jej masa powinna być mniejsza niż suma mas jakiejkolwiek pary mezonów B. To by oznaczała, że cząstka taka nie mogłaby się rozpaść za pośrednictwem oddziaływań silnych. Do jej rozpadu mogłoby dojść za pośrednictwem oddziaływań słabych, a to by oznaczało, że jej czas życia byłby o wiele rzędów wielkości dłuższy niż jakiegokolwiek znanego egzotycznego hadronu.
      Nowy tetrakwark to bardzo dobry obiekt do dalszych badań. Rozpada się w dość łatwe do wykrycia cząstki, emitując przy tym niewielką ilość energii, dzięki czemu możliwe będzie bardzo dokładne badanie Tcc+. Będzie on zatem stanowił dobry obiekt do testowania obowiązujących modeli teoretycznych.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Uczeni pracujący przy eksperymencie ATLAS w CERN donieśli o zaobserwowaniu pierwszego przypadku jednoczesnego powstania trzech masywnych bozonów W (produkcja WWW), które pojawiły się w wyniku zderzeń prowadzonych w Wielkim Zderzaczu Hadronów.
      Bozony W, jako nośniki oddziaływań elektrosłabych, odgrywają kluczową rolę w testowaniu Modelu Standardowego. Po raz pierwszy zostały odkryte przed 40 laty i od tamtej pory są przedmiotem badań fizyków.
      Naukowcy z ATLAS przeanalizowali dane zarejestrowane w latach 2015–2018 i oznajmili, że zauważyli produkcję WWW z poziomem ufności rzędu 8,2 sigma. To znacznie powyżej 5 sigma, gdy już można powiedzieć o odkryciu. Osiągnięcie tak dużej pewności nie było łatwe. Naukowcy przeanalizowali około 20 miliardów zderzeń, wśród których zauważyli kilkaset przypadków produkcji WWW.
      Bozon W może rozpadać się na wiele różnych sposobów. Specjaliści skupili się na czterech modelach rozpadu WWW, które dawały największe szanse na odkrycie poszukiwanego zjawiska, gdyż powodują najmniej szumów tła. W trzech z tych modeli dwa bozony W rozpadają się w elektrony lub miony o tym samym ładunku oraz neutrina a trzeci bozon W rozpada się do pary kwarków. W czwartym z modeli wszystkie bozony W rozpadają się w leptony (elektrony lub miony) i neutrino.
      Dzięki odkryciu specjaliści będą mogli poszukać teraz interakcji, które wykraczają poza obecne możliwości LHC. Szczególnie interesująca jest możliwość wykorzystania procesu produkcji WWW do badania zjawiska polegającego na wzajemnym rozpraszaniu się dwóch bozonów W.
      Więcej na temat najnowszego odkrycia w artykule Observation of WWW production in pp collisions at s√=13 TeV with the ATLAS detector [PDF].

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy pracujący przy eksperymencie ALPHA prowadzonym w CERN-ie są pierwszymi, którym udało się schłodzić antymaterię za pomocą lasera. Osiągnięcie otwiera drogę do lepszego poznania wewnętrznej struktury antywodoru i zbadania, w jaki sposób zachowuje się on pod wpływem grawitacji.
      Antywodór to najprostsza forma atomowej antymaterii. Teraz, gdy mamy możliwość ich chłodzenia, naukowcy będą mogli przeprowadzić porównania atomów antywodoru z atomami wodoru, dzięki czemu poznamy różnice pomiędzy atomami antymaterii i materii. Znalezienie takich ewentualnych różnic pozwoli na lepsze zrozumienie, dlaczego wszechświat jest stworzony z materii.
      To zupełnie zmienia reguły gry odnośnie badań spektroskopowych i grawitacyjnych i może rzucić nawet światło na badania nad antymaterią, takie jak tworzenie molekuł antymaterii i rozwój interferometrii antyatomowej, mówi rzecznik prasowy eksperymentu ALPHA, Jeffrey Hangst. Jeszcze przed dekadą laserowe chłodzenie antymaterii należało do dziedziny science-fiction.
      W eksperymencie ALPHA atomy antywodoru powstają dzięki antyprotonom uzyskiwanym w Antiproton Decelerator. Są one łączone z pozytonami, których źródłem jest sód-22. Zwykle tak uzyskane atomy antywodoru są więzione w pułapce magnetycznej, co zapobiega ich kontaktowi z materią i anihilacji. W pułapce tej najczęściej prowadzone są badania spektroskopowe, podczas których mierzona jest reakcja antyatomów na wpływ fali elektromagnetycznej – światła laserowego lub mikrofal. Jednak precyzja takich pomiarów jest ograniczona przez energię kinetyczną, czyli temperaturę, antyatomów.
      Tutaj właśnie pojawia się potrzeba schłodzenia. Technika laserowego chłodzenia atomów polega na oświetlaniu ich laserem o energii fotonów nieco mniejszej niż energia przejść między poziomami energetycznymi dla danego pierwiastka. Fotony są absorbowane przez atomy, które wchodzą na wyższy poziom energetyczny. A wchodzą dzięki temu, że deficyt energii fotonu potrzebny do przejścia pomiędzy poziomami uzupełniają z własnej energii kinetycznej. Następnie atomy emitują fotony o energii dokładnie dopasowanej do różnicy energii poziomów atomu i spontanicznie powracają do stanu pierwotnego. Jako, że energia emitowanego fotonu jest nieco wyższa od energii fotonu zaabsorbowanego, wielokrotnie powtarzany cykl absorpcji-emisji prowadzi do schłodzenia atomu.
      Podczas najnowszych eksperymentów naukowcy z ALPHA przez kilkanaście godzin chłodzili laserem chmurę atomów antywodoru. Po tym czasie stwierdzili, że średnia energia kinetyczna atomów obniżyła się ponad 10-krotnie. Wiele z atomów osiągnęło energię poniżej mikroelektronowolta, co odpowiada temperaturze około 0,012 kelwina. Następnie antywodór poddano badaniom spektroskopowym i stwierdzono, że dzięki schłodzeniu osiągnięto niemal 4-krotnie węższą linię spektralną niż przy badaniach prowadzonych bez chłodzenia laserowego.
      Przez wiele lat naukowcy mieli problemy z laserowym chłodzeniem wodoru, więc sama myśl o chłodzeniu antywodoru była szaleństwem. Teraz możemy marzyć o jeszcze większych szaleństwach z udziałem antymaterii, mówi Makoto Fujiwara, który zaproponował, by przeprowadzić powyższy eksperyment.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...