Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
KopalniaWiedzy.pl

Brytyjczycy znakomicie zawęzili masę ciemnej materii

Recommended Posts

W marcowym numerze Physical Letters B ukażą się wyniki nowych badań nad ciemną materią. Ich autorzy znacząco zawęzili limity masy, jaką może mieć cząsteczka ciemnej materii. Dzięki tym badaniom łatwiej będzie ją znaleźć. Wyniki uzyskane przez naukowców z University of Sussex wskazują, że ciemna materia nie może być ani ultralekka, ani superciężka, jak mówią niektóre teorie. Chyba, że podlega ona nieznanym nam jeszcze oddziaływaniom.

Brytyjscy naukowcy wyszli z założenia, że jedyną siłą działającą na ciemną materię jest grawitacja. Na tej podstawie obliczyli, że masa ciemnej materii musi zawierać się w przedziale od 10-3 eV do 107 eV. To znacznie węższy zakres niż postulowany dotychczas. Tym, co czyni badania profesora Xaviera Calmeta i doktoranta Folkerta Kuipersa jeszcze bardziej interesującymi, jest stwierdzenie, że jeśli masa ciemnej materii wykracza poza określony przez nich zakres, to działa na nią jeszcze jakaś siła oprócz grawitacji.

Po raz pierwszy wykorzystaliśmy to, co wiadomo o grawitacji kwantowej do obliczeń zakresu masy ciemnej materii. Byliśmy zaskoczeni, gdy zdaliśmy sobie sprawę, że dotychczas nikt tego nie zrobił. Równie zaskoczeni byli recenzenci naszej pracy, mówi Xavier Calmet.

Wykazaliśmy, że ciemna materia nie może być ani ultralekka, ani superciężka – jak teoretyzują niektórzy – póki nie działa na nią nieznana nam siła. Nasze badania pomogą na dwa sposoby. Po pierwsze pozwolą skupić się na węższym zakresie mas w poszukiwaniu ciemnej materii, po drugie mogą potencjalnie pomóc w odkryciu nieznanej siły we wszechświecie.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Może i zawęzili zakres, jednak rozrzut 10 rzędów wielkości obnaża elementarny brak zrozumienia istoty rzeczy. Mimo to postulujemy istnienie czegoś, czego najprawdopodobniej nie ma, przynajmniej nie poszukiwanej formie. Bo coś musi być na rzeczy skoro obserwacje przeczą teoriom, ale czy koniecznie ciemna cząsteczka i energia?

12 godzin temu, KopalniaWiedzy.pl napisał:

mogą potencjalnie pomóc w odkryciu nieznanej siły we wszechświecie.

Która wykaże, że ciemna materia nie istnieje. Potem przyjdzie pora na rozprawienie się z ciemną energią, a być może obie padną przy okazji jednego odkrycia :) 

  • Upvote (+1) 1

Share this post


Link to post
Share on other sites
Godzinę temu, nurek napisał:

czy aby czarna materia to po prostu są supermasywne czarne dziury, a nie jakieś dziwne cząstki. Ostatnio doniesiono o super super wielkich dziurach o masach od 100 mld do 1000mld masy Słońca. To przecież cała galaktyka w jednej dziurze. link https://nt.interia.pl/raporty/raport-kosmos/astronomia/news-zupelnie-nowy-rodzaj-czarnych-dziur,nId,5008397

Raczej nie. Tzw. CDy oddziaływają między innymi ze znanymi nam falami/polami EM, a ten brakujący hipotetycznie byt, nazwany ''czarna materia/energia" właśnie nie oddziałuje. Jednak ma wpływ na kształt i zachowanie galaktyk. Ogólnie modele galaktyk nie spinają się z obserwacjami, zaproponowano więc podpórkę pt. 'czarna materia i energia', oczywiście z logicznego punktu widzenia ma to jakiś sens. Jednak jak uwzględniono je w modelach to znowu się nie spinało... tak więc klops. Czarna materia i energia to synonim brakujących sił lub ich rozkładu, odpowiedzialnych za kształt i formowanie się galaktyk.         

Edited by l_smolinski

Share this post


Link to post
Share on other sites
14 hours ago, lester said:

Może i zawęzili zakres, jednak rozrzut 10 rzędów wielkości obnaża elementarny brak zrozumienia istoty rzeczy. Mimo to postulujemy istnienie czegoś, czego najprawdopodobniej nie ma, przynajmniej nie poszukiwanej formie. Bo coś musi być na rzeczy skoro obserwacje przeczą teoriom, ale czy koniecznie ciemna cząsteczka i energia?

Nikt nie twierdzy, że jest inaczej. O tym się nie dowiedzą, dopóki nie sprawdzą wszystkich możliwości. Era łatwiej nauki się skończyła. Chociaż nowe klasa instrumentów jak LIGO przyniosła wyniki praktycznie natychmiastowo.

 

3 hours ago, nurek said:

czy aby czarna materia to po prostu są supermasywne czarne dziury, a nie jakieś dziwne cząstki. Ostatnio doniesiono o super super wielkich dziurach o masach od 100 mld do 1000mld masy Słońca.

Sądzisz, że nikomu to do głowy nie przyszło, że to mogą być czarne dziury, których nie widać? ;) Obejrzyj jakikolwiek w miarę świeży film, najlepiej po angielsku, podsumowujący badania na czarną materią, to się dowiesz, co już sprawdzili. Czyli proponujesz zastąpić DM SLAb'ami, których też jeszcze nie zaobserwowano? Wydaje mi się, że nie będzie zgadzać się dystrybucja masy. Musiało by być ich 6x tyle co wszystkiej innej materii we Wszechświecie. DM jest wiodąca hipotezą, bo najbardziej pasuje do danych obserwacyjnych. Najlepszy dowód obserwacyjne potwierdzający DM to jest Bullet Cluster.

Swoją drogą, podobnie było z czarnymi dziurami. Długo były znane z teoretycznych rozważań i matematycznych wyliczeń, ale początkowo starano się obserwacyjnie znaleźć obiekty, które by pozwoliłyby uniknąć ich powstawania, bo wydawały się nieprawdopodobne ciekawostką matematyczną, ale w końcu je zaobserwowano. Białe karły, gwiazdy neutronowe, pulsary i czarne dziury, to są w miarę świeże odkrycia w astronomii.

 

2 hours ago, l_smolinski said:

Jednak jak uwzględniono je w modelach to znowu się nie spinało...

A co się teraz nie spina w galaktykach z DM?

Share this post


Link to post
Share on other sites
3 godziny temu, l_smolinski napisał:

Raczej nie. Tzw. CDy oddziaływają między innymi ze znanymi nam falami/polami EM, a ten brakujący hipotetycznie byt, nazwany ''czarna materia/energia" właśnie nie oddziałuje.      

Nie wszystkie czarne dziury muszą się zachowywać tak samo. Trwają poszukiwania Pierwotnych Czarnych Dziur o masach np. 30-60 mas Słońca, czyli tzw. PBM (Primordial Black Holes), które miałyby powstać na samym początku tworzenia się Wszechświata w wyniku zapadania się "zgęstek" ciemnej materii, a ich istnienia nie tłumaczyłyby żadne znane procesy gwiazdowe.

http://www.deltami.edu.pl/temat/astronomia/astrofizyka/2018/10/10/Czy_czarne_dziury_to_ciemna_materia/

Cytat

(...) Astrometria z Gai w połączeniu z fotometrią z obserwacji naziemnych z OGLE oraz samej Gai, pozwoli na rozpoznanie soczewek wywołanych przez czarne dziury i na wyznaczenie ich parametrów, takich jak masa, prędkość czy odległość od Słońca.

Wykrycie dziesiątek czarnych dziur pozwoli po raz pierwszy na porównanie ich cech z oczekiwaniami teoretycznymi. Może okazać się, że znajdziemy dużą liczbę bardzo masywnych czarnych dziur, o masach 30 czy 60 mas Słońca, których obfitości nie uda się wytłumaczyć zwykłymi procesami gwiazdowymi. Mogą to być czarne dziury, powstałe w bardzo młodym Wszechświecie jeszcze przed powstaniem pierwszych gwiazd, kiedy to zgęstki ciemnej materii były tak duże, że zapadały się i tworzyły tzw. pierwotne czarne dziury. Możliwe, że to właśnie takie czarne dziury zaobserwowano w pierwszych detekcjach fal grawitacyjnych w 2016 roku. Potrzebujemy jednak dużo większej próbki czarnych dziur, a najlepiej na tyle pobliskich w naszej Galaktyce, aby móc odróżnić "zwykłe" gwiazdowe czarne dziury od tych pierwotnych, zbudowanych z ciemnej materii. Jest szansa, że właśnie mikrosoczewkowanie grawitacyjne i misja Gaia to umożliwią już za kilka lat.

Drugim efektem jest soczewkowanie astrometryczne. Oprócz sumarycznego pojaśnienia źródła obserwuje się też jego przesunięcie na niebie, a dokładniej, przesunięcie środka obrazów.

P.s. Mała uwaga - zamiast czarna materia/energia używa się słów ciemna materia/energia

  • Upvote (+1) 1

Share this post


Link to post
Share on other sites
4 godziny temu, cyjanobakteria napisał:

A co się teraz nie spina w galaktykach z DM?

Z tego co się orientuję to tutaj przytkało modele, ale możliwe że nie jestem na bieżąco:

https://en.wikipedia.org/wiki/Cuspy_halo_problem

https://en.wikipedia.org/wiki/Dwarf_galaxy_problem

http://www.preposterousuniverse.com/blog/2014/07/18/galaxies-that-are-too-big-to-fail-but-fail-anyway/

 

  • Upvote (+1) 2

Share this post


Link to post
Share on other sites
9 hours ago, Streamer said:

Trwają poszukiwania Pierwotnych Czarnych Dziur o masach np. 30-60 mas Słońca, czyli tzw. PBM (Primordial Black Holes)

Słyszałem o PBH. Ciekawe hipoteza. Muszą mieć dość wąski zakres mas, bo inaczej albo by wyparowały w stylu Hawkinga albo nie dałoby się ich przeoczyć przez anomalie grawitacyjne oraz wpływ na inną materię. Przynajmniej taka jest oficjalna wersja. Sam się już przyzwyczaiłem do hipotez nowych cząstek, ale nigdy nie wiadomo. Jakby PBH istniały, to byłaby szansa na BH w bliższej okolicy i w bardzo odległej przyszłości może łatwiej byłoby badać tego typu obiekty. Póki co najbliższą znana BH jest w odległości około 1100 ly.

 

6 hours ago, l_smolinski said:

Z tego co się orientuję to tutaj przytkało modele, ale możliwe że nie jestem na bieżąco:

Ciekawe, muszę poczytać.

Share this post


Link to post
Share on other sites
W dniu 29.01.2021 o 14:53, cyjanobakteria napisał:

Nikt nie twierdzy, że jest inaczej. O tym się nie dowiedzą, dopóki nie sprawdzą wszystkich możliwości. Era łatwiej nauki się skończyła. Chociaż nowe klasa instrumentów jak LIGO przyniosła wyniki praktycznie natychmiastowo.

LIGO pracował 15 lat zanim wykryto fale grawitacyjne. Pomysł był genialnie prosty, ale chyba największym problemem była kalibracja i osiągnięcie odpowiedniej czułości. Do tego interpretacja danych wymagała sporej mocy obliczeniowej. Do dzisiaj istnieje program Einstein@Home. Budowę rozpoczęto w 1996, a odkrycie fal grawitacyjnych ogłoszono w 2016. Przez te 20 lat wiele osób mówiło że to strata czasu i nigdy się nie uda. Nie było to ani proste, ani szybkie odkrycie, ale na szczęście ktoś był przekonany że się uda.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Nad projektem pracowano od dawna, ale fale wykryto prawie natychmiast po osiągnięciu odpowiedniej czułości. Veritasium ma dobre video na ten temat, a jest to zabawna historia, bo na początku kierownik teamu nie podchodził do zebranych danych poważnie. Wydawało się nieprawdopodobne, aby tak szybko osiągnięto sukces. PhysicsGirl ma dobry wywiad z kimś z LIGO i oba kanały polecam. Znalezienie linków pozostawiam jako zadanie dla bystrzaka :) Po raz drugi fale grawitacyjne LIGO wykryło znowu wkrótce po ponownym uruchomieniu, więc wyraźnie widać, że tego typu zjawiska, choć niezmiernie rzadkie, w skali Wszechświata zachodzą praktycznie non-stop.

Co do dark matter, Youtube zarekomendowało mi dzisiaj krótkie video z przeglądem DM od Fermilab, pierwsze 6 minut, bo potem odpowiada na pytania widzów, które też są ciekawe. Fermilab ma kilka dłuższych prezentacji na ten temat, które kiedyś widziałem i też polecam.

 

Edited by cyjanobakteria
  • Upvote (+1) 1

Share this post


Link to post
Share on other sites

Jeszcze całego nie widziałem, ale początek zapowiada się bardzo dobrze, jak wszystkie filmy od PBS SpaceTime! :) Do tego produkcja z tego tygodnia.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Odświeżyłem sobie wczoraj wywiad z PhysicsGirl, o którym wspomniałem. Trochę nie w temacie DM, ale bardzo ciekawa dyskusja o LIGO.

 

Edited by cyjanobakteria

Share this post


Link to post
Share on other sites

Jest kilka tematycznych kanałów dla wielbicieli fizyki (od  strony budowy materii i kosmologii):
PBS SpaceTime: https://www.youtube.com/c/pbsspacetime/videos
Fermilab, szczególnie z dr Lincolnem: https://www.youtube.com/c/fermilab/videos
Science Asylum, https://www.youtube.com/c/Scienceasylum/video
Sabina Hosselfelder, https://www.youtube.com/c/SabineHossenfelder/videos
Te powyżej są w pełni profesjonalne.
Trochę bardziej zabawowe to ( i dotyczące także fizyki dnia codziennego):
https://www.youtube.com/c/DrBecky/videos
https://www.youtube.com/c/physicsgirl/videos
https://www.youtube.com/c/veritasium/videos
no i dla dzieci, merytorycznie trochę słabszy:
https://www.youtube.com/c/inanutshell/videos

Najwyższy poziom to oczywiście Dr Lincoln z Fermilab. Każdy kanał ma swój koloryt i swoje spojrzenie na Wszechświat. Myślę że każdy z tych kanałów może swój ulubiony sposób przekazywania wiedzy wybrać.

Na DM składać się może wiele czynników a nie jeden.
PBH jeśli istnieją (nie jest to pewne) to wszystko wskazuje że mogą być tylko drobną częścią DM. Tak samo jak zresztą zwykłe BH.
Ja powoli zaczynam myśleć o piątym rodzaju oddziaływań. I tak musimy jeszcze wyjaśnić DE, więc miejsce jest na kolejne oddziaływanie.
Tak jak grawitacja nie łączy się z pozostałymi oddziaływaniami, tak samo może być jeszcze jedno takie oddziaływanie.
Nowe słabe oddziaływanie mogłoby naprawdę masę rzeczy wyjaśnić, włącznie z odstępstwami od Modelu Standardowego jakie już są poszlaki że istnieją.

W dniu 29.01.2021 o 14:53, cyjanobakteria napisał:

Swoją drogą, podobnie było z czarnymi dziurami. Długo były znane z teoretycznych rozważań i matematycznych wyliczeń

DM nie jest znana z teoretycznych rozważań i matematycznych obliczeń. DM jest znana z powodu obserwacji zachowania innych obiektów.

Edited by thikim
  • Upvote (+1) 1

Share this post


Link to post
Share on other sites
1 hour ago, thikim said:

DM nie jest znana z teoretycznych rozważań i matematycznych obliczeń. DM jest znana z powodu obserwacji zachowania innych obiektów.

Chodziło mi o to, że BH jak i DM długo nie udawało się zaobserwować, ale były przesłanki ku ich istnieniu.

Share this post


Link to post
Share on other sites
1 godzinę temu, thikim napisał:

Jest kilka tematycznych kanałów dla wielbicieli fizyki (od  strony budowy materii i kosmologii):

Fajna lista :D Jednego z nich nie znałem, dzięki. Dodam jeszcze dosyć nietypowy kanał. Może komuś przypadnie do gustu taki sposób tłumaczenia: https://www.youtube.com/user/EugeneKhutoryansky

Edited by gooostaw

Share this post


Link to post
Share on other sites
W dniu 3.02.2021 o 12:57, cyjanobakteria napisał:

Chodziło mi o to, że BH jak i DM długo nie udawało się zaobserwować, ale były przesłanki ku ich istnieniu.

Zaobserwowano DM?
 

Share this post


Link to post
Share on other sites

DM zaobserwowano wyłącznie pośrednio poprzez soczewkowanie grawitacyjne, jak ma to miejsce w Bullet Cluster. O czym wiesz. BH nie były zaobserwowane bezpośrednio aż do 2019, a LIGO wykryło pierwsza kolizję w 2015 roku. Do tego czasu dysponowano jedynie obserwacjami pośrednimi, jak wpływ pola grawitacyjnego na gwiazdy w pobliżu Sgr A* czy promieniowanie dysku akrecyjnego albo kwazarów. Więc potrzeba było kilka dekad aby potwierdzić ich istnienie. DM jest znacznie młodszą hipotezą. Ja widzę podobieństwo, tylko tyle.

Edited by cyjanobakteria

Share this post


Link to post
Share on other sites
Teraz, cyjanobakteria napisał:

DM zaobserwowano wyłącznie pośrednio poprzez soczewkowanie grawitacyjne, jak ma to miejsce w Bullet Cluster.

Trochę nie tak. Obserwacje soczewkowania to obserwacje bezpośrednie, ale tu chodzi o coś innego - "prawie" dowód. ;)

5 minut temu, cyjanobakteria napisał:

BH nie były zaobserwowane bezpośrednio aż do 2019

:blink:

6 minut temu, cyjanobakteria napisał:

LIGO wykryło pierwsza kolizję w 2015 roku

A może jakiś krasnolud zamieszał w tych lustrach? ;) Wydaje mi się, że trochę za bardzo mieszasz z tym co traktujemy jako obserwację "bezpośrednią", bo to cała skomplikowana drabina zależności fizycznych - przepraszam, trochę czasu mi brak by rozpisać się bardziej.

8 minut temu, cyjanobakteria napisał:

Do tego czasu dysponowano jedynie obserwacjami pośrednimi, jak wpływ pola grawitacyjnego na gwiazdy w pobliżu Sgr A*

Masz jakąś lepszą hipotezę na ten wpływ? Krasnoludy? ;) Krótko: nie róbmy sobie jaj...

9 minut temu, cyjanobakteria napisał:

DM jest znacznie młodszą hipotezą.

Przeciwnie. DM jest starszą, bo DE to już inna (i trochę późniejsza bajka, owszem, z nobelkiem), ale do dziś dyskusyjna znacznie bardziej.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Nie będę się spierał, bo trochę przegiąłem na niekorzyść BH, ale już czułem oddech psycho Sabiny na karku i spanikowałem :)

Zdaje sobie sprawę, że skoro z obserwacji wynika, że obiekt musi mieć skoncentrowane pierdyliard mas Słońca, których na dodatek nie widać, jak w przypadku Sgr A*, to musi to być SMBH wedle obecnej wiedzy naukowej. Ale faktycznie nie wiem gdzie jest granica pośredniej obserwacji, a gdzie bezpośredniej.

 

37 minutes ago, Astro said:

A może jakiś krasnolud zamieszał w tych lustrach? ;)

W takich warunkach chyba tylko niesporczaki dają radę, chociaż nikt do nich nie ładował z laserów o mocy 1 MW :)

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 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
      Naukowcy starają się określić własności grawitonu – hipotetycznej cząstki przenoszącej oddziaływanie grawitacyjne. W pracy opublikowanej w czasopiśmie Journal of High Energy Astrophysics prof. Marek Biesiada wraz ze współpracownikami na podstawie analizy 12 gromad galaktyk przedstawili nowe ograniczenie na masę grawitonu. Jest ono o siedem rzędów wielkości silniejsze niż ograniczenia wynikające z obserwacji fal grawitacyjnych.
      Ogólna Teoria Względności (OTW) zmieniła nasze wyobrażenia o grawitacji. W myśl OTW, materia zakrzywia czasoprzestrzeń, a wszystkie obiekty, jeśli nie podlegają wpływowi innych, niegrawitacyjnych oddziaływań, to poruszają się w tej zakrzywionej czasoprzestrzeni po szczególnych trajektoriach zwanych geodezyjnymi. Dla niezbyt dużych zakrzywień czasoprzestrzeni i niewielkich prędkości, w porównaniu do prędkości światła, teoria Einsteina odtwarza prawo powszechnego ciążenia Newtona, które z powodzeniem stosujemy nadal do opisu ruchu planet, czy gwiazd w galaktykach.
      Wiemy, że pozostałe trzy oddziaływania fundamentalne – długozasięgowe oddziaływanie elektromagnetyczne, oraz oddziaływania słabe i silne rządzące materią na poziomie subatomowym - mają naturę kwantową. W opisie kwantowym oddziaływanie polega na wymianie przenoszącej je cząstki (bozonu). Dla elektromagnetyzmu jest to foton – cząstka światła, kwant fali elektromagnetycznej. Dla oddziaływań silnych i słabych są to odpowiednio gluony oraz bozony Z i W. Od przeszło stu lat fizycy próbują w ten sam sposób spojrzeć na powszechne ciążenie, poszukując kwantowej teorii grawitacji. Przez analogię do innych oddziaływań, hipotetyczną cząstką przenoszącą grawitację miałby być tzw. grawiton. Ze względu na nieskończony zasięg oddziaływań grawitacyjnych słabnących z kwadratem odległości, grawiton – podobnie jak foton – powinien być bezmasowy. Są to jednak tylko przewidywania teoretyczne, które trzeba zweryfikować eksperymentalnie.
      Badając własności hipotetycznego grawitonu można postawić pytanie odwrotne: jakie, dające się zaobserwować konsekwencje, powinny się ujawnić w dostępnym nam obrazie Wszechświata i jego dynamiki, gdyby jednak grawiton miał inne cechy niż się spodziewamy – na przykład, gdyby miał bardzo małą, ale jednak niezerową masę? Jeśli dane obserwacyjne – zawsze obarczone niepewnością – pozostają w zgodzie z hipotezą bezmasowego grawitonu, to niepewność związana z tymi danymi pozwala na oszacowanie z góry maksymalnej masy grawitonu, czyli pozwala odpowiedzieć na pytanie jak lekki może być grawiton, by konsekwencje wynikające z jego masy nie kłóciły się jeszcze z danymi obserwacyjnymi. W pracy opublikowanej w czasopiśmie Journal of High Energy Astrophysics prof. Marek Biesiada z NCBJ wspólnie z dr Aleksandrą Piórkowską-Kurpas z Uniwersytetu Śląskiego oraz prof. Shuo Cao z Bejing Normal University uzyskali w ten sposób ograniczenie na masę grawitonu mg < 5·10-29 eV.
      Z każdą cząstką związana jest charakterystyczna długość tzw. fali Comptona – odwrotnie proporcjonalna do jej masy – wyjaśnia prof. Marek Biesiada. Im większa masa, tym mniejsza długość tej fali. W przypadku cząstek przenoszących oddziaływania, długość fali Comptona określa zasięg oddziaływania. Zerowa masa oznacza nieskończoną długość fali Comptona, czyli zasięg nieskończony. W przypadku elektromagnetyzmu teoria przewiduje, że foton powinien być bezmasowy. Podobnie jest w przypadku grawitacji. Zatem badania masy grawitonu są w istocie testem teorii. Są testem bardzo istotnym, gdyż niektórzy badacze proponowali teorie modyfikujące OTW, które przewidują, że zasięg oddziaływania grawitacyjnego powinien być skończony. W teoriach takich modyfikacji ulega potencjał Newtonowski: na dużych odległościach siła przyciągania grawitacyjnego maleje szybciej niż z kwadratem odległości.
      Obecnie dysponujemy coraz dokładniejszymi pomiarami mas gromad galaktyk w funkcji odległości od centrum. Jest to możliwe dzięki połączeniu obserwacji w promieniach X oraz kosmologicznego promieniowania mikrofalowego, zarejestrowanego przez satelitę Planck.
      W naszych badaniach wykorzystaliśmy pomiary mas 12 gromad galaktyk z próbki X-COP, testując możliwe odstępstwa od potencjału Newtonowskiego – dodaje profesor Biesiada. W rezultacie uzyskaliśmy jedno z najsilniejszych ograniczeń górnych na masę grawitonu. Jest ono siedem rzędów wielkości (10 mln razy) silniejsze od ograniczeń dostarczonych z obserwacji fal grawitacyjnych przez detektory LIGO-Virgo.
      Naukowcy NCBJ uczestniczą we wszystkich, kluczowych dla kosmologii, toczących się obecnie i planowanych projektach. Będą one z pewnością przynosić nowe, coraz dokładniejsze testy fizyki fundamentalnej.

      « 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
      Uniwersytet w Białymstoku będzie popularyzować opracowany w zeszłym roku kalkulator masy bocianich gniazd. Kalkulator pozwala oszacować masę gniazda z zaledwie 2 pomiarów: wysokości i szerokości. Może on pomóc ocenić zagrożenie, spowodowane już istniejącymi gniazdami, ale też przyczynić się do projektowania bardziej wytrzymałych elementów nośnych dachów, słupów czy platform lęgowych, na których mogą zagnieździć się bociany - podkreśla Adam Zbyryt, doktorant ze Szkoły Doktorskiej Nauk Ścisłych i Przyrodniczych UwB.
      Kalkulator powstał w ramach projektu pt. „Ochrona bociana białego w dolinach rzecznych wschodniej Polski”. Był on realizowany przez Polskie Towarzystwo Ochrony Ptaków (PTOP) oraz Biebrzański Park Narodowy i Łomżyński Park Krajobrazowy Doliny Narwi.
      Autorami narzędzia są Adam Zbyryt, dr Łukasz Dylewski z Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu oraz dr Grzegorz Neubauer z Uniwersytetu Wrocławskiego.
      Na projekt „Nie udźwigniesz, taki to ciężar! Popularyzacja kalkulatora masy gniazd bociana białego” Adama Zbyryta Ministerstwo Edukacji i Nauki przyznało dofinansowanie w wysokości 60.500 zł.
      Gniazda bociana białego należą do jednych z największych i najcięższych struktur budowanych przez zwierzęta na świecie. Nierzadko osiągają szerokość i wysokość dwóch metrów, a ich masa przekracza półtorej tony. Ponieważ coraz więcej bocianów gnieździ się blisko człowieka, a gniazda zakładane są na słupach elektroenergetycznych czy dachach budynków, generuje to konflikty na linii człowiek przyroda. Głównym problemem jest właśnie masa gniazd, która znacząco obciąża różnego rodzaju konstrukcje. Wynika to głównie z tego, że ich wnętrze to zbita przetworzona materia, która stanowi glebę (histosol) – wyjaśnia biolog.
      Kalkulator jest dostępny w 5 wersjach językowych: po polsku, angielsku, hiszpańsku, francusku i rosyjsku. Wymiary gniazda podaje się w centymetrach, należy też określić wskaźnik ubicia materiału gniazdowego (do wyboru są 2 opcje: normalne i ubite). Jak napisano na stronie z kalkulatorem, wyświetlone zostaną wyniki dla trzech najlepszych równań (modeli) szacujących masę. Szacowana przeciętna masa gniazda o podanych wymiarach wyświetlona jest w kolumnie „Średnia”. Dolne (po lewej stronie) i górne (po prawej stronie) kolumny zawierają predykcyjne przedziały ufności dla oszacowania średniej na trzech predefiniowanych poziomach.
      Projekt „Nie udźwigniesz, taki to ciężar!” ma pomóc w rozpropagowaniu metody zarówno w Polsce, jak i w krajach, gdzie bocian biały (Ciconia ciconia) licznie gniazduje, a więc np. w Hiszpanii, Portugalii, Białorusi, Bułgarii, Litwie i w Niemczech. Posłużą do tego różne kanały, w tym prasa, radio i telewizja czy media społecznościowe. Chodzi o to, by uniknąć problemów związanych z gniazdami i przyczynić się do ochrony gatunku.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Od czasu odkrycia oscylacji neutrin wiemy, że neutrina mają niezerową masę. Dotychczas nie udało się jej precyzyjnie określić. Tymczasem neutrina to najbardziej rozpowszechnione, a jednocześnie najtrudniejsze do zbadania, ze wszystkich znanych nam cząstek. Teraz międzynarodowy zespół naukowcy pracujący przy eksperymencie KATRIN przełamał ważną barierę. Po raz pierwszy wykazano, że masa neutrino jest mniejsza od 1 elektronowolta (eV).
      KATRIN (Karlsruhe Tritium Neutrino Experiment) znajduje się w Karlsruhe Institute for Technology w Niemczech. Uruchomiony w 2018 roku projekt to owoc współpracy Czech, Niemiec, Rosji, USA i Wielkiej Brytanii. Pracuje przy nim około 130 naukowców. Na łamach Nature ogłoszono właśnie, że podczas drugiej kampanii badawczej masę neutrina określono na 0,7 eV, a poziom ufności pomiaru wynosi 90%. W połączeniu z danymi z pierwszej kampanii badawczej KATRIN pracujący przy eksperymencie naukowcy ogłosili, że górny limit masy neutrina wynosi 0,8 eV. Tym samym wiemy, że neutrino jest o co najmniej 500 000 razy lżejsze od elektronu.
      Głównym elementem eksperymentu KATRIN jest największy na świecie spektrometr. Urządzenie ma 23 metry długości i 10 metrów szerokości. Wewnątrz panuje próżnia. Najpierw przeprowadzany jest rozpad beta trytu, w wyniku którego powstaje elektron i antyneutrino. Następnie elektron, bez zmiany jego energii, jest kierowany do spektrometru. Pomiary energii samego neutrina nie są możliwe, ale możemy precyzyjnie mierzyć energię elektronu. Jako, że możemy zmierzyć łączną energię elektronu i antyneutrina oraz energię samego elektronu, jesteśmy w stanie poznać energię czyli masę, antyneutrina.
      Gdy przed 5 laty opisywaliśmy zakończenie prac nad KATRIN i niezwykłą podróż komory próżniowej do miejsca montażu, cytowaliśmy ekspertów, którzy twierdzili, że KATRIN może być ostatnią nadzieją współczesnej fizyki,by bez nowej rewolucyjnej technologii zmierzyć masę neutrina. To koniec drogi, mówił wówczas Peter Doe, fizyk w University of Washington.
      Obecnie fizyk Björn Lehnert z Lawrence Berkeley National Laboratory, który pracuje przy KATRIN, mówi, że przez najbliższe 3 lata naukowcy będą  prowadzili kolejne eksperymenty, by zebrać więcej danych, jednak ze względu na sposób pracy KATRIN nie spodziewa się zmniejszenia poziomu niepewności. Czynnikiem ograniczającym KATRIN jest chemia, ponieważ używamy molekuł trytu (T2). Molekuły to złożone obiekty, mają więcej stopni swobody niż atomy, więc każdy ich rozpad jest nieco inny i inny jest ostateczny rozkład elektronów. W pewnym momencie nie będziemy już mogli udoskonalać pomiaru masy neutrina, gdyż sam początkowy rozpad jest obarczony pewnym marginesem niepewności. Jedynym sposobem na udoskonalenie pomiarów stanie się wówczas wykorzystanie trytu atomowego. Będzie z niego korzystał planowany dopiero eksperyment Project 8. Jest on bardzo obiecujący, ale miną lata zanim zostanie uruchomiony.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...