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

W Antarktydę uderzyła potężna cząstka i potwierdziła zjawisko przewidziane 60 lat temu

Recommended Posts

Znajdujący się na Biegunie Południowym wielki detektor neutrin IceCube zarejestrował wysokoenergetyczne wydarzenie, które potwierdziło istnienie zjawiska przewidzianego przed 60 laty i wzmocniło Model Standardowy. Wydarzenie to zostało wywołane przez cząstkę antymaterii o energii 1000-krotnie większej niż cząstki wytwarzane w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC).

Ponad 4 lata temu, 8 grudnia 2016 roku wysokoenergetyczne antyneutrino elektronowe wpadło z olbrzymią prędkością w pokrywę lodową Antarktydy. Jego energia wynosiła gigantyczne 6,3 petaelektronowoltów (PeV). Głęboko w lodzie zderzyło się ono z elektronem, doprowadzając do pojawienia się cząstki, która szybko rozpadła się na cały deszcz cząstek. Ten zaś został zarejestrowany przez czujniki IceCube Neutrino Observatory.

IcCube wykrył rezonans Glashowa, zjawisko, które w 1960 roku przewidział późniejszy laureat Nagrody Nobla, Sheldon Glashow. Pracujący wówczas w Instytucie Nielsa Bohra w Kopenhadze naukowiec opublikował pracę, w której stwierdził, że antyneutrino o odpowiedniej energii może wejść w interakcje z elektronem, w wyniku czego dojdzie do pojawienia się nieznanej jeszcze wówczas cząstki. Cząstką tą był odkryty w 1983 roku bozon W.

Po odkryciu okazało się, że ma on znacznie większą masę, niż przewidywał Glashow. Wyliczono też, że do zaistnienia rezonansu Glashowa konieczne jest antyneutrino o energii 6,3 PeV. To niemal 1000-krotnie większa energia niż nadawana cząstkom w Wielkim Zderzaczu Hadronów. Żaden obecnie działający ani obecnie planowany akcelerator nie byłby zdolny do wytworzenia tak wysokoenergetycznej cząstki.

IceCube pracuje od 2011 roku. Dotychczas obserwatorium wykryło wiele wysokoenergetycznych zdarzeń, pozwoliło na przeprowadzenie niepowtarzalnych badań. Jednak zaobserwowanie rezonansu Glashowa to coś zupełnie wyjątkowego. Musimy bowiem wiedzieć, że to dopiero trzecie wykryte przez IceCube wydarzenie o energii większej niż 5 PeV.

Odkrycie jest bardzo istotne dla specjalistów zajmujących się badaniem neutrin. Wcześniejsze pomiary nie dawały wystarczająco dokładnych wyników, by można było odróżnić neutrino od antyneutrina. To pierwszy bezpośredni pomiar antyneutrina w przepływających neutrinach pochodzenia astronomicznego, mówi profesor Lu Lu, jeden z autorów analizy i artykułu, który ukazał się na łamach Nature.

Obecnie nie jesteśmy w stanie określić wielu właściwości astrofizycznych źródeł neutrin. Nie możemy np. zmierzyć rozmiarów akceleratora czy mocy pól magnetycznych w rejonie akceleratora. Jeśli jednak będziemy w stanie określić stosunek neutrin do antyneutrin w całym strumieniu, bo będziemy mogli badać te właściwości, dodaje analityk Tianlu Yaun z Wisconsin IceCube Particle Astrophysics Center.

Sheldon Glashow, który obecnie jest emerytowanym profesorem fizyki na Boston University mówi, że aby być absolutnie pewnymi wyników, musimy zarejestrować kolejne takie wydarzenie o identycznej energii. Na razie mamy jedno, w przyszłości będzie ich więcej.

Niedawno ogłoszono, że przez najbliższych kilka lat IceCube będzie udoskonalany, a jego kolejna wersja – IceCube-Gen2 – będzie w stanie dokonać większej liczby tego typu pomiarów.


« 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
      Po raz pierwszy udało się zrekonstruować w laboratorium falową naturę elektronu, jego funkcję falową Blocha. Dokonali tego naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara (UCSB), a ich praca może znaleźć zastosowanie w projektowaniu kolejnych generacji urządzeń elektronicznych i optoelektronicznych.
      Elektrony zachowują się jednocześnie jak cząstki oraz jak fala. Ich falowa natura opisywane jest przez naukowców za pomocą obiektów matematycznych zwanych funkcjami falowymi. Funkcje te zawierają zarówno składowe rzeczywiste, jak i urojone. Z tego też powodu funkcji falowej Blocha elektronu nie można bezpośrednio zmierzyć. Można jednak obserwować powiązane z nią właściwości. Fizycy od dawna próbują zrozumieć, w jaki sposób falowa natura elektronów poruszających się przez sieć krystaliczną atomów, nadaje tej sieci właściwości elektroniczne i optyczne. Zrozumienie tego zjawiska pozwoli nam projektowanie urządzeń lepiej wykorzystujących falową naturę elektronu.
      Naukowcy z Santa Barbara wykorzystali silny laser na swobodnych elektronach, który posłuży im do uzyskanie oscylującego pola elektrycznego w półprzewodniku, arsenu galu. Jednocześnie za pomocą lasera podczerwonego o niskiej częstotliwości wzbudzali jego elektrony. Wzbudzone elektrony pozostawiały po sobie „dziury” o ładunku dodatnim. Jak wyjaśnia Mark Sherwin, w arsenku galu dziury te występują w dwóch odmianach – lekkiej i ciężkiej – i zachowują się jak cząstki o różnych masach.
      Para elektron-dziura tworzy kwazicząstkę zwaną ekscytonem. Fizycy z UCSB odkryli, że jeśli utworzy się elektrony i dziury w odpowiednim momencie oscylacji pola elektrycznego, to oba elementy składowe ekscytonów najpierw oddalają się od siebie, następnie zwalniają, zatrzymują się, zaczynają przyspieszać w swoim kierunku, dochodzi do ich zderzenia i rekombinacji. W czasie rekombinacji emitują impuls światła – zwany wstęgą boczną – o charakterystycznej energii. Emisja ta zawiera informacje o funkcji falowej elektronów, w tym o ich fazach.
      Jako, że światło i ciężkie dziury przyspieszają w różnym tempie w polu elektrycznym ich funkcje falowe Blocha mają różne fazy przed rekombinacją z elektronami. Dzięki tej różnicy fazy dochodzi do interferencji ich funkcji falowych i emisji, którą można mierzyć. Interferencja ta determinuje też polaryzację wstęgi bocznej. Może ona być kołowa lub eliptyczna.
      Autorzy eksperymentu zapewniają, że sam prosty stosunek pomiędzy interferencją a polaryzacją, który można zmierzyć, jest wystarczającym warunkiem łączącym teorię mechaniki kwantowej ze zjawiskami zachodzącymi w rzeczywistości. Ten jeden parametr w pełni opisuje funkcję falową Blocha dziury uzyskanej w arsenku galu. Uzyskujemy tę wartość mierząc polaryzację wstęgi bocznej, a następnie rekonstruując funkcję falową, która może się różnić w zależności od kąta propagacji dziury w krysztale, dodaje Seamus O'Hara.
      Do czego takie badania mogą się przydać? Dotychczas naukowcy musieli polegać na teoriach zawierających wiele słabo poznanych elementów. Skoro teraz możemy dokładnie zrekonstruować funkcję falową Blocha dla różnych materiałów, możemy to wykorzystać przy projektowaniu i budowie laserów, czujników i niektórych elementów komputerów kwantowych, wyjaśniają naukowcy.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Niedawno dowiedzieliśmy się o wyjątkowych upałach, jakie nawiedziły Kanadę i o kolejnych krajowych rekordach temperatury, która w końcu w miejscowości Lytton sięgnęła niemal 50 stopni Celsjusza. Tymczasem Światowa Organizacja Meteorologiczna (WMO) oficjalnie potwierdziła rekord temperatury na Antarktydzie. W lutym ubiegłego roku w argentyńskiej stacji Esperanza na Półwyspie Antarktycznym zanotowano 18,3 stopnia Celsjusza.
      Zweryfikowanie pomiaru najwyższej temperatury jest ważne, gdyż pozwala nam zbudować lepszy obraz pogody i klimatu na tym obszarze, stwierdził sekretarz generalny WMO, Petteri Taalas. Półwysep Antarktyczny to jeden z najszybciej ogrzewających się obszarów na Ziemi. W ciągu ostatnich 50 lat średnie temperatury wzrosły tam o 3 stopnie Celsjusza. Nowy rekord jest zatem zgodny z obserwowanym trendem.
      W ubiegłym roku John King z British Antarctic Survey mówił To jest ten region Antarktyki, w którym spodziewamy się od czasu do czasu niezwykle wysokich temperatur. Jest to spowodowane gorącymi wiatrami wiejącym z gór na zachód od Stacji Esperanza. Powodują one, że w ciągu kilku godzin temperatura może wzrosnąć nawet o 10 stopni Celsjusza. Samo to zjawisko nie jest niczym niepokojącym. Ale wpisuje się ono we wzorzec zmian na Antarktyce i tym należy się martwić. To najszybciej ocieplający się region Antarktyki, więc nie będę zdziwiony, jeśli w ciągu najbliższych lat obecny rekord znowu zostanie pobity, stwierdzał King.
      Weryfikując pomiar rekordowej temperatury, eksperci z WMO przyjrzeli się zarówno warunkom, jakie wówczas panowały, jak i samemu sposobowi przeprowadzenia pomiaru oraz wykorzystanym urządzeniom. Stwierdzili, że utworzony wówczas obszar wysokiego ciśnienia zepchnął wiatr w po zboczach gór. Z wcześniejszych badań wiemy, że takie warunku i sprzyjają szybkiemu wzrostowi temperatury w tym regionie. Odnośnie metod i narzędzi pomiarowych nie zgłoszono żadnych zastrzeżeń.
      Jednocześnie WMO uznało za błędny inny, jeszcze wyższy, odczyt z automatycznej brazylijskiej stacji monitorującej umieszczonej na pobliskiej Wyspie Seymoura. W tym samym czasie, gdy padł rekord na Esperanzy, stacja na wyspie wskazał temperaturę 20,75 stopni Celsjusza. Eksperci WMO uznali, że improwizowana osłona radiacyjna na brazylijskiej stacji doprowadziła do nieprawidłowego działania czujnika temperatury powietrza i nie uznali odczytu.
      Dane ze stacji Esperanza zostaną wpisane do prowadzonej przez WMO bazy danych zawierające ekstrema klimatyczne i pogodowe. Zawarto tam informacje o najwyższych i najniższych na Ziemi temperaturach, opadach, suszach, prędkościach wiatru i innych, w tym zgonach spowodowanych pogodowymi ekstremami.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Rozwiązaniem problemu pomiędzy szybkością działania komputerów kwantowych a koherencją kubitów może być zastosowanie dziur, twierdzą australijscy naukowcy. To zaś może prowadzić do powstania kubitów nadających się do zastosowania w minikomputerach kwantowych.
      Jedną z metod stworzenia kubitu – kwantowego bitu – jest wykorzystanie spinu elektronu. Aby uczynić komputer kwantowy tak szybkim, jak to tylko możliwe, chcielibyśmy mieć możliwość manipulowania spinami wyłącznie za pomocą pola elektrycznego, dostarczanego za pomocą standardowych elektrod.
      Zwykle spiny nie reagują na pole elektryczne, jednak z niektórych materiałach spiny wchodzi w niebezpośrednie interakcje z polem elektrycznym. Mamy tutaj do czynienia z tzw. sprzężeniem spinowo-orbitalnym. Eksperci zajmujący się tym tematem obawiają się jednak, że gdy taka interakcja jest zbyt silna, wszelkie korzyści z tego zjawiska zostaną utracone, gdyż dojdzie do dekoherencji i utraty kwantowej informacji.
      Jeśli elektrony zaczynają wchodzić w interakcje z polami kwantowymi, które im aplikujemy w laboratorium, są też wystawione na niepożądane zmienne pola elektryczne, które istnieją w każdym materiale. Potocznie nazywamy to „szumem”. Ten szum może zniszczyć delikatną informację kwantową, mówi główny autor badań, profesor Dimi Culcer z Uniwersytetu Nowej Południowej Walii.
      Nasze badania pokazują jednak, że takie obawy są nieuzasadnione. Nasze teoretyczne badania wykazały, że problem można rozwiązać wykorzystując dziury – które można opisać jako brak elektronu – zachowujące się jak elektrony z ładunkiem dodatnim, wyjaśnia uczony.
      Dzięki wykorzystaniu dziur kwantowy bit może być odporny na fluktuacje pochodzące z tła. Co więcej, okazało się, że punkt, w którym kubit jest najmniej wrażliwy na taki szum, jest jednocześnie punktem, w którym działa on najszybciej. Z naszych badań wynika, że w każdym kwantowym bicie utworzonym z dziur istnieje taki punkt. Stanowi to podstawę do przeprowadzenia odpowiednich eksperymentów laboratoryjnych, dodaje profesor Culcer.
      Jeśli w laboratorium uda się osiągnąć te punkty, będzie można rozpocząć eksperymenty z utrzymywaniem kubitów najdłużej jak to możliwe. Będzie to też stanowiło punkt wyjścia do skalowania kubitów tak, by można było je stosować w minikomputerach.
      Wiele wskazuje na to, że takie eksperymenty mogą zakończyć się powodzeniem. Profesor Joe Salfi z University of British Columbia przypomina bowiem: Nasze niedawne eksperymenty z kubitami utworzonymi z dziur wykazały, że w ich wypadku czas koherencji jest dłuższy, niż się spodziewaliśmy. Teraz widzimy, że nasze obserwacje mają solidne podstawy teoretyczne. To bardzo dobry prognostyk na przyszłość.
      Praca Australijczyków została opublikowana na łamach npj Quantum Information.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Fizycy z Niemiec i Ameryki Północnej poinformowali o planach wybudowania u wybrzeży Kanady największego na świecie obserwatorium neutrin. The Pacific Ocean Neutrino Experiment (P-ONE) ma rejestrować najbardziej energetyczne neutrina pochodzące z ekstremalnych zjawisk w Drodze Mlecznej.
      Obserwatoria neutrin rejestrują promieniowanie Czerenkowa, które pojawia się, gdy neutrino przechodzące przez Ziemię trafi w jądro atomu, co powoduje powstanie szybko poruszających się cząstek. Obecnie największym tego typu urządzeniem jest opisywane przez nas IceCube, które korzysta z licznych fotodetektorów zawieszonych na linach, które są opuszczone głęboko w lód na Biegunie Południowym. Całość zajmuje 1 km3. W 2013 roku to właśnie IceCube zarejestrował pierwsze neutrino pochodzące spoza naszej galaktyki. Niedawno informowaliśmy o wykryciu tajemniczych sygnałów, które mogą doprowadzić do rewolucji w Modelu Standardowym.
      Jak mówi Elisa Resconi w Uniwersytetu w Monachium, która stoi na czele P-ONE, wyniki uzyskane dotychczas przez IceCube dowodzą, że potrzebne są dodatkowe obserwatoria neutrin oraz rozbudowa samego IceCube. Stoimy w przededniu istnienia astronomii opartej o neutrino. Jeśli jednak będzie się ona opierała o jedno obserwatorium, to jej rozwój potrwa bardzo długo, być może całe dekady.
      P-ONE ma składać się z 7 grup po 10 lin z czujnikami. Całość ma mieć objętość 3 km3. Dzięki temu, że będzie większe, obserwatorium będzie w stanie wyłapać rzadsze neutrina o większej energii. Będzie najbardziej czułe w zakresie dziesiątku teraelektronowoltów, podczas gdy IceCube jest w stanie zarejestrować neutrina o energiach rzędu pojedynczych TeV. P-ONE będzie obserwowało też inną część nieboskłonu, wyłapując głównie neutrina z południowej hemisfery. Częściowo jednak zakres prac obu obserwatoriów będzie się nakładał, zatem możliwa będzie niezależna weryfikacja obserwacji.
      Nowe obserwatorium zostanie umieszczone na głębokości około 2,6 km, w Cascadia Basin około 200 kilometrów od wybrzeży Kolumbii Brytyjskiej. Jego budowniczowie chcą wykorzystać już istniejącą infrastrukturę. Znajduje się tam bowiem 800-kilometrowe okablowanie używane przez Ocean Networks Canada, które zasila i przesyła dane ze znajdujących się na dnie oceanu urządzeń badawczych.
      Pierwsze eksperymenty w tym miejscu rozpoczęto w 2018 roku, kiedy to opuszczono dwie liny z czujnikami i stwierdzono, że wybrane miejsce ma odpowiednie właściwości optyczne do wykrywania neutrin. Obecnie P-ONE planuje opuszczenie dodatkowej stalowej liny zawierającej spektrometry, lidary i wykrywacze mionów. Pod koniec 2023 roku ma zostać zainstalowana pierwsza część obserwatorium, pierścień z 7 linami o długości kilometra każda. Jeśli to się uda, naukowcy zwrócą się z wnioskiem o grant w wysokości 50–100 milionów USD na dokończenie budowy obserwatorium. Koszty osobowe pochłoną kolejne 100 milionów USD.
      Resconi ma nadzieję, że prace nad budową P-ONE zakończą się przed rokiem 2030, jednak przyznaje, że jest to plan bardzo ambitny. Główną niewiadomą jest działanie czujników w warunkach dużego ciśnienia, obecności soli i stworzeń morskich.
      To nie pierwszy pomysł, by umieścić obserwatorium neutrin w morzu. Już w 2014 roku pracę miał rozpocząć umieszczony w Morzu Śródziemnym KM3NeT. Dotychczas udało się zainstalować jedynie 2 z 230 lin. Obecnie planuje się, że rozpocznie on pracę w 2026 roku. Z kolei u wybrzeży Francji powstaje jeszcze inny wykrywacz. Z planowanych 115 lin umieszczono dotychczas jedynie 6. Uruchomienie planowane jest na rok 2024.
      Jak mówi Resconi, jedną z największych trudności w budowie obserwatoriów neutrin jest brak odpowiednio przeszkolonych fachowców. Fizycy wiele rzeczy robią samodzielnie. Na przykład zbudowane przez nich skrzynki, które służą do łączenia kabli na dnie morza, zawiodły. Uczona ma nadzieję, że dzięki doświadczeniu pracowników Ocean Networks Canada uda się uniknąć kolejnych błędów. Dzięki zespołowi 30–40 osób zajmujących się budową infrastruktury, fizycy mogą zająć się stroną naukową przedsięwzięcia.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      W odległości zaledwie 900 kilometrów od Bieguna Południowego odkryto pozostałości lasu deszczowego sprzed 90 milionów lat. Analiza znalezionej tam gleby z okresu kredy wykazała obecność korzeni, pyłków i zarodników. To dowodzi, że klimat był wówczas znacznie cieplejszy niż dotychczas sądzono.
      Odkrycia dokonał niemiecko-brytyjski zespół naukowy z Centrum Badań Polarnych i Morskich w Niemczech oraz Imperial College London. Współautorka badań profesor Tina van de Flierdt z Imperial, powiedziała: zachowanie pozostałości po lesie sprzed 90 milionów lat jest czymś wyjątkowym, jednak jeszcze bardziej zaskakujące jest to, czego się dowiadujemy. Nawet w czasie nocy polarnej bagniste lasy deszczowe mogły rosnąc w pobliżu Bieguna Południowego, pokazując nam, ze klimat był wówczas cieplejszy niż sądziliśmy.
      To również sugeruje, że poziom CO2 w atmosferze był w tym okresie wyższy, niż przypuszczano, co może być przyczynkiem do zmian w modelach klimatycznych dla tamtego okresu. Środkowy okres kredy (115–80 milionów lat temu) to okres największego rozkwitu dinozaurów i jednocześnie najgorętszy okres ostatnich 140 milionów lat. Poziom oceanów był wówczas o 170 metrów wyższy niż obecnie, a średnie temperatury w tropikach mogły sięgać 35 stopni Celsjusza.
      Niewiele jednak wiemy o warunkach, jakie wówczas panowały w okolicach bieguna południowego. Teraz naukowcy odkryli tam pozostałości lasu deszczowego, który mógł być podobny do lasów występujących obecnie na Nowej Zelandii. I to mimo faktu, żę przez cztery miesiące w roku panuje na tym terenie mrok. Obecność lasu deszczowego sugeruje że średnie temperatury wynosiły tam około 12 stopni Celsjusza. Mało prawdopodobne, by był tam jakikolwiek lód.
      Pozostałości gleby z tropikalnego lasu pochodzą z osadów pobranych w pobliżu lodowców Pine Island i Thwaites w Zachodniej Antarktyce. Uwagę naukowców przykuła część osadów o nietypowym kolorze. Przeprowadzili więc skanowanie tomografem komputerowym i ujawnili gęstą siec korzeni, które były tak dobrze zachowane, iż można było zobaczyć strukturę poszczególnych komórek. Próbka zawierała też olbrzymią ilość pyłków i zarodników, w tym pierwsze znalezione na tej szerokości geograficznej pozostałości roślin kwitnących.
      Wykonana przez naukowców rekonstrukcja klimatu wykazała, że średnia roczna temperatura na tamtym obszarze wynosiła około 12 stopni Celsjusza, czyli była sporo wyższa niż w Polsce. Z kolei średnia temperatura w miesiącach letnich to około 19 stopni Celsjusza. Temperatura wody w rzekach i bagnach dochodziła do 20 stopni Celsjusza, a ilość opadów dorównywała obecnej ilości opadów w Walii.
      Przed naszymi badaniami uznawano, że w kredzie koncentracja dwutlenku węgla w atmosferze wynosiła około 1000 ppn. Jednak z modeli uwzględniających zdobyte przez nas dane wynika, że taka jak opisywana temperatura na Antarktyce może być osiągnięta przy koncentracji CO2 rzędu 1120–1680 ppm, mówi główny autor badań, doktor Johann Klages z Centrum Badań Morskich i Polarnych.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...