„To wyjątkowy dzień, długo oczekiwany nie tylko przez nas, ale przez całą społeczność fizyków”
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Astronomia i fizyka
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Ciemna materia, hipotetyczna materia, która ma stanowić 85% masy kosmosu, wciąż nie została znaleziona. Nie wiemy, z czego się składa, a przekonanie o jej istnieniu pochodzi z obserwacji efektów grawitacyjnych, których obecności nie można wyjaśnić zwykłą materią. Dlatego też co jakiś czas pojawiają się hipotezy opisujące, z czego może składać się ciemna materia. Jedną z nich przedstawili właśnie na lamach Physical Review Letters dwaj uczeni z Dartmouth College. Ich zdaniem ciemna materia może być zbudowana z niemal bezmasowych relatywistycznych cząstek, podobnych do światła, które w wyniku zderzeń utworzyły pary, straciły energię, a zyskały olbrzymią masę.
Ciemna materia rozpoczęła istnienie jako niemal bezmasowe relatywistyczne cząstki, niemal jak światło. To całkowita antyteza tego, jak się obecnie postrzega ciemną materię – to zimne grudki nadające masę galaktykom. Nasza teoria próbuje wyjaśnić, jak przeszła ona ze światła do grudek, mówi profesor fizyki i astronomii Robert Caldwell. Jest on współautorem badań przeprowadzonych z magistrantem fizyki i matematyki Guanmingiem Liangiem.
Po Wielkim Wybuchu wszechświat zdominowany był przez gorące szybko poruszające się cząstki podobne do fotonów. W tym chaosie olbrzymia liczba cząstek utworzyła pary. Zgodnie z ich hipotezą, cząstki były przyciągane do sobie dzięki temu, że ich spiny były zwrócone w przeciwnych kierunkach. Utworzone pary schładzały się, a nierównowaga ich spinów prowadziła do gwałtownej utraty energii. W wyniku tego procesu powstały zimne ciężkie cząstki, które utworzyły ciemną materię. Właśnie ten spadek energii, który wyjaśniał przejście z wysokoenergetycznych gorących cząstek do nierównomiernie rozłożonych zimnych grudek, jest najbardziej zaskakującym efektem działania zastosowanego przez uczonych modelu matematycznego.
To przejście fazowe pozwala na wyjaśnienie olbrzymiej ilości ciemnej materii we wszechświecie. Autorzy badań wprowadzają w swojej teorii teoretyczną cząstkę, która miała zainicjować przejście do cząstek ciemnej materii. Jednak nie jest to zjawisko nieznane. Wiadomo, że cząstki subatomowe mogą przechodzić podobne zmiany. Na przykład w niskich temperaturach dwa elektrony mogą utworzyć pary Coopera. Zdaniem Caldwella i Lianga to dowód, że ich hipotetyczne cząstki również mogłyby zostać skondensowane do ciemnej materii.
Poszukaliśmy w nadprzewodnictwie wskazówek, czy pewne interakcje mogą prowadzić do tak gwałtownego spadku energii. Pary Coopera to dowód, że taki mechanizm istnieje, mówi Caldwell. Liang zaś obrazowo porównuje takie przejścia jako zamianę od gorącego espresso do owsianki.
Badacze zapewniają, że ich model matematyczny jest prosty. Na jego podstawie można przypuszczać, że wspomniane cząstki będzie widać w mikrofalowym promieniowaniu tła (CMB). Zdaniem naukowców, można go będzie przetestować już wkrótce, dzięki obecnie prowadzonym i przyszłym badaniom CMB.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Spotkanie, o którym poinformowaliśmy, nigdy nie miało miejsca. To żart primaaprilisowy. :)
Ostatnie działania administracji prezydenta Trumpa wywołały spory niepokój w amerykańskim środowisku naukowym. Biały Dom, chcąc rozpoznać i załagodzić sytuację, zorganizował nieformalne spotkanie prezydenta z przedstawicielami Narodowej Fundacji Nauki (NSF). To niezależna agenda rządu federalnego, której zadaniem jest wspieranie badań i edukacji na wszystkich pozamedycznych polach nauki i inżynierii. Z budżetem sięgającym 10 miliardów dolarów NSF finansuje około 25% badań podstawowych wspieranych z budżetu federalnego.
Z nieoficjalnych doniesień wynika, że spotkanie przebiegało w bardzo dobrej atmosferze, prezydent wypytywał o największe wyzwania i potrzeby amerykańskiej nauki. Ku zdziwieniu zebranych miał też ze spokojem i zrozumieniem przyjmować – lekką co prawda i kulturalną – krytykę swoich dotychczasowych działań. Jeden z biorących w nim udział naukowców zdradził redakcji PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences), pod warunkiem zachowania anonimowości, że rozmowa z gospodarzem Białego Domu przebiegała znacznie lepiej, niż sobie wyobrażał. Wydawało się, że prezydent rozumie obawy naukowców i rzeczywiście się nimi przejmuje.
Sytuacja uległa zmianie, gdy Donald Trump zapytał o amerykańską fizykę. Naukowcy powiedzieli mu m.in. o amerykańskim udziale w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) i w innych międzynarodowych projektach związanych z akceleratorami. Prezydent spytał o amerykańskie akceleratory i dowiedział się, że USA nie posiadają równie dużego co LHC. Gdy zaczął wypytywać o szczegóły, uczeni wyjaśnili mu, że budowa takiego akceleratora trwa wiele lat i jest niezwykle kosztowna. Wówczas Donald Trump powiedział coś, co niemal przyprawiło mnie o zawał, stwierdził rozmówca PNAS. Prezydent stwierdził, że USA powinny wycofać się z Wielkiego Zderzacza Hadronów, zaoszczędzone pieniądze przeznaczyć na budowę amerykańskiego akceleratora i... zabrać amerykańskie części z LHC. Dodał, że zleci administracji odpowiednie działania i analizy prawne, a jeśli są jakieś umowy, to Stany Zjednoczone je wypowiedzą.
Naukowcy próbowali wyperswadować mu ten pomysł, jednak Donald Trump upierał się, że pieniądze amerykańskich podatników powinny być przeznaczane na rozwój amerykańskiej nauki i zapewniać naukowcom miejsca pracy w USA, a nie za granicą. Spotkanie, jak łatwo się domyślić, nie zakończyło się w równie dobrej atmosferze, w jakiej się toczyło.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Tachiony to hipotetyczne cząstki, poruszające się szybciej niż światło. Jeszcze do niedawna uważano, że ich istnienie nie mieści się w ramach szczególnej teorii względności. Jednak praca, opublikowana przez fizyków z Uniwersytetu Warszawskiego i University of Oxford dowodzi, że nie jest to opinia prawdziwa. Tachiony nie tylko nie są wykluczone przez szczególną teorię względności, ale pozwalają ją lepiej zrozumieć, dowodzą profesorowie Artur Ekert, Andrzej Dragan, doktorzy Szymon Charzyński i Krzysztof Turzyński oraz Jerzy Paczos, Kacper Dębski i Szymon Cedrowski.
Istniały trzy powody, dla których tachiony nie pasowały do teorii kwantowej. Po pierwsze, stan podstawowy pola tachionowego miał być niestabilny, a to oznaczało, że te poruszające się szybciej niż światło cząstki tworzyłyby się same z siebie. Po drugie, zmiana obserwatora miałaby prowadzić do zmiany liczby cząstek. Po trzecie, ich energia miałaby przyjmować wartości ujemne.
Z pracy opublikowanej na łamach Physical Review D dowiadujemy się, że problemy z tachionami miały wspólną przyczyną. Okazało się bowiem, że aby obliczyć prawdopodobieństwo procesu kwantowego, w którym udział biorą tachiony, trzeba znać zarówno jego przeszły stan początkowy, jak i końcowy. Gdy naukowcy uwzględnili to w teorii, znikają problemy związane z tachionami, a sama teoria okazała się matematycznie spójna.
Idea, że przyszłość może mieć wpływ na teraźniejszość zamiast teraźniejszości determinującej przyszłość nie jest w fizyce nowa. Jednak dotąd tego typu spojrzenie było co najwyżej nieortodoksyjną interpretacją niektórych zjawisk kwantowych, a tym razem do takiego wniosku zmusiła nas sama teoria. Żeby „zrobić miejsce” dla tachionów musieliśmy rozszerzyć przestrzeń stanów, mówi profesor Dragan.
Autorzy badań zauważają, że w wyniku rozszerzenia przez nich warunków brzegowych, pojawia się nowy rodzaj splątania kwantowego, w którym przeszłość miesza się z przeszłością. Ich zdaniem, tachiony to nie tylko możliwy, ale koniczny składnik procesu spontanicznego łamania symetrii odpowiedzialnego za powstanie materii. To zaś może oznaczać, że zanim symetria zostanie złamana, wzbudzenie pola Higgsa może przemieszczać się z prędkościami większymi od prędkości światła.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
W Argentynie niektórzy miłośnicy piwa wsypują do kufla fistaszki. Te najpierw toną, później zaś unoszą się na powierzchnię, a następnie znowu toną i znowu się wynurzają. Fizyka fistaszków tańczących w piwie to tytuł artykułu naukowego, w którym akademicy z Niemiec, Francji i Wielkiej Brytanii opisują i wyjaśniają ten fenomen z punktu widzenia fizyki. Dzięki przeprowadzonej przez nich serii eksperymentów możemy poznać tajemnicę interakcji orzeszków z piwem i przy najbliższej okazji pochwalić się znajomym, że wiemy, na czym ona polega.
Orzeszki są cięższe od piwa, więc w nim toną. Jednak na dnie stają się miejscami nukleacji (zarodkowania), gromadzenia się bąbelków dwutlenku węgla obecnych w piwie. A gdy bąbelków zgromadzi się wystarczająco dużo, orzeszek zyskuje pływalność i podąża do góry. Gdy dociera na powierzchnię, przyczepione do niego bąbelki ulatniają się, a proces ten ułatwia obracanie się orzeszka. Fistaszek traci pływalność i znowu tonie. Proces powtarza się dopóty, dopóki napój jest na tyle nasycony gazem, by dochodziło do zarodkowania.
Badający to zjawisko naukowcy zauważyli, że przyczepiające się do orzeszka bąbelki nie są tymi samymi, które samoistnie unoszą się w górę w piwie. Powierzchnia orzeszka powoduje tworzenie się bąbelków, które rosną, gromadzą się i w końcu nadają mu pływalność.
W rozważanym przypadku do nukleacji gazu, czyli pojawienia się bąbelków, może dojść w samym piwie, na szkle naczynia oraz na orzeszku. Zajmujący się tym poważnym problemem międzynarodowy zespół wyliczył, że z energetycznego punktu widzenia najbardziej korzystna jest nukleacja gazu na orzeszku, a najmniej korzystne jest tworzenie się bąbelków w samym piwie. Dlatego też tak łatwo bąbelki gromadzą się wokół fistaszka i go wypychają. Uczeni wyliczyli nawet, że idealny promień bąbelka przyczepionego do orzeszka wynosi mniej niż 1,3 milimetra.
Można się oczywiście zżymać, że naukowcy tracą pieniądze podatników na niepoważne badania. Nic jednak bardziej mylnego. Tańczące w piwie fistaszki pozwalają lepiej zrozumieć działanie zarówno przyrody, jak i niektóre procesy przemysłowe. To, co dzieje się w orzeszkiem w piwie jest bardzo podobne do zjawisk zachodzących w czasie procesu flotacji, wykorzystywanego na przykład podczas oddzielania rud minerałów, recyklingu makulatury czy oczyszczania ścieków.
Badacze zapowiadają, że nie powiedzieli jeszcze ostatniego słowa. Mają bowiem zamiar kontynuować swoje prace, używając przy tym różnych orzeszków i różnych piw.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Technicy z Fermi National Accelerator Laboratory ukończyli prototyp specjalnego nadprzewodzącego kriomodułu, jedynego takiego urządzenia na świecie. Projekt PIP-II, w którym udział biorą też polscy naukowcy, ma na celu zbudowanie najpotężniejszego na świecie źródła neutrin. Zainwestowała w nie również Polska.
HB650 będzie najdłuższym i największym kriomodułem nowego akceleratora liniowego (linac). Wraz z trzema innymi będzie przyspieszał protony do 80% prędkości światła. Z linac protony trafią do dwóch kolejnych akceleratorów, tam zostaną dodatkowo przyspieszone i zamienione w strumień neutrin. Neturina te zostaną wysłane w 1300-kilometrową podróż przez skorupę ziemską, aż trafią do Deep Underground Neutrino Experiment and the Long Baseline Neutrino Facility w Lead w Dakocie Południowej.
Prace nad nowatorskim kriomodułem rozpoczęły się w 2018 roku, w 2020 jego projekt został ostatecznie zatwierdzony i rozpoczęła się produkcja podzespołów. W styczniu 2022 roku w Fermilab technicy zaczęli montować kriomoduł. HB650 to 10-metrowy cylinder o masie około 12,5 tony. Wewnątrz znajduje się szereg wnęk wyglądających jak połączone ze sobą puszki po napojach. Wnęki wykonano z nadprzewodzącego niobu, który podczas pracy będzie utrzymywany w temperaturze 2 kelwinów. W tak niskiej temperaturze niob staje się nadprzewodnikiem, co pozwala efektywnie przyspieszyć protony.
Żeby osiągnąć tak niską temperaturę wnęki będą zanurzone w ciekłym helu, nad którym znajdzie wiele warstw izolujących, w tym MLI, aluminium oraz warstwa próżni. Całość zamknięta jest w stalowej komorze próżniowej, która zabezpiecza wnęki przed wpływem pola magnetycznego Ziemi.
Linac będzie przyspieszał protony korzystając z pola elektrycznego o częstotliwości 650 MHz. Wnętrze wnęk musiało zostać utrzymane w niezwykle wysokiej czystości, gdyż po złożeniu urządzenia nie ma możliwości ich czyszczenia, a najmniejsze nawet zanieczyszczenie zakłóciłoby pracę akceleratora. Czystość musiała być tak wysoka, że nie wystarczyło, iż całość prac przeprowadzano w cleanroomie. Wszelkie przedmioty znajdujące się w cleanroomie oraz stosowane procedury były projektowane z myślą o utrzymaniu jak najwyższej czystości. Pracownicy nie mogli na przykład poruszać się zbyt szybko, by nie wzbijać w powietrze ewentualnych zanieczyszczeń.
Obecnie trwa schładzanie kriomodułu do temperatury 2 kelwinów. Naukowcy sprawdzają, czy całość wytrzyma. Nie bez powodu jest to prototyp. Chcemy dzięki niemu zidentyfikować wszelkie problemy, zobaczyć co do siebie nie pasuje, co nie działa, mówi Saravan Chandrasekaran z Fermilab. Po zakończeniu chłodzenia urządzenie zostanie poddane... testowi transportu. Kriomoduł trafi do Wielkiej Brytanii, a gdy wróci do Fermilab zostaną przeprowadzone testy, by upewnić się, że wszystko nadal działa.
Gdy HB650 przejdzie pomyślnie wszystkie testy, rozpocznie się budowa właściwego kriomodułu. Wezmą w nim udział partnerzy projektu PIP-II (Photon Improvement Plan-II) z Polski, Indii, Francji, Włoch, Wielkiej Brytanii i USA.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.