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

W Wielkim Zderzaczu Hadronów zainstalowano FASER, którego współtwórcą jest dr Sebastian Trojanowski

Recommended Posts

W Wielkim Zderzaczu Hadronów zainstalowano nowe urządzenie o nazwie FASER (Forward Search Experiment), którego współtwórcą jest dr Sebastian Trojanowski. FASER będzie badał cząstki, co do których naukowcy mają podejrzenie, że wchodzą w interakcje z ciemną materią. Testy nowego urządzenia potrwają do końca roku.

To krok milowy dla tego eksperymentu. FASER będzie gotowy do zbierania danych z Wielkiego Zderzacza Hadronów, gdy tylko na nowo podejmie on pracę wiosną 2022 roku, mówi profesor Shih-Chieh hsu z University of Washington, który pracuje przy FASER.

Eksperyment będzie badał interakcje z wysokoenergetycznymi neutrinami i poszukiwał nowych lekkich słabo oddziałujących cząstek, które mogą wchodzić w interakacje z ciemną materią. Stanowi ona około 85% materii we wszechświecie. Zbadanie cząstek, które mogą z nią oddziaływać, pozwoli na określenie właściwości ciemnej materii.
W pracach eksperymentu FASER bierze udział 70 naukowców z 19 instytucji w 8 krajach.

Naukowcy sądzą, że podczas kolizji w Wielkim Zderzaczu Hadronów powstają słabo reagujące cząstki, które FASER będzie w stanie wykryć. Jak informowaliśmy przed dwoma laty, w LHC mogą powstawać też niewykryte dotąd ciężkie cząstki.

FASER został umieszczony w nieużywanym tunelu serwisowym znajdującym się 480 metrów od wykrywacza ATLAS. Dzięki niewielkiej odległości FASER powinien być w stanie wykryć produkty rozpadu lekkich cząstek. Urządzenie ma 5 metrów długości, a na jego początku znajdują się dwie sekcje scyntylatorów. Będą one odpowiedzialne za usuwanie interferencji powodowanej przez naładowane cząstki. Za scyntylatorami umieszczono 1,5-metrowy magnes dipolowy, za którym znajduje się spektrometr, składający się z dwóch 1-metowych magnesów dipolowych. Na końcu, początku i pomiędzy magnesami znajdują się 3 urządzenia rejestrujące zbudowane z krzemowych detektorów. Na początku i końcu spektrometru znajdują się dodatkowe stacje scyntylatorów. Ostatnim elementem jest elektromagnetyczny kalorymetr. Będzie on identyfikował wysokoenergetyczne elektrony i fotony oraz mierzył całą energię elektromagnetyczną.

Całość jest schłodzona do temperatury 15 stopni Celsjusza przez własny system chłodzenia. Niektóre z elementów FASERA zostały zbudowane z zapasowych części innych urządzeń LHC.

FASER zostanie też wyposażony w dodatkowy detektor FASERv, wyspecjalizowany w wykrywaniu neutrin. Powinien być on gotowy do instalacji pod koniec bieżącego roku.


« 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
      Międzynarodowy zespół naukowy pracujący przy projekcie GNOME, w skład którego wchodzą uczeni z Polski, Niemiec, Serbii, Izraela, Korei Południowej, Chin, Australii i USA, ogłosił pierwsze wyniki poszukiwań ciemnej materii za pomocą ogólnoświatowej sieci magnetometrów optycznych. We wspomnianych 8 krajach znajduje się 14 magnetometrów, a do obecnie opublikowanej analizy wykorzystano dane z 9 z nich.
      GNOME to skrót od Global Network of Optical Magnetometers for Exotic Physics Searches. Celem projektu jest wykrycie charakterystycznego sygnału, który powinien być generowany przez pola ciemnej materii. Właśnie opublikowano dane z miesiąca nieprzerwanej pracy GNOME. Co prawda sygnał z ciemnej materii nie został wykryty, jednak pomiary pozwoliły na ściślejsze określenie, w jakich zakresach należy sygnału poszukiwać.
      Obecnie wiemy, że wiele obserwowanych zjawisk, jak np. prędkość obrotową gwiazd w galaktykach czy spektrum promieniowania tła, można wyjaśnić przyjmując istnienie ciemnej materii. Jednak samej ciemnej materii nie udało się dotychczas wykryć.
      Niezwykle lekkie cząstki bozonowe to najbardziej obiecujący kandydaci na ciemną materię. Są wśród nich cząstki podobne do aksjonów (ALP). Można je rozpatrywać jako klasyczne pole oscylujące w określonej częstotliwości. Cechą szczególną takich pól bozonowych jest – wedle jednego z teoretycznie możliwych scenariuszy – że mogą tworzyć one pewne wzorce i struktury. To zaś powoduje, że ciemna materia może mieć różną gęstość w różnych miejscach, tworząc na przykład rodzaj ścian mniejszych niż galaktyka, ale większych niż Ziemia, mówi profesor Dmitry Budker z Uniwersytetu Gutenberga z Moguncji.
      Jeśli taka ściana napotka Ziemię, będzie się przez nią przesuwała i będzie po kolei wykrywana przez poszczególne magnetometry sieci GNOME, generując w nich charakterystyczne sygnały. Co więcej, sygnały te będą ze sobą skorelowane, w zależności od tego, jak szybko ta ściana będzie się przesuwała i kiedy dotrze do poszczególnych magnetometrów, wyjaśnia jeden ze współautorów badań, doktor Arne Wickenbrock.
      Sygnał w magnetometrach powinien powstać w wyniku interakcji ciemnej materii ze spinem atomów w urządzeniach. Zgromadzone w nich atomy są wzbudzane za pomocą lasera o określonej częstotliwości, dzięki czemu ich spiny zwrócone są w tym samym kierunku. Przechodzące przez magnetometr pole ciemnej materii powinno zaburzyć ułożenie spinów, co można zmierzyć.
      Hector Masia-Roig, doktorant pracujący w grupie profesora Budkera, porównuje atomy do chaotycznie tańczących osób. Gdy jednak „usłyszą” odpowiednią częstotliwość lasera, atomy koordynują swój taniec. Ciemna materia może wytrącić je z równowagi, a my możemy bardzo precyzyjnie zmierzyć te zaburzenia. Możliwość skorzystania z ogólnoświatowej sieci magnetometrów pozwoli na określenie, co zaburzyło spiny atomów. Gdy bowiem Ziemia będzie przechodziła przez ścianę ciemnej materii, atomy w poszczególnych stacjach będą stopniowo zaburzane. Dopiero gdy porównamy ze sobą sygnały ze wszystkich stacji, będziemy mogli stwierdzić, co je zaburzyło. Wracając do analogii z tańczącymi – będziemy mogli powiedzieć, czy do zaburzenia doszło dlatego, że pojawił się tancerz, który wypadł z rytmu i przeszkadzał innym, czy też było to zjawisko globalne, spowodowane przez ciemną materię.
      Wspomniane na wstępie pomiary całego miesiąca pracy GNOME pozwoliły na stwierdzenie, że statystycznie znaczący sygnał nie pojawia się w badanym zakresie masy od 1 do 100 000 femtoelektronowoltów (feV). To zaś oznacza, że naukowcy mogą zawęzić obszar poszukiwań masy cząstek ciemnej materii.
      W przyszłości naukowcy chcą skupić się na udoskonaleniu magnetometrów i metod analizy danych. Głównym celem ich pracy będzie zwiększenie stabilności działania magnetometrów, by mogły pracować dłużej bez przerw. Ponadto wykorzystywane obecnie atomy metali z grupy litowców zostaną zastąpione atomami gazów szlachetnych. Tak udoskonalony Advanced GNOME ma pozwolić na zwiększenie precyzji pomiarów.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Międzynarodowy zespół naukowy, na którego czele stoją uczeni z Holandii, informuje, że nie znalazł śladów ciemnej materii w galaktyce AGC 114905. Obecnie powszechne jest przekonanie, że galaktyki mogą istnieć wyłącznie dzięki ciemnej materii, której oddziaływanie utrzymuje je razem.
      Przed dwoma laty Pavel Mancera Piña i jego zespół z Uniwersytetu w Groningen poinformowali o zidentyfikowaniu sześciu galaktyk, zawierających niewiele lub nie zawierających w ogóle ciemnej materii. Wówczas usłyszeli od swoich kolegów, by lepiej poszukali, a przekonają się, że musi tam ona być. Teraz, po prowadzonych przez 40 godzin obserwacjach za pomocą Very Large Array (VLA) uczeni potwierdzili to, co zauważyli wcześniej – istnienie galaktyk bez ciemnej materii.
      AGC 114905 znajduje się w odległości 250 milionów lat świetlnych od Ziemi. To skrajnie rozproszona galaktyka (UDG – ultra diffuse galaxy) karłowata, ale określenie „karłowata” odnosi się w jej przypadku do jasności, a nie wielkości. Galaktyka jest bowiem wielkości Drogi Mlecznej, ale zawiera około 1000-krotnie mniej gwiazd. Przeprowadzone obserwacje i analizy przeczą przekonaniu, jakoby wszystkie galaktyki, a już na pewno karłowate UDG, mogły istnieć tylko dzięki utrzymującej je razem ciemnej materii.
      Pomiędzy lipcem a październikiem 2020 roku naukowcy przez 40 godzin zbierali za pomocą VLA dane dotyczące ruchu gazu w tej galaktyce. Na podstawie obserwacji stworzyli grafikę pokazującą odległość gazu od galaktyki na osi X oraz jego prędkość obrotową na osi Y. To standardowy sposób badania obecności ciemnej materii. Tymczasem analiza wykazała, że ruch gazu w AGC 114905 można całkowicie wyjaśnić odwołując się wyłącznie do widocznej materii.
      Tego oczekiwaliśmy i spodziewaliśmy się, gdyż potwierdza to nasze wcześniejsze obserwacje. Problem jednak pozostaje, gdyż obecnie obowiązujące teorie mówią, że AGC 114905musi zawierać ciemną materię. Nasze obserwacje wskazują, że jej tam nie ma. Po kolejnych badaniach mamy zatem coraz większą rozbieżność między teorią a obserwacjami, stwierdza Pavel Mancera Piña.
      Naukowcy próbują więc wyjaśnić, co stało się z ciemną materią. Wedle jednej z wysuniętych przez nich hipotez, AGC 114905 mogłaby zostać pozbawiona ciemnej materii przez wielkie sąsiadujące z nią galaktyki. Problem w tym, że nie ma takich galaktyk. Zeby wyjaśnić ten brak ciemnej materii na gruncie powszechnie akceptowanego modelu kosmologicznego Lambda-CDM musielibyśmy wprowadzić do niego parametry o ekstremalnych wartościach, znajdujących się daleko poza akceptowanym zakresem. Również na gruncie alternatywnego modelu – zmodyfikowanej dynamiki newtonowskiej – nie jesteśmy w stanie wyjaśnić ruchu gazu w tej galaktyce.
      Uczeni mówią, że istnieje pewne założenie, które mogłoby zmienić wnioski z ich badań. Założeniem tym jest kąt, pod jakim sądzą, że obserwowali AGC 114905. Jednak kąt ten musiałby się bardzo mocno różnić od naszych założeń, by we wnioskach było miejsce na istnienie ciemnej materii, mówi współautor badań Tom Oosterloo. Tymczasem zespół badań kolejną UDG. Jeśli i tam nie znajdzie śladów ciemnej materii, będzie to bardzo silnym potwierdzeniem dotychczasowych spostrzeżeń.
      Warto tutaj przypomnieć, że już 3 lata temu donosiliśmy, że zespół z Yale University odkrył pierwszą galaktykę bez ciemnej materii. Metoda wykorzystana przez Holendrów jest bardziej wiarygodna i odporna na zakłócenia.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Dwaj członkowie Czeskiej Akademii Nauk zaproponowali nową hipotezę zmodyfikowanej dynamiki newtonowskiej (MOND), która wzbudziła zainteresowanie środowiska fizycznego. MOND modyfikuje zasady dynamiki Newtona o nieliniową zależność siły od przyspieszenia. Obywa się ona bez ciemnej materii oraz ciemnej energii, dobrze opisuje zjawiska zachodzące w galaktykach, ale nie radzi sobie z opisem w większej skali. Nie zyskała więc powszechnej akceptacji. Praca Constantinosa Skordisa i Toma Złośnika ma to zmienić.
      Od wielu lat fizycy akceptują hipotezę istnienia ciemnej materii, dzięki której można wyjaśnić pewne obserwowane zjawiska, których w standardowy sposób wyjaśnić się nie da. Nie wszyscy jednak się z nią zgadzają, wskazując na brak fizycznych dowodów na obecność ciemnej materii. Dlatego też pojawiła się hipoteza MOND mówiąca o istnieniu grawitacji nieznanego typu. Jednak różne odmiany MOND nie były w stanie wyjaśnić pewnych cech mikrofalowego promieniowania tła (CMB).
      Skordis i Złośnik twierdzą, że stworzyli model MOND, który opisuje i CMB i soczewkowanie grawitacyjne.
      Ich model wychodzi od oryginalnego założenia MOND o istnieniu dwóch pól zachowujących się razem jak grawitacja. Jedno pole jest skalarne, drugie wektorowe. Czescy uczeni dodali parametry sugerujące utworzenie we wczesnym wszechświecie pól modyfikujących grawitację. Pola takie zachowują się jak ciemna materia z innych hipotez. Pola te, jak twierdzą badacze, ewoluowały tak, że stały się siłami opisywanymi przez MOND.
      Skordis i Złośnik twierdzą, że ich model wyjaśnia zarówno soczewkowanie grawitacyjne, jak i cechy CMB. Na następnym etapie swoich rozważań chcą sprawdzić, czy wyjaśnia ona obfitość litu we wszechświecie oraz różnice w pomiarach tempa rozszerzania się wszechświata. Hipotezy zakładające istnienie ciemnej materii nie potrafią bowiem wyjaśnić tych zagadek.
      Szczegóły pracy przeczytamy w artykule New Relativistic Theory for Modified Newtonian Dynamics opublikowanym na łamach Physical Review Letters.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Prowadzony głęboko pod włoskimi Alpami eksperyment XENON1T mógł wykryć ciemną energię, twierdzą członkowie międzynarodowej grupy badawczej, na której czele stali uczeni z Cambridge University. W artykule opublikowanym na łamach Physical Review D uczeni z Wielkiej Brytanii, Włoch, Holandii, Francji i USA donoszą, że część z niewyjaśnionych sygnałów mogło zostać spowodowanych interakcją z ciemną energią, a nie ciemną materią dla której XENON1T został zaprojektowany.
      XENON1T znajduje się we włoskim Laboratorium Narodowym Gran Sasso położonym 1400 metrów pod masywem Gran Sasso. To wykrywacz ciemnej materii, a jego umiejscowienie głęboko pod ziemią ma chronić przed promieniowaniem kosmicznym generującym fałszywe sygnały. Zgodnie z teoretycznymi założeniami, cząstki ciemnej materii mają zderzać się z atomami w detektorze, a sygnały ze zderzeń będą rejestrowane.
      Centralna część XENON1T to cylindryczny zbiornik o długości 1 metra wypełniony 3200 kilogramami płynnego ksenonu o temperaturze -95 stopni Celsjusza. Gdy ciemna materia zderzy się z atomem ksenonu, energia trafia do jądra, które pobudza jądra innych atomów. Wskutek tego pobudzenia pojawia się słaba emisja w zakresie ultrafioletu, którą wykrywają czujniki na górze i na dole cylindra. Te same czujniki są też zdolne do zarejestrowania ładunku elektrycznego pojawiającego się wskutek zderzenia.
      Przed rokiem informowaliśmy, że „Najczulszy detektor ciemnej materii zarejestrował niezwykłe sygnały. Fizycy nie wiedzą, czym one są", a kilka miesięcy później pojawiła się informacja o kilku interesujących hipotezach dotyczących tych sygnałów. Nikt wówczas nie przypuszczał, że rozwiązaniem zagadki może być ciemna energia, gdyż XENON1T nie został przygotowany do jej rejestrowania.
      Autorzy najnowszych badań stworzyli model fizyczny, który wyjaśnia część z tych niezwykłych sygnałów. Zgodnie z nim, mamy tu do czynienia z cząstkami ciemnej energii, które powstały w regionie Słońca o silnych polach magnetycznych.
      To, co jesteśmy w stanie obecnie dostrzec stanowi mniej niż 5% wszechświata. Cała reszta jest dla nas ciemna. Wszechświat składa się w 27% z ciemnej materii, a 68% stanowi ciemna energia. Pomimo tego, że obie te składowe są dla nas niewidoczne, znacznie więcej wiemy o ciemnej materii, gdyż jej obecność sugerowano już w latach 20. ubiegłego wieku. O tym, że musi istnieć też ciemna energia dowiedzieliśmy się dopiero w 1998 roku, wyjaśnia doktor Sunny Vagnozzi z Kavli Institute for Cosmology na Cambridge University. Wielkie eksperymenty, jak XENON1T zostały zaprojektowane tak, by bezpośrednio wykrywać ciemną materię, rejestrując zderzenia jej cząstek z cząstkami zwykłej materii. Jednak uchwycenie ciemnej energii jest jeszcze trudniejsze.
      Chcąc wykryć ciemną energię naukowcy poszukują dowodów jej oddziaływania grawitacyjnego na otoczenie. Wiemy, że w największej skali – całego wszechświata – ciemna energia odpycha obiekty od siebie, dlatego też wszechświat rozszerza się coraz szybciej.
      Przy tego typu złożonych badaniach często pojawiają się niewytłumaczalne sygnały, które po analizach zwykle okazują się różnego typu zakłóceniami. Gdy w XENON1T zarejestrowano w ubiegłym roku wspomniane już tajemnicze sygnały, pojawiło się kilka pomysłów na to, czym mogą one być. Najpopularniejsze wyjaśnienie brzmiało, że zarejestrowano aksjony, hipotetyczne cząstki tworzące ciemną materię, oraz że pochodziły one ze Słońca. Jednak analizy wykazały, że liczba aksjonów, które musiałyby dotrzeć do nas ze Słońca, by wywołać taki sygnał w XENON1T musiałaby być bardzo duża. Tak duża, że gdyby gwiazdy emitowały tyle aksjonów, to gwiazdy o masie większej od masy Słońca ewoluowałyby w inny sposób, niż ewoluują.
      Autorzy najnowszych badań przyjęli więc założenie, że tajemnicze sygnały wywołała ciemna energia. I stworzyli model, który pokazuje, co powinien zarejestrować XENON1T gdyby dotarła doń ciemna energia wygenerowana w tachoklinie, obszarze Słońca, w którym pola magnetyczne są wyjątkowo silne.
      Naukowcy byli zaskoczeni, gdy okazało się, że ich model pasuje do obserwacji. Uzyskane wyniki sugerują bowiem, że wykrywacze takie jak XENON1T mogą być też używane do poszukiwania ciemnej energii. Vagnozzi i jego koledzy zastrzegają jednak, że ich badania wciąż wymagają potwierdzenia. Musimy wiedzieć, że to nie jest jakieś zakłócenie. Jeśli jednak XENON1T coś zarejestrował, to w niedalekiej przyszłości powinniśmy zarejestrować podobne, ale znacznie silniejsze sygnały, mówi Luca Visinelli z Narodowych Laboratoriów Frascati we Włoszech.
      Uczony ma tutaj na myśli badania prowadzone przez znacznie większe i doskonalsze urządzenia. Takie jak LUX-ZEPLIN, XENONnT czy PandaX-xT, które już rozpoczęły pracę lub w najbliższym czasie ją rozpoczną.

      « 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
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...