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

Nowe kierunki badań w Wielkim Zderzaczu Hadronów

Recommended Posts

Badacze z całego świata będą po raz drugi debatować nad przyszłością nowego kierunku badań w Wielkim Zderzaczu Hadronów pod Genewą, który ma zaowocować szczegółowymi pomiarami wysokoenegetycznych neutrin oraz otworzy nowe drogi poszukiwań ciemnej materii. Współautorem dyskutowanej propozycji nowego eksperymentu FLArE jest dr Sebastian Trojanowski z AstroCeNT i Zakładu Fizyki Teoretycznej NCBJ.

Planowane ponowne uruchomienie Wielkiego Zderzacza Hadronów jest jednym z najbardziej wyczekiwanych wydarzeń w świecie fizyki. Przy tej okazji, zostanie również zainicjowany nowy kierunek badań w LHC, obejmujący pomiary wysokoenergetycznych neutrin oraz poszukiwania śladów nowej fizyki w kierunku wzdłuż osi wiązki zderzenia protonów. Ten nietypowy sposób wykorzystania zderzacza został zaproponowany przez autorów koncepcji detektora FASER (odnośniki w uzupełnieniu). Jednym z jego pomysłodawców był dr Sebastian Trojanowski związany z ośrodkiem badawczym AstroCeNT przy Centrum Astronomicznym im. Mikołaja Kopernika PAN oraz z Narodowym Centrum Badań Jądrowych.

Choć eksperyment FASER ma dopiero zacząć zbierać dane w najbliższym czasie, to już zadajemy sobie pytanie, jak rozwinąć ten pomysł do jeszcze ambitniejszego projektu w dalszej przyszłości – mówi dr Trojanowski. Dyskusje na ten temat zgromadzą w dniach 27-28 maja (w formule zdalnej) około 100 badaczy z całego świata zajmujących się fizyką cząstek elementarnych. Na spotkaniu inżynierowie z CERN zaprezentują również wstępne plany dotyczące budowy nowego laboratorium podziemnego, które mogłoby pomieścić większą liczbę eksperymentów skupionych wzdłuż osi wiązki zderzenia. Jest to projekt długofalowy, który ma na celu maksymalizację potencjału badawczego obecnego zderzacza, który powinien służyć nauce jeszcze wiele lat.

Wśród kilku eksperymentów proponowanych do umieszczenia w nowym laboratorium jest m.in. bezpośredni spadkobierca detektora FASER. Eksperyment, nazwany roboczo FASER 2, znacząco poszerzyłby potencjał odkrywczy obecnego detektora. Choć ani obecny, ani proponowany przyszły eksperyment nie dają możliwości bezpośredniej obserwacji ciemnej materii, to umożliwiają one poszukiwanie postulowanych teoretycznie niestabilnych cząstek, które mogą pośredniczyć w jej oddziaływaniach.

O krok dalej idą autorzy kwietniowego artykułu opublikowanego w czasopiśmie Physical Review D, prof. Brian Batell z Uniwersytetu w Pittsburgu w USA, prof. Jonathan Feng z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Irvine oraz dr Trojanowski. Proponują oni sposób na bezpośrednią obserwację lekkich cząstek ciemnej materii w nowym laboratorium. W tym celu sugerują umieszczenie tam nowego detektora, nazwanego FLArE (ang. Forward Liquid Argon Experiment), wykorzystującego technologię ciekło-argonowej komory projekcji czasowej oraz wstępny sygnał w postaci błysku (ang. flare) scyntylacyjnego. Detektor taki byłby nowym narzędziem do bezpośredniego poszukiwania cząstek ciemnej materii poprzez badanie ich oddziaływań przy bardzo wysokich energiach oraz przy laboratoryjnie kontrolowanym strumieniu takich cząstek. Jest to metoda wysoce komplementarna względem obecnych podziemnych eksperymentów poszukujących cząstek pochodzących z kosmosu lub produkowanych przez promieniowanie kosmiczne – argumentuje dr Trojanowski.

Pomysł na nowy detektor FLArE został błyskawicznie włączony we wstępne plany inżynieryjne nowego laboratorium oraz w dyskusje eksperymentalne, również te dotyczące przyszłych badań neutrin w LHC. Czas pokaże, czy projekt ten będzie kolejnym sukcesem na miarę FASERa, czy też zostanie zastąpiony jeszcze lepszym rozwiązaniem – komentuje dr Trojanowski. Jedno jest pewne: fizycy nie próżnują i nie ustają w wysiłkach w celu lepszego poznania praw rządzących naszym światem.


« 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
      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
      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
    • By KopalniaWiedzy.pl
      W 1973 roku dwóch wybitnych fizyków Leszek Łukaszuk i Basarab Nicolescu ogłosiło, że z ich wyliczeń wynika, iż powinna istnieć nieznana dotychczas kwazicząstka. Odderon, bo o nim mowa, miał być kulą gluonową przewidzianą przez chromodynamikę kwantową. Ten partner znanego już wcześniej – chociaż również teoretycznie – pomeronu, miał składać się z trzech gluonów. Rozpoczęły się poszukiwania odderonu. Teraz, po niemal 50 latach, poinformowano o jego odnalezieniu.
      Szwedzko-węgierskiemu zespołowi naukowemu udało się znaleźć odderony w danych z Wielkiego Zderzacza Hadronów i Tevatronu. Przez wiele miesięcy analizowali dane ze zderzeń protonów oraz protonów z antyprotonami. To kamień milowy w fizyce cząstek. Wspaniale jest brać udział w lepszym zrozumieniu materii, mówi Roman Pasechnik z Uniwersytetu w Lund. Współpracujemy z jednymi z najlepszych fizyków cząstek na świecie. Byli zdumieni, gdy opublikowaliśmy wyniki naszej pracy, dodaje.
      Odkrycie to efekt współpracy naukowców z eksperymentu TOTEM prowadzonego w LHC z badaczami z eksperymentu D0 z Fermilab. Uzyskane wyniki dotykają najbardziej istotnych zagadnień chromodynamiki kwantowej, szczególnie zaś interakcji pomiędzy gluonami i faktu, że nieparzysta liczba gluonów może nie posiadać koloru. Bardzo ważnym elementem odkrycia jest fakt, że dane pozwalające na jego dokonanie pochodzą z LHC i Tevatronu, które pracowały z różnymi energiami, mówi rzecznik TOTEM Simone Giani.
      Stany składające się z dwóch lub więcej gluonów zwane są kulami gluonowymi. Są bardzo szczególnymi obiektami złożonymi wyłącznie z nośników oddziaływań silnych. Postępy chromodynamiki kwantowej pozwoliły na przewidzenie istnienia odderonu, ale do jego wykrycia potrzebne były bardzo szczegółowe dane ze zderzeń protonów.
      Większość wysokoenergetycznych kolizji protonów kończy się ich rozbiciem na tworzące je kwarki i gluony. Jednak w około 25% przypadków dochodzi do elastycznego odbicia. Protony nie ulegają zniszczeniu, ale odbiciu i rozproszeniu.
      Przy wysokich energiach różnice w elastycznym rozpraszaniu po kolizjach proton-proton a proton-antyproton tłumaczy się faktem, że w interakcji pomiędzy protonami pośredniczą wyłącznie gluony. W szczególności tłumaczono to wymianą pomeronu, neutralnej pod względem koloru kuli gluonowej złożonej z parzystej liczby gluonów.
      Jednak w 2018 roku badacze z TOTEM poinformowali o uzyskaniu wyników, których nie dało się wytłumaczyć w powyższy sposób. Wydawało się, że w grę wchodzi tutaj jeszcze jakiś obiekt z dziedziny chromodynamiki kwantowej. Musiała być nim kula glonowa składająca się co najmniej z trzech lub innej nieparzystej liczby gluonów. Była to silna wskazówka, ale jeszcze nie odkrycie.
      Teraz dokonano niezależnej analizy, w której wzięto pod uwagę wyniki zderzeń protonów z LHC dokonywanych przy energiach 2,76 TeV, 7 TeV, 8 TeV oraz 13 TeV. Ponadto wyniki te ekstrapolowano na energię 1,96 TeV. Dodatkowo w analizie uwzględniono wyniki z Tevatronu, gdzie zderzano protony i antyprotony przy energii 1,96 TeV. Ponownie znaleziono dowody na istnienie odderonu. Gdy wyniki te porównano z danymi ze zderzeń z eksperymentu TOTEM dokonanych przez eksperyment TOTEM, uzyskano pewność, że mamy do czynienia z odkryciem.
      Prawdopodobieństwo statystyczne uzyskanych wyników wynosi 5,2–5,7, zatem mówimy o pierwszym eksperymentalnym potwierdzeniu istnienia odderonu, mówi Christophe Royon, który prezentował wyniki podczas spotkania w CERN.
      Z pracą Evidence of Odderon-exchange from scaling properties of elastic scattering at TeV energies można zapoznać się na łamach The European Physical Journal C.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Japoński akcelerator cząstek SuperKEKB pobił światowy rekord jasności. Pracujący przy nim naukowcy obiecują, że to dopiero początek. W ciągu najbliższych lat chcą zwiększyć jasność urządzenia aż 40-krotnie, co ma pozwolić zarówno na odkrycie ciemnej materii, jak i wyjście z fizyką poza Model Standardowy. Mamy nadzieję, że akcelerator pozwoli nam wykryć ciemną materię – o ile ona istnieje – i badać ją w niedostępny obecnie sposób, mówi profesor Kay Kinoshita z University of Cincinnati.
      Jasność akceleratora to liczba kolizji, która w nim zachodzi. Podczas tych zderzeń powstają nowe cząstki. Im więc więcej zderzeń, tym więcej cząstek, więcej danych i większa szansa n a zarejestrowanie czegoś nowego.
      SuperKEKB zderza pozytony i elektrony przyspieszane w 3-kilometrowym tunelu. Akcelerator został uruchomiony w 2018 roku i naukowcy ciągle pracują nad zwiększaniem jego jasności. Profesor Alan Schwartz i jego studenci z University of Cincinnati zaprojektowali i zbudowali jeden z detektorów akceleratora. To krok milowy w projektowaniu akceleratorów. SuperKEKB wykorzystuje architekturę tzw. „nano strumieni”. W technice tej strumienie cząstek są ściskane wzdłuż osi pionowej, dzięki czemu są bardzo cienkie, wyjaśnia Schwartz. To pierwszy na świecie akcelerator, który korzysta z tej techniki.
      Ze względu na rozmiary cząstek, szansa, że dojdzie do zderzenia, jest niewielka. Im bardziej ściśnięty strumień, tym większe zagęszczenie cząstek i tym większe prawdopodobieństwo zderzeń. Obecnie wysokość wiązki w punkcie zderzenia wynosi 220 nanometrów. W przyszłości ma to być zaledwie 50 manometrów, czyli około 1/1000 grubości ludzkiego włosa.
      Profesor Kay Kinoshita poświęciła całą swoją naukową karierę zagadnieniu zwiększania jasności akceleratorów. Uczona pracuje nad tym zagadnieniem od 1982 roku. To bardzo interesujące, gdyż jest bardzo wymagające. Wiesz, że robisz coś, czego nikt nigdy nie zrobił, mówi.
      Poprzednik SuperKEKB, akcelerator KEKB, który działał w latach 1999–2010 w KEK (Organizacja Badań nad Akceleratorami Wysokich Energii), również był światowym rekordzistą. Urządzenie pracowało z jasnością 2,11x1034 cm-2s-1. Dopiero w 2018 roku rekord ten został pobity przez Wielki Zderzacz Hadronów, który osiągnął jasność 2,14x1034 cm-2s-1. Rekord LHC nie utrzymał się długo, dnia 15 czerwca 2020 roku SuperKEKB osiągnął jasność 2,22x1034 cm-2s-1. Już tydzień później, 21 czerwca naukowcy poinformowali o nowym rekordzie. Teraz SuperKEKB pracuje z jasnością wynoszącą 2,40x1034 cm-2s-1.
      W ciągu najbliższych lat jasność SuperKEKB ma wzrosnąć 40-krotnie. Docelowo ma ona wynieść 8x1035 cm-2s-1.
      Sukces SuperKEKB to sukces międzynarodowej współpracy. Nadprzewodzące magnesy, które ostatecznie skupiają strumienie cząstek zostały zbudowane we współpracy z amerykańskimi Brookhaven National Laboratory oraz Fermi National Accelerator Laboratory. Systemy monitorowania kolizji to dzieło SLAC National Accelerator Laboratory i University of Hawaii. Naukowcy ze Szwajcarii (CERN), Francji (IJCLab), Chin (IHEP) i USA (SLAC) biorą udział w pracach i badaniach, w których wykorzystywany jest akcelerator. Wykorzystujący diament system monitorowania promieniowania oraz system przerywania wiązki to dzieło włoskich Narodowego Instytutu Fizyki Jądrowej oraz Uniwersytetu w Trieście, a system monitorowania jasności powstał w Rosji.
      Wiązki elektronów i pozytonów rozpędzane w SuperKEKB zderzają się w centrum detektora Belle II, który opisywaliśmy przed 2 laty. To niezwykłe urządzenie zostało zbudowane przez grupę 1000 fizyków i inżynierów ze 119 uczelni z 26 krajów świata. I to właśnie wewnątrz Belle II naukowcy mają nadzieję znaleść ciemną materię i rozpocząć badania jej właściwości.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Fizycy z Caltechu i CERN-u przeprowadzili badania, które pozwoliły im na obserwowanie niezwykle rzadkich zjawisk fizycznych. Dzięki wykorzystaniu eksperymentu CMS (Compact Muon Solenoid) mogli jako pierwsi w historii obserwować triplety złożone z bozonów W i Z. To bozony cechowania, będące nośnikami oddziaływań słabych, a więc jednego z czterech rodzajów oddziaływań podstawowych (pozostałe to oddziaływanie grawitacyjne, elektromagnetyczne i silne).
      Różnica pomiędzy bozonami W i Z polega na tym, że bozon Z jest neutralny, a bozony W mają ładunek elektryczny (dodatni lub ujemny). Bozony W i Z są odpowiedzialne za radioaktywność, stanowią podstawowy element procesu termonuklearnego zachodzącego w Słońcu.
      Do powstania tripletów doszło podczas zderzeń wysokoenergetycznych protonów przyspieszonych do prędkości bliskich prędkości światła. Podczas takich kolizji w niezwykle rzadkich przypadkach – w 1 na 1 000 000 000 000 zderzeń – pojawiają się triplety WWW, WWZ, WZZ i ZZZ. Jak mówi jeden z autorów badań, Zhicai Zhang, takie wydarzenia są 50-krotnie rzadsze niż pojawienie się bozonu Higgsa.
      Jak mówi główny autor badań, profesor Harvey Newman, obserwacja tych tripletów nie była głównym celem eksperymentów. Jednak dzięki zebraniu danych na temat tego i innych rzadkich zjawisk, naukowcy mogą z coraz większą precyzją testować Model Standardowy. Takie testy są zaś konieczne, jeśli chcemy rozszerzyć nasze pojmowanie fizyki poza ten model.
      Z obserwacji obrotu i rozkładu galaktyk wiemy, że musi istnieć ciemna materia, która wywiera oddziaływanie grawitacyjne na materię. Jednak ciemna materia nie mieści się w Modelu Standardowym. Nie ma tam miejsca na ciemne cząstki, na grawitację, model ten nie działa w skalach energii wczesnego wszechświata zaraz po Wielkim Wybuchu. Wiemy, że musi istnieć bardziej podstawowa od Modelu Standardowego, nieodkryta jeszcze teoria, mówi Newman.
      Naukowcy przygotowują obecnie Wielki Zderzacz Hadronów do kolejnej trzyletniej kampanii badawczej, zaplanowanej na lata 2021–2024. Pod jej koniec główne eksperymenty LHC będą zdolne do zbierania 30-krotnie większej ilości danych niż obecnie.
      Mamy tutaj duży, wciąż niezrealizowany potencjał. Ilość danych, jakie obecnie zbieramy, to jedynie kilka procent tego, co spodziewamy się gromadzić po rozbudowie CMS i LHC do High Luminosity LHC, który ma ruszyć w 2027 roku. Ma on pracować przez 10 lat. Jesteśmy dopiero na początku przewidzianych na 30 lat badań, dodaje Newman.
      Szczegółowy opis eksperymentu, w ramach którego obserwowano triplety bozonów W i Z, można przeczytać na stronach CERN-u.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...