Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy

Recommended Posts

Możliwość uwięzienia cząstek i schłodzenia ich do temperatur bliskich zeru absolutnemu jest niezbędna do przeprowadzenia wielu badań fizycznych, w tym do badania problemu asymetrii pomiędzy materią a antymaterią. Naukowcy pracujący przy eksperymencie BASE (Baryon Antibaryon Symmetry Experiment) w CERN-ie poinformowali o pierwszym udanym schłodzeniu pojedynczego protonu za pomocą techniki chłodzenia sympatycznego.

Wszechświat powinien składać się z równej ilości materii i antymaterii. Jednak tak nie jest. Jednym z obiecujących sposobów na rozwiązanie tej zagadki jest badanie momentów magnetycznych protonu i antyprotonu. Tym właśnie zajmują się uczeni z BASE.

Specjaliści wykorzystują w tym celu bardzo zaawansowane urządzenie zwane pułapką Penninga. Jest ona w stanie przechwycić i utrzymać pojedynczą cząstkę, którą dzięki temu można badać. Dotychczas zespołowi BASE udało się zwiększyć precyzję pomiarów momentu magnetycznego protonu 30-krotnie, a w przypadku antyprotonu udoskonalono pomiar aż o trzy rzędy wielkości. Dzięki temu można testować symetrię materii i antymaterii z dokładnością do 1,5 części na miliard. Tym samym wykazali, że wartość momentów magnetycznych protonu i antyprotonu jest taka sama w przedziale dziewięciu cyfr znaczących.

Problem z tak precyzyjnymi pomiarami polega na tym, że aby ich dokonać, musimy utrzymać cząstki w temperaturze bliskiej zeru absolutnemu (-273,15 stopnia Celsjusza). Podczas swoich ostatnich prac uczeni z BASE wykorzystali schłodzoną laserem chmurę jonów berylu do schłodzenia protonu. Laserowego chłodzenia nie można użyć bezpośrednio na cząstkach subatomowych. Można natomiast, jak się okazuje, użyć chłodzenia sympatycznego do obniżenia temperatury protonów za pomocą schłodzonych jonów berylu.

Specjaliści z BASE pod kierunkiem Stefana Ulmera z japońskiego RIKEN przeprowadzili swój eksperyment w laboratorium Uniwersytetu w Moguncji. Wykorzystali w tym celu dwie pułapki jonowe Penninga, oddalone od siebie o 9 centymetrów. Pułapki były połączone za pomocą kriogenicznego obwodu rezonansowego (LC). W jednej znajdował się pojedynczy proton, a w drugiej chmura jonów berylu schłodzonych za pomocą lasera. Częstotliwość pracy obwodu LC zostaładobrana tak, by możliwy był transfer energii od protonu do jonów.

Uczeni dowiedli, że są w stanie obniżyć temperaturę protonu o 85%, do poziomu 17 kelwinów, a następnie obniżyli ją do 2,5 kelwina. Twierdzą, że w przyszłości, odpowiednio dobierając parametry swojego eksperymentu, w tym geometrię pułapek, będą w stanie w ciągu sekund obniżyć temperaturę protonu do dziesiątków milikelwinów. Dotychczas chłodzenie antyprotonów do 100 mK trwało około 10 godzin.

Dzięki uzyskaniu jeszcze niższych temperatur możliwe będą bardziej precyzyjne pomiary symetrii pomiędzy materią a antymaterią. Nie wiadomo jednak, jak bardzo precyzyjne byłyby to pomiary.

Już pojawiły się głosy, że technika ta może być przydatna do chłodzenia na dowolną odległość każdej cząstki posiadającej ładunek elektryczny, a być może nawet do wymiany bitów kwantowych informacji w sposób bardziej efektywny niż za pomocą światła.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

uwaga zadam głupie pytanie :)

Czym się praktycznie różni atom o temperaturze np. 0 stopni K i 5  stopni K? Drganiem?

Edited by Afordancja

Share this post


Link to post
Share on other sites

Pierwsza różnica (fundamentalna) to taka, że temperatury 0 K uzyskać nie sposób. :)
O stopniach Kelvina dawno już zapomnieliśmy, na porządku dziennym są za to kelwiny, ale: tak. Temperaturę odnosimy raczej do układu/ zespołu, bo to miara statystyczna, a mierzy właśnie energię ruchu/ drgań zespołu cząstek.

Edited by Astro
  • Upvote (+1) 1

Share this post


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

Temperaturę odnosimy raczej do układu/ zespołu, bo to miara statystyczna, a mierzy właśnie energię ruchu/ drgań zespołu cząstek.

Dlatego pytanie o temperaturę pojedynczego protonu może nie mieć sensu, zwłaszcza kiedy wybierzemy układ w którym spoczywa :D

  • Upvote (+1) 1

Share this post


Link to post
Share on other sites

Może to po prostu wygodniejszy sposób nazywania średniej prędkości protonu (przy tym nazewnictwie proton = zjonizowany atom wodoru, z tego co rozumiem;))?? I używanie kelwinów jako jednostki prędkości być może też jest wygodniejsze przy pracach laboratoryjnych, jakie prowadzą ci badacze??

P.S. Małe sprostowanie, średnia prędkość cząstki uwięzionej w pułapce wynosi zero, trzeba by mówić o energii kinetycznej. Wychodzi na to, że gdyby chcieć uniknąć słowa temperatura, trzeba by używać jakiegoś bardziej wielowyrazowego terminu(?)

Edited by darekp
  • Upvote (+1) 1

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
      Fizycy z Thomas Jefferson National Accelerator Facility (TJNAF – Jefferson Lab) zmierzyli z niezwykłą dokładnością grubość neutronowej „skórki” tworzącej otoczkę jądra ołowiu. Na łamach Physical Review Letters poinformowali, że grubość ta wynosi 0,28 milionowych części nanometra. A ich pomiary mają duże znaczenie dla określenia struktury i rozmiarów... gwiazd neutronowych.
      Jądro każdego pierwiastka składa się z protonów i neutronów. To m.in. one określają właściwości pierwiastków i pozwalają nam je od siebie odróżnić. Fizycy od dawna badają jądra atomowe, by dowiedzieć się, w jaki sposób protony i neutrony oddziałują ze sobą. W Jefferson Lab prowadzony jest Lead Radius Experiment (PREx), którego celem jest dokładne zbadanie rozkładu protonów i neutronów w jądrze ołowiu.
      Pytanie brzmi, gdzie w jądrze znajdują się neutrony. Ołów to ciężki pierwiastek. Posiada dodatkowe neutrony. Jeśli jednak bierzemy pod uwagę wyłącznie oddziaływanie sił jądrowych, które wiążą protony i neutrony w jądrze, to lepiej sprawdza się model, w którym jądro ołowiu posiada równą liczbę protonów i neutronów, mówi profesor Kent Paschke z University of Virginia, rzecznik prasowy PREx.
      W lekkich jądrach, zawierających niewiele protonów, zwykle rzeczywiście liczba protonów i neutronów jest równa. Jednak im cięższe jądro, tym potrzebuje więcej neutronów niż protonów, by pozostać stabilnym. Wszystkie stabilne jądra pierwiastków, które zawierają ponad 20 protonów, mają więcej neutronów niż protonów. Ołów zaś to najcięższy pierwiastek o stabilnych izotopach. Jego jądro zawiera 82 protony i 126 neutronów. A do zrozumienia, jak to wszystko trzyma się razem, musimy wiedzieć, w jaki sposób w jądrze rozłożone są dodatkowe neutrony.
      Protony w jądrze ołowiu ułożone są w kształt sfery. Neutrony tworzą większą sferę otaczającą mniejszą. Tę większą sferę nazwaliśmy skórką neutronową, wyjaśnia Paschke. Tę skórkę po raz pierwszy zauważono właśnie w Jefferson Lab w 2012 roku. Od tamtej pory naukowcy starają się mierzyć jej grubość z coraz większą precyzją.
      Neutrony trudno jest badać, gdyż wiele narzędzi, które mają do dyspozycji fizycy, rejestruje oddziaływania elektromagnetyczne, które są jednymi z czterech podstawowych sił natury. Eksperyment PREx do pomiarów wykorzystuje inną z podstawowych sił – oddziaływania słabe. Protony posiadają ładunek elektryczny, który możemy badań za pomocą oddziaływań elektromagnetycznych. Neutrony nie posiadają ładunku elektrycznego, ale – w porównaniu z protonami – generują potężne oddziaływania słabe. Jeśli więc jesteś w stanie to wykorzystać, możesz określić, gdzie znajdują się neutrony, dodaje Paschke.
      Autorzy nowych badań wykorzystali precyzyjnie kontrolowany strumień elektronów, który został wystrzelony w stronę cienkiej warstwy ołowiu schłodzonej do temperatur kriogenicznych. Elektrony obracały się w kierunku ruchu wiązki i wchodziły w interakcje z protonami i neutronami w atomach ołowiu. Oddziaływania elektromagnetyczne zachowują symetrię odbicia, a oddziaływania słabe nie. to oznacza, że elektron, który wchodzi w interakcję za pomocą sił elektromagnetycznych, robi to niezależnie od kierunku swojego spinu. Natomiast jeśli chodzi o interakcje za pomocą oddziaływań słabych, to widoczna jest tutaj wyraźna preferencja jednego kierunku spinu. Możemy więc wykorzystać tę asymetrię do badania siły oddziaływań, a to pozwala nam określić obszar zajmowany przez neutrony. Zdradza nam zatem, gdzie w odniesieniu do protonów, znajdują się neutrony, mówi profesor Krishna Kumar z University of Massachusetts Amherst.
      Przeprowadzenie eksperymentów wymagało dużej precyzji. Dość wspomnieć, że kierunek spinu elektronów w strumieniu był zmieniany 240 razy na sekundę, a elektrony, zanim dotarły do badanej próbki ołowiu, odbywały ponad kilometrową podróż przez akcelerator. Badacze znali relatywną pozycję względem siebie strumieni elektronów o różnych spinach z dokładnością do szerokości 10 atomów.
      Dzięki tak wielkiej precyzji naukowcy stwierdzili, że średnica sfery tworzonej przez protony wynosi około 5,5 femtometrów. A sfera neutronów jest nieco większa, ma około 5,8 femtometrów. Skórka neutronowa ma więc 0,28 femtometra grubości. To około 0,28 milionowych części nanometra, informuje Paschke.
      Jak jednak te pomiary przekładają się na naszą wiedzę o gwiazdach neutronowych? Wyniki uzyskane w Jefferson Lab wskazują, że skórka neutronowa jest grubsza, niż sugerowały niektóre teorie. To zaś oznacza, że do ściśnięcia jądra potrzebne jest większe ciśnienie niż sądzono, zatem samo jądro jest nieco mniej gęste. A jako, że nie możemy bezpośrednio badać wnętrza gwiazd neutronowych, musimy opierać się na obliczeniach, do których używamy znanych właściwości składowych tych gwiazd.
      Nowe odkrycie ma też znaczenie dla danych z wykrywaczy fal grawitacyjnych. Krążące wokół siebie gwiazdy neutronowe emitują fale grawitacyjne, wykrywane przez LIGO. Gdy już są bardzo blisko, w ostatnim ułamku sekundy oddziaływanie jednej gwiazdy powoduje, że druga staje się owalna. Jeśli skórka neutronowa jest większa, gwiazda przybierze inny kształt niż wówczas, gdy skórka ta jest mniejsza. A LIGO potrafi zmierzyć ten kształt. LIGO i PREx badają całkowicie różne rzeczy, ale łączy je podstawowe równanie – równanie stanu materii jądrowej.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      We wnętrzu każdego protonu bądź neutronu znajdują się trzy kwarki związane gluonami. Dotychczas często zakładano, że dwa z nich tworzą trwałą parę: dikwark. Teraz wydaje się jednak, że żywot dikwarków w fizyce dobiega końca. To jeden z wniosków płynących z nowego modelu zderzeń protonów z protonami bądź jądrami atomowymi, w którym uwzględniono oddziaływania gluonów z morzem wirtualnych kwarków i antykwarków.
      W fizyce pojawienie się nowego modelu teoretycznego nierzadko oznacza kłopoty dla starych koncepcji. Nie inaczej jest w przypadku opisu zderzeń protonów z protonami bądź jądrami atomowymi, zaproponowanego przez naukowców z Instytutu Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk (IFJ PAN) w Krakowie. W najnowszym modelu niebagatelną rolę odgrywają interakcje gluonów emitowanych przez jeden proton z morzem wirtualnych kwarków i antykwarków, pojawiających się i znikających wewnątrz drugiego protonu bądź neutronu.
      Gluony są nośnikami oddziaływania silnego, jednego z czterech fundamentalnych oddziaływań przyrody. Wiąże ono kwarki w zlepki, na przykład w protony i neutrony. Pod wieloma względami oddziaływanie silne różni się od pozostałych. Na przykład nie słabnie ono, lecz rośnie wraz z odległością między cząstkami. Co więcej, w przeciwieństwie do fotonów gluony przenoszą pewien ładunek (malowniczo nazywany kolorem) i mogą oddziaływać między sobą.
      Dominująca część reakcji jądrowych – w tym większość zderzeń protonów z protonami bądź jądrami atomowymi – to procesy, w których cząstki jedynie się „muskają” wymieniając gluony. Zderzenia tego typu są nazywane przez fizyków miękkimi i sprawiają im niemały kłopot, gdyż opisująca je teoria nie jest policzalna z zasad pierwszych. Z konieczności wszystkie dzisiejsze modele procesów miękkich są więc mniej lub bardziej fenomenologiczne.
      Sami początkowo chcieliśmy tylko sprawdzić, jak dotychczasowe narzędzie, znane jako Dualny Model Partonów, radzi sobie z bardziej precyzyjnymi danymi eksperymentalnymi dotyczącymi zderzeń protonu z protonem oraz protonu z jądrem węgla, wspomina prof. dr hab. Marek Jeżabek (IFJ PAN). Błyskawicznie się okazało, że nie idzie mu najlepiej. Postanowiliśmy więc na bazie starego modelu, rozwijanego od ponad czterech dekad, spróbować stworzyć coś z jednej strony dokładniejszego, z drugiej bliższego naturze opisywanych zjawisk.
      Zbudowany w IFJ PAN Model Wymiany Gluonów (Gluon Exchange Model, GEM) także ma charakter fenomenologiczny. Bazuje jednak nie na analogiach do innych zjawisk fizycznych, lecz opiera się bezpośrednio na istnieniu kwarków i gluonów oraz na ich fundamentalnych własnościach. Co więcej, GEM bierze pod uwagę istnienie w protonach i neutronach nie tylko trójek kwarków głównych (walencyjnych), ale także morza ciągle powstających i anihilujących par wirtualnych kwarków i antykwarków. Ponadto uwzględniono w nim ograniczenia wynikające z zasady zachowania liczby barionowej. W uproszczeniu mówi ona, że liczba barionów (czyli m.in. protonów i neutronów) istniejących przed i po zakończeniu oddziaływania musi pozostać niezmieniona. Ponieważ każdy z kwarków przenosi liczbę barionową (równą 1/3), zasada ta pozwala lepiej wnioskować, co się dzieje z kwarkami i wymienianymi między nimi gluonami.
      GEM pozwolił nam zbadać nowe scenariusze przebiegu zdarzeń z udziałem protonów i neutronów, podkreśla dr hab. Andrzej Rybicki (IFJ PAN) i przechodzi do szczegółów: Wyobraźmy sobie na przykład, że w trakcie miękkiego zderzenia proton-proton jeden z nich emituje gluon, który trafia w drugi, lecz nie w jego kwark walencyjny, a w jakiś przez ułamek chwili istniejący kwark z wirtualnego morza. Gdy taki gluon zostanie zaabsorbowany, tworzące parę kwark morski i antykwark morski przestają być wirtualne i się materializują w inne cząstki w pewnych stanach końcowych. Zwróćmy uwagę, że w tym scenariuszu nowe cząstki powstają mimo faktu, że kwarki walencyjne jednego z protonów pozostały nietknięte.
      Krakowski model gluonowy prowadzi do ciekawych spostrzeżeń, z których dwa są szczególnie godne uwagi. Pierwsze dotyczy pochodzenia protonów dyfrakcyjnych, obserwowanych w zderzeniach protonów. Są to szybkie protony, które wybiegają z miejsca kolizji pod niewielkimi kątami. Dotychczas sądzono, że nie mogą się one produkować w procesach związanych z wymianą koloru i że za ich powstawanie odpowiada inny mechanizm fizyczny. Teraz się okazuje, że obecność protonów dyfrakcyjnych można doskonale wytłumaczyć właśnie oddziaływaniem gluonu wyemitowanego przez jeden proton z kwarkami morskimi drugiego protonu.
      Nie mniej ciekawe jest kolejne spostrzeżenie. Wcześniej przy opisie zderzeń miękkich przyjmowano, że dwa spośród trzech kwarków walencyjnych protonu czy neutronu są ze sobą związane tak trwale, że tworzą „molekułę” nazywaną dikwarkiem. Istnienie dikwarku było hipotezą, za którą nie wszyscy fizycy oddaliby bezkrytycznie głowę, niemniej koncept był szeroko stosowany – co teraz zapewne się zmieni. Model GEM skonfrontowano bowiem z danymi eksperymentalnymi opisującymi sytuację, w której proton zderza się z jądrem węgla oddziałując po drodze z dwoma lub więcej proto¬nami/neutronami. Okazało się, że aby pozostać w zgodzie z pomiarami, w ramach nowego modelu w przynajmniej połowie przypadków trzeba założyć dezintegrację dikwarku.
      Wiele zatem wskazuje, że dikwark w protonie czy neutronie nie jest obiektem mocno związanym. W szczególności może być tak, że dikwark istnieje tylko efektywnie, jako przypadkowa konfiguracja dwóch kwarków tworzących tak zwany kolorowy antytryplet – i gdy tylko może, natychmiast się rozlatuje, mówi dr Rybicki.
      Krakowski model wymiany gluonów – „nasz klejnot”, jak mówią z przymrużeniem oka obaj autorzy wykorzystując grę słów w języku angielskim (wyraz „gem” można bowiem tłumaczyć jako „klejnot” bądź „cacko”) – w prostszy i bardziej spójny sposób wyjaśnia szerszą klasę zjawisk niż dotychczasowe narzędzia opisu zderzeń miękkich. Obecne wyniki, zaprezentowane w artykule opublikowanym na łamach czasopisma „Physics Letters B”, mają ciekawe implikacje dla zjawisk anihilacji materii z antymaterią, w których mogłoby dochodzić do anihilacji antyprotonu na więcej niż jednym protonie/neutronie w jądrze atomowym. Dlatego autorzy przedstawili już pierwsze, wstępne propozycje dotyczące przeprowadzenia nowych pomiarów w CERN z użyciem wiązki antyprotonów.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Serfując po internecie, zostawiamy wiele cyfrowych odcisków palców, jednak istnieją skuteczne sposoby na zachowanie prywatności w sieci. Dowiedz się, z jakich narzędzi możesz skorzystać, aby ochronić swoją prywatność i zadbać o bezpieczeństwo danych osobowych!
      #1: Sieć TOR
      TOR to bardzo proste w obsłudze narzędzie, ochraniające cenne dla nas informacje. Jego działanie polega na tym, iż sieć ta prowadzi ruch internetowy przez wiele węzłów (dane przechodzą przez parę komputerów dołączonych do sieci). Dzięki czemu nasza aktywność w internecie pozostaje anonimowa. Dane pozostają zaszyfrowane, a komunikacja odbywa się w sposób całkowicie anonimowy.
      Zalety korzystania z sieci TOR:
      •    to narzędzie bezpłatne, niewymagające rejestracji
      •    zapewnia anonimowość, nie rejestruje naszej aktywności wynikającej z przeglądania stron
      •    jest trudne do wyłączenia, gdyż serwery Tora są rozmieszczona na całym świecie, nie ma centrali czy głównego serwera
      Zobacz: https://www.torproject.org
      #2: VPN
      Wirtualna sieć prywatna to narzędzie łączące nasze urządzenie przez bezpieczny tunel ze zdalnym serwerem, w wybranym przez nas kraju. Zadaniem VPN jest zamaskowanie naszego adresu IP, dzięki czemu wydaje się, że mamy dostęp do internetu z lokalizacji zdalnego serwera, a nie rzeczywistej lokalizacji. Oprócz tego sieć ta szyfruje dane, co gwarantuje jak najlepszą ochronę anonimowości w internecie. Nikt nie jest w stanie zobaczyć, co aktualnie oglądamy, czy gdzie przebywamy. Żadna witryna internetowa nie wykorzysta informacji o naszej  aktywności przeglądania, aby wybrać reklamy zgodne z zainteresowaniami. Sieć korzysta z szyfrowania, które można porównać do trzymania danych w niezniszczalnym sejfie, jedynie osoby znające hasło mogą się do nich dostać.
      Zalety korzystania a VPN:
      •    szyfrowanie kompleksowe VPN szyfruje wszelkie dane, jakie przechodzą przez nasze połączenie internetowe
      •    usługi VPN oferują dostęp do połączenia z setek różnych krajów i tysięcy adresów IP
      •    to narzędzie bardzo proste w użyciu, wystarczy się zarejestrować, pobrać i zainstalować daną aplikację, po czym połączyć z serwerem, niepotrzebna jest specjalistyczna wiedza
      •    omija geoblokady oraz cenzury, dzięki czemu mamy dostęp do stron używających geoblokad
      Zobacz: https://topvpn.pl/program-do-vpn/
      #3: Poczta ProtonMail / Tutanota
      Jeśli chcemy zapewnić sobie, jak najwyższe bezpieczeństwo, dobrze jeśli zrezygnujemy z popularnych usług pocztowych, a wybierzemy te posiadające zaawansowane systemy szyfrowania. Dobrym rozwiązaniem będzie: ProtonMail lub Tutanota. Te skrzynki pocztowe zostały wyposażone w silne zabezpieczenia i doskonale szyfrują nasze dane. Dzięki nim będziemy wysyłać zaszyfrowane wiadomości, do użytkowników, którzy korzystają z różnych poczt (O2, Gmail, Onet). Podczas rejestracji w ProtonMail, musimy podać 2 hasła dostępowe, pierwsze z nich jest potrzebne przy etapie uwierzytelniania, a drugie do stworzenia kluczy, dzięki którym poczta się szyfruje. Co ważne, nie musimy obawiać się, że pracownicy skrzynek pocztowych zobaczą nasze dane, gdyż nie mają oni dostępu do haseł, odszyfrowujących wiadomości. Ciekawym rozwiązaniem, jest możliwość włączenia opcji "Expiration" po ustalonej ilości godzin, nasze wiadomości zostaną usunięte (z folderu wysłanych oraz odebranych wiadomości) działa ono jednak jedynie dla kont ProtonMail.
      Zalety bezpiecznych skrzynek pocztowych:
      •    narzędzia całkowicie darmowe
      •    bardzo proste w obsłudze
      •    posiadają estetyczny i miły dla wzroku interfejs
      •    nie ma w nich męczących często reklam
      Zobacz: https://protonmail.com/pl/
      #4: Wyszukiwarka DuckDuckGo
      Kolejnym przydatnym narzędziem, które zapewni nam prywatność w sieci, jest wyszukiwarka DuckDuckGo. Popularność jej bije ostatnio rekordy, pomimo tego, iż na pierwszy rzut oka nie różni się niczym od pozostałych. Panel wyszukiwania wyglądem przypomina ten w Google, a po wpisaniu hasła zobaczymy setki wyszukanych przez nią linków. DuckDuckGo w przeciwieństwie do Google czy Binga nie zbiera żadnych danych o nas i o tym czego szukamy, ani nie personalizuje wyników wyszukiwania czy reklam. Co ważne, DDG nie przechowuje adresów naszych IP, możliwe jest także wyłączenie JavaScript.
      Zalety korzystania z DDG:
      •    anonimowość wyszukiwania
      •    sprawny silnik wyszukiwania
      •    brak personalizacji reklam
      Zobacz: https://duckduckgo.com
      Te cztery narzędzia sprawią, iż korzystając z internetu, zadbamy o swoją anonimowość i prywatność. Nasze dane osobowe, wysyłane wiadomości czy inne informacje o nas samych będą chronione i nie przedostaną się w niepowołane ręce.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Rząd Japonii dał zielone światło budowie Hyper-Kamiokande, największego na świecie wykrywacza neutrin, którego konstrukcja pochłonie 600 milionów dolarów. Gigantyczna instalacja powstanie w specjalnie przygotowanej dlań grocie niedaleko kopalni w miejscowości Kamioka. Pomieści ona 250 000 ton ultraczystej wody. To 5-krotnie więcej niż obecnie używany Super-Kamiokande. Ten z kolei jest następcą 300-tonowego Kamiokande, który działał w latach 1983–1995.
      Dzięki olbrzymim rozmiarom Hyper-K możliwe będzie zarejestrowanie większej liczby neutrin niż dotychczas. Będą one pochodziły z różnych źródeł – z promieniowania kosmicznego, Słońca, supernowych oraz z akceleratora cząstek. Instalacja posłuży też do ewentualnej obserwacji rozpadu protonów. Istnienie takiego zjawiska przewidują niektóre rozszerzenia Modelu Standardowego, jednak dotychczas nie udało się go zarejestrować.
      Budowa wykrywacza ma kosztować 600 milionów dolarów, z czego Japonia pokryje 85%, a resztę sfinansują inne kraje, w tym Wielka Brytania i Kanada. Dodatkowo Japonia wyda 66 milionów dolarów na rozbudowę akceleratora J-PARC. To znajdujące się 300 kilometrów dalej urządzenie będzie źródłem neutrin dla Hyper-K.
      Głównym elementem nowego wykrywacza będzie zbiornik o głębokości 71 i średnicy 68 metrów. Grota, do której trafi, powstanie 8 kilometrów od istniejącej infrastruktury Kamioka, by uniknąć wibracji mogących zakłócić prace przygotowywanego właśnie do uruchomienia wykrywacza fal grawitacyjnych KAGRA.
      Wnętrze zbiornika Hyper-K zostanie wyłożone fotopowielaczami, które będą przechwytywały fotony powstałe w wyniku zderzeń neutrino z atomami w wodzie.
      Hyper-Kamiokande będzie jednym z trzech dużych instalacji służących do wykrywania neutrin, jakie mają ruszyć w nadchodzącej dekadzie. Dwa pozostałe to Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE), który ma zacząć pracę w USA w 2025 roku oraz Jiangmen Underground Neutrino Observatory (JUNO), jaki Chiny planują uruchomić w roku 2021.
      Takaaki Kajita, fizyk z Uniwersytetu Tokijskiego, mówi, że naukowcy są podekscytowani możliwościami Hyper-K, który ma pozwalać na badanie różnic w zachowaniu neutrin i antuneutrin. Już w Super-K zauważono istnienie takich różnic, jednak to Hyper-K i DUNE pozwolą na ich bardziej szczegółowe zbadanie. Zaś dzięki temu, że oba detektory będą korzystały z różnej techniki – w DUNE znajdzie się płynny argon a nie woda – będzie można nawzajem sprawdzać uzyskane wyniki.
      Jednak,jak podkreśla Masayuki Nakahata, fizyk z Uniwersytetu Tokijskiego i rzecznik prasowy Super-K, największą nadzieją, jaką pokłada się w Hyper-K jest odkrycie rozpadu protonu.
      Na razie rząd Japonii nie wydał oficjalnego oświadczenia w sprawie budowy Hyper-Kamiokande. Jednak japońscy naukowcy mówią, że właśnie zaproponowano poprawkę budżetową, w ramach której przewidziano pierwszą transzę w wysokości 32 milionów dolarów na rozpoczęcie budowy wykrywacza. Poprawka musi jeszcze zostać zatwierdzona przez parlament, co prawdopodobnie nastąpi w przyszłym miesiącu.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Zderzenia jąder ołowiu zachodzą w ekstremalnych warunkach fizycznych. Ich przebieg można opisać za pomocą modelu zakładającego, że przekształcająca się, ekstremalnie gorąca materia – plazma kwarkowo-gluonowa – płynie w postaci setek smug. Dotychczas „ogniste smugi” wydawały się konstrukcjami czysto teoretycznymi. Jednak najnowsza analiza zderzeń pojedynczych protonów wzmacnia tezę, że odpowiada im rzeczywiste zjawisko.
      W 2017 roku fizycy z Instytutu Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk (IFJ PAN) w Krakowie przedstawili przemawiający do wyobraźni model zjawisk zachodzących w trakcie zderzeń jąder ołowiu przy wysokich energiach. W modelu założono, że powstająca w zderzeniach egzotyczna materia, plazma kwarkowo-gluonowa, oddala się od miejsca kolizji w formie licznych smug, rozciągniętych wzdłuż pierwotnego kierunku ruchu jąder. Smugi te powinny poruszać się tym szybciej, im bardziej są odległe od osi zderzenia. Obecnie badacze zastosowali model „smug ognistych” do znacznie prostszych zderzeń proton-proton. Gdy porównali swoje przewidywania z danymi zebranymi w eksperymentach w europejskim ośrodku badań jądrowych CERN, czekała ich nie lada niespodzianka.
      Jądra ołowiu zawierają ponad dwieście protonów i neutronów. Gdy dwa tak duże obiekty się zderzają, przy odpowiednio wielkich energiach powstaje płynna mieszanina kwarków i gluonów (cząstek w normalnych warunkach zlepiających kwarki w protony i neutrony). Plazma kwarkowogluonowa błyskawicznie ekspanduje i równocześnie się wychładza. W rezultacie istnieje tak krótko i w tak małym obszarze przestrzeni (o rozmiarach zaledwie setek milionowych części jednej miliardowej metra), że nie potrafimy jej bezpośrednio obserwować. Na dodatek interakcje między cząstkami plazmy są zdominowane przez oddziaływania silne i są tak skomplikowane, że z ich opisem współczesna fizyka po prostu sobie nie radzi. Ślady plazmy kwarkowo-gluonowej widać tylko pośrednio, w cząstkach wybiegających z miejsca zderzenia. Teoria przewiduje bowiem, że jeśli plazma kwarkowo-gluonowa rzeczywiście się wytworzyła, detektory powinny rejestrować wyraźnie większą liczbę cząstek dziwnych (a więc takich, które zawierają kwarki dziwne s).
      Zderzenia proton-proton w akceleratorach w CERN produkują mało cząstek dziwnych. Powszechnie przyjmuje się więc, że w ich trakcie plazma kwarkowo-gluonowa nie powstaje. Uwzględniliśmy ten fakt w naszym modelu smug ognistych, po czym skonfrontowaliśmy jego przewidywania z danymi z eksperymentu NA49 na akceleratorze SPS. Zgodność była zdumiewająco dobra. Można więc powiedzieć, że teraz 'zobaczyliśmy' smugę ognistą w jakościowo innych warunkach fizycznych, tam, gdzie w ogóle się jej nie spodziewaliśmy!, tłumaczy dr hab. Andrzej Rybicki (IFJ PAN), jeden z autorów publikacji w czasopiśmie Physical Review C.
      Kolizję dwóch jąder ołowiu musieliśmy modelować jako złożenie kilkuset smug. W takich warunkach trudno powiedzieć cokolwiek o własnościach pojedynczej smugi. Jednak gdy z modelu wyekstrahowaliśmy rozkład pospieszności, czyli relatywistycznej prędkości cząstek produkowanych przez pojedynczą smugę, okazało się, że jej kształt bardzo dobrze opisuje prawdziwe dane z pomiarów produkcji cząstek w zderzeniach proton-proton!, precyzuje mgr Mirek Kiełbowicz, doktorant IFJ PAN.
      Aby wykresy, otrzymane za pomocą modelu smug ognistych zbudowanego dla zderzeń jąder ołowiu, zgadzały się z danymi eksperymentalnymi dla zderzeń proton-proton, należało je przeskalować o czynnik 0,748. Krakowscy badacze wykazali, że parametr ten nie jest swobodny. Pojawia się on po uwzględnieniu w bilansie energetycznym zmian związanych z różną produkcją cząstek dziwnych i można go odtworzyć z danych eksperymentalnych. Był to kolejny silny argument wzmacniający fizyczną poprawność modelu.
      Pracuję nad modelem smug ognistych w ramach mojej pracy magisterskiej, więc nie zdziwiło mnie, że opisuje on dane ze zderzeń jądro-jądro w sporym zakresie energii. Kiedy jednak zobaczyłem, że wyekstrahowana przez nas funkcja fragmentacji tak dobrze zgadza się z danymi ze zderzeń proton-proton, trudno było ukryć zaskoczenie, wspomina Łukasz Rozpłochowski, student Uniwersytetu Jagiellońskiego współpracujący z grupą z IFJ PAN.
      Materia powstająca w zderzeniach proton-proton, chłodniejsza i jakościowo inna niż plazma kwarkowo-gluonowa, wydaje się więc zachowywać jak pojedyncza ognista smuga. Jej pewne własności – takie jak prędkości emitowanych cząstek czy sposoby ich rozpadów – z jakiegoś powodu są zdumiewająco podobne do własności ognistych smug plazmy kwarkowo-gluonowej. A ponieważ plazma kwarkowo-gluonowa tworzy się przy większych energiach i w zderzeniach obiektów kwantowych o dużej złożoności, uprawnione staje się stwierdzenie, że to ona dziedziczy niektóre cechy materii formującej ogniste smugi w zderzeniach proton-proton.
      Gdy opisywaliśmy zderzenia jądro-jądro, ogniste smugi były dla nas jedynie pewnymi abstrakcyjnymi konstrukcjami, czymś czysto teoretycznym. Nie wnikaliśmy w ich fizyczną naturę, w to, czym mogą być w rzeczywistości. Przeżyliśmy prawdziwy wstrząs, gdy zestawiając dane eksperymentalne z naszym modelem odkryliśmy, że to, co powstaje w zderzeniach proton-proton, zachowuje się dokładnie tak jak nasza pojedyncza ognista smuga, podsumowuje dr Rybicki.
      Wyniki najnowszej analizy, przeprowadzonej przez krakowskich fizyków w ramach grantu SONATA BIS nr 2014/14/E/ST2/00018 Narodowego Centrum Nauki, wzmacniają zatem przypuszczenie, że ognistym smugom, wedle teorii formującym się w zderzeniach proton-proton i jądro-jądro, odpowiadają rzeczywiste procesy fizyczne zachodzące w przepływach ekstremalnie gorącej materii kwantowej.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...