Alternatywny sposób badania ciężkich molekuł ułatwi szukanie zjawisk poza Modelem Standardowym
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Astronomia i fizyka
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Uczeni z University of Manchester i Australian National University (ANU) stworzyli magnes składający się z pojedynczej molekuły, który przechowuje zapisane w nim informacje w najwyższej temperaturze ze wszystkich tego rodzajów pamięci. Tego typu molekuły charakteryzuje niezwykle duża pojemność zapisu, nawet 100-krotnie większa niż limit współczesnych technologii. W przyszłości tego typu molekuły mogą zostać wykorzystane do zbudowania pamięci kwantowych czy w spintronice.
Nowa molekuła zachowuje zapisane w niej dane w temperaturze 100 kelwinów, czyli -173 stopni Celsjusza. Jej stworzenie to znaczący krok naprzód w porównaniu z wcześniejszymi „molekularnymi magnesami”, które przechowywały dane w temperaturze 80 kelwinów (-193 stopnie Celsjusza). Oczywiście temperatura potrzebna do pracy wspomnianej molekuły jest znacznie niższa od temperatury pokojowej czy temperatur możliwych do uzyskania za pomocą standardowych urządzeń chłodniczych. Jednak, na co warto zwrócić uwagę, jest to temperatura znacząco wyższa od temperatury ciekłego azotu (77 kelwinów, -196 stopni Celsjusza).
Ciekły azot jest łatwo dostępnym chłodziwem, więc dla koncernów wykorzystujących olbrzymie bazy danych, jak Google, Microsofot, Meta czy Amazon, jego użycie nie powinno stanowić problemu. Natomiast korzyści z zastosowania wspomnianej molekuły mogą być olbrzymie. Dość wspomnieć, że teoretycznie pozwala ona przechować ponad 3TB na powierzchni 1 cm2. To na przykład pół miliona filmików z TikToka czy 3600 płyt CD z muzyką zapisanych na dysku twardym wielkości znaczka pocztowego.
Pamięci magnetyczne są wykorzystywane od dziesięcioleci. Obecnie używane dyski twarde przechowują dane poprzez namagnesowanie niewielkich regionów składających się z wielu atomów, które współdziałają w podtrzymaniu zapisanych danych. Chemiczne molekuły magnetyczne nie potrzebują pomocy sąsiadów, by zachować zapisane w nich dane. To stwarza okazję do zbudowania z nich układów pamięci o olbrzymiej gęstości zapisu. Jednak problemem jest tutaj fakt, że do przechowania tego zapisu wymagają one bardzo niskich temperatur. Badacze z Manchesteru zaprezentowali molekułę, której można zapewnić odpowiednie warunki za pomocą tak powszechnie dostępnego chłodziwa jak ciekły azot.
Kluczem do sukcesu jest tutaj unikatowa struktura złożona z atomu dysprozu umieszczonego między dwoma atomami azotu. Te trzy atomu układają się niemal w linii prostej. Taka architektura zwiększa zdolność materiału do generowania i utrzymania pola magnetycznego. O tym wiadomo było nie od dzisiaj. Dopiero teraz jednak udało się to zrealizować w praktyce.
Zwykle gdy dysproz jest związany jedynie z 2 atomami azotu, powstaje molekuła o zagiętym, nieregularnym kształcie. Uczeni z Manchesteru dodali do całości alken, który łączy się z atomem dysprozu, utrzymując pożądany kształt całości.
Naukowcy z ANU są twórcami analizy numerycznej i nowego modelu opisującego zachowanie się tego typu molekuł. Na ich podstawie uczeni z Manchesteru będą teraz pracowali nad jeszcze lepszymi magnesami molekularnymi.
Źródło: Soft magnetic hysteresis in a dysprosium amide–alkene complex up to 100 kelvin, https://www.nature.com/articles/s41586-025-09138-0
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
W ostatnim półwieczu producenci komputerów dokonali olbrzymich postępów pod względem miniaturyzacji i wydajności układów scalonych. Wciąż jednak bazują one na krzemie i w miarę zbliżania się do fizycznych granic wykorzystywania tego materiału, miniaturyzacja staje się coraz trudniejsza. Nad rozwiązaniem tego problemu pracują setki naukowców na całym świecie. Jest wśród nich profesor King Wang z University of Miami, który wraz z kolegami z kilku amerykańskich uczelni ogłosił powstanie obiecującej molekuły, która może stać się podstawą do budowy molekularnego komputera.
Na łamach Journal of American Chemical Society uczeni zaprezentowali najlepiej przewodzącą prąd cząsteczkę organiczną. Co więcej, składa się ona z węgla, siarki i azotu, a więc powszechnie dostępnych pierwiastków. Dotychczas żadna molekuła nie pozwala na tworzenie elektroniki bez olbrzymich strat. Tutaj mamy pierwszą molekułą, która przewodzi prąd na dystansie dziesiątków nanometrów bez żadnej straty energii, zapewnia Wang. Uczeni są pewni swego. Testy i sprawdzanie molekuły pod wszelkimi możliwymi kątami trwały przez ponad dwa lata.
Zdolność cząsteczek do przewodzenia elektronów wykładniczo zmniejsza się wraz ze wzrostem rozmiarów molekuły. Tym, co jest unikatowe w naszej molekule, jest fakt, że elektrony mogą przemieszczać się przez nie bez straty energii. Teoretycznie jest to wiec najlepszy materiał do przewodzenia elektronów. Pozwoli on nie tylko zmniejszyć rozmiary elektroniki w przyszłości, ale jego struktura umożliwi stworzenie komputerów funkcjonujących tak, jak nie jest to możliwe w przypadku materiałów opartych na krzemie, dodaje Wang.
Nowa molekuła może posłużyć do budowy molekularnych komputerów kwantowych. Niezwykle wysokie przewodnictwo naszej cząsteczki to rezultat intrygującej interakcji spinów elektronów na obu końcach molekuły. W przyszłości taki system molekularny może pełnić rolę kubitu, podstawowej jednostki obliczeniowej komputerów kwantowych, cieszy się uczony.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Podczas dorocznej konferencji fizycznej Recontres de Moriond naukowcy z CERN-u poinformowali o dokonaniu ważnego kroku na drodze ku zrozumieniu asymetrii pomiędzy materią a antymaterią. Podczas analizy olbrzymiej ilości danych z Wielkiego Zderzacza Hadronów uczeni znaleźli dowody na naruszenie symetrii CP przez bariony.
Symetria CP oznacza, że cząstka rozpada się identycznie jak jej antycząstka odbita w lustrze. Fakt, że we wszechświecie istnieje więcej materii niż antymaterii sugeruje, że łamanie symetrii CP jest zjawiskiem powszechnym. Po raz pierwszy zaobserwowano je w 1964 roku w przypadku kaonów (mezonów K). Wtedy zaobserwowano, że rozpadają się one nieco inaczej niż antykaony. Od tej pory naruszenie symetrii CP jest przedmiotem intensywnych badań, które mają wyjaśnić istniejącą nierównowagę między materią a antymaterią.
Naukowcy wiedzieli, że i w przypadku barionów powinno dochodzić do łamania symetrii CP, jednak dotychczas nie zaobserwowano tego zjawiska. Przyczyną, dla której zaobserwowanie naruszenia symetrii CP przez bariony zajęło tyle czasu jest różnica w sile tego zjawiska i ilości dostępnych danych. Potrzebowaliśmy urządzenia takiego jak Wielki Zderzacz Hadronów, zdolnego do wytworzenia wystarczająco dużej liczby barionów pięknych oraz ich antycząstek i potrzebowaliśmy maszyny zdolnej do znalezienia produktów ich rozpadu. Teraz, dzięki ponad 80 000 rozpadów barionów zauważyliśmy – po raz pierwszy dla tej klasy cząstek – łamanie symetrii CP, mówi rzecznik prasowy eksperymentu LHCb Vincenzo Vagnoni.
Już od kilku lat w rozpadach barionów pięknych Lambda b (Λb) znajdowano sygnały świadczące o istnieniu różnic w rozpadzie barionów i antybarionów. Bariony te są sześciokrotnie bardziej masywne od swojego kuzyna, protonu. Bariony, do których należy też neutron, są tą rodziną cząstek, która w znacznej mierze tworzy świat.
Teraz naukowcy pracujący przy eksperymencie LHCb zaobserwowali naruszenie symetrii CP w przypadku cząstek Lambda b (Λb), które zbudowane są z kwarka górnego, dolnego i kwarka b (kwarka pięknego). Szczegółowe analizy rozpadów Λb i anty-Λb wykazały różnice rzędu 5,2 odchyleń standardowych (5,2 sigma). Uzyskanie 5 sigma to poziom pozwalający na ogłoszenie odkrycia. Zatem po raz pierwszy z całą pewnością udało się stwierdzić, że wśród barionów istnieje łamanie symetrii CP.
Badania tego typu, chociaż ich wyniki są spodziewane, pozwalają lepiej poznać prawa rządzące fizyką. Istnienie naruszenia symetrii CP przewiduje sam Model Standardowy. Jednak naruszenie to jest o całe rzędy wielkości zbyt małe, by na gruncie Modelu Standardowego wyjaśnić obserwowaną asymetrię między materią i antymaterią. To zaś sugeruje, że istnieją źródła naruszenia symetrii CP, których nie przewiduje Model Standardowy. Im zatem lepiej poznamy to zjawisko, z tym większą dokładnością sprawdzimy Model Standardowy i będziemy mieli szansę na odkrycie zjawisk, których obecnie nie znamy.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Głównym powodem wybudowania Wielkiego Zderzacza Hadronów (LHC) były poszukiwania bozonu Higgsa. Urządzenie wywiązało się z tego zadania w 2012 roku i od tej pory poszerza naszą wiedzę o świecie. Teraz naukowcy z eksperymentów CMS i ATLAS w CERN poinformowali o znalezieniu pierwszych dowodów na rzadki rozpad bozonu Higgsa do bozonu Z i fotonu. Jeśli ich spostrzeżenia się potwierdzą, może być to pośrednim dowodem na istnienia cząstek spoza Modelu Standardowego.
Model Standardowy przewiduje, że jeśli bozon Higgsa ma masę ok. 125 gigaelektronowoltów – a z ostatnich badań wiemy, że wynosi ona 125,35 GeV – to w około 0,15% przypadków powinien się on rozpadać na bozon Z – elektrycznie obojętny nośnik oddziaływań słabych – oraz foton, nośnik oddziaływań elektromagnetycznych. Niektóre teorie uzupełniające Model Standardowy przewidują inną częstotliwość dla takiego rozpadu. Zatem sprawdzenie, które z nich są prawdziwe, daje nam ważny wgląd zarówno w samą fizykę spoza Modelu Standardowego, jak i na bozon Higgsa. A mowa jest o fizyce poza Modelem Standardowym, gdyż modele przewidują, że bozon Higgsa nie rozpada się bezpośrednio do bozonu Z i fotonu, ale proces ten przebiega za pośrednictwem pojawiających się i znikających cząstek wirtualnych, które trudno jest wykryć.
Uczeni z ATLAS i CMS przejrzeli dane z 2. kampanii badawczej LHC z lat 2015–2018 i zdobyli pierwsze dowody na rozpad bozonu Higgsa do bozonu Z i fotonu. Istotność statystyczna odkrycia wynosi sigma 3,4, jest więc mniejsza od sigma 5, kiedy to można mówić o odkryciu. Dlatego też na na razie do uzyskanych wyników należy podchodzić z ostrożnością, wymagają one bowiem weryfikacji.
Każda cząstka ma specjalny związek z bozonem Higgsa, zatem poszukiwanie rzadkich dróg rozpadu bozonu Higgsa jest priorytetem. Dzięki drobiazgowemu połączeniu i analizie danych z eksperymentów ATLAS i CMS wykonaliśmy krok w kierunku rozwiązania kolejnej zagadki związanej z bozonem Higgsa, mówi Pamela Ferrari z eksperymentu ATLAS. A Florencia Canelli z CMS dodaje, że podczas trwającej właśnie 3. kampanii badawczej LHC oraz High-Luminosity LHC naukowcy będą w stanie doprecyzować obecnie posiadane dane oraz zarejestrować jeszcze rzadsze rodzaje rozpadów Higgsa.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Po raz pierwszy udało się utworzyć i zmierzyć postulowany od dawna stan powiązania pomiędzy atomami. Naukowcy z Wiednia i Innsbrucku wykorzystali laser do spolaryzowania atomów tak bardzo, że z jednej strony miały ładunki dodatnie, z drugiej ujemne. Dzięki temu mogli związać atomy ze sobą. Oddziaływania pomiędzy nimi były znacznie słabsze niż pomiędzy atomami w standardowej molekule, ale na tyle silne, że można było mierzyć ich wartość.
W atomie jądro o ładunku dodatnim otoczone jest przez chmurę elektronów o ładunku ujemnym. Całość jest obojętna. Jeśli teraz włączymy zewnętrzne pole elektryczne, rozkład ładunków nieco się zmieni. Ładunki dodatnie przemieszczą się w jednym kierunku, ujemne w w drugim i atom będzie posiadał stronę dodatnią i ujemną, stanie się spolaryzowany, mówi profesor Philipp Haslinger.
Taką polaryzację atomu można uzyskać też za pomocą światła, które jest szybko zmieniającym się polem elektromagnetycznym. Gdy liczne atomy znajdują się blisko siebie, światło polaryzuje je w ten sam sposób. Więc dwa sąsiadujące ze sobą atomy będą zwrócone do siebie przeciwnymi ładunkami, co spowoduje, że będą się przyciągać.
To bardzo słabe oddziaływanie, zatem eksperyment trzeba prowadzić bardzo ostrożnie, by móc zmierzyć siłę oddziaływania. Gdy atomy mają dużo energii i szybko się poruszają, to przyciąganie natychmiast znika. Dlatego też użyliśmy podczas eksperymentów ultrazimnych atomów, wyjaśnia Mira Maiwöger z Wiedeńskiego Uniwersytetu Technologicznego.
Naukowcy najpierw złapali atomy w pułapkę i je schłodzili. Następnie pułapka została wyłączona, a uwolnione atomy rozpoczęły swobodny spadek. Taka chmura opadających atomów była niezwykle zimna, jej temperatura była niższa niż 1/1 000 000 kelwina, ale miała na tyle dużo energii, że podczas spadku rozszerzała się. Jeśli jednak na tym etapie atomy zostaną spolaryzowane za pomocą lasera i pojawi się pomiędzy nimi przyciąganie, rozszerzanie się chmury zostaje spowolnione. W ten właśnie sposób można zmierzyć siłę oddziaływania pomiędzy atomami.
Polaryzowanie indywidualnych atomów za pomocą lasera nie jest niczym nowym. Kluczowym elementem naszego eksperymentu było jednoczesne spolaryzowanie w sposób kontrolowany wielu atomów i stworzenie mierzalnych oddziaływań pomiędzy nimi, dodaje Matthias Sonnleitner, który opracował teoretyczne założenia eksperymentu.
Autorzy eksperymentu zwracają uwagę, że zmierzone przez nich oddziaływanie może odgrywać ważną rolę w astrofizyce. W pustce kosmosu małe siły mogą odgrywać duża rolę. Po raz pierwszy wykazaliśmy, że promieniowanie elektromagnetyczne może tworzyć oddziaływania pomiędzy atomami, co może rzucić nowe światło na niewyjaśnione obecnie zjawiska astrofizyczne, dodaje Haslinger.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.