Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Fale grawitacyjne mogą pomóc wyjaśnić asymetrię między materią i antymaterią
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Astronomia i fizyka
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Polska fizyk, Barbara Latacz, jest główną autorką badań, w ramach których naukowcy skupieni w projekcie BASE w CERN zaprezentowali pierwszy w historii kubit z antymaterii. Na łamach pisma Nature Latacz i jej koledzy opisali, jak przez niemal minutę utrzymywali w pułapce antyproton oscylujący pomiędzy dwoma stanami kwantowymi. Badania te pozwolą na znaczne udoskonalenie metod badania różnic między materią i antymaterią.
Proton i antyproton mogą przyjmować dwie wartości spinu. Pomiary zmiany tej wartości pozwalają na precyzyjne testowanie podstawowych praw przyrody, na przykład takich jak symetria CPT (ładunku, parzystości i czasu). Wskazuje ona, że materia i antymateria zachowują się identycznie, jednak jest to sprzeczne z obserwacjami, zgodnie z którymi materii we wszechświecie jest znacznie więcej niż antymaterii.
Spójne kontrolowane zmiany stanu kwantowego obserwowano dotychczas albo w dużych grupach cząstek, albo w przypadku pojedynczych uwięzionych jonów. Nie udało się tego jednak zrobić dla pojedynczego swobodnego momentu magnetycznego jądra, czyli np. spinu pojedynczego protonu. Teraz dokonali tego naukowcy z projektu BASE.
W ramach eksperymentu BASE badane są antyprotony dostarczane przez fabrykę antymaterii w CERN-ie. To jedyne miejsce na Ziemi, gdzie produkuje się niskoenergetyczne antyprotony. Są one przechowywane w elektromagnetycznych pułapkach Penninga i pojedynczo przesyłane do systemu pułapek, w których bada się m.in. ich spin.
Już wcześniej zespół BASE dowiódł, że wartości momentów magnetycznych protonów i antyprotonów są identyczne z dokładnością do kilku części na miliard. Najmniejsza różnica wskazywałaby na naruszenie symetrii CPT, a to oznaczałoby istnienie fizyki poza Modelem Standardowym. Dotychczas jednak badania były zakłócane przez fluktuacje pola magnetycznego. W ostatnim czasie naukowcom udało się znakomicie ulepszyć eksperyment i zapobiec utracie stanu kwantowego, dzięki czemu przez 50 sekund można było badać spin antyprotonu.
To pierwszy kubit zbudowany z antymaterii. Daje nam to możliwość zastosowania całego zestawu metod do precyzyjnego badania pojedynczych układów materii i antymaterii, mówi Stefan Ulmer z BASE. Uczony dodaje, że nowe osiągnięcie pozwoli na badanie momentu pędu antyprotonu nawet ze 100-krotnie większą precyzją, niż dotychczas.
Jeszcze bardziej precyzyjne pomiary będą możliwe dzięki projektowi BASE-STEP, o którego pierwszym udanym teście poinformowano w maju bieżącego roku. Umożliwia on bezpieczne transportowanie antyprotonów uzyskanych w CERN-ie do spokojniejszych środowisk i bardziej precyzyjnych laboratoriów. Gdy już system będzie w pełni działał, nasz nowy przenośny układ pułapek Penninga, napełniony antyprotonami z fabryki, będzie transportowany za pomocą BASE-STEP, co pozwoli na nawet 10-krotne wydłużenie czasu koherencji antyprotonu. To będzie przełom w badaniach nad materią barionową, mówi Barbara Latacz.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
W Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) zarejestrowano najbardziej masywne hiperjądro antymaterii, jakie dotychczas odnotowano w tym akceleratorze. Badacze z eksperymentu ALICE wpadli na ślad antyhiperhelu-4, czyli odpowiednika hiperhelu-4 ze świata materii. Nieznaną dotychczas cząstkę zauważono w pochodzących ze zderzeń jąder ołowiu danych z 2018 roku.
Podczas zderzeń ciężkich jonów w LHC powstaje plazma kwarkowo-gluonowa. Ten egotyczny stan materii wypełniał wszechświat przez jedną milionową sekundy po Wielkim Wybuchu. Badanie tej plazmy pomaga nam zrozumieć, w jaki sposób z kwarków i gluonów powstały hadrony oraz dlaczego we współczesnym wszechświecie istnieje nierównowaga pomiędzy materią i antymaterią.
Hiperjądra to egzotyczne jądra powstałe z protonów, neutronów i hiperonów. Te ostatnie to niestabilne cząstki zawierające co najmniej jedne kwark dziwny, ale nie zawierające kwarka górnego i dolnego. Pierwsze hiperjądro odkryli w 1952 roku Marian Danysz i Jerzy Pniewski z Uniwersytetu Warszawskiego. Od ich zaobserwowania w promieniowaniu kosmicznym minęło zatem ponad 70 lat, a wciąż stanowią one tajemnicę dla nauki. Rzadko można je zaobserwować w naturze i bardzo trudno jest je badać w laboratorium.
W zderzeniach ciężkich jonów powstaje sporo hiperjąder, jednak dotychczas zaobserwowano trzy. Pierwszym był hipertryton i jego partner z antymaterii, a antyhipertryton. Hipertryton składał się z protonu, neutronu i hiperonu lambda, więc antyhipertryton składał się z antyprotonu, antyneutronu i antylambda.
Niecałe cztery miesiące temu informowaliśmy o znalezieniu najcięższego jądra antymaterii, antyhiperwodoru-4, zbudowanego z antyprotonu, dwóch antyneutronów i antyhiperonu lambda. Teraz naukowcy z ALICE poinformowali, że w 2018 roku podczas zderzeń jonów ołowiu przy energii 5,02 TeV pojawiły się dane wskazujące na powstanie antyhiperhelu-4. Jest ono złożone z dwóch antyprotonów, antyneutronu i antyhiperonu lambda. Poziom ufności obserwacji wynosi 3,5 sigma. To zbyt mało, by mówić o odkryciu, jednak na tyle dużo, że naukowcy uznali, iż warto o tym poinformować i prowadzić dalsze badania.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Członkowie międzynarodowego zespołu badawczego STAR Collaboration, jednego z czterech projektów prowadzonych w Relatywistycznym Zderzaczu Ciężkich Jonów (RHIC) w Brookhaven National Laboratory – w którym odtwarzane są warunki, jakie panowały we wczesnym wszechświecie – ogłosili odkrycie najcięższego jądra antymaterii. Składa się ono z antyprotonu, dwóch antyneutronów oraz antyhiperonu i zostało nazwane antyhiperwodorem-4. Odkrycia dokonano analizując wyniki 6 miliardów zderzeń jąder atomowych.
Antymateria ma, z wyjątkiem przeciwnego ładunku elektrycznego, te same właściwości co materia: tę samą masę, taki sam czas życia przed rozpadem, wchodzi w takie same interakcje, wyjaśnia Junlin Wu, świeżo upieczony magister ze Wspólnego Wydziału Fizyki Jądrowej Uniwersytetu w Lanzhou i Instytutu Współczesnej Fizyki Chińskiej Akademii Nauk. Wciąż za to nie wiemy, i jest to jedna z najważniejszych zagadek współczesnej fizyki, dlaczego wszechświat zbudowany jest głównie z materii, a nie antymaterii i dzieje się tak mimo tego, że podczas Wielkiego Wybuchu powstało tyle samo antymaterii co materii.
RHIC to idealne miejsce do prób szukania odpowiedzi na to pytanie. To pierwszy i jeden z zaledwie dwóch – drugim jest Wielki Zderzacz Hadronów (LHC) – akcelerator, w którym zderzane są ciężkie jony. W urządzeniu zderzane są ciężkie jony pędzące z prędkością bliską prędkości światła. Po zderzeniu powstaje mieszanina kwarków i gluonów, w której biorą początek nowe cząstki. I tak, jak we wczesnych wszechświecie, cząstki materii i antymaterii rodzą się tam w niemal równych proporcjach. Badacze mają nadzieję, że badając te cząstki znajdą przyczynę, dla której symetria została zachwiana na rzecz wszechświata zbudowanego z materii.
U podstaw naszych eksperymentów leży proste przypuszczenie, że jeśli chcemy poznać przyczynę asymetrii materii i antymaterii, to musimy najpierw odkryć nowe cząstki antymaterii, mówi fizyk Hao Qiu, doradca naukowy Junlina Wu.
Naukowcy ze STAR Collaboration już wcześniej znajdowali antymaterię w danych ze zderzeń w RHIC. W 2010 roku odkryli antyhipertryt, pierwsze jądro antymaterii zawierającą hiperon. Hiperony to cząstki, które zawierają co najmniej jeden kwark dziwny, ale nie zawierające kwarka górnego i dolnego. Wchodzą one w skład hiperjąder. Pierwsze hiperjądro odkryli w 1952 roku Marian Danysz i Jerzy Pniewski z Uniwersytetu Warszawskiego.
Odkrycie antyhiperwodoru-4 oznacza nie tylko znalezienie najcięższego jądra antymaterii, ale również trafienie na igłę w stogu siana. Hiperjądra żyją bowiem tak długo, jak istnieje hiperon, a czas jego życia nie przekracza 10-10 sekundy. Ponadto, by powstał antyhiperwodór-4, z zupy kwarkowo-gluonowej powstałej po zderzeniu ciężkich jąder w RHIC muszą wyłonić się wszystkie cztery składowe nowego jądra, muszą one powstać w odpowiednim miejscu, przemieszczać się w tym samym kierunku, by w odpowiednim czasie się połączyć i na krótko utworzyć antyhiperwodór-4.
Zidentyfikowanie nowej cząstki antymaterii było możliwe dzięki zidentyfikowaniu cząstek, na które się ona rozpadła. Jednym z produktów rozpadu był antyhel-4, drugim jest pion o ładunku dodatnim. Jako że już wcześniej odkryliśmy antyhel-4, użyliśmy tej samej metody do jego zidentyfikowania, a następnie dokonaliśmy rekonstrukcji cząstki macierzystej, wykorzystując w tym celu π+, wyjaśnia Wu. Rekonstrukcja taka polega na śledzeniu wstecz trasy przemieszczania się antyhelu-4 i π+, co pozwala stwierdzić, czy obie cząstki pojawiły się w tym samym punkcie. Nie było to łatwe zadanie. Naukowcy musieli przeanalizować miliardy zderzeń. Każdy zauważony antyhel-4 mógł mieć coś wspólnego nawet z 1000 pionów. Trzeba było więc sprawdzić każdą z możliwości. Kluczem do sukcesu było znalezienie takiej pary antyhel-4-π+, której trajektoria rozpoczynała się w tym samym punkcie. Znaleziono 22 takie pary, a analiza wykazała, że sześć takich wydarzeń to szum tła. Tym samym uczeni ze STAR Collaboration mogli poinformować o wykryciu 16 jąder antyhiperwodoru-4.
Naukowcy porównali czas życia antyhiperwodoru-4 z hiperwodorem-4 oraz antyhipertrytu i hipertrytu. Nie znaleźli żadnych zasadniczych różnic. Ich badania potwierdziły istnienie symetrii, a zatem prawdziwość obecnych modeli fizycznych. Obecnie pracują nad porównaniem masy wspomnianych cząstek i antycząstek.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Po raz pierwszy udało się bezpośrednio zaobserwować wpływ grawitacji na antymaterię. Fizycy z CERN eksperymentalnie wykazali, że grawitacja działa na antymaterię tak, jak i na materię – antyatomy opadają na źródło grawitacji. Nie jest to niczym niespodziewanym, różnica w oddziaływaniu grawitacji na materię i antymaterię miałaby bardzo poważne implikacje dla fizyki. Jednak bezpośrednia obserwacja tego zjawiska jest czymś, czego fizycy oczekiwali od dziesięcioleci. Oddziaływanie grawitacyjne jest bowiem niezwykle słabe, zatem łatwo może zostać zakłócone.
Naukowcy z CERN pracujący przy eksperymencie ALPHA wykorzystali atomy antywodoru, które są stabilne i elektrycznie obojętne, do badania wpływu grawitacji na antymaterię. Uczeni utworzyli antywodór łącząc antyprotony – uzyskane w urządzeniach AD i ELENA pracujących w Antimatter Factory – z pozytonami (antyelektronami) z radioaktywnego sodu-22. Atomy antywodoru umieszczono następnie w pułapce magnetycznej, która chroniła je przed wejściem w kontakt z materią i anihilacją. Całość umieszczono w niedawno skonstruowanym, specjalnym urządzeniu o nazwie ALPHA-g, które pozwala na śledzenie losu atomów po wyłączeniu pułapki.
Symulacje komputerowe wykazywały, że – w przypadku materii – około 20% atomów powinno opuścić pułapkę przez górną jej część, a około 80% – przez dolną. Naukowcy wielokrotnie przeprowadzili eksperymenty z użyciem antymaterii, uwzględniając przy tym różne ustawienia pułapki i różne możliwe oddziaływania poza oddziaływaniami grawitacyjnymi. Po uśrednieniu wyników eksperymentów okazało się, że antymateria zachowuje się tak, jak materia. Około 20% atomów antywodoru uleciało z pułapki górą, a około 80% – dołem.
Potrzebowaliśmy 30 lat by nauczyć się, jak stworzyć antyatomy, jak utrzymać je w pułapce, jak je kontrolować i jak je uwalniać z pułapki, by oddziaływała na nie grawitacja. Następnym etapem naszych badań będą jak najbardziej precyzyjne pomiary przyspieszenia opadających antyatomów. Chcemy sprawdzić, czy rzeczywiście atomy i antyatomy opadają w taki sam sposób, mówi Jeffrey Hangst, rzecznik prasowy eksperymentu ALPHA.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.