Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
KopalniaWiedzy.pl

CERN: superprecyzyjne pomiary wykazały, że antymateria i materia reagują tak samo na grawitację

Recommended Posts

W CERN zakończono najbardziej precyzyjne w historii eksperymenty, których celem było sprawdzenie czy materia i antymateria reagują tak samo na oddziaływanie grawitacji. Trwające 1,5 roku badania z wykorzystaniem protonów i antyprotonów przeprowadzili specjaliści z eksperymentu BASE (Baryon Antibaryon Symmetry Experiment).

Naukowcy zmierzyli stosunek ładunku do masy protonu i antyprotonu z dokładnością 16 części na bilion. To najbardziej precyzyjny ze wszystkich testów symetrii materii i antymaterii przeprowadzony na cząstkach złożonych z trzech kwarków, zwanych barionami, i ich antycząstkach, mówi Stefan Ulmer, rzecznik prasowy BASE.

Zgodnie z Modelem Standardowym cząstki i antycząstki mogą się od siebie różnić, jednak większość właściwości, szczególnie ich masa, powinno być identycznych. Znalezienie różnicy masy pomiędzy protonami a antyprotonami lub też różnicy w ich stosunku ładunku do masy, oznaczałoby złamanie podstawowej symetrii Modelu Standardowego, symetrii CPT. Byłby to również dowód na znalezienie fizyki wykraczającej poza opisaną Modelem Standardowym.

Istnienie takiej różnicy mogłoby doprowadzić do wyjaśnienia, dlaczego wszechświat składa się głównie z materii, mimo że podczas Wielkiego Wybuchu powinny powstać takie same ilości materii i antymaterii. Różnice pomiędzy cząstkami materii i antymaterii zgodne z Modelem Standardowym, są o rzędy wielkości zbyt małe, by wyjaśnić obserwowaną nierównowagę.

Naukowcy z BASE wykorzystali podczas swoich pomiarów antyprotony i jony wodoru, które służyły jako ujemnie naładowane przybliżenia protonów. Umieszczono je w tzw. pułapce Penninga. Badania prowadzono pomiędzy grudniem 2017 roku a majem 2019. Później przystąpiono do opracowywania wyników, a po zakończeniu prac w najnowszym numerze Nature poinformowano o rezultatach.

Po uwzględnieniu różnic pomiędzy jonami wodoru a protonami okazało się, że stosunek ładunku do masy protonu jest z dokładnością do 16 części na miliard identyczny ze stosunkiem ładunku do masy antyprotonu. To czterokrotnie bardziej dokładne obliczenia niż wszystko, co udało się wcześniej uzyskać, mówi Stefan Ulmer. Aby dokonać tak precyzyjnych pomiarów musieliśmy najpierw znacznie udoskonalić nasze narzędzia. Badania przeprowadziliśmy w czasie, gdy urządzenia wytwarzające antymaterię były nieczynne. Wykorzystaliśmy więc magazyn antyprotonów, w którym mogą być one przechowywane przez lata, dodaje.

Prowadzenie eksperymentów w pułapce Penninga w czasie, gdy urządzenia wytwarzające antymaterię nie działają, pozwala na uzyskanie idealnych warunków, gdyż nie występują zakłócające badania pola magnetyczne generowane przez „fabrykę antymaterii”.

Naukowcy z BASE nie ograniczyli się tylko do niespotykanie precyzyjnego porównania protonów i antyprotonów. Przeprowadzili też testy słabej zasady równoważności. Wynika ona z teorii względności i głosi, że zachowanie wszystkich obiektów w polu grawitacyjnym jest niezależne od ich właściwości, w tym masy. Oznacza to, że jeśli pominiemy inne siły – jak np. siłę tarcia – reakcja wszystkich obiektów na oddziaływanie grawitacji jest taka sama. Przykładem może być tutaj piórko i młotek, które w próżni powinny opadać z tym samym przyspieszeniem.

Orbita Ziemi wokół Słońca ma kształt elipsy, co oznacza, że obiekty uwięzione w pułapce Penninga będą odczuwały niewielkie zmiany oddziaływania grawitacyjnego. Okazało się, że zarówno proton i antyproton identycznie reagują na te zmiany. Uczeni z BASE potwierdzili, że słaba zasada równoważności odnosi się zarówno do materii jak i antymaterii z dokładnością około 3 części na 100.

Ulmer podkreśla, że uzyskana w tym eksperymencie precyzja jest podobna do założeń eksperymentu, w ramach których CERN chce badać antywodór podczas spadku swobodnego w polu grawitacyjnym Ziemi. BASE nie prowadziło eksperymentu ze swobodnym spadkiem antymaterii w polu grawitacyjnym Ziemi, ale nasze pomiary wpływu grawitacji na antymaterię barionową są co do założeń bardzo podobne do planowanego eksperymentu. To wskazuje, że w dopuszczonym zakresie niepewności nie znaleźliśmy żadnych anomalii w interakcjach pomiędzy antymaterią a grawitacją.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Hmmm, to komplikuje sprawy. Ale bardziej istotne było by zbadanie jakie jest oddziaływanie grawitacyjnie pomiędzy antycząstkami (antymateria-antymateria).

Share this post


Link to post
Share on other sites

Super - jedno pytanie chyba rozwiązane, chyba mało kto podejrzewał żeby było inaczej.

Warto pamiętać że dalej eksperymentalnie nie znamy masy grawitacyjnej elektronu: z eksperymentu w latach 60-tych (Witteborn, Fairbank) wyszło że jest zerowa! ... ale okazało się że był problem eksperymentalny: w ekranującej rurce z powodów grawitacyjnych powstał gradient pola elektrycznego - dokładnie niwelując hipotetyczną masę grawitacyjną elektronu ... te problemy dalej nie zostały rozwiązane, dobre slajdy: https://indico.cern.ch/event/361413/contributions/1776296/attachments/1137816/1628821/WAG2015.pdf

Dla asymetrii materia-antymateria raczej zupełnie nie tędy droga (szukaniu fundamentalnych różnic). Znamy statystyczne łamanie symetrii np. przy powstawaniu życia: czym więcej jednego typu np. cukrów, tym łatwiej przyszłym pokoleniom tego typu - statystycznie prowadząc do kompletnej dominacji jednej opcji, pierwotnie wybranej w sposób losowo. Dla materii-antymaterii analogicznie wystarczy żeby np. w obecności elektronu/pozytronu, odrobinę łatwiej o bariogenezę protonu/antyprotonu.

  • Upvote (+1) 1

Share this post


Link to post
Share on other sites
4 godziny temu, Jarek Duda napisał:

Dla asymetrii materia-antymateria raczej zupełnie nie tędy droga (szukaniu fundamentalnych różnic). Znamy statystyczne łamanie symetrii np. przy powstawaniu życia: czym więcej jednego typu np. cukrów, tym łatwiej przyszłym pokoleniom tego typu - statystycznie prowadząc do kompletnej dominacji jednej opcji, pierwotnie wybranej w sposób losowo. Dla materii-antymaterii analogicznie wystarczy żeby np. w obecności elektronu/pozytronu, odrobinę łatwiej o bariogenezę protonu/antyprotonu.

 Jednak to różnorodność zapewnia przetrwanie a nie dominacja. Lekko mi się przykład nie spina :P 

4 godziny temu, Jarek Duda napisał:

masę grawitacyjną elektronu

Ja to może się nie znam i jestem ignorantem, ale jak standardowy Polak się wypowiem. Masa to tylko konsekwencja przebywania materii w polu grawitacyjnym. Nie ma tam nic ciekawego można bez niej żyć. W sumie masa to ułuda. Jak wyznaczyć wzorzec masy w przestrzeni kosmicznej pozbawionej silnego pola grawitacyjnego? No nie da się i nie ma to większego sensu. Grawitacja to konsekwencja spinu materii (tak mi mój móżdżek ameby  podpowiada). Powiem szczerze twór pt. 'masa grawitacyjna'  wygląda mi na jakiś piękny twór sf z cyklu 'blastery odwróconej ciemnej materii wzbogacone 7 struną przeszłości'. 

:P Ok, sprawdziłem 'masa grawitacyjna'. Tak jak podejrzewałem, brak zrozumienia czym jest masa wyprodukował takie wypociny jak 'jak masa grawitacyjna'. Przecież to energia cząsteczki w spoczynku. Oczywiście w spoczynku którego nie można zapewnić.  Po co operować na jakiś abstrakcyjnych bytach? Cos ma energię i tyle. Cała reszta to pobożne życzenia.    

Oczywiście co bystrzejsi poszli po rozum do głowy i nie ma wyznaczania wzorca masy starego bo to był absurd:

https://pl.wikipedia.org/wiki/Kilogram

Nie wiem co intersującego jest w masie,
1. jest niewłaściwie interpretowana, co prowadzi do niejasności
2. nie da się jej prawidłowo określić no bo niby jak? 


Ogólnie stara definicja masy powstała chyba tylko po to, aby Pane E. mógł swoje czary odprawiać.  

Edited by l_smolinski

Share this post


Link to post
Share on other sites
50 minutes ago, l_smolinski said:

Jednak to różnorodność zapewnia przetrwanie a nie dominacja

Różnorodność dla przetrwania to trochę później, na początku kluczowe były podstawowe materiały jak cukry, aminokwasy - których (re-)użycie wymaga kompatybilności, wręcz enancjomery mogą być toksyczne (np. https://en.wikipedia.org/wiki/Mirror_life ) - sukces życia wymagał wczesnej dominacji jednej z opcji (wybranej np. losowo).

W przypadku CPT-symetrycznego: "w obecności elektronu łatwiej o bariogenezę protonu" + "w obecności pozytronu łatwiej o bariogenezę antyprotonu" też nastąpiłoby statystyczne łamanie symetrii, m.in. dzięki wyrównywaniu przez anihilację.

58 minutes ago, l_smolinski said:

Masa to tylko konsekwencja przebywania materii w polu grawitacyjnym.

Są ze 4 rodzaje masy:
1) inercyjna w F=ma,
2) energia E=mc^2
3) grawitacyjna w F~mM/r^2
4) de Brogliea - związana częstotliwość E = hbar omega ( https://en.wikipedia.org/wiki/Matter_wave )

Równoważność 1) i 2) jest w szczególnej teorii względności.
Z 3) wiemy że dla jąder (teraz też anty), dla elektronów dalej eksperymentalnie nie potwierdzone (nie wiemy).
4) potwierdzona eksperymentalnie tylko dla elektronów ( https://link.springer.com/article/10.1007/s10701-008-9225-1 ) - dalej nie wiemy (?)

  • Upvote (+1) 1

Share this post


Link to post
Share on other sites
48 minut temu, Jarek Duda napisał:

Są ze 4 rodzaje masy:
1) inercyjna w F=ma,
2) energia E=mc^2
3) grawitacyjna w F~mM/r^2
4) de Brogliea - związana częstotliwość E = hbar omega ( https://en.wikipedia.org/wiki/Matter_wave )

No, tak i 4) to jedyne słuszne podejście jak dla mnie. Reszta to jakieś kłody pod nogi rzucane.  No bo przecież
1) to  4) + efekt dopplera,
2) to tak naprawdę 4),
3) to nasza lokalna interpretacja w związku z G i g o jakieś tam wartości. O dziwo to się bardzo dobrze sprawdzało, ale prawda jest zawarta w 4) jak dla mnie. 

48 minut temu, Jarek Duda napisał:

W przypadku CPT-symetrycznego: "w obecności elektronu łatwiej o bariogenezę protonu" + "w obecności pozytronu łatwiej o bariogenezę antyprotonu" też nastąpiłoby statystyczne łamanie symetrii, m.in. dzięki wyrównywaniu przez anihilację.

Tylko to też jest takie lokalne. Bo zależ od otoczenia. Te stwierdzenia nie będą najpodobniej  prawdziwe dla KBE lub rozgrzanej plazmy. Wyróżnienie jakiegoś stanu otoczenia w laboratorium jako tego prawdziwego i naturalnego i pierwotnego dla początków wszechświata nie ma uzasadnienia.     Mój mały bogobojny rozumek podpowiada mi, że wszystko jest cyklem i akurat mamy mniej anty cząsteczek. 

48 minut temu, Jarek Duda napisał:

4) potwierdzona eksperymentalnie tylko dla elektronów ( https://link.springer.com/article/10.1007/s10701-008-9225-1 ) - dalej nie wiemy (?)

No, ale to chyba też jest potwierdzenie i to bardziej solidnie dla elektronu:

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.100.073003

No a nagroda nobla za udowodnienie, że neutrina mają masę? Bo oscylują - mają energię. Masa to częstotliwość zgodnie z 4).  

Edited by l_smolinski

Share this post


Link to post
Share on other sites
W dniu 9.01.2022 o 08:44, Jarek Duda napisał:

chyba mało kto podejrzewał żeby było inaczej

No właśnie ja podejrzewałem.

Poza tym jeśli dobrze kojarzę, to wiele pomysłów np. na napęd nad-świetlny opierało się na tym, że antymateria mała zakrzywiać czasoprzestrzeń odwrotnie do zwykłej materii. Skoro antymateria grawitacyjnie oddziałuje tak samo jak zwykła materia, to lipa z napędu warp :P

Edited by Sławko

Share this post


Link to post
Share on other sites

Masa grawitacyjna bierze się z wykrzywienia energią - która w przeciwieństwie do ładunku ma tylko jeden znak.

  • Upvote (+1) 1

Share this post


Link to post
Share on other sites

A to nie jest tak, że materia jest dyslokacją w kwantowej strukturze przestrzeni, gdzie dochodzi do lokalnego nie zbilansowania ściskającej siły osobliwości i rozrywającej siły momentu obrotowego, co do zasady pozostających w globalnej równowadze zgodnie z metryką Kerrego na pierścieniu wirującej czarnej dziury, którą jest na wszechświat?

  • Haha 1
  • Upvote (+1) 1

Share this post


Link to post
Share on other sites
2 godziny temu, GROSZ-ek napisał:

A to nie jest tak, że materia jest dyslokacją w kwantowej strukturze przestrzeni, gdzie dochodzi do lokalnego nie zbilansowania ściskającej siły osobliwości i rozrywającej siły momentu obrotowego, co do zasady pozostających w globalnej równowadze zgodnie z metryką Kerrego na pierścieniu wirującej czarnej dziury, którą jest na wszechświat?

Dokładnie tak właśnie jest. W takim pierścieniu wystarczy dać krok w złą stronę i albo giniesz od dyslokacji, albo siła momentu obrotowego (?) rozrywa na cząstki o rozmiarach Plancka.

bpnmsp

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
      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
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Inżynierowie z California Institute of Technology (Caltech) odkryli, że Leonardo da Vinci rozumiał i badał grawitację. Zajmował się więc tym przedmiotem na setki lat przed Newtonem. W artykule opublikowanym na łamach pisma Leonardo naukowcy przeanalizowali jeden z dzienników da Vinciego i wykazali, że słynny uczony zaprojektował eksperymenty dowodzące, że grawitacja jest formą przyspieszenia o określił stałą grawitacji z 97-procentową dokładnością.
      Żyjący na przełomie średniowiecza i renesansu uczony wyprzedzał swoją epokę w wielu dziedzinach. Także, jak się okazuje, z dziedzinie badań nad grawitacją. Sto lat później grawitacją zajmował się Galileusz, a prawo powszechnego ciążenia zostało sformułowane przez Newtona w 170 lat po śmierci Leonardo. Tym, co przede wszystkim ograniczało badania słynnego Włocha był brak odpowiednich narzędzi. Nie był np. w stanie dokładnie mierzyć czasu, w jakim ciało spada na ziemię.
      W 2017 roku profesor Mory Gharib omawiał ze studentami techniki wizualizacji przepływu cieczy wykorzystywane przez da Vinciego. W zdigitalizowanym i właśnie udostępnionym przez British Library Codex Arundel zauważył serię rysunków przedstawiających trójkąty tworzone przez podobne do ziaren piasku obiekty wysypujące się z dzbana. Moją uwagę zwrócił napis „Equatione di Moti” przy jednym z trójkątów równoramiennych. Zacząłem się zastanawiać, co Leonardo miał na myśli, wspomina uczony. Gharib poprosił o pomoc Chrisa Roha z Caltechu i Flavio Nocę z Uniwersytetu Nauk Stosowanych i Sztuki Zachodniej Szwajcarii (HES-SO). Wspólnie zasiedli do analizy diagramów.
      Okazało się, że da Vinci opisał eksperyment, w którym dzban na wodę jest przesuwany w linii prostej równolegle do gruntu i wylatuje z niego albo woda albo piasek. Z notatek wynika, że włoski uczony zdawał sobie sprawę, iż wylatujący materiał nie spada ze stałą prędkością, ale przyspiesza oraz z tego, że gdy wyleci z dzbana, a zatem ten nie ma nań już wpływu, przestaje przyspieszać w kierunku horyzontalnym, a przyspiesza wyłącznie wertykalnie. Jeśli dzban przesuwa się ze stałą prędkością, linia tworzona przez wypadający materiał jest pozioma i nie tworzy się trójkąt. Gdy zaś przyspiesza ze stałą prędkością, linia opadającego materiału jest prosta, ale odchylona, tworząc trójkąt. W kluczowym diagramie da Vinci zauważa, że jeśli przyspieszenie dzbana jest równe przyspieszeniu opadającego materiału, tworzy się trójkąt równoramienny. To właśnie tam da Vinci napisał „Equatione di Moti” czyli „wyrównywanie ruchów”.
      Da Vinci próbował opisać to przyspieszenie za pomocą matematyki. Naukowcy użyli modelowania komputerowego do sprawdzenia obliczeń wielkie uczonego i znaleźli błąd. Leonardo zmierzył się z tą kwestią i wyliczył, że droga spadającego obiektu była proporcjonalna do 2 do potęgi t (gdzie t reprezentuje czas), a powinna być proporcjonalna do t2, mówi Roh. To błąd, ale później zauważyliśmy, że swój błędny wzór wykorzystywał w prawidłowy sposób. "Nie wiemy, czy da Vinci prowadził kolejne eksperymenty, by dokładniej zbadać tę kwestię. Ale sam fakt, że zajmował się tym na początku XVI wieku pokazuje, jak bardzo w przyszłość wybiegał jego sposób myślenia, stwierdza Gharib.


      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...