CERN: superprecyzyjne pomiary wykazały, że antymateria i materia reagują tak samo na grawitację
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Astronomia i fizyka
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Łaziki pracujące na Marsie czy Księżycu, mierzą się z wieloma problemami. Jednym z nich jest ryzyko utknięcia w grząskim gruncie. Gdy tak się stanie operatorzy podejmują serię delikatnych manewrów, by pojazd wydobyć. Nie zawsze się to udaje. Łazik Spirit zakończył misję jako stacjonarna platforma badawcza po tym, jak utknął w luźnym piasku. Czy takim wydarzeniom da się zapobiec? Inżynierowie z University of Wisconsin-Madison informują o znalezieniu poważnego błędu w procedurach testowania łazików. Jego usunięcie może spowodować, że pojazdy na Marsie i Księżycu będą narażone na mniejsze ryzyko.
Błąd ten polega na przyjęciu zbyt optymistycznych i uproszczonych założeń co do tego, jak łaziki zachowują się poza Ziemią. Ważnym elementem testów naziemnych takich pojazdów jest sprawdzenie, w jaki sposób mogą się one poruszać po luźnym podłożu. Na Księżycu grawitacja jest 6-krotnie mniejsza niż na Ziemi, więc przez dekady, testując łaziki, naukowcy tworzyli prototypy o masie sześciokrotnie mniejszej niż łazik docelowy i testowali je na pustyni. Jednak ta metoda pomijała pewien istotny szczegół – wpływ grawitacji na piasek.
Profesor Dan Negrut i jego zespół przeprowadzili symulacje, które wykazały, że Ziemia przyciąga ziarenka piasku silniej niż Mars czy Księżyc. Dzięki temu piasek na Ziemi jest bardziej zwarty. Jest mniejsze prawdopodobieństwo, że ziarna będą się pod nimi przesuwały. Jednak na Księżycu piasek jest luźniejszy, łatwiej się przemieszcza, więc obracające się koła trafiają na mniejszy opór. Przez to pojazdowi trudniej się w nim poruszać.
Jeśli chcemy sprawdzić, jak łazik będzie sobie radził na Księżycu, musimy rozważać nie tylko wpływ grawitacji na pojazd, ale również wpływ grawitacji na piasek. Nasze badania pokazują, jak ważne są symulacje do badania możliwości jezdnych łazika na luźnym podłożu, wyjaśnia uczony.
Uczeni dokonali swojego odkrycia podczas prac związanych z misją łazika VIPER, który ma trafić na Księżyc. We współpracy z naukowcami z Włoch stworzyli silnik Chrono, służący do symulacji zjawisk fizycznych, który pozwala na szybkie modelowanie złożonych systemów mechanicznych. I zauważyli istotne różnice pomiędzy wynikami testów VIPERA na Ziemi, a wynikami symulacji. Po przeanalizowaniu problemu znaleźli wspomniany błąd w procedurach testowych.
Chrono to produkt opensource'owy, z którego skorzystały już setki firm i organizacji. Pozwala on lepiej zrozumieć najróżniejsze złożone mechanizmy, od mechanicznych zegarków po czołgi jeżdżące poza utwardzonymi drogami.
Źródło: A Study Demonstrating That Using Gravitational Offset to Prepare Extraterrestrial Mobility Missions Is Misleading
« powrót do artykułu -
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
CERN podpisał z trzema francuskimi dostawcami energii umowy, na podstawie których do roku 2027 około 10% zużywanej przez ośrodek energii będzie pochodziło z paneli fotowoltaicznych. Energia elektryczna stanowi około 95% całości energii wykorzystywanej przez CERN i kupowana jest we Francji. Obecnie roczne zapotrzebowanie ośrodka – w latach gdy pracują akceleratory – to 1300 GWh/rok, z czego Wielki Zderzacz Hadronów zużywa aż 55%.
Podpisane umowy przewidują, że na południu Francji powstaną trzy duże farmy fotowoltaiczne, które od stycznia 2027 roku będą dostarczały w szczycie 95 MW, a rocznie zapewnią dostawę 140 GWh. Umowy podpisano na 15 lat. To 10% zapotrzebowania podczas pracy akceleratorów i 25% zapotrzebowania w czasie, gdy akceleratory są wyłączone przez dłuższy czas.
Farmy fotowoltaiczne pracujące na potrzeby CERN-u będą miały powierzchnię około 90 hektarów. To około 40% powierzchni całego ośrodka. "Projekt o tej skali nie może zostać zrealizowany na terenie CERN-u, na przykład na dachach budynków czy parkingów. Sami możemy zapewnić sobie około 1% potrzebnej energii", wyjaśnia Nicolas Bellegarde, koordynator ds. energii w CERN-ie.
Pierwszą z trzech umów podpisano już w sierpniu i zakłada ona budowę farmy w departamencie Lozère. Dwie kolejne – z września i października – oznaczają, że farmy powstaną w departamentach Bouches-du-Rhône i Var. Teraz wszystko zostało dopięte na ostatni guzik i budowa farm może się rozpocząć.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Podczas seminarium zorganizowanego w CERN-ie naukowcy pracujący przy projekcie NA62, w ramach którego badane są rzadkie rozpady kaonów, poinformowali o jednoznacznym potwierdzeniu rejestracji ultrarzadkiego rozpadu kaonu dodatniego do dodatnio naładowanego pionu i parę neutrino-antyneutrino. Uczeni z NA62 już wcześniej obserwowali sygnały, świadczące o zachodzeniu takiego procesu, jednak teraz, po raz pierwszy, pomiary zostały dokonane z poziomem ufności 5σ, od którego możemy mówić o dokonaniu odkrycia.
Zaobserwowane zjawisko, które zapisujemy jako K+→π+νν, to jeden z najrzadziej obserwowanych rozpadów. Model Standardowy przewiduje, że w ten sposób rozpada się mniej niż 1 na 10 miliardów kaonów dodatnich. Ta obserwacja to moment kulminacyjny projektu, który rozpoczęliśmy ponad dekadę temu. Obserwowanie zjawisk naturalnych, których prawdopodobieństwo wynosi 10-11 jest zarówno fascynujące, jak i wymagające. Wielki wysiłek, jaki włożyliśmy w badania, w końcu zaowocował obserwacją, dla której projekt NA62 powstał, mówi Giuseppe Ruggiero, rzecznik projektu badawczego.
Po co jednak fizycy wkładają tyle wysiłku w obserwacje tak rzadko zachodzącego procesu? Otóż modele teoretyczne sugerują, że rozpad K+→π+νν jest niezwykle wrażliwy na wszelkie odchylenia od Modelu Standardowego, jest zatem jednym z najbardziej interesujących procesów dla poszukiwań zjawisk fizycznych wykraczających poza Model Standardowy.
Uzyskany obecnie wynik jest o około 50% większy, niż zakłada to MS, ale wciąż mieści się w granicach niepewności. Dzięki zebraniu kolejnych danych naukowcy z NA62 będą w stanie w ciągu kilku lat przeprowadzić testy rozpadu pod kątem występowania tam zjawisk, których Model Standardowy nie opisuje. Poszukiwanie nowej fizyki w tym rozpadzie wymaga zgromadzenia większej ilości danych. Nasze obecne osiągnięcie to duży krok naprzód. Stanowi ono fundament dla kolejnych badań, dodaje Karim Massri z NA62.
Grupa NA62 uzyskuje kaony kierując intensywną wiązkę protonów z Super Proton Synchrotron w CERN-ie na stacjonarny cel. W wyniku zderzenia w każdej sekundzie powstaje około miliarda cząstek, które są rejestrowane przez detektory. Dodatnie kaony stanowią około 6% z tych cząstek. NA62 dokładnie określa sposób rozpadu tych kaonów, rejestrując wszystkie powstające wówczas cząstki, z wyjątkiem neutrin. Ich obecność jest dedukowana z brakującej energii.
Dla obecnie opisanego odkrycia kluczowe były dane zebrane w roku 2021 i 2022, które zgromadzono po udoskonaleniu detektorów. Dzięki temu NA62 może pracować z wiązkami o 30% bardziej intensywnymi. W połączeniu z nowymi technikami analitycznymi, naukowcy są w stanie prowadzić analizy o 50% szybciej, niż wcześniej, a jednocześnie tłumić sygnały, które są podobne. Nasza praca polega na zidentyfikowaniu 1 na 10 miliardów rozpadu K+ i upewnieniu się, że nie był to żaden z pozostałych 9 999 999 999, dodaje kierownik projektu, Joel Swallow.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.