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
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 -
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
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.