CERN: superprecyzyjne pomiary wykazały, że antymateria i materia reagują tak samo na grawitację
-
Similar Content
-
By KopalniaWiedzy.pl
Doktor Agnieszka Dziurda z Instytutu Fizyki Jądrowej PAN stoi na czele międzynarodowego zespołu naukowego, który w CERN prowadzi badania nad oscylacjami cząstek pomiędzy światem materii i antymaterii. Co prawda materia i antymateria wydają się swoimi przeciwieństwami, jednak istnieją cząstki, które raz zachowują się jak należące do świata materii, a raz antymaterii. Grupa doktor Dziurdy zmierzyła właśnie ekstremalne tempo oscylacji takich cząstek.
Naukowcy wzięli na warsztat mezony Bs0 i za pomocą detektora LHCb z niespotykaną dotychczas dokładnością zbadali ich oscylacje. Nie byli pierwszymi, którzy podjęli się tego zadania. Już w 2006 roku w amerykańskim Fermilab mierzono to zjawisko. Nam udało się teraz poprawić dokładność pierwotnego pomiaru aż o dwa rzędy wielkości, chwali się doktor Dziurda.
Materia widzialna jest złożona głównie z kwarków górnych, dolnych, elektronów i neutrin elektronowych. Na przykład jądra atomów zbudowane są z protonów (składających się z 2 kwarków górnych i 1 kwarka dolnego) oraz neutronów (1 kwark górny i 2 kwarki dolne). Model Standardowy klasyfikuje kwark górny, dolny, elektron i neutrino elektronowe jako cząstki jednej generacji. Istnieją jeszcze dwie inne generacje, z cząstkami o podobnych właściwościach, ale coraz bardziej masywnych.
Kwarki nie występują swobodnie. Łączą się z innymi kwarkami. A najprostsze takie połączenie tworzy mezon, złożony z par kwark-antykwark. Mezony mogą przenosić ładunek elektryczny, lecz nie muszą. Te pozbawione ładunku elektrycznego, określane jako neutralne, wykazują frapującą cechę: oscylują między postacią materialną a antymaterialną. My skupiliśmy się na analizie częstotliwości oscylacji neutralnych mezonów zawierających kwark piękny b z trzeciej generacji i kwark dziwny s z drugiej, oznaczonych jako Bs0, mówi doktor Dziurda.
Mezony są niestabilne i rozpadają się w czasie pikosekund. Jedna pikosekunda to 0,000000000001. Jednak zgodnie z zasadami mechaniki kwantowej, produkty rozpadu neutralnych mezonów są różne, w zależności od tego, czy w momencie rozpadu znajdowały się w świecie materii czy antymaterii. Zatem dopiero po zarejestrowaniu i zidentyfikowaniu produktów rozpadu danego mezonu mogliśmy ustalić, czy rozpadł się on jako reprezentant świata materii, czy antymaterii. Połączenie tej wiedzy z informacją o naturze cząstki w momencie produkcji pozwoliło nam na pomiar częstotliwości oscylacji, stwierdza polska uczona.
Zespół Dziurdy przeanalizował mezony Bs0 powstałe w latach 2015–2018 w Wielkim Zderzaczu Hadronów jako wynik zderzeń proton-proton o łącznej energii 13 TeV (teraelektronowoltów). Badania wykazały, że mezony te oscylują pomiędzy materią i antymaterią 3 tryliony razy na sekundę. To aż 300-krotnie szybciej niż oscylacje typowego cezowego zegara atomowego.
Badania takie nie tylko potwierdzają przewidywania mechaniki kwantowej, ale pozwalają zawęzić też obszar poszukiwania nieznanych cząstek spoza Modelu Standardowego.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Ludzie, Ziemia czy gwiazdy pojawili się dlatego, że w pierwszej sekundy istnienia wszechświata wytwarzane było więcej materii niż antymaterii. Ta asymetria była niezwykle mała. Na każde 10 miliardów cząstek antymaterii pojawiało się 10 miliardów + 1 cząstka materii. Ta minimalna nierównowaga doprowadziła do stworzenia materialnego wszechświata, a fenomenu tego współczesna fizyka nie potrafi wyjaśnić.
Z teorii wynika bowiem, że powinna powstać dokładnie taka sama liczba cząstek materii i antymaterii. Grupa fizyków-teoretyków stwierdziła właśnie, że nie można wykluczyć, iż w naszych możliwościach leży wykrycie nietopologicznych solitonów Q-balls, a ich wykrycie pozwoliłoby odpowiedzieć na pytanie, dlaczego po Wielkim Wybuchu pojawiło się więcej materii niż antymaterii.
Obecnie fizycy uważają, że asymetria materii i antymaterii pojawiła się w pierwszej sekundzie po Wielkim Wybuchu, a w jej czasie rodzący się wszechświat gwałtownie zwiększył swoje wymiary. Jednak przetestowanie teorii o inflacji kosmologicznej jest niezwykle trudne. Żeby ją sprawdzić musielibyśmy wykorzystać olbrzymie akceleratory cząstek i dostarczyć im więcej energii, niż jesteśmy w stanie wyprodukować.
Jednak amerykańsko-japoński zespół naukowy, w skład którego wchodzą m.in. specjaliści z japońskiego Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU) i Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles (UCLA) uważają, że do przetestowania tej teorii można wykorzystać nietopologiczne solitony Q-ball. Jedna z teorii dotyczących nierównowagi materii i antymaterii mówi bowiem, że pojawiła się ona w wyniku złożonego procesu tzw. bariogenezy Afflecka-Dine'a. To w jej przebiegu miały pojawić się Q-balle.
Profesor Graham White, główny autor badań z Kavli IPMU wyjaśnia, czym jest Q-ball. Mówi, że jest bozonem, jak bozon Higgsa. Bozon Higgsa pojawia się, gdy pole Higgsa zostaje wzbudzone. Jednak w polu Higgsa mogą pojawiać się też inne elementy, jak grudki. Jeśli mamy pole bardzo podobne do pola Higgsa, które ma pewien ładunek, nie ładunek elektryczny, ale jakiś ładunek, wówczas taka grudka ma ładunek taki, jak jedna cząstka. Jako, że ładunek nie może po prostu zniknąć, całe pole musi „zdecydować” czy tworzy grudki czy cząstki. Jeśli utworzenie grudek będzie wymagało mniej energii, będą powstawały grudki. Łączące się ze sobą grudki stworzą Q-ball, mówi.
Często mówimy, że takie Q-balle istnieją przez jakiś czas. W miarę rozszerzania się wszechświata zanikają one wolniej niż promieniowanie tła, w końcu większość energii wszechświata skupia się w Q-ballach. W międzyczasie pojawiają się niewielkie fluktuacje w gęstości promieniowania, które skupiają się tam, gdzie dominują Q-balle. Gdy zaś Q-ball się rozpada, jest to zjawisko tak gwałtowne, że pojawiają się fale grawitacyjne. Możemy je wykryć w nadchodzących dekadach. Piękno poszukiwań fal grawitacyjnych polega na tym, że wszechświat jest całkowicie dla nich przezroczysty, wędrują więc do jego początku, mówi White.
Zdaniem teoretyków, generowane przez znikające Q-balle fale mają odpowiednie charakterystyki, by można je było zarejestrować za pomocą standardowych wykrywaczy fal grawitacyjnych.
Szczegóły badań zostały opublikowane w serwisie arXiv.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
W Instytucie Fizyki Uniwersytetu Jagiellońskiego powstał pierwszy na świecie tomograf, który pozwala na uzyskanie trójfotonowego obrazu PET. Urządzenie J-PET autorstwa profesora Pawła Moskala i jego zespołu znacząco różni się od tradycyjnych tomografów PET, generujących obraz w oparciu o dwa fotony. Nowatorska technika obrazowania nie tylko pozwoli na lepsze diagnozowanie nowotworów, ale umożliwi też badanie symetrii pomiędzy materią a antymaterią.
Tomograf powstał w ramach projektu Jagielloński PET (J-PET). Wykorzystuje on znaną technikę obrazowania metodą pozytonowej tomografii emisyjnej. Podczas tej techniki wyznaczany jest przestrzenny rozkład atomów pozytonium, czyli stanów związanych elektronu i pozytonu, które powstają w ciele pacjenta w czasie badania PET. Zespół profesora Moskala z UJ oraz ich współpracownicy z Uniwersytetu Marii Curie-Skłodowskiej w Lublinie, Narodowego Centrum Badań Jądrowych, Uniwersytetu w wiedniu i włoskiego Narodowego Instytutu Fizyki Jądrowej, jako pierwszy pokazał, w jaki sposób zrekonstruować rozpad pozytonium na trzy fotony.
Możliwość rekonstrukcji takiego właśnie rozpadu pozytonium pozwala na opracowanie niekonwencjonalnych sposobów obrazowania PET. Umożliwia również prowadzenie badań podstawowych. Profesor Moskal i jego grupa opublikowali na łamach Nature Communications artykuł, w którym opisali test symetrii względem połączenia odwrócenia ładunku (C), odbicia przestrzennego (P) i odwrócenia w czasie (T) w układach leptonowych. To tzw. test symetrii CPT. Dzięki wykorzystaniu J-PET osiągnęli niespotykaną dotychczas precyzję (10-4) takich badań przeprowadzonych za pomocą pozytonium.
Projekt Jagielloński PET ma na celu stworzenie urządzenia, które pozwoli na jednoczesne obrazowanie całego ciała. Naukowcy chcą, by służyło ono zarówno do lokalizowania nowotworów, jak i określania stopnia ich złośliwości, badania rozprowadzania leków i ich metabolizmu. W skład zespołu pracującego nad nowatorskim rozwiązaniem wchodzą lekarze, biolodzy, chemicy, fizycy, elektronicy i informatycy. Urządzenie budowane jest w oparciu o technologię stworzoną na Uniwersytecie Jagiellońskim.
Jednocześnie na uczelni powstaje Centrum Teranostyki. To termin stworzony z połączenia słów terapia i diagnostyka. Centrum będzie zajmowało się opracowywaniem rozwiązań technologicznych pozwalających na jednoczesne wykrywanie i leczenie chorób.
« powrót do artykułu
-
-
Recently Browsing 0 members
No registered users viewing this page.