Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
KopalniaWiedzy.pl

Raz materia, raz antymateria. I tak tryliony razy na sekundę

Recommended Posts

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
  • Like (+1) 1

Share this post


Link to post
Share on other sites
W dniu 13.02.2022 o 03:14, lanceortega napisał:

Bezmyślna, bezpośrednia kalka z języka angielskiego.

Wybaczcie Panu Mariuszowi i Pani Annie. Oni kilka takich artykułów dziennie dla nas przygotowują, więc błędy się zdarzają. Przydałby się ktoś do pomocy, do korekcji. Sam zastanawiałem się, czy nie wspomóc w tej kwestii, ale czasami jestem tak zawalony robotą, że brak mi czasu aby poczytać KW, a co dopiero robić korektę, więc póki co tylko wspieram finansowo, jak mogę.

  • Like (+1) 1

Share this post


Link to post
Share on other sites
W dniu 11.02.2022 o 12:56, KopalniaWiedzy.pl napisał:

między postacią materialną a antymaterialną.

To jest kwestia językowa w zasadzie.
Nie wydaje mi się żeby "antymaterialny" zyskało już w języku polskim znaczenie "zbudowany z antymaterii". Ale może się mylę? Język polski żyje.
 

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
      Badacze z Wielkiego Zderzacza Hadronów, pracujący przy eksperymencie LHCb poinformowali o zaobserwowaniu hipertrytona oraz antyhipertrytona. Ślady ponad 100 tych rzadkich hiperjąder znaleziono podczas analizy danych ze zderzeń protonów prowadzonych w latach 2016–2018. Rejestrowanie takich jąder to wisienka na torcie osiągnięć LHC, gdyż instrument nie został zaprojektowany do ich poszukiwania.
      Hiperjądro to takie jądro atomowe, w którym jeden z nukleonów (protonów lub neutronów), został zastąpiony przez hiperon, czyli barion zawierający kwark dziwny, ale nie zawierający ani kwarku b, ani kwarku powabnego. Czas życia hipertrytona i jego antycząstki wynosi około 240 pikosekund (ps) czyli 240 bilionowych części sekundy. Jak krótki to czas, niech świadczy fakt, że w tym czasie światło jest w stanie przebyć około 7 centymetrów.
      Zarejestrowany hipertryton jest zbudowany z protonu, neutronu i najlżejszego z hiperonów, hiperona Λ0 (lambda 0), a antyhipertryton zawiera ich antycząstki. Jako, że hipertryton i antyhipertryton zawierają hiperon, ich badaniem zainteresowana jest astrofizyka, gdyż tworzenie się hiperonów z kwarkiem dziwnym jest najbardziej korzystne energetycznie w wewnętrznych warstwach jądra gwiazd. Zatem poznanie sposobu powstawania hiperonów pozwoli na lepsze modelowanie jąder gwiazd.
      Równie interesujące dla badaczy kosmosu jest jeden z produktów rozpadu hipertrytona i jego antycząstki. Jest nim hel-3 – i, oczywiście, antyhel-3 – pierwiastek obecny w kosmosie, który może zostać wykorzystany do badania ciemnej materii.
      Z jednej strony jądra i antyjądra powstają w wyniku zderzeń materii międzygwiezdnej z promieniowaniem kosmicznym, z drugiej, mogą – przynajmniej teoretycznie – powstawać podczas anihilacji materii i antymaterii. Jeśli chcemy poznać dokładną liczbę jąder i antyjąder, które z kosmosu docierają do Ziemi, potrzebujemy precyzyjnych informacji na temat ich powstawania i anihilacji.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      CERN podjął pierwsze praktyczne działania, których celem jest zbudowania następcy Wielkiego Zderzacza Hadronów (LHC). Future Circular Collider (FCC) ma mieć 91 kilometrów długości, a plany zakładają, że jego tunel będzie miał 5 metrów średnicy. Urządzenie będzie więc ponaddtrzykrotnie dłuższe od LHC. Akcelerator, który ma powstać w granicach Francji i Szwajcarii, będzie tak olbrzymi, by osiągnąć energię zderzeń sięgającą 100 TeV (teraelektronowoltów). Energia zderzeń w LHC wynosi 14 TeV.
      Specjaliści z CERN przeprowadzili już analizy teoretyczne, a obecnie rozpoczynają etap działań polowych. Miejsca, w których mają przebiegać FCC zostaną teraz poddane ocenie środowiskowej, a następnie przeprowadzone zostaną szczegółowe badania sejsmiczne i geotechniczne. Trzeba w nich będzie uwzględnić również osiem naziemnych ośrodków naukowych i technicznych obsługujących olbrzymią instalację.
      Po ukończeniu wspomnianych badań, a mogą one zająć kilka lat, 23 kraje członkowskie CERN podejmą ostateczną decyzję dotyczącą ewentualnej budowy FCC. Poznamy ją prawdopodobnie za 5–6 lat. W FCC mają być początkowo zderzane elektrony i pozytony, a następnie również hadrony.
      Zadaniem FCC ma być m.in. znalezienie dowodu na istnienie ciemnej materii, szukanie odpowiedzi na pytanie o przyczyny przewagi ilości materii nad antymaterią czy określenie masy neutrino.
      Fizycy przewidują, że możliwości badawcze Wielkiego Zderzacza Hadronów wyczerpią się około połowy lat 40. Problem z akceleratorami polega na tym, że niezależnie od tego, jak wiele danych dzięki nim zgromadzisz, natrafiasz na ciągle powtarzające się błędy. W latach 2040–2045 osiągniemy w LHC maksymalną możliwą precyzję. To będzie czas sięgnięcia po potężniejsze i jaśniejsze źródło, które lepiej pokaże nam kształt fizyki, jaką chcemy zbadać, mówi Patrick Janot z CERN.
      W 2019 roku szacowano, że koszt budowy FCC przekroczy 21 miliardów euro. Inwestycja w tak kosztowne urządzenie spotkała się z krytyką licznych specjalistów, którzy argumentują, że przez to może zabraknąć funduszy na inne, bardziej praktyczne, badania z dziedziny fizyki. Jednak zwolennicy FCC bronią projektu zauważając, iż wiele teoretycznych badań przekłada się na życie codzienne. Gdy stworzono działo elektronowe, powstało ono na potrzeby akceleratorów. Nikt nie przypuszczał, że dzięki temu powstanie telewizja. A gdy tworzona była ogólna teoria względności, nikomu nie przyszło do głowy, że będzie ona wykorzystywana w systemie GPS, zauważa Janot. Wśród innych korzyści zwolennicy budowy FCC wymieniają fakt, że zachęci on do trwającej dziesięciolecia współpracy naukowej. Zresztą już obecnie z urządzeń CERN korzysta ponad 600 instytucji naukowych i uczelni z całego świata.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Na zakończonej przed dwoma dniami Recontres de Moriond, organizowanej od 1966 roku dorocznej konferencji, podczas której omawiane są najnowsze osiągnięcia fizyki, naukowcy CERN-u poinformowali o zaobserwowaniu jednoczesnego powstania czterech kwarków wysokich (kwarków t). To rzadkie wydarzenie zarejestrowały zespoły pracujący przy eksperymentach ATLAS i CMS, a może ono pozwolić na badanie zjawisk fizycznych wykraczających poza Model Standardowy.
      Co niezwykle ważne, obserwacje dokonane zarówno przez ATLAS jak i CMS przekraczają statystyczny poziom ufności 5σ, przy którym można mówić o dokonaniu odkrycia. W przypadku ATLAS poziom ten wyniósł 6.1σ, a w przypadku CMS – 5.5σ.
      Kwark wysoki to najbardziej masywna cząstka Modelu Standardowego, a to oznacza, że jest najsilniej powiązana z bozonem Higgsa. Dzięki temu kwarki t to najlepsze cząstki mogące posłużyć do badania fizyki poza Modelem Standardowym.
      Najczęściej kwarki t obserwowane są w parach z odpowiadającym im antykwarkiem. Czasem powstają samodzielnie. Według Modelu Standardowego istnieje możliwość jednoczesnego powstania czterech kwarków wysokich czyli dwóch par składających się z kwarka i antykwarka. Jednak prawdopodobieństwo takiego zdarzenia jest 70 tysięcy razy mniejsze niż prawdopodobieństwo powstania pary kwark-antykwark. Zatem uchwycenie czterech kwarków t jest niezwykle trudne.
      ATLAS już w roku 2020 i 2021 zarejestrował pewne sygnały sugerujące, że doszło do jednoczesnego powstania czterech kwarków t, a CMS wykrył taki sygnał w 2022 roku, jednak dotychczas poza pewnym wskazówkami, nigdy nie zdobyto pewności. Nie zarejestrowano takiego wydarzenia.
      Nie dość, że to rzadkie wydarzenie, jest ono trudne do zarejestrowania. Fizycy, rozglądając się za konkretnymi cząstkami, szukają ich sygnatur, czyli produktów rozpadu. Kwark t rozpada się na bozon W i kwark niski (kwark b), a bozon W rozpada się następnie albo na naładowany lepton i neutrino, albo na parę kwark-antykwark. A to oznacza, że sygnatura wydarzenia, w ramach którego jednocześnie powstały cztery kwarki t może zawierać od 0 do 4 naładowanych leptonów i do 12 dżetów powstających w wyniku hadronizacji kwarków. Znalezienie takiej sygnatury jest więc trudne.
      Na potrzeby badań naukowcy z ATLAS i CMS wykorzystali nowatorskie techniki maszynowego uczenia, dzięki którym algorytm wyłowił z olbrzymiej ilości danych te informacje, które mogły być sygnaturami powstania czterech kwarków t. Skoro się to udało, naukowcy mają nadzieję, że podczas obecnie trwającej kampanii badawczej – Run 3 – zarejestrowanych zostanie więcej tego typu zdarzeń. Run 3 potrwa, z przerwami, do końca 2025 roku. W grudniu 2025 Wielki Zderzacz Hadronów zostanie zamknięty, a przerwa potrwa aż do lutego 2029.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Lekkie antyatomy mogą przebyć w Drodze Mlecznej duże odległości zanim zostaną zaabsorbowane, poinformowali na łamach Nature Physics naukowcy, którzy pracują przy eksperymencie ALICE w CERN-ie. Dodali oni do modelu dane na temat antyatomów helu wytworzonych w Wielkim Zderzaczu Hadronów. Pomoże to w poszukiwaniu cząstek antymaterii, które mogą brać swój początek z ciemnej materii.
      Fizycy potrafią uzyskać w akceleratorach cząstek lekkie antyatomy, jak antyhel czy antydeuter. Dotychczas jednak nie zaobserwowano ich w przestrzeni kosmicznej. Tymczasem z modeli teoretycznych wynika, że antyatomy, podobnie zresztą jak antyprotony, mogą powstawać zarówno w wyniku zderzeń promieniowania komicznego z materią międzygwiezdną, jak i podczas wzajemnej anihilacji cząstek antymaterii. Sygnałów takich poszukuje m.in. zbudowany przez CERN instrument AMS (Alpha Magnetic Spectrometer) zainstalowany na Międzynarodowej Kosmicznej.
      Jeśli jednak instrumenty naukowe zarejestrują lekkie antyatomy pochodzące z przestrzeni kosmicznej, skąd będziemy wiedzieli, że ich źródłem jest ciemna materia? Żeby to określić, naukowcy muszą obliczyć liczbę, a konkretne strumień pola, antyatomów, które powinny dotrzeć do instrumentu badawczego. Wartość ta zależy od źródła antymaterii, prędkości tworzenia antyatomów oraz ich anihilacji lub absorpcji pomiędzy źródłem powstania a instrumentem je rejestrującym. I właśnie ten ostatni element stał się przedmiotem badań naukowców skupionych wokół eksperymentu ALICE.
      Uczeni badali jak jądra antyhelu-3, który uzyskano w Wielkim Zderzaczu Hadronów, zachowują sią w kontakcie z materią. Uzyskane w ten sposób dane wprowadzili do publicznie dostępnego oprogramowania GALPROP, które symuluje rozkład cząstek kosmicznych, w tym antyjąder, w przestrzeni kosmicznej. Pod uwagę wzięli dwa scenariusze. W pierwszym z nich założyli, że źródłem antyhelu-3 są zderzenia promieniowania kosmicznego a materią międzygwiezdną, w drugim zaś, że są nim hipotetyczne cząstki ciemnej materii, WIMP (słabo oddziałujące masywne cząstki). W każdym z tych scenariuszy obliczali przezroczystość Drogi Mlecznej dla jądra antyhelu-3. Innymi słowy, sprawdzali, z jakim prawdopodobieństwem takie antyjądra mogą przelecieć przez Drogę Mleczną zanim zostaną zaabsorbowane.
      Dla modelu, w którym antyjądra pochodziły z WIMP przezroczystość naszej galaktyki wyniosła około 50%. Dla modelu interakcji promieniowania kosmicznego z materią międzygwiezdną wynosiła zaś od 25 do 90 procent, w zależności od energii antyjąder. To pokazuje, że w obu przypadkach antyjądra mogą przebyć olbrzymie odległości, liczone w kiloparsekach (1 kpc ≈ 3261 lat świetlnych), zanim zostaną zaabsorbowane.
      Jako pierwsi wykazaliśmy, że nawet jądra antyhelu-3 pochodzące z centrum galaktyki mogą dotrzeć w pobliże Ziemi. To oznacza, że ich poszukiwanie w przestrzeni kosmicznej jest bardzo dobrą metodą poszukiwania ciemnej materii, stwierdzają autorzy badań.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Rada CERN jednogłośnie przyjęła dzisiaj plan dotyczący strategii rozwoju badań nad fizyką cząstek w Europie. Plan zakłada m.in. wybudowanie 100-kilometrowego akceleratora cząstek. O stworzeniu wstępnego raportu projektowego budowy Future Circular Collider (FCC) informowaliśmy na początku ubiegłego roku.
      The European Strategy for Particle Physics został po raz pierwszy przyjęty w 2006 roku, a w roku 2013 doczekał się pierwszej aktualizacji. Prace nad jego obecną wersją rozpoczęły się w 2018 roku, a w styczniu ostateczna propozycja została przedstawiona podczas spotkania w Niemczech. Teraz projekt zyskał formalną akceptację.
      CERN będzie potrzebował znaczniej międzynarodowej pomocy, by zrealizować swoje ambitne plany. Stąd też w przyjętym dokumencie czytamy, że Europa i CERN, za pośrednictwem Neutrino Platform, powinny kontynuować wsparcie dla eksperymentów w Japonii i USA. W szczególności zaś, należy kontynuować współpracę ze Stanami Zjednoczonymi i innymi międzynarodowymi partnerami nad Long-Baseline Neutriono Facility (LBNF) oraz Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE).
      Obecnie szacuje się, że budowa nowego akceleratora, który byłby następcą Wielkiego Zderzacza Hadronów, pochłonie co najmniej 21 miliardów euro. Instalacja, w której dochodziłoby do zderzeń elektronów z pozytonami, miała by zostać uruchomiona przed rokiem 2050.
      Zatwierdzenie planów przez Radę CERN nie oznacza jednak, że na pewno zostaną one zrealizowane. Jednak decyzja taka oznacza, że CERN może teraz rozpocząć pracę nad projektem takiego akceleratora, jego wykonalnością, a jednocześnie rozważać inne konkurencyjne projekty dla następcy LHC. Myślę, że to historyczny dzień dla CERN i fizyki cząstek, zarówno w Europie jak i poza nią, powiedziała dyrektor generalna CERN Fabiola Gianotti po przyjęciu proponowanej strategii.
      Z opinią taką zgadzają się inni specjaliści. Dotychczas bowiem CERN rozważał wiele różnych propozycji. Teraz wiadomo, że skupi się przede wszystkim na tej jednej.
      Przyjęta właśnie strategia zakłada dwuetapowe zwiększanie możliwości badawczych CERN. W pierwszym etapie CERN wybuduje zderzacz elektronów i pozytonów, którego energia zostanie tak dobrana, by zmaksymalizować produkcję bozonów Higgsa i lepiej zrozumieć ich właściwości.
      Później instalacja ta zostanie rozebrana, a w jej miejscu powstanie potężny zderzacz protonów. Urządzenie będzie pracowało z energiami rzędu 100 teraelektronowoltów (TeV). Dla porównania, LHC osiąga energie rzędu 16 TeV.
      Zadaniem nowego zderzacza będzie poszukiwanie nowych cząstek i sił natury. Większość technologii potrzebna do jego zbudowania jeszcze nie istnieje. Będą one opracowywane w najbliższych dekadach.
      Co ważne, mimo ambitnych planów budowy 100-kilometrowego zderzacza, nowo przyjęta strategia zobowiązuje CERN do rozważenia udziału w International Linear Collider, którego projekt jest od lat forsowany przez japońskich fizyków. Japończycy są zadowoleni z takiego stanowiska, gdyż może pozwoli to na przekonanie rządu w Tokio do ich projektu.
      W przyjętej właśnie strategii czytamy, że CERN będzie kontynuował rozpoczęte już prace nad High Luminosity LHC (HL-LHC), czyli udoskonaloną wersją obecnego zderzacza. Budowa 100-kilometrowego tunelu i zderzacza elektronów i pozytonów ma rozpocząć się w roku 2038. Jednak zanim ona wystartuje, CERN musi poszukać pieniędzy na realizację swoich zamierzeń. Chris Llewellyn-Smith, były dyrektor generalny CERN, uważa, że do europejskiej organizacji mogłyby dołączyć Stany Zjednoczone, Japonia i Chiny, by powołać nową globalną organizację fizyczną.
      Nie wszyscy eksperci entuzjastycznie podchodzą do planów CERN. Sabine Hossenfelder, fizyk teoretyczna z Frankfurckiego Instytutu Zaawansowanych Badań krytykuje wydawanie olbrzymich kwot w sytuacji, gdy nie wiemy, czy zwiększanie energii zderzeń cząstek przyniesie jakiekolwiek korzyści naukowe poza pomiarami właściwości już znanych cząstek. Z opinią tą zgadza się Tara Shears z University of Liverpool. Uczona zauważa, że o ile powodem, dla którego budowano LHC było poszukiwanie bozonu Higgsa i urządzenie spełniło stawiane przed nim zadanie, to obecnie brak dobrze umotywowanych powodów naukowych, by budować jeszcze potężniejszy akcelerator. Nie mamy obecnie żadnych solidnych podstaw. A to oznacza, że cały projekt obarczony jest jeszcze większym ryzykiem, mówi. Dodaje jednak, że jednocześnie wiemy, że jedynym sposobem na znalezienie odpowiedzi są eksperymenty, a jedynymi miejscami, gdzie możemy je znaleźć są te miejsca, w które jeszcze nie zaglądaliśmy.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...