Pokonali ważną barierę w pomiarach masy neutrina
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Astronomia i fizyka
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
W ciągu ostatnich 200 lat ludzkość wybudowała tyle zapór wodnych, że masa nagromadzonej wody doprowadziła do przesunięcia się skorupy Ziemi w stosunku do osi obrotu naszej planety. Pierwsza ze zmian została wywołana przez zapory wybudowane w Amerykach, drugą zaś spowodowało budowanie zapór w Afryce i Azji.
Skorupa Ziemi leży na plastycznej, częściowo stopionej górnej części płaszcza planety. Może się więc względem niego przesuwać. I przesuwa się w wyniku zmiany rozkładu masy. Wówczas zmienia się też położenie punktów na skorupie, które wcześniej stanowiły bieguny planety.
Geolodzy z Uniwersytetu Harvarda opublikowali na łamach Geophysical Research Letters artykuł, w którym ocenili wpływ 6862 zapór wodnych wybudowanych przez człowieka w latach 1835–2011 na położenie skorupy.
Pomiędzy rokiem 1835 a 1954 w Ameryce Północnej i – w znacznie mniejszym stopniu – w Europie wybudowano tak wiele zapór wodnych, że w wyniku zmian dystrybucji masy na planecie dotychczasowy punkt wyznaczający biegun północny przesunął się 20,5 centymetra w kierunku 103. południka na wschód od Greenwich, który przechodzi przez Rosję, Mongolię, Chiny, Wietnam, Laos i Indonezję. Z tych ponad 20 centymetrów ruchu na wiek XIX przypadało jedynie 0,7 cm. Następnie w latach 1954–2011 tamy wybudowane w Afryce Wschodniej i Azji spowodowały, że doszło do przesunięcia o 57,1 cm w kierunku południka 117. zachodniego, przebiegającego przez zachodnie części Kanady i USA.
Uwięzienie tak wielkich ilości wody w zaporach spowodowało, że w badanym okresie poziom oceanów spadł o 21 milimetrów. A raczej nie zwiększył się o te 21 mm. W badanych zaporach znajduje się około 8000 kilometrów sześciennych wody.
W sumie, z różnych przyczyn, w latach 1835–2011 skorupa ziemska przesunęła się o około 113 centymetrów, z czego 104 centymetry przypadają na wiek XX.
Źródło: True Polar Wander Driven by Artificial Water Impoundment: 1835–2011, https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2025GL115468
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
W Wielkim Zderzaczu Hadronów wykonano pierwsze dedykowane pomiary masy bozonu Z. Naukowcy wykorzystali przy tym dane ze zderzeń protonów, które były przeprowadzane w eksperymencie LHCb podczas drugiej kampanii naukowej w 2016 roku. Przeprowadzone w CERN-ie badania to jednocześnie duży postęp w precyzji pomiarów LHC. Pokazuje bowiem, że z tak złożonego środowiska, jakie pojawia się w wyniku zderzeń wysokoenergetycznych protonów, można wyłowić niezwykle precyzyjne dane dotyczące poszczególnych cząstek.
Bozon Z to masywna elektrycznie obojętna cząstka, która pośredniczy w oddziaływaniach słabych, jednych z czterech podstawowych oddziaływań natury. Została ona odkryta w CERN-ie ponad 40 lat temu i odegrała ważną rolę w potwierdzeniu prawdziwości Modelu Standardowego. Jej precyzyjne pomiary, podobnie jak dokładne dane na temat wszystkich cząstek elementarnych, pozwalają nam lepiej poznać fizykę oraz poszukać zjawisk, które mogą wykraczać poza obowiązujące modele.
Na podstawie rozpadów 174 000 bozonów Z zarejestrowanych w LHCb stwierdzono obecnie, że masa spoczynkowa tej cząstki wynosi 91 184,2 megaelektronowoltów (MeV), a precyzja pomiaru wynosi ± 9,5 MeV. Takie wyniki są zgodne z pomiarami wykonanymi w poprzedniku LHC, zderzaczu LEP – gdzie przeprowadzano zderzenia elektronów i pozytonów – oraz w nieczynnym już amerykańskim Tevatronie, który zderzał protony i antyprotony. Co więcej, precyzja obecnego pomiaru jest zgodna z precyzją Modelu Standardowego, wynoszącą 8,8 MeV.
Dotychczas najdokładniejszy wynik – 91 187,6 ± 2,1 MeV – dały pomiary w LEP.
Najnowsze osiągnięcie otwiera drogę do jeszcze bardziej precyzyjnych pomiarów, jakich będzie można dokonać za pomocą przyszłego High-Luminosity LHC oraz do pomiarów za pomocą eksperymentów CMS i Atlas. Wyniki pomiarów z różnych eksperymentów wykonywanych w LHC są od siebie niezależne, co oznacza, że ich średnia wartość będzie obarczona jeszcze mniejszym marginesem niepewności.
High-Luminosity LHC może potencjalnie dokonać jeszcze bardziej dokładnych pomiarów bozonu Z niż LEP. Na początku pracy LHC wydawało się to niemożliwe, mówi rzecznik prasowy LHCb Vincenzo Vagnoni.
Źródło: Measurement of the Z-boson mass, https://arxiv.org/abs/2505.15582
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Masa neutrina jest co najmniej milion razy mniejsza niż masa elektronu, informują naukowcy z Karlsruhe Tritium Neutrino (KATRIN). Badania określiły nową górną granicę możliwej masy neutrino na podstawie 36 milionów pomiarów. Dzięki nim wiemy, że wynosi ona nie więcej niż 0,45 elektronowolta (eV). Masa elektronu, kolejnej z najlżejszych cząstek elementarnych, to 511 000 elektronowoltów.
Neutrino jest jedyną cząstką elementarną, której masy nie znamy. Zdobycie wiedzy na jej temat pozwoli na zbadanie, w jaki sposób neutrina nabywają masę. Czy – jak inne cząstki – dzięki oddziaływaniu z polem Higgsa, czy też w jakiś inny, nieznany dotychczas sposób. Poznanie masy neutrino powinno też zdradzić, w jaki sposób neutrina narodziły się w czasie Wielkiego Wybuchu i jak wpłynęły na formowanie się galaktyk.
Nowa górna granica masy oznacza doprecyzowanie wcześniejszych badań przeprowadzonych przez KATRIN. W 2022 roku naukowcy pracujący przy tym eksperymencie stwierdzili, że górną granicą masy neutrino jest 0,8 eV. Teraz międzynarodowy zespół złożony z ponad 140 naukowców przeanalizował dane z 259 dni pracy KATRIN i jeszcze bardziej doprecyzował pomiary.
Eksperyment KATRIN Collaboration wykorzystuje rozpad beta trytu. Podczas niego dochodzi do emisji elektronu i antyneutrina. Antycząstki mają taką samą masę jak odpowiadające im cząstki, więc badania antyneutrina pozwalają określić masę neutrina. Jednak neutrina niemal nie wchodzą w interakcje z materią. Ich badanie (i badanie antyneutrin) jest niezwykle trudne. W ramach eksperymentu KATRIN badany jest więc elektron, nie neutrino.
Rozpad beta trytu to jeden z najmniej energetycznych rozpadów beta. Emitowane w jego trakcie elektron i neutrino unoszą łącznie 18,6 keV energii. Elektron trafia do 200-tonowego spektroskopu długości 23 metrów, o którego niezwykłym transporcie na miejsce montażu informowaliśmy kilka lat temu. Spektroskop bada widmo energii elektronu, jeśli precyzyjnie je poznamy, będziemy wiedzieli ile brakuje ze wspomnianych 18,6 keV, zatem ile energii przypadło na neutrino. Brzmi to prosto, ale jest niezwykle skomplikowanym zadaniem.
Eksperyment KATRIN zakończy działanie jeszcze w bieżącym roku. Naukowcy będą wówczas dysponowali danymi zebranymi z 1000 dni. Spodziewają się, że obniżą górną granicę masy neutrino do 0,3 eV, a może nawet do 0,2 eV. To i dobra, i zła wiadomość. Coraz lepiej poznajemy bowiem masę neutrino, ale nie znamy jej dokładnej wartości. Gdyby było to bliżej 1 eV, to eksperymenty takie jak KATRIN mogłyby dać nam ostateczną odpowiedź. Jednak teraz wiemy już, że potrzebne będą znacznie bardziej precyzyjne urządzenia, niż te, którymi obecnie dysponujemy.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Wszechświat jest pełen neutrin. Jest ich tak dużo, że w każdej sekundzie przez nasze ciała przelatuje nawet 100 bilionów tych cząstek subatomowych. Mimo tej obfitości neutrino jest najsłabiej poznaną cząstką elementarną. Bardzo słabo oddziałuje ono z materią, dlatego też trudno jest je zarejestrować i badać. Tymczasem fizycy od kilkunastu lat coraz bardziej interesują się neutrinami, gdyż mogą one wyjaśnić wiele tajemnic, na przykład, dlaczego we wszechświecie jest więcej materii niż antymaterii.
Jedną z pierwszych cech neutrin, jakie powinniśmy poznać, są ich rozmiary. Znajomość tego parametru pozwoli na zaprojektowanie bardziej precyzyjnych detektorów, dzięki którym można będzie lepiej zbadać neutrina. Międzynarodowy zespół naukowy opisał na łamach Nature opracowaną przez siebie metodę pomiaru rozmiarów neutrino elektronowego oraz uzyskane wyniki.
Uczeni przeprowadzili eksperyment, podczas którego obserwowali radioaktywny rozpad berylu (7Be). Rozpada się on do litu (7Li). Podczas tego procesu ma miejsce wychwyt elektronu, kiedy to elektron atomu jest przechwytywany przez proton z jego jądra. Powstaje w ten sposób neutron pozostający w jądrze nowego pierwiastka – litu-7 – oraz emitowane jest neutrino elektronowe.
Uwalniana jest energia, która odrzuca nowo powstały atom litu-7 w jednym kierunku, a neutrino w przeciwnym. Badacze obserwowali ten proces w akceleratorze, w którym umieścili bardzo czułe detektory neutrin. Dzięki temu mogli zbadać pęd atomu litu i na tej podstawie obliczyć rozmiary neutrino.
Pomiar oddaje kwantową naturę neutrino. Co oznacza, że „rozmiar” należy tutaj rozumieć jako pewien stopień niepewności co do przestrzeni zajmowanej przez neutrino. Z obliczeń wynika, że dolną granicą rozmiarów pakietu falowego neutrino elektronowego jest 6,2 pikometrów. To oznacza, że pakiet falowy neutrin jest znacznie większy niż pakiet falowy typowego jądra atomowego, który liczy się w femtometrach. Dla jądra wodoru jest to ok. 1,2 fm, dla jądra węgla, ok 3,5 fm.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Rząd Japonii dał zielone światło budowie Hyper-Kamiokande, największego na świecie wykrywacza neutrin, którego konstrukcja pochłonie 600 milionów dolarów. Gigantyczna instalacja powstanie w specjalnie przygotowanej dlań grocie niedaleko kopalni w miejscowości Kamioka. Pomieści ona 250 000 ton ultraczystej wody. To 5-krotnie więcej niż obecnie używany Super-Kamiokande. Ten z kolei jest następcą 3000-tonowego Kamiokande, który działał w latach 1983–1995.
Dzięki olbrzymim rozmiarom Hyper-K możliwe będzie zarejestrowanie większej liczby neutrin niż dotychczas. Będą one pochodziły z różnych źródeł – z promieniowania kosmicznego, Słońca, supernowych oraz z akceleratora cząstek. Instalacja posłuży też do ewentualnej obserwacji rozpadu protonów. Istnienie takiego zjawiska przewidują niektóre rozszerzenia Modelu Standardowego, jednak dotychczas nie udało się go zarejestrować.
Budowa wykrywacza ma kosztować 600 milionów dolarów, z czego Japonia pokryje 85%, a resztę sfinansują inne kraje, w tym Wielka Brytania i Kanada. Dodatkowo Japonia wyda 66 milionów dolarów na rozbudowę akceleratora J-PARC. To znajdujące się 300 kilometrów dalej urządzenie będzie źródłem neutrin dla Hyper-K.
Głównym elementem nowego wykrywacza będzie zbiornik o głębokości 71 i średnicy 68 metrów. Grota, do której trafi, powstanie 8 kilometrów od istniejącej infrastruktury Kamioka, by uniknąć wibracji mogących zakłócić prace przygotowywanego właśnie do uruchomienia wykrywacza fal grawitacyjnych KAGRA.
Wnętrze zbiornika Hyper-K zostanie wyłożone fotopowielaczami, które będą przechwytywały fotony powstałe w wyniku zderzeń neutrino z atomami w wodzie.
Hyper-Kamiokande będzie jednym z trzech dużych instalacji służących do wykrywania neutrin, jakie mają ruszyć w nadchodzącej dekadzie. Dwa pozostałe to Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE), który ma zacząć pracę w USA w 2025 roku oraz Jiangmen Underground Neutrino Observatory (JUNO), jaki Chiny planują uruchomić w roku 2021.
Takaaki Kajita, fizyk z Uniwersytetu Tokijskiego, mówi, że naukowcy są podekscytowani możliwościami Hyper-K, który ma pozwalać na badanie różnic w zachowaniu neutrin i antuneutrin. Już w Super-K zauważono istnienie takich różnic, jednak to Hyper-K i DUNE pozwolą na ich bardziej szczegółowe zbadanie. Zaś dzięki temu, że oba detektory będą korzystały z różnej techniki – w DUNE znajdzie się płynny argon a nie woda – będzie można nawzajem sprawdzać uzyskane wyniki.
Jednak,jak podkreśla Masayuki Nakahata, fizyk z Uniwersytetu Tokijskiego i rzecznik prasowy Super-K, największą nadzieją, jaką pokłada się w Hyper-K jest odkrycie rozpadu protonu.
Na razie rząd Japonii nie wydał oficjalnego oświadczenia w sprawie budowy Hyper-Kamiokande. Jednak japońscy naukowcy mówią, że właśnie zaproponowano poprawkę budżetową, w ramach której przewidziano pierwszą transzę w wysokości 32 milionów dolarów na rozpoczęcie budowy wykrywacza. Poprawka musi jeszcze zostać zatwierdzona przez parlament, co prawdopodobnie nastąpi w przyszłym miesiącu.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.