Sign in to follow this
Followers
0
Po 9 latach pracy mamy pierwsze pełne wyniki wielkiego chińsko-amerykańskiego badania neutrin
-
Similar Content
-
By KopalniaWiedzy.pl
Technicy z Fermi National Accelerator Laboratory ukończyli prototyp specjalnego nadprzewodzącego kriomodułu, jedynego takiego urządzenia na świecie. Projekt PIP-II, w którym udział biorą też polscy naukowcy, ma na celu zbudowanie najpotężniejszego na świecie źródła neutrin. Zainwestowała w nie również Polska.
HB650 będzie najdłuższym i największym kriomodułem nowego akceleratora liniowego (linac). Wraz z trzema innymi będzie przyspieszał protony do 80% prędkości światła. Z linac protony trafią do dwóch kolejnych akceleratorów, tam zostaną dodatkowo przyspieszone i zamienione w strumień neutrin. Neturina te zostaną wysłane w 1300-kilometrową podróż przez skorupę ziemską, aż trafią do Deep Underground Neutrino Experiment and the Long Baseline Neutrino Facility w Lead w Dakocie Południowej.
Prace nad nowatorskim kriomodułem rozpoczęły się w 2018 roku, w 2020 jego projekt został ostatecznie zatwierdzony i rozpoczęła się produkcja podzespołów. W styczniu 2022 roku w Fermilab technicy zaczęli montować kriomoduł. HB650 to 10-metrowy cylinder o masie około 12,5 tony. Wewnątrz znajduje się szereg wnęk wyglądających jak połączone ze sobą puszki po napojach. Wnęki wykonano z nadprzewodzącego niobu, który podczas pracy będzie utrzymywany w temperaturze 2 kelwinów. W tak niskiej temperaturze niob staje się nadprzewodnikiem, co pozwala efektywnie przyspieszyć protony.
Żeby osiągnąć tak niską temperaturę wnęki będą zanurzone w ciekłym helu, nad którym znajdzie wiele warstw izolujących, w tym MLI, aluminium oraz warstwa próżni. Całość zamknięta jest w stalowej komorze próżniowej, która zabezpiecza wnęki przed wpływem pola magnetycznego Ziemi.
Linac będzie przyspieszał protony korzystając z pola elektrycznego o częstotliwości 650 MHz. Wnętrze wnęk musiało zostać utrzymane w niezwykle wysokiej czystości, gdyż po złożeniu urządzenia nie ma możliwości ich czyszczenia, a najmniejsze nawet zanieczyszczenie zakłóciłoby pracę akceleratora. Czystość musiała być tak wysoka, że nie wystarczyło, iż całość prac przeprowadzano w cleanroomie. Wszelkie przedmioty znajdujące się w cleanroomie oraz stosowane procedury były projektowane z myślą o utrzymaniu jak najwyższej czystości. Pracownicy nie mogli na przykład poruszać się zbyt szybko, by nie wzbijać w powietrze ewentualnych zanieczyszczeń.
Obecnie trwa schładzanie kriomodułu do temperatury 2 kelwinów. Naukowcy sprawdzają, czy całość wytrzyma. Nie bez powodu jest to prototyp. Chcemy dzięki niemu zidentyfikować wszelkie problemy, zobaczyć co do siebie nie pasuje, co nie działa, mówi Saravan Chandrasekaran z Fermilab. Po zakończeniu chłodzenia urządzenie zostanie poddane... testowi transportu. Kriomoduł trafi do Wielkiej Brytanii, a gdy wróci do Fermilab zostaną przeprowadzone testy, by upewnić się, że wszystko nadal działa.
Gdy HB650 przejdzie pomyślnie wszystkie testy, rozpocznie się budowa właściwego kriomodułu. Wezmą w nim udział partnerzy projektu PIP-II (Photon Improvement Plan-II) z Polski, Indii, Francji, Włoch, Wielkiej Brytanii i USA.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
W uruchomionym ponownie po trzech latach Wielkim Zderzaczu Hadronów rozpoczęto nowe testy modelu, który ma wyjaśnić masę neutrina. Zgodnie z Modelem Standardowym te cząstki, których nie można podzielić na mniejsze składowe – jak kwarki czy elektrony – zyskują masę dzięki interakcji z polem bozonu Higgsa. Jednak neutrino jest tutaj wyjątkiem. Mechanizm interakcji z bozonem Higgsa nie wyjaśnia jego masy. Dlatego też fizycy badają alternatywne wyjaśnienia.
Jeden z modeli teoretycznych – mechanizm huśtawki, seesaw model – mówi, że znane nam lekkie neutrino zyskuje masę poprzez stworzenie pary z hipotetycznym ciężkim neutrinem. Żeby jednak ten model działał, neutrina musiałyby być cząstkami Majorany, czyli swoimi własnymi antycząstkami.
Naukowcy pracujący w Wielkim Zderzaczu Hadronów przy eksperymencie CMS postanowili mechanizm huśtawki, poszukując neutrin Majorany powstających w bardzo specyficznym procesie zwanym fuzją bozonów wektorowych. Przeanalizowali w tym celu dane z CMS z lat 2016–2018. Jeśli model huśtawki by działał, w danych z kolizji powinny być widoczne dwa miony o tym samym ładunku elektrycznym, dwa oddalone od siebie dżety cząstek o dużej masie oraz żadnego neutrino.
Uczeni nie znaleźli żadnych śladów neutrin Majorany. To jednak nie znaczy, że ich praca poszła na marne. Udało im się bowiem ustalić nowy zakres parametrów, które określają zakres poszukiwań ciężkiego neutrino Majorany. Wcześniejsze analizy w LHC wskazywały, że ciężkie neutrino Majorany ma masę powyżej 650 GeV. Najnowsze badania wskazują zaś, że należy go szukać w przedziale od 2 do 25 TeV. Teraz naukowcy z CMS zapowiadają zebranie nowych danych i kolejne przetestowanie modelu huśtawki.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Amerykański Departament Energii dał zielone światło do rozpoczęcia budowy PIP-II. To projekt znaczącej rozbudowy kompleksu akceleratorowego znajdującego się w Fermilab. Po ukończeniu prac będzie to najpotężniejsze na świecie źródło wysokoenergetycznych neutrin. W przeszłości w Fermilab pracował legendarny Tevatron, urządzenie niezwykle zasłużone dla fizyki. Teraz laboratorium zyska kolejny wyjątkowy instrument badawczy.
PIP-II będzie pierwszym w USA akceleratorem cząstek, w budowę którego znaczący wkład wniosą partnerzy międzynarodowi z Polski, Francji, Indii, Włoch i Wielkiej Brytanii. Dzięki ich współpracy powstanie urządzenie zdolne do generowania wiązek protonów o mocy przekraczającej 1 megawat. To o 60% więcej niż obecne możliwości Fermilab. Dzięki supernowoczesnym rozwiązaniom akcelerator będzie w stanie dostarczyć wiązkę o odpowiednich właściwościach dla różnego rodzaju eksperymentów fizycznych.
Jednym z najważniejszych zadań PIP-II będzie dostarczanie neutrin dla Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE). Akceleratory z Fermilab były siłą napędową eksperymentów, które w ciągu ostatnich 50 lat doprowadziły do znaczących przełomów w fizyce. Oficjalne rozpoczęcie budowy PIP-II oznacza, że jesteśmy o krok bliżej do rozbudowy naszych instalacji i wspierania odkryć naukowych przez kolejnych 50 lat, mówi były dyrektor Fermilab, Nigel Lockyer.
W ramach projektu PIP-II na początku łańcucha akceleratorów znajdujących się w Fermilab powstanie unikatowa potężna elastyczna pierwsze sekcja, wykorzystująca najnowsze osiągnięcia z dziedziny nadprzewodnictwa, wysokoenergetycznych systemów radiowych, sztucznej inteligencji i maszynowego uczenia się. Całość ma pozwolić na szybkie automatyczne dopasowywanie parametrów wiązki do wymagań danego eksperymentu przy minimalnym udziale człowieka.
PIP-II zostanie ukończony w drugiej połowie obecnej dekady. Prace nad niektórymi jego elementami już zbliżają się ku końcowi. Tak jest na przykład z budynkiem zawierającym elementy kriogeniczne. Ta część PIP-II to główny wkład Departamentu Energii Atomowej Indii. A w PIP-II Injector Test Facility przeprowadzono udane testy dwóch modułów kriogenicznych. To pokazuje, że Fermilab stanie się światowym liderem w dziedzinie wykorzystania akceleratorów do badań nad neutrinami, a PIP-II będzie znaczącym wkładem w ten sukces, stwierdziła Harriet King z DOE.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Badający neutrina fizycy z projektu MicroBooNE ogłosili, że udało im się ustalić przekrój czynny neutrino rozpraszanego na argonie. To niezwykle ważne wydarzenie, gdyż pozwoli na osiągnięcie zakładanych celów naukowych budowanemu właśnie olbrzymiemu wykrywaczowi neutrin DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment).
Neutrina to niewielkie cząstki subatomowe, które z jednej strony wstępują niezwykle powszechnie, z drugiej zaś – bardzo trudno jest je zarejestrować. Poruszają się z prędkością bliską prędkości światła, w każdej sekundzie miliardy tych cząstek bombardują Ziemię i nasze organizmy. Te cząstki są tak małe, że neutrino mogłoby przelecieć przez ołowianą ścianę grubości roku świetlnego, nie zderzając się przy tym z żadnym atomem. Ich zarejestrowanie jest więc niezwykle trudne, a ich zrozumienie może ujawnić nam wiele sekretów wszechświata.
W ramach eksperymentu MicroBooNE prowadzonego w słynnym Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) dane na temat neutrin gromadzone są od 2015 roku. Informacje te przydadzą się m.in. do skonstruowania eksperymentu DUNE. MicroBooNE i DUNE wykorzystują ciekłoargonowe komory projekcji czasowej (low-noise liquid-argon time projection chamber, LArTPC). To niezwykle skomplikowany wykrywacz, który rejestruje neutrina przelatujących przez zbiornik z ciekłym argonem o temperaturze -186 stopni Celsjusza. Neutrino jest rejestrowane, gdy wejdzie w interakcję z atomem argonu. MicroBooNE służy jako urządzenie testowe dla znacznie większego DUNE.
DUNE będzie składał się z dwóch wykrywaczy neutrin. Jeden z nich będzie rejestrował interakcje neutrin w pobliżu źródła ich generowania. Źródłem tym będzie Main Injector w Fermilab. Niedaleko źródła znajdzie się pierwszy, mniejszy wykrywacz. Kolejny zaś jest budowany 1300 kilometrów dalej, w nieczynnej kopalni złota w miejscowości Lead w Dakocie Południowej. Powstaje tam gigantyczny zbiornik zawierający 40 000 ton ciekłego argonu. Urządzenia będą rejestrowały interakcje neutrin z atomami argonu. Jednak, aby naukowcy mogli wyciągnąć z uzyskanych danych odpowiednie wnioski, muszą jak najwięcej o tych interakcjach się dowiedzieć. Dlatego właśnie tak ważne są prace MicroBooNE.
Najpowszechniej wykorzystywanymi tarczami w eksperymentach z neutrinami są żelazo, tlen (wchodzący w skład wody), węgiel (jako olej mineralny) i argon. Jako że komory LArTPC mają wiele zalet, naukowcy chcą jak najlepiej poznać interakcje argonu i neutrino.
Przekrój czynny neutrino rozpraszanego na argonie pokazuje, jak argon reaguje na neutrino, z czym mamy do czynienia w MicroBooNE i DUNE. Naszym ostatecznym celem jest badanie neutrin, ale do tego potrzebujemy lepszego zrozumienia, w jaki sposób neutrina oddziałują z materiałem w wykrywaczach, takim jak np. atomy argonu, mówi Xin Qian z Brookhaven National Laboratory.
Jednym z najważniejszych zadań stojących przed DUNE będzie badanie oscylacji neutrin pomiędzy neturino mionowym, elektronowym i taonowym. Naukowcy wiedzą, że oscylacje te zależą m.in. od energii neutrin. Ale określenie tej energii jest bardzo trudne. Zarówno dlatego, że same interakcje w jakie wchodzą neutrina są złożone, ale i w każdym strumieniu neutrin cząstki mają różną energię. Dopiero dokładne określenie przekroju czynnego w zależności od energii pozwoli na zdobycie najważniejszych informacji na temat oscylacji neutrin. Gdy poznamy przekrój czynny, będziemy mogli odwrócić obliczenia i – na podstawie olbrzymiej liczby interakcji – określić przeciętną energię, zapach i właściwości oscylacji neutrin, dodaje Wenquiang Gu, który stał na czele zespołu analityków z Brookhaven Lab.
Ze szczegółami badań oraz uzyskanymi wynikami można zapoznać się na łamach Physical Review Letters.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Czy neutrinowe oczy ludzkości, obserwatoria takie jak IceCube na Antarktydzie, naprawdę widzą neutrina napływające z głębi kosmosu? Odpowiedź zaczynają przynosić między innymi eksperymenty przy akceleratorze LHC, gdzie bada się wewnętrzną strukturę protonów. Zgodnie z najnowszym modelem, opracowanym przez fizyków z IFJ PAN, struktura ta wydaje się być bogatsza o cząstki powabne w stopniu, który ziemskim obserwatorom neutrin może utrudnić interpretację tego, co widzą.
Wbrew popularnym wyobrażeniom, proton może się składać nie z trzech, ale nawet z pięciu kwarków. Dodatkową parę tworzą wtedy kwark i antykwark powstałe w interakcjach gluonów we wnętrzu protonu. Od dawna przypuszczano, że te „nadmiarowe” pary mogą niekiedy być zbudowane nawet z tak masywnych kwarków i antykwarków jak powabne. Teraz się okazuje, że uwzględnienie wewnętrznego powabu protonów pozwala dokładniej opisać przebieg zjawisk zarejestrowanych niedawno w jednym z niskoenergetycznych eksperymentów w detektorze LHCb przy Wielkim Zderzaczu Hadronów. Stosowny model teoretyczny zaprezentowali fizycy z Instytutu Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk (IFJ PAN) w Krakowie na łamach czasopisma „Physical Review D”.
Szkolne podręczniki malują obraz protonu jako cząstki będącej prostym zlepkiem trzech kwarków: dwóch górnych oraz jednego dolnego, sklejonych oddziaływaniami silnymi przenoszonymi przez gluony. W fizyce tak uproszczony model nie zrobił długiej kariery. Już w końcu lat 80. ubiegłego wieku okazało się, że aby wytłumaczyć obserwowane zjawiska trzeba uwzględnić lekkie kwarki pochodzące z chmury mezonowej w nukleonie (są to tzw. wyższe stany Flocka). Co zaskakujące, efekt wcale nie jest marginalny: może stanowić nawet poprawkę na poziomie 30% w stosunku do prostego modelu trzykwarkowego. Niestety, dotychczas nie potrafiono określić, jak duży jest analogiczny wkład kwarków powabnych.
Nasze wcześniejsze modele powstawania powabu wielokrotnie wykazywały się zgodnością z eksperymentami. Przy dużych energiach zderzeń protonów, gdy w LHC wzajemnym oddziaływaniom poddawano ich dwie przeciwbieżne wiązki, potrafiliśmy całkiem dobrze opisać produkcję par z udziałem kwarków i antykwarków powabnych. Rzecz jednak w tym, że choć tworzyły się one w trakcie zderzeń protonów, nie pochodziły z ich wnętrz. Powstawały wskutek fuzji gluonów nieco wcześniej wyemitowanych przez protony, mówi prof. dr hab. Antoni Szczurek (IFJ PAN).
Nadzieję na postęp w tropieniu powabu wewnątrz samych protonów przyniosły niedawne pomiary zrealizowane w detektorze LHCb z użyciem pojedynczej wiązki protonów, wycelowanej w nieruchomą, gazową tarczę z helu bądź argonu.
Gdy w LHC dochodzi do zderzeń przy największych energiach, spora część cząstek będących produktami kolizji protonów porusza się w kierunku 'do przodu', wzdłuż wiązek protonów. W rezultacie trafiają w obszar, gdzie z przyczyn technicznych nie ma detektorów. Tymczasem zderzenia protonów z jądrami helu, które właśnie poddaliśmy analizie, zachodziły przy energiach nawet kilkadziesiąt razy mniejszych od maksymalnych osiąganych przez LHC. Produkty zderzeń rozbiegały się pod większymi kątami, bardziej na boki, w konsekwencji były rejestrowane w detektorach i mogliśmy się im przyjrzeć, wyjaśnia dr Rafał Maciuła (IFJ PAN).
Do opisu danych z eksperymentu w detektorze LHCb krakowscy fizycy użyli modelu rozbudowanego o możliwość wybicia z wnętrza protonu kwarku lub antykwarku powabnego. Wyliczenie prawdopodobieństwa takiego procesu z zasad pierwszych nie było możliwe. Badacze postanowili więc sprawdzić, przy jakich wartościach prawdopodobieństwa zgodność przewidywań modelu z zarejestrowanymi danymi będzie największa. Otrzymany wynik sugerował, że wkład par powabnych we wnętrzu protonu nie jest większy niż około 1%.
Po wybiciu z wnętrza protonu powabna para kwark-antykwark szybko się zmienia w krótkożyjące mezony i antymezony D0, te zaś produkują kolejne cząstki, w tym neutrina. Fakt ten zainspirował fizyków z IFJ PAN do skonfrontowania nowego modelu z danymi zarejestrowanymi przez obserwatorium neutrinowe IceCube na Antarktydzie.
Obecnie dzięki stosowanym technikom naukowcy z IceCube mają pewność, że jeśli rejestrują neutrino o ogromnej energii (rzędu setek teraelektronowoltów), to oznacza, że cząstka pochodziła z głębi kosmosu. Przyjmuje się ponadto, że neutrina o nieco niższych, ale wciąż rzadko spotykanych dużych energiach, również mają naturę kosmogeniczną. Jeśli jednak z wnętrza protonu można wybić powabną parę kwark-antykwark, rozpadającą się w kaskadzie zawierającej wysokoenergetyczne neutrina, ta interpretacja może zostać podważona. Neutrina w pewnym zakresie energetycznym, rejestrowane obecnie, mogą bowiem pochodzić nie z kosmosu, ale właśnie z kaskad inicjowanych zderzeniami cząstek pierwotnego promieniowania kosmicznego z jądrami gazów atmosferycznych. Artykuł analizujący taką możliwość trafił do druku w czasopiśmie „European Physical Journal C”.
Przy analizie danych z obserwatorium IceCube przyjęliśmy następującą taktykę. Przyjmijmy, że praktycznie wszystkie obecnie rejestrowane neutrina w badanym przez nas zakresie energetycznym pochodzą z atmosfery. Jaki musiałby być wkład powabnych par kwark-antykwark we wnętrzu protonu, abyśmy za pomocą naszego modelu uzyskali zgodność z dotychczasowymi pomiarami? Proszę sobie wyobrazić, że otrzymaliśmy wartość rzędu jednego procenta, praktycznie identyczną z wartością z modelu opisującego zderzenia proton-hel w detektorze LHCb!, mówi dr Maciuła.
Zbieżność oszacowań dla obu omówionych przypadków nakazuje zachować dużą ostrożność w określaniu źródeł neutrin rejestrowanych przez współczesne obserwatoria. Krakowscy badacze podkreślają jednak, że ich wyniki nakładają tylko górne ograniczenie na wkład kwarków i antykwarków powabnych w strukturę protonu. Jeśli okaże się on mniejszy, przynajmniej część obecnie wykrywanych neutrin o wielkich energiach zachowa swoją kosmiczną naturę. Jeśli jednak górna granica będzie oszacowaniem poprawnym, nasza interpretacja źródeł ich pochodzenia będzie musiała ulec istotnej zmianie, a IceCube okaże się nie tylko obserwatorium astronomicznym, ale również... atmosferycznym.
« powrót do artykułu
-
-
Recently Browsing 0 members
No registered users viewing this page.