Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
LHC zarejestrował antyhiperhel-4. To dopiero trzecie zaobserwowane hiperjądro antymaterii
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Astronomia i fizyka
-
Podobna zawartość
-
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 -
przez KopalniaWiedzy.pl
Po raz pierwszy udało się bezpośrednio zaobserwować wpływ grawitacji na antymaterię. Fizycy z CERN eksperymentalnie wykazali, że grawitacja działa na antymaterię tak, jak i na materię – antyatomy opadają na źródło grawitacji. Nie jest to niczym niespodziewanym, różnica w oddziaływaniu grawitacji na materię i antymaterię miałaby bardzo poważne implikacje dla fizyki. Jednak bezpośrednia obserwacja tego zjawiska jest czymś, czego fizycy oczekiwali od dziesięcioleci. Oddziaływanie grawitacyjne jest bowiem niezwykle słabe, zatem łatwo może zostać zakłócone.
Naukowcy z CERN pracujący przy eksperymencie ALPHA wykorzystali atomy antywodoru, które są stabilne i elektrycznie obojętne, do badania wpływu grawitacji na antymaterię. Uczeni utworzyli antywodór łącząc antyprotony – uzyskane w urządzeniach AD i ELENA pracujących w Antimatter Factory – z pozytonami (antyelektronami) z radioaktywnego sodu-22. Atomy antywodoru umieszczono następnie w pułapce magnetycznej, która chroniła je przed wejściem w kontakt z materią i anihilacją. Całość umieszczono w niedawno skonstruowanym, specjalnym urządzeniu o nazwie ALPHA-g, które pozwala na śledzenie losu atomów po wyłączeniu pułapki.
Symulacje komputerowe wykazywały, że – w przypadku materii – około 20% atomów powinno opuścić pułapkę przez górną jej część, a około 80% – przez dolną. Naukowcy wielokrotnie przeprowadzili eksperymenty z użyciem antymaterii, uwzględniając przy tym różne ustawienia pułapki i różne możliwe oddziaływania poza oddziaływaniami grawitacyjnymi. Po uśrednieniu wyników eksperymentów okazało się, że antymateria zachowuje się tak, jak materia. Około 20% atomów antywodoru uleciało z pułapki górą, a około 80% – dołem.
Potrzebowaliśmy 30 lat by nauczyć się, jak stworzyć antyatomy, jak utrzymać je w pułapce, jak je kontrolować i jak je uwalniać z pułapki, by oddziaływała na nie grawitacja. Następnym etapem naszych badań będą jak najbardziej precyzyjne pomiary przyspieszenia opadających antyatomów. Chcemy sprawdzić, czy rzeczywiście atomy i antyatomy opadają w taki sam sposób, mówi Jeffrey Hangst, rzecznik prasowy eksperymentu ALPHA.
« powrót do artykułu -
przez 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 -
przez 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 -
przez 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
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.