Wielki Zderzacz Hadronów przegra wyścig?
By
KopalniaWiedzy.pl, in Technologia
-
Similar Content
-
By KopalniaWiedzy.pl
Uczeni pracujący przy eksperymencie ATLAS w CERN donieśli o zaobserwowaniu pierwszego przypadku jednoczesnego powstania trzech masywnych bozonów W (produkcja WWW), które pojawiły się w wyniku zderzeń prowadzonych w Wielkim Zderzaczu Hadronów.
Bozony W, jako nośniki oddziaływań elektrosłabych, odgrywają kluczową rolę w testowaniu Modelu Standardowego. Po raz pierwszy zostały odkryte przed 40 laty i od tamtej pory są przedmiotem badań fizyków.
Naukowcy z ATLAS przeanalizowali dane zarejestrowane w latach 2015–2018 i oznajmili, że zauważyli produkcję WWW z poziomem ufności rzędu 8,2 sigma. To znacznie powyżej 5 sigma, gdy już można powiedzieć o odkryciu. Osiągnięcie tak dużej pewności nie było łatwe. Naukowcy przeanalizowali około 20 miliardów zderzeń, wśród których zauważyli kilkaset przypadków produkcji WWW.
Bozon W może rozpadać się na wiele różnych sposobów. Specjaliści skupili się na czterech modelach rozpadu WWW, które dawały największe szanse na odkrycie poszukiwanego zjawiska, gdyż powodują najmniej szumów tła. W trzech z tych modeli dwa bozony W rozpadają się w elektrony lub miony o tym samym ładunku oraz neutrina a trzeci bozon W rozpada się do pary kwarków. W czwartym z modeli wszystkie bozony W rozpadają się w leptony (elektrony lub miony) i neutrino.
Dzięki odkryciu specjaliści będą mogli poszukać teraz interakcji, które wykraczają poza obecne możliwości LHC. Szczególnie interesująca jest możliwość wykorzystania procesu produkcji WWW do badania zjawiska polegającego na wzajemnym rozpraszaniu się dwóch bozonów W.
Więcej na temat najnowszego odkrycia w artykule Observation of WWW production in pp collisions at s√=13 TeV with the ATLAS detector [PDF].
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Badacze z całego świata będą po raz drugi debatować nad przyszłością nowego kierunku badań w Wielkim Zderzaczu Hadronów pod Genewą, który ma zaowocować szczegółowymi pomiarami wysokoenegetycznych neutrin oraz otworzy nowe drogi poszukiwań ciemnej materii. Współautorem dyskutowanej propozycji nowego eksperymentu FLArE jest dr Sebastian Trojanowski z AstroCeNT i Zakładu Fizyki Teoretycznej NCBJ.
Planowane ponowne uruchomienie Wielkiego Zderzacza Hadronów jest jednym z najbardziej wyczekiwanych wydarzeń w świecie fizyki. Przy tej okazji, zostanie również zainicjowany nowy kierunek badań w LHC, obejmujący pomiary wysokoenergetycznych neutrin oraz poszukiwania śladów nowej fizyki w kierunku wzdłuż osi wiązki zderzenia protonów. Ten nietypowy sposób wykorzystania zderzacza został zaproponowany przez autorów koncepcji detektora FASER (odnośniki w uzupełnieniu). Jednym z jego pomysłodawców był dr Sebastian Trojanowski związany z ośrodkiem badawczym AstroCeNT przy Centrum Astronomicznym im. Mikołaja Kopernika PAN oraz z Narodowym Centrum Badań Jądrowych.
Choć eksperyment FASER ma dopiero zacząć zbierać dane w najbliższym czasie, to już zadajemy sobie pytanie, jak rozwinąć ten pomysł do jeszcze ambitniejszego projektu w dalszej przyszłości – mówi dr Trojanowski. Dyskusje na ten temat zgromadzą w dniach 27-28 maja (w formule zdalnej) około 100 badaczy z całego świata zajmujących się fizyką cząstek elementarnych. Na spotkaniu inżynierowie z CERN zaprezentują również wstępne plany dotyczące budowy nowego laboratorium podziemnego, które mogłoby pomieścić większą liczbę eksperymentów skupionych wzdłuż osi wiązki zderzenia. Jest to projekt długofalowy, który ma na celu maksymalizację potencjału badawczego obecnego zderzacza, który powinien służyć nauce jeszcze wiele lat.
Wśród kilku eksperymentów proponowanych do umieszczenia w nowym laboratorium jest m.in. bezpośredni spadkobierca detektora FASER. Eksperyment, nazwany roboczo FASER 2, znacząco poszerzyłby potencjał odkrywczy obecnego detektora. Choć ani obecny, ani proponowany przyszły eksperyment nie dają możliwości bezpośredniej obserwacji ciemnej materii, to umożliwiają one poszukiwanie postulowanych teoretycznie niestabilnych cząstek, które mogą pośredniczyć w jej oddziaływaniach.
O krok dalej idą autorzy kwietniowego artykułu opublikowanego w czasopiśmie Physical Review D, prof. Brian Batell z Uniwersytetu w Pittsburgu w USA, prof. Jonathan Feng z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Irvine oraz dr Trojanowski. Proponują oni sposób na bezpośrednią obserwację lekkich cząstek ciemnej materii w nowym laboratorium. W tym celu sugerują umieszczenie tam nowego detektora, nazwanego FLArE (ang. Forward Liquid Argon Experiment), wykorzystującego technologię ciekło-argonowej komory projekcji czasowej oraz wstępny sygnał w postaci błysku (ang. flare) scyntylacyjnego. Detektor taki byłby nowym narzędziem do bezpośredniego poszukiwania cząstek ciemnej materii poprzez badanie ich oddziaływań przy bardzo wysokich energiach oraz przy laboratoryjnie kontrolowanym strumieniu takich cząstek. Jest to metoda wysoce komplementarna względem obecnych podziemnych eksperymentów poszukujących cząstek pochodzących z kosmosu lub produkowanych przez promieniowanie kosmiczne – argumentuje dr Trojanowski.
Pomysł na nowy detektor FLArE został błyskawicznie włączony we wstępne plany inżynieryjne nowego laboratorium oraz w dyskusje eksperymentalne, również te dotyczące przyszłych badań neutrin w LHC. Czas pokaże, czy projekt ten będzie kolejnym sukcesem na miarę FASERa, czy też zostanie zastąpiony jeszcze lepszym rozwiązaniem – komentuje dr Trojanowski. Jedno jest pewne: fizycy nie próżnują i nie ustają w wysiłkach w celu lepszego poznania praw rządzących naszym światem.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
W Wielkim Zderzaczu Hadronów zainstalowano nowe urządzenie o nazwie FASER (Forward Search Experiment), którego współtwórcą jest dr Sebastian Trojanowski. FASER będzie badał cząstki, co do których naukowcy mają podejrzenie, że wchodzą w interakcje z ciemną materią. Testy nowego urządzenia potrwają do końca roku.
To krok milowy dla tego eksperymentu. FASER będzie gotowy do zbierania danych z Wielkiego Zderzacza Hadronów, gdy tylko na nowo podejmie on pracę wiosną 2022 roku, mówi profesor Shih-Chieh hsu z University of Washington, który pracuje przy FASER.
Eksperyment będzie badał interakcje z wysokoenergetycznymi neutrinami i poszukiwał nowych lekkich słabo oddziałujących cząstek, które mogą wchodzić w interakacje z ciemną materią. Stanowi ona około 85% materii we wszechświecie. Zbadanie cząstek, które mogą z nią oddziaływać, pozwoli na określenie właściwości ciemnej materii.
W pracach eksperymentu FASER bierze udział 70 naukowców z 19 instytucji w 8 krajach.
Naukowcy sądzą, że podczas kolizji w Wielkim Zderzaczu Hadronów powstają słabo reagujące cząstki, które FASER będzie w stanie wykryć. Jak informowaliśmy przed dwoma laty, w LHC mogą powstawać też niewykryte dotąd ciężkie cząstki.
FASER został umieszczony w nieużywanym tunelu serwisowym znajdującym się 480 metrów od wykrywacza ATLAS. Dzięki niewielkiej odległości FASER powinien być w stanie wykryć produkty rozpadu lekkich cząstek. Urządzenie ma 5 metrów długości, a na jego początku znajdują się dwie sekcje scyntylatorów. Będą one odpowiedzialne za usuwanie interferencji powodowanej przez naładowane cząstki. Za scyntylatorami umieszczono 1,5-metrowy magnes dipolowy, za którym znajduje się spektrometr, składający się z dwóch 1-metowych magnesów dipolowych. Na końcu, początku i pomiędzy magnesami znajdują się 3 urządzenia rejestrujące zbudowane z krzemowych detektorów. Na początku i końcu spektrometru znajdują się dodatkowe stacje scyntylatorów. Ostatnim elementem jest elektromagnetyczny kalorymetr. Będzie on identyfikował wysokoenergetyczne elektrony i fotony oraz mierzył całą energię elektromagnetyczną.
Całość jest schłodzona do temperatury 15 stopni Celsjusza przez własny system chłodzenia. Niektóre z elementów FASERA zostały zbudowane z zapasowych części innych urządzeń LHC.
FASER zostanie też wyposażony w dodatkowy detektor FASERv, wyspecjalizowany w wykrywaniu neutrin. Powinien być on gotowy do instalacji pod koniec bieżącego roku.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Podczas konferencji Large Hadron Collider Physics 2020 eksperymenty ATLAS i CMS przedstawiły najnowsze wyniki dotyczące rzadkich sposobów rozpadu bozonu Higgsa produkowanego na Wielkim Zderzaczu Hadronów w CERN. Nowe kanały obejmują rozpady Higgsa na bozon Z, współodpowiedzialny za słabe oddziaływania jądrowe, oraz inną cząstkę, jak również rozpady na cząstki „niewidzialne”. Te pierwsze, w razie rozbieżności z przewidywaniami Modelu Standardowego, mogą świadczyć o zjawiskach wykraczających poza znaną nam fizykę (tzw. nowa fizyka), podczas gdy niewidzialne rozpady cząstki Higgsa rzuciłyby nowe światło na naturę cząstek tzw. ciemnej materii kosmicznej. Przedstawione analizy oparte są o całość danych zebranych w latach 2015-2018, czyli około miliarda milionów zderzeń proton-proton.
Eksperyment ATLAS zmierzył częstość rozpadu Higgsa na Z i foton (γ) na 2.0+1.0−0.9 częstości przewidzianej w Modelu Standardowym, tym samym zbliżając się do czułości umożliwiającej obserwację ewentualnych odstępstw od przewidywań modelu. Eksperyment CMS poszukiwał o wiele rzadszych rozpadów na Z i mezon ρ lub φ i stwierdził, że w nie więcej niż 1.9% przypadków może nastąpić rozpad na Zρ, a nie więcej niż w 0.6% przypadków na Zφ. Obserwacja tego typu rozpadów przy obecnie zebranej ilości danych świadczyłaby o zjawiskach związanych z istnieniem nowej fizyki.
Niektóre hipotezy dotyczące nowej fizyki przewidują, że bozon Higgsa może rozpadać się na dwie tzw. słabo oddziałujące masywne cząstki (ang.: WIMP), odpowiedzialne za ciemna materię kosmiczną, a niewidoczne dla aparatury eksperymentalnej. Zespół eksperymentu ATLAS wykluczył, aby prawdopodobieństwo takiego procesu przekraczało 13%. Analogiczne wykluczenie rozpadu bozonu Higgsa na parę tzw. ciemnych fotonów przedstawiła współpraca CMS.
Polskie grupy z IFJ, AGH i UJ w Krakowie współtworzą zespól eksperymentu ATLAS, a grupy eksperymentalne z UW i NCBJ w Warszawie uczestniczą w eksperymencie CMS.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Gdy satelita się psuje, staje się bezużytecznym śmieciem krążącym po orbicie, który zagraża innym satelitom. W końcu spada w kierunku Ziemi i płonie w atmosferze.
Profesor Ou Ma i jego zespół z University of Cincinnati pracują nad siecią robotów, które wspólnie będą naprawiały i tankowały satelity. Ma mówi, że milion rzeczy może pójść nie tak po wystrzeleniu satelity. A my nie jesteśmy w stanie zaradzić większości z nich. zatem kosztujące miliony dolarów urządzenia bezużytecznie latają nad naszymi głowami, gdyż uległy awarii lub skończyło im się paliwo.
Najbardziej znaną kosmiczną awarią była ta, która dotknęła Teleskop Kosmiczny Hubble'a. Jednak teleskop był projektowany z myślą o serwisowaniu, więc wysłani w promie kosmicznym astronauci dokonali odpowiednich napraw. Jednak wysyłanie ludzi za każdym razem, gdy zepsuje się satelita, jest niezwykle kosztowne. Dlatego też profesor Ma, który pracował m.in. przy projektowanie robotycznego ramienia dla promów kosmicznych i Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, chce stworzyć satelity, które będą dokowały do innych satelitów i je naprawiały.
Problemem nie są zresztą tylko awarie. Większość satelitów przestaje działać, bo skończyło im się paliwo. Odsyłamy na emeryturę sprawne satelity, bo wyczerpało im się paliwo, mówi John Lymer z firmy Maxar. NASA chce w 2022 roku wystrzelić na orbitę satelitę zdolnego do tankowania innych satelitów należących do amerykańskiego rządu. Projekt Restore-L ma być testem dla pomysłu automatycznej naprawy satelitów na orbicie.
W laboratorium Ma trwają intensywne prace nad systemami nawigacji satelitów, które miałyby naprawiać i tankować inne satelity. To niezwykle ważna kwestia, gdyż zderzenie w kosmosie spowoduje, że satelity zaczną poruszać się w sposób niekontrolowany. Do tego może bardzo łatwo dojść, gdyż nic nie hamuje satelitów. Gdy satelita zacznie się niekontrolowanie obracać, może tak poruszać się bez końca, mówi Ma.
Ma i jego zespół wykorzystują zaawansowane narzędzia do symulacji zachowania satelitów na orbicie. Przechwycenie czegoś w przestrzeni kosmicznej jestnaprawdę trudne. A złapanie czegoś, co się obraca jest jeszcze trudniejsze. Trzeba bardzo ostrożnie przewidywać ruch i wszystko precyzyjnie kontrolować, by uspokoić takiego satelitę i go delikatnie przechwycić, mów Ma.
Z jednej więc strony grupa Ma prowadzi badania nad samym przechwytywaniem satelitów, w tym również takich, które poruszają się w sposób niekontrolowany, z drugiej zaś, rozwija technologie ich naprawy. W laboratorium działa kilka robotycznych ramion, z których każde jest wyposażone w siedem stawów, co daje im pełną swobodę ruchu. Ma chciałby, by w przyszłości powstały satelity serwisowe zdolne do wykonywania różnego rodzaju prac serwisowych. Dodatkowo roboty takie powinny mieć możliwość działania w grupie i wspólnego wykonywania najbardziej skomplikowanych zadań.
W ramach swoich ostatnich prac naukowcy dali robotom zadanie przeciągnięcie przedmiotu na wskazane miejsce. Każdy z robotów kontrolował jeden sznurek, do którego umocowany był przedmiot, zatem jego przeciągnięcie wymagało współpracy. Dzięki algorytmom logiki rozmytej udało się przeciągnąć przedmiot na konkretne miejsce zarówno za pomocą trzech jak i pięciu robotów. Przy okazji okazało się, że grupa pięciu robotów jest w stanie wykonać zadanie nawet, gdy jeden z nich ulegnie awarii. To bardzo ważne w dużych grupach robotów, gdy możliwości jednego z nich okażą się mniejsze niż innych, stwierdzili uczeni.
Profesor Ma zauważa, że przemysł kosmiczny jest coraz bardziej zainteresowany serwisowaniem satelitów. Przyznaje, że obecnie technologia jest zbyt mało zaawansowana, jednak w ciągu 5–10 lat będzie ona na tyle dojrzała, że z pewnością powstaną przedsiębiorstwa, które zajmą się świadczeniem takich usług. My nie pracujemy nad całą misją. Tworzymy jedynie technologię dla takich działań. Gdy już będzie gotowa NASA lub jakaś prywatna firma się nią zainteresują i na jej podstawie zbudują satelity, mówi Ma.
Podobnego zdania jest Gordon Roesler, były dyrektor w DARPA (U.S. Defense Advanced Research Projects Agency). W żadnej innej dziedzinie nie robi się tak, że buduje się urządzenie warte pół miliarda czy miliard dolarów i nigdy się go nie dogląda, mówi.
Specjaliści dodają, że już w najbliższej przyszłości właściciele satelitów będą musieli pomyśleć o umożliwieniu ich serwisowania. Obecnie wiele urządzeń jest tak delikatnych, że nie można nawet myśleć o ich przechwyceniu bez ryzyka uszkodzenia. Poza wzmocnieniem satelitów potrzebny będzie też jakiś rodzaj drzwi serwisowych, dających dostęp do ich wnętrza.
Czasu na takie działania jest coraz mniej. Z każdym wystrzelonym i każdym nieczynnym satelitą niska orbita Ziemi jest coraz bliżej efektu Kesslera. To opracowana przez Donalda Kesslera teoria mówiąca, że z czasem zderzenia satelitów między sobą usieją orbitę tak olbrzymią liczbą szczątków, iż zagrozi to kolejnym satelitom. Musimy pamiętać, że zderzenie satelitów powoduje powstanie olbrzymiej liczby odpadków poruszających się z prędkościami przekraczającymi 20 000 km/h.
« powrót do artykułu
-
-
Recently Browsing 0 members
No registered users viewing this page.