Smartfonem można szukać cząstek elementarnych. Udowodnili to polscy fizycy w CERN
Część obecna w każdym telefonie okazała się świetnym detektorem zderzeń cząstek elementarnych. Matryca światłoczuła CMOS to część smartfonowych aparatów fotograficznych. Jej nowatorskie zastosowanie jako detektor cząstek to dzieło m.in. polskich naukowców.
Spis treści Matryca ze smartfona wykrywa anihilację materii i antymaterii Potencjalne zastosowania nowej metody Akceleratory cząstek elementarnych to najdroższe i najbardziej skomplikowane urządzenia stworzone przez ludzi. Wielki Zderzacz Hadronów kosztował niemal 5 miliardów euro, a roczny koszt jego eksploatacji przekracza miliard. CERN (Europejska Organizacja Badań Jądrowych) ma w planach budowę kolejnego, jeszcze większego i droższego. Inwestycja ma ruszyć w 2030 roku i pochłonąć astronomiczną kwotę kwotę 21 miliardów euro. Przy takich kosztach każda oszczędność jest na wagę złota. Dlatego uwagę przykuwa nowe odkrycie zespołu CERN, w którym brali udział także polscy fizycy. Zwykły chip CMOS z telefonu komórkowego wykorzystali jako detektor zderzeń cząstek materii z antymaterią. Matryca ze smartfona wykrywa anihilację materii i antymaterii Zespół AEgIS (Antihydrogen Experiment: Gravity, Interferometry, Spectroscopy) działający przy CERN pod Genewą, z udziałem polskich naukowców, opracował nowatorski sposób wykrywania anihilacji cząstek – zjawiska zachodzącego, gdy materia spotyka się z antymaterią. Kluczowym elementem jest wykorzystanie matryc CMOS, stosowanych powszechnie w aparatach fotograficznych smartfonów. W eksperymencie AEgIS badano wpływ grawitacji na antymaterię, wykorzystując pozytony (antyelektrony) i ich anihilację z elektronami, co prowadzi do emisji wysokoenergetycznych fotonów. Eksperyment przeprowadzano na atomach wodoru. Nowe detektory zbudowane ze smartfonowych matryc umożliwiają niezwykle precyzyjne śledzenie śladów cząstek w miejscu zderzenia, z dokładnością rzędu kilku mikrometrów. To znacznie przewyższa możliwości standardowych detektorów krzemowych. W dodatku technologia ta jest stosunkowo tania, kompaktowa i pozwala na analizę danych w czasie rzeczywistym. Nowy detektor pomoże odpowiedzieć na pytanie, jak antymateria zachowuje się w polu grawitacyjnym, na które wciąż nie znamy jednoznacznej odpowiedzi. Potencjalne zastosowania nowej metody Nowa metoda daje nadzieję na prostsze, tańsze i bardziej dokładne wykrywanie zderzeń cząstek. Dotychczas stosowano duże detektory, oparte na krzemie. Matryce CMOS w smartfonach także bazują na tym pierwiastku, ale elementy światłoczułe są w nich zdecydowanie gęściej ułożone. Wystarczą niewielkie modyfikacje, aby taką matrycę przerobić na detektor zderzeń cząstek. Trzeba usunąć mikrosoczewki pokrywające matryce, a następnie połączyć wiele matryc w jeden wystarczająco duży element. W projekcie AEgIS CERN biorą udział polscy naukowcy z Politechniki Warszawskiej, Instytutu Fizyki Polskiej Akademii Nauk, Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu oraz Uniwersytetu Jagiellońskiego. Prof. Mariusz Piwiński z UMK mówi, że matryce CMOS użyto póki co do wykrywania miejsca anihilacji antyprotonów, ale uważa że pomysł zostanie zastosowany w kolejnych eksperymentach, do wykrywania anihilacji innych cząstek antymaterii. Eksperyment i nowatorskie zastosowanie matryc CMOS zostały opisana w artykule opublikowanym właśnie w czasopiśmie „Science Advances”. Źródła: Nauka w Polsce, Science Advances Nasza autorka Magdalena Rudzka Dziennikarka „National Geographic Traveler" i „Kaleidoscope". Przez wiele lat również fotoedytorka w agencjach fotograficznych i magazynach. W National-Geographic.pl pisze przede wszystkim o przyrodzie. Lubi podróże po nieoczywistych miejscach, mięso i wino.
Wielki Zderzacz Hadronów spełnia sen alchemików o przemianie pierwiastków w złoto
Zamiana pospolitych metali – rtęci lub ołowiu – w złoto, była niespełnionym nigdy celem alchemii. Próby trwały od starożytności aż do epoki Oświecenia, gdy uznano je za niemożliwe do przeprowadzenia. Epoka energii atomowej jednak to zmieniła. W Wielkim Zderzaczu Hadronów właśnie udało się zamienić ołów w złoto.
Spis treści: Alchemia: pramatka współczesnej nauki Jak Wielki Zderzacz Hadronów przemienił ołów w złoto? W eksperymencie przeprowadzonym przez w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) w ośrodku CERN pod Genewą zaobserwowano proces przemiany ołowiu w złoto. To pierwsza taka obserwacja. Eksperyment jest częścią projektu ALICE (A Large Ion Collider Experiment). Jego celem jest badanie zderzeń ciężkich jonów – głównie jąder ołowiu – przy ekstremalnie wysokich energiach, aby odtworzyć warunki panujące tuż po Wielkim Wybuchu. Alchemia: pramatka współczesnej nauki Alchemia to praktyka, która rozwijała się od starożytności do XVII wieku. Łączyła elementy chemii, filozofii, mistycyzmu i astrologii. Jej głównym celem była przemiana metali nieszlachetnych (np. ołowiu) w złoto – proces zwany transmutacją. Alchemicy wierzyli, że możliwe jest stworzenie tzw. kamienia filozoficznego – substancji, która miała umożliwiać tę przemianę. Próbowali też stworzyć panaceum (lek na wszystkie choroby), eliksir nieśmiertelności oraz homunkulusa (sztucznego człowieka). Alchemia narodziła się w starożytnym Egipcie i Grecji, a rozwijała się w świecie arabskim (słowo „alchemia” powstało od arabskiego „al-kīmiyā”). Później została przejęta i przekształcona w średniowiecznej Europie, gdzie rozkwitła w epoce renesansu. Choć nie osiągnięto celu przemiany metali w złoto, alchemia przyczyniła się do rozwoju nowoczesnej chemii poprzez eksperymenty, rozwój aparatury i obserwacje. Alchemią parali się też znani dziś odkrywcy, m.in. astronom Tycho Brahe. Żadna reakcja chemiczna nie może doprowadzić do zmiany jednego pierwiastka w inny. Dopiero epoka energii atomowej pozwoliła na tego typu przemiany, a nawet tworzenie nowych pierwiastków. W Wielkim Zderzaczu Hadronów w ośrodku CERN pod Genewą udało się właśnie dokonać transmutacji ołowiu w złoto. Jak Wielki Zderzacz Hadronów przemienił ołów w złoto? W opublikowanym w czasopiśmie „Physical Review C” artykule opisano, jak w wyniku zderzeń wzbudzonych atomów ołowiu dochodzi do przemiany tego pierwiastka w złoto. Jądra ołowiu są poddane tzw. zderzeniom ultraperyferyjnym (mijają się bez bezpośredniego kontaktu). W ich wyniku dochodzi do oddziaływań elektromagnetycznych, które mogą prowadzić do emisji fotonów. Fotony te oddziałują z jądrami ołowiu, powodując ich wzbudzenie i emisję protonów oraz neutronów. Aby przekształcić jądro ołowiu (82 protony) w jądro złota (79 protonów), konieczne jest usunięcie trzech protonów. Dokładnie ten proces zaobserwowano podczas opisywanego eksperymentu w Wielkim Zderzaczu Hadronów. Został zarejestrowany przez detektory, które umożliwiły precyzyjne pomiary liczby emitowanych cząstek. Dzięki temu udało się zidentyfikować przypadki, w których dochodziło do powstania jąder złota. Choć ilości powstającego w ten sposób złota są niewielkie i proces ten nie ma praktycznego zastosowania w produkcji tego metalu, stanowi on ważne osiągnięcie w fizyce jądrowej. I symbolicznie pokazuje, jak historia zatoczyła koło i spełniło się marzenie alchemików. Źródło: Physical Review C Nasza autorka Magdalena Rudzka Dziennikarka „National Geographic Traveler" i „Kaleidoscope". Przez wiele lat również fotoedytorka w agencjach fotograficznych i magazynach. W National-Geographic.pl pisze przede wszystkim o przyrodzie. Lubi podróże po nieoczywistych miejscach, mięso i wino.
Po raz pierwszy antymateria będzie transportowana poza laboratorium - i to ciężarówką
Fizycy eksperymentalni przygotowują się do historycznego wyczynu. Po raz pierwszy zamierzają przewieźć antymaterię pomiędzy różnymi laboratoriami w CERN-ie, w Szwajcarii.
Spis treści: Po co naukowcy chcą transportować antymaterię? Jak bezpiecznie przewieźć antymaterię? Dwa różne eksperymenty z antymaterią Jaka jest najdroższa substancja, która istnieje na Ziemi? To ani złoto, ani platyna, ani jakikolwiek rzadki pierwiastek. Tylko antymateria – „lustrzana” forma materii o przeciwnym ładunku elektrycznym. Szacuje się, że wytworzenie jej grama to koszt rzędu bilionów dolarów. Antymateria, tak jak materia, została wytworzona w czasie Wielkiego Wybuchu. Jednej i drugiej powstało wówczas tyle samo. Każda cząstka po spotkaniu swojej antycząstki anihiluje, podczas tego procesu zaś uwalnia się sporo energii. Teoretycznie więc w kosmosie, które zaczynał swoje życie z jednakową ilością materii i antymaterii, obie powinny spotkać się, wyparować i nic po sobie nie pozostawić. Materia jednak istnieje we Wszechświecie – sami jesteśmy na to dowodem. A to oznacza, że antymateria, której z kolei nie ma, bardzo ciekawi naukowców. Badacze nauczyli się wytwarzać ją na Ziemi dopiero w 1995 roku. Wówczas w Szwajcarii w CERN-ie przeprowadzono pierwsze doświadczenia, podczas których uzyskano antymaterię. Teraz fizycy eksperymentalni szykują się do następnych przełomowych testów. Chcą przewieźć antymaterię z jednego laboratorium do drugiego specjalnie przystosowanymi do tego ciężarówkami. Po co naukowcy chcą transportować antymaterię? W tej chwili w CERN-ie trwają dwa projekty, których celem jest przetestowanie bezpiecznego transportu antymaterii. Pierwszy to PUMA (antiProton Unstable Matter Annihilation), drugi – BASE-STEP. W każdym przypadku antymateria będzie transportowana tylko w ramach CERN-u, a zatem na stosunkowo nieduże odległości. Za każdym razem cała operacja transportu ma potrwać kilka godzin. Obie zostaną przeprowadzone w drugiej połowie tego roku. Jednak to dopiero początek. Jeśli projekty zakończą się powodzeniem, otworzą drogę do dzielenia się antymaterią z innymi europejskimi ośrodkami uniwersyteckimi. Tym samym badania z użyciem tej cennej substancji zostaną, jak powiedział Alexandre Obertelli, niemiecki fizyk i architekt projektu PUMA, „zdemokratyzowane”. Jak bezpiecznie przewieźć antymaterię? Zarówno w przypadku PUMA, jak i BASE-STEP, naukowcy planują przewozić antyprotony. Jak zamierzają to zrobić? Wykorzystają specjalne magnetyczne pułapki, nad którymi pracowali od lat. Składają się one z nadprzewodzących magnesów, które utrzymują unoszące się antyprotony z dala od materii. By magnesy działały, potrzebny jest przenośny generator prądu. Antyprotony muszą również zostać schłodzone do minus 269 st. C. To tylko cztery stopnie więcej od zera bezwzględnego. Jakby tego było mało, antymateria musi również znajdować się w próżni – tak by przypadkiem nie spotkała się choćby z jedną cząstką materii. A przede wszystkim cały system musi umożliwiać na koniec wyjęcia antyprotonów z pułapki magnetycznej, tak by można wykorzystać je do badań. Albo włożyć do środka materiały, które w kontrolowany sposób mają zetknąć się z antymaterią. Dwa różne eksperymenty z antymaterią Projekt BASE-STEP jest nieco prostszy. Zaangażowani w niego naukowcy zamierzają przetransportować około 1000 antyprotonów. Będzie to wymagało użycia zestawu transportowego ważącego tonę. Celem eksperymentu BASE (BASE-STEP to jego część) jest badanie właściwości poszczególnych cząstek antymaterii. Wymaga to jednak przetransportowania ich w miejsce położone z daleka od dużego akceleratora, który generuje własny „szum tła” – pola magnetyczne mogące wpłynąć na wynik eksperymentu. PUMA to natomiast eksperyment, który wymaga przeniesienia z miejsca na miejsce aż miliarda antyprotonów. Zestaw, który do tego posłuży, waży 10 ton. Ciężarówka z antymaterią pokona zaś aż 1,5 km drogi – by uniknąć ostrego zakrętu i słabego mostka znajdującego się na krótszej trasie między dwoma laboratoriami. Jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, w docelowym laboratorium do pułapek z antyprotonami będą wstrzykiwane pewne izotopy, co pozwoli szczegółowo badać strukturę jąder atomowych. W książce „Anioły i demony” Dana Browna (i filmie na niej opartym) terroryści wykradają z CERN-u ćwierć grama antymaterii, żeby skonstruować morderczą bombę. W rzeczywistości nawet gdyby wszystkie antyprotony z eksperymentu PUMA nagle anihilowały, nic nikomu nie grozi. Energia powstała w wyniku anihilacji odpowiadałaby energii ołówka, który spadł na ziemię z wysokości stołu. – Nie byłoby żadnego bum – zapewnia na portalu Nature.com Alexandre Obertelli. Źródło: nature.com Nasza autorka Magdalena Salik Dziennikarka i pisarka, przez wiele lat sekretarz redakcji i zastępczyni redaktora naczelnego magazynu „Focus". Wcześniej redaktorka działu naukowego „Dziennika. Polska, Europa, Świat”. Autorka powieści z gatunku fantastyki naukowej, ostatnio wydała „Płomień” i „Wściek”. Więcej: magdalenasalik.wordpress.com
Obawiano się, że to urządzenie zniszczy świat. Kto stoi za Wielkim Zderzaczem Hadronów?
Urządzenie badające Wielki Wybuch może zniszczyć Ziemię – głosił nagłówek w 1999 roku, kiedy w USA uruchamiano Relatywistyczny Zderzacz Ciężkich Jonów. W podobnym tonie niektóre media informowały o uruchomieniu Wielkiego Zderzacza Hadronów w Europie. Kto stoi za jego budową i czy faktycznie coś nam groziło?
Spis treści: Czym jest Wielki Zderzacz Hadronów? Kim był twórca Wielkiego Zderzacza Hadronów? Teorie spiskowe na temat Wielkiego Zderzacza Hadronów LHC i jego eksperymenty Z wizytą w Wielkim Zderzaczu Hadronów 10 września 2008 roku fizycy na całym świecie z niecierpliwością oczekiwali na uruchomienie największej maszyny na świecie – Wielkiego Zderzacza Hadronów (LHC, Large Hadron Collider). Czym jest Wielki Zderzacz Hadronów? LHC to kolisty zderzacz protonów o długości dwudziestu siedmiu kilometrów zbudowany w CERN-ie niedaleko Genewy, sto metrów pod ziemią na granicy między Francją a Szwajcarią. Urządzenie powstało w formie pomysłu w 1984 roku, jego budowa została zatwierdzona przez Radę CERN-u w 1994 roku. Po ćwierć wieku prac miała po raz pierwszy przyspieszać protony. Dla walijskiego fizyka Lyndona („Lyna”) Evansa, który nadzorował LHC jako dyrektor projektu od momentu jego powstania w 1994 roku, było to zwieńczenie całej kariery w budowaniu akceleratorów cząstek. Kim był twórca Wielkiego Zderzacza Hadronów? Evans sprawia wrażenie osoby skromnej, życzliwej i praktycznej. Ta skromność polega na rzadkim wspominaniu w wywiadach o własnej karierze, ale pseudonim trochę zdradza jego charakter. „Atomowy Evans” to niepowstrzymana siła stojąca za LHC. Evans pracuje w CERN-ie od 1969 roku. Jednak w trakcie kariery był wszędzie tam, gdzie potrzebowano jego wiedzy, podążając za zderzaczami o coraz wyższych energiach: od supersynchrotronu protonowego 300 GeV w CERN-ie po Tevatron w Fermilabie i Nadprzewodzący Superzderzacz w Teksasie. Kiedy prace nad tym ostatnim zostały wstrzymane, LHC okazał się przyszłością fizyki cząstek, a urzeczywistnienie tego projektu stało się racją bytu Evansa. „Naukowiec nie może osiągnąć nic większego” – wyznał. Evans ma świadomość ogromu swych dokonań i wciąż czuje się onieśmielony za każdym razem, gdy wchodzi do tunelu LHC. Jego funkcja przy budowie zderzacza polegała na nadzorowaniu około dwóch i pół tysiąca pracowników CERN-u oraz kolejnych trzystu naukowców i inżynierów z Rosji, Chin, Stanów Zjednoczonych i innych krajów, które zbudowały podzespoły do tego akceleratora. Evans wspomina, że kiedy spotkał się z prezydentem Chin, pomyślał sobie: „Nieźle jak na faceta z Aberdare!”. Teorie spiskowe na temat Wielkiego Zderzacza Hadronów Niestety, nie wszyscy byli tak podekscytowani uruchomieniem LHC jak Evans i jego współpracownicy. W trakcie przygotowań do tej historycznej chwili niektóre serwisy informacyjne pełne były nagłówków w rodzaju: Fachowcy zapewniają, że „nie zniszczą Ziemi” i skupiły się na propagowaniu pomysłu, że LHC może stworzyć czarną dziurę i zniszczyć nas wszystkich. Koncepcja ta opierała się na pewnej sprawie sądowej pomijającej ugruntowaną wiedzę i mającej na celu niedopuszczenie do uruchomienia maszyny. Ten rodzaj teorii spiskowej dochodzi do głosu za każdym razem, gdy rozpoczyna działanie nowy duży akcelerator. Urządzenie badające Wielki Wybuch może zniszczyć Ziemię – głosił nagłówek w 1999 roku, kiedy w Stanach Zjednoczonych uruchamiano akcelerator o nazwie Relatywistyczny Zderzacz Ciężkich Jonów. Oczywiście nadal działa bez przeszkód. Promieniowanie kosmiczne przez cały czas bombarduje Ziemię z kosmosu cząstkami o znacznie wyższych energiach – tysiące razy większych niż wiązki Wielkiego Zderzacza Hadronów – i dzieje się tak przez całe pięć miliardów lat istnienia Ziemi. Różnica polega na tym, że LHC tworzy te wysokoenergetyczne zderzenia celowo, na żądanie i znacznie częściej niż promienie kosmiczne. Cała społeczność fizyków cząstek elementarnych wiązała swoje nadzieje na nowe odkrycia z tymi zderzeniami. Szukali nie tylko bozonu Higgsa – brakującego elementu Modelu Standardowego – ale wszystkiego, co mogła zawierać natura, a co leżało poza naszym obecnym rozumieniem fizyki. LHC i jego eksperymenty Na obwodzie LHC znajdują się cztery główne eksperymenty zwane: ATLAS (A Toroid LHC ApparatuS), CMS (Compact Muon Solenoid), ALICE (A Large Ion Collider Experiment), LHCb (Large Hadron Collider beauty experiment). Ich cele badawcze obejmują niemal wszystkie ważne pytania w fizyce cząstek elementarnych, od istnienia ciemnej materii po powód tego, że widzimy wokół siebie więcej materii niż antymaterii. Budowa LHC i jego eksperymentów przebiegała w zupełnie odmienny sposób. Podczas gdy LHC był w 80% dostarczony przez CERN, przy około dwudziestoprocentowym udziale partnerów, to eksperymenty – składające się z ogromnych detektorów cząstek – zorganizowano odwrotnie. Zostały zbudowane przez niezależne grupy naukowców z całego świata, którzy połączyli siły, tworząc duże międzynarodowe współpracujące ze sobą zespoły, przy czym CERN zapewniał około dwudziestu procent wkładu prac, w tym podziemne pieczary i infrastrukturę. ATLAS jest eksperymentem położonym najbliżej głównej siedziby CERN-u w Meyrin, który zwiedzający czasami mogą zobaczyć, jeśli mają wystarczająco dużo szczęścia, aby załapać się na wycieczkę po ośrodku. Wchodzi się do niego przez niepozorne drzwi do magazynu; goście pokonują korytarz wielkości katedry w kierunku ogromnej okrągłej dziury w podłodze. Przez barierkę widać tylko ciemność. Powyżej znajduje się ciężki metalowy dźwig ze wzmocnionej stali służący do przenoszenia całych ciężarówek w głąb Ziemi. Każdy element eksperymentu ATLAS został spuszczony przez takie szyby i poskładany jak ogromny, chłodzony ciekłym helem statek w butelce. Z wizytą w Wielkim Zderzaczu Hadronów Turyści przechodzą przez niebieską metalową klatkę o industrialnym wyglądzie, by dotrzeć do srebrnych drzwi windy. Tutaj każdy musi założyć niebieski kask z napisem „CERN”. Potem przychodzi czas na zjazd w dół: sto metrów w głąb Ziemi. Emocje narastają, gdy wychodzi się z windy na brzęczący pod stopami metalowy chodnik. Za rogiem znajduje się ściana rozciągająca się na wiele kondygnacji w górę i w dół. Tylko że tak naprawdę to nie jest ściana. Pokrywają ją kable i elektronika i wkrótce zdajemy sobie sprawę, że mamy do czynienia z szeregiem koncentrycznych warstw technologii detektorowej. Oto detektor ATLAS. Przy czterdziestu sześciu metrach długości i dwudziestu pięciu metrach średnicy jest często porównywany do rozmiarów katedry, ale te liczby nie są w stanie przygotować nas na to, jak ogromny jest w rzeczywistości. Zwiedzający próbują zrozumieć jego wiele warstw, od detektorów pikselowych dających precyzyjne ślady cząstek w środku, po komory mionowe na brzegach wychwytujące cząstki, które mogły przejść niezauważone przez pierwsze warstwy. To jest przedruk z książki autorstwa Suzie Sheehy pt. „Kwintesencja wszystkiego. Dwanaście eksperymentów, które zmieniły nasz świat”, która ukazała się nakładem Wydawnictwa Zysk i S-ka. Tytuł, skróty i śródtytuły pochodzą od redakcji. Tytuł oryginału: The Matter of Everything.Twelve Experiments that Changed our World, Copyright © Suzie Sheehy, 2022 All rights reserved, Copyright © for the Polish translation by Tomasz Lanczewski, 2024, Copyright © for the Polish edition by Zysk i S-ka Wydawnictwo s.j., Poznań 2024.
Po raz pierwszy zaobserwowano, jak grawitacja wpływa na antymaterię. Jednak nie ma ona „ujemnej masy”
Naukowcy po raz pierwszy wykazali, że grawitacja działa nie tylko na materię, ale również na antymaterię. Jak się okazało, cząstki antymaterii zachowują się w polu grawitacyjnym podobnie jak cząstki materii.
W tym artykule: Antymateria w polu grawitacyjnym Pułapka magnetyczna na antymaterię Skąd się wzięła antymateria we Wszechświecie? Krzywa Wieża to jeden z zachwycających zabytków na Placu Cudów w Pizie. Stojąc tam, łatwo wyobrazić sobie, dlaczego właśnie ją wybrał Galileusz do przeprowadzenia eksperymentów, badających wpływ przyciągania ziemskiego na ciała o różnej masie. Według legendy w drugiej połowie XVI w. Galileusz zrzucał z Krzywej Wieży metalowe kule różnej wielkości. Następnie mierzył czas, po którym docierały na ziemię. Ustalił, że – jeśli nie istnieje opór powietrza – wszystkie ciała spadają na ziemię ze stałym przyspieszeniem. Jednak kilka wieków temu nikt nie miał pojęcia, że we Wszechświecie istnieje nie tylko zwykła materia. Dopiero od lat 30. XX wieku naukowcy zdali sobie sprawę z tego, że zbudowany ze zwykłej materii świat ma swojego brata bliźniaka, składającego się antymaterii. Każda cząstka ma swoje przeciwieństwo: antycząstkę. Ma ona przeciwny ładunek elektryczny (w przypadku cząstek nim obdarzonych). Bliźniacy powinni pozostawać od siebie stale oddzieleni. Gdy bowiem cząstka spotyka się z antycząstką, dochodzi do anihilacji. Obie znikają, uwalnia się zaś porcja energii w postaci promieniowania. Antymateria w polu grawitacyjnym Odkrycie antymaterii doprowadziło to do intrygującego pytania. Jak zachowuje się ona w polu grawitacyjnym? Co by było, gdyby Galileusz – czysto teoretycznie − zrzucał z Krzywej Wieży kule zbudowane nie z cząstek, ale z antycząstek? Albo gdyby na głowę Newtona spadło antyjabłko? A może w ogóle nie spadłoby – bo na antycząstki działałaby antygrawitacja? Czyli przeciwieństwo dobrze nam znanej grawitacji, która na co dzień trzyma nas na krzesłach. Czy antymateria ma „ujemną masę”? Naukowcy po raz pierwszy wykorzystali cząstkę antymaterii. Przełomowy eksperyment Naukowcy przeprowadzili doświadczenie z użyciem pozytonu – cząstki elementarnej antymaterii. To kolejny krok na drodze do zrozumienia mechanizmów działania Wszechświata. Zespół naukowców z CERN-u rozstrzygnął właśnie tę kwestię z pomocą doświadczeń opisanych w prestiżowym czasopiśmie naukowym „Nature”. Doświadczenia te co do zasady przypominają testy przeprowadzane przez Galileusza. – Ogólnie rzecz ujmując, wytwarzamy antymaterię i robimy rodzaj eksperymentu, taki jak z Krzywą Wieżą w Pizie – mówi prof. Jonathan Wurtele, fizyk teoretyczny z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley. – Wypuszczamy antymaterię, a następnie sprawdzamy, czy unosi się, czy też opada. Pułapka magnetyczna na antymaterię W rzeczywistości przeprowadzenie „grawitacyjnego” testu z antymaterią wcale nie jest takie proste. Już samo wytworzenie antymaterii i utrzymanie jej udaje się badaczom dopiero od niedawna. Pierwsze dziesięć atomów antywodoru wyprodukował zespół prof. Waltera Oelerta w 1995 r. w CERN-ie. Szesnaście lat później wytworzono już kilkaset atomów antywodoru, które udało się utrzymać przez kilkanaście minut. Otworzyło to drogę do dalszych doświadczeń z antymaterią. W najnowszym teście również wykorzystano antywodór. Naukowcy wypuszczali po 100 atomów antywodoru schłodzonych do pół stopnia powyżej zera bezwzględnego (czyli do minus 273,15 st. C) do specjalnego pojemnika. Była to mierząca 25 cm butla magnetyczna otwierana u góry i u dołu. Precyzyjne obliczenia wykazały, że antyatomy częściej uciekały – czyli ulegały anihilacji – na dole pojemnika. Co wskazuje, że działała na nie siła grawitacji. I to w ten sam sposób, w jaki działa na zwykłą materię. Skąd się wzięła antymateria we Wszechświecie? Przyjmuje się, że antymateria powstała w czasie Wielkiego Wybuchu, tak jak zwykła materia. I że była jej bardzo podobna ilość. Później cząstki spotykały antycząstki i anihilowały, uwalniając energię. Jednak tutaj pojawia się zagadka. Gdyby materii było na początku dokładnie tyle samo, ile antymaterii, Wszechświat byłby zupełnie pusty, ponieważ obie by zniknęły. Co prowadzi do wniosku, że w powyższym rozumowaniu istnieje jakaś luka. Teleskop Webba zrobił zdjęcie pierścienia Einsteina. Dzieli go od Ziemi aż 12 mld lat świetlnych Na jednym ze zdjęć zrobionych przez Kosmiczny Teleskop Webba magistrant astronomii wypatrzył niemal idealny pierścień Einsteina. Niezwykła fotografia powstała dzięki MIRI – jednemu z czte... <img src="https://images.immediate.co.uk/production/volatile/sites/63/2024/08/teleskop-webba-zrobil-zdjecie-pierscienia-einsteina-dzieli-go-od-ziemi-az-12-mld-lat-swietlnych-fot-nasa-via-reddit-2c02674.jpg" width="737" height="368" alt="Teleskop Webba zrobił zdjęcie pierścienia Einsteina. Dzieli go od Ziemi aż 12 mld lat świetlnych (fot. NASA via Reddit)" title="Teleskop Webba zrobił zdjęcie pierścienia Einsteina. Dzieli go od Ziemi aż 12 mld lat świetlnych (fot. NASA via Reddit)" /> Naukowcy przypuszczają, że na początku materii powstało nieco więcej niż antymaterii. Choć wciąż pozostaje pytanie – dlaczego? Inne, znacznie mniej popularne wyjaśnienie zakłada, że może istnieć antygrawitacja. Czyli oddziaływanie, które „odpycha” antymaterię od materii. Teoria ta jest uważana za mało prawdopodobną. – Jednak dopóki czegoś nie zmierzysz, po prostu nie wiesz – zauważa Jeffrey Hangst, duński fizyk cząstek, rzecznik ALPHA, projektu CERN do badań antymaterii. Teraz jednak jest już jasne, że teoria antygrawitacji jest nieprawdziwa. – Zajęło nam trzydzieści lat, by nauczyć się wytwarzać antyatomy, utrzymywać je i kontrolować wystarczająco dobrze, by zbadać, jak działa na nie grawitacja – mówi Hangst. – Nasz następny krok to zmierzenie przyspieszenia najdokładniej, jak się da. Chcemy się przekonać, czy materia i antymateria faktycznie opadają dokładnie w ten sam sposób – dodaje naukowiec. Źródła: Nature, EurekAlert, Guardian. Nasz ekspert Magdalena Salik Dziennikarka naukowa i pisarka, przez wiele lat sekretarz redakcji i zastępczyni redaktora naczelnego magazynu „Focus". Wcześniej redaktorka działu naukowego „Dziennika. Polska, Europa, Świat”. Pasjami czyta i pisze, miłośniczka literatury popularnonaukowej i komputerowych gier RPG. Więcej: magdalenasalik.wordpress.com
Mamy pierwsze ślady rzadkiego rozpadu bozonu Higgsa. Czy to dowód na istnienie cząstek nieznanych fizyce?
Naukowcy przedstawili analizy statystyczne badań rozpadu słynnego bozonu Higgsa. W przyszłości tego rodzaju testy mogą pomóc wyjaśnić, czego brakuje w Modelu Standardowym. Czyli w planie budowy materii, z której składa się Wszechświat.
W tym artykule: Bozon Higgsa, cząstka ważna dla wszystkich innych Rozpad bozonu Higgsa Kolejne odsłony LHC Wielki Zderzacz Hadronów (Large Hadron Collider, LHC) został uruchomiony w europejskim ośrodku badań jądrowych CERN już piętnaście lat temu. Cztery lata później, w lipcu 2012 r., naukowcy poinformowali o największym odkryciu, jakiego dotychczas dokonano z jego pomocą. Było nim potwierdzenie istnienia bozonu Higgsa, cząstki fundamentalnej nazwanej tak od Petera Higgsa, brytyjskiego fizyka. W 1964 roku Higgs zaproponował teorię wyjaśniającą, w jaki sposób cząstki uzyskują masę. Miał w tym pośredniczyć właśnie tajemniczy bozon. Do 2012 roku teoria ta pozostawała niepotwierdzona. Dziś jednak bozon Higgsa, zwany też Boską Cząstką, jest ważną częścią składową Modelu Standardowego. Czyli „atlasu” cząstek elementarnych, z jakich składa się materia we Wszechświecie. Bozon Higgsa, cząstka ważna dla wszystkich innych – Cząstka elementarna nazwana bozonem Higgsa pozwala wytłumaczyć, dlaczego cząstki fundamentalne mają takie, a nie inne masy – pisze w książce „Wszechświat. Biografia” astronom Paul Mudrin. – Bez odwołania się do jej istnienia wyjaśnienie tego faktu jest niemożliwe – zauważa. Wielki Zderzacz Hadronów odkrył nowe cząstki. Przybliżą nas do odkrycia natury materii? Zupełnie nową cząstkę – tetrakwark o nazwie X (6900) – odkryto w ośrodku CERN pod Genewą. Cząstka złożona z czterech kwarków może przybliżyć naukowców do odkrycia, w jaki sposób ... Bozon Higgsa ciągle bardzo interesuje naukowców. – Każda cząstka istnieje w specjalnej relacji z bozonem Higgsa – mówiła w tym tygodniu Pamela Ferrari związana z eksperymentem ATLAS, jednym z detektorów LHC. – Dlatego poszukiwanie rzadkich rodzajów rozpadu bozonu Higgsa jest priorytetowe – dodawała. Rozpad bozonu Higgsa Ferrari wystąpiła na konferencji w Belgradzie, gdzie naukowcy pracujący z detektorami cząstek ATLAS i CMS przedstawili wyniki poszukiwań śladów rzadkiego rozpadu bozonu Higgsa. Zgodnie z Modelem Standardowym, w 0,15% przypadków bozon Higgsa rozpada się inny rodzaj bozonu – obojętny elektrycznie bozon Z oraz foton. Jednak teorie, które próbują wykroczyć poza Model Standardowy, przewidują, że wskaźnik tego typu rozpadu będzie nieco inny. Gdyby wyniki z detektorów okazały się odbiegać od 0,15%, byłoby to wsparcie dla alternatywnych modeli fizyki cząstek. A tym samym szansa na uchwycenie nieznanych jeszcze cząstek, które mogą uzupełniać luki w opisie np. ciemnej materii i ciemnej energii. Czyli dwóch tajemniczych składników Wszechświata. Naukowcy wykorzystali dane z drugiej sesji pracy LHC, czyli z okresu 2015–2018 r. Na razie udało im się uchwycić ślady rozpadu bozonu Higgsa na bozon Z i foton. Nie uzyskali jednak wyników, które byłyby niezgodne z Modelem Standardowym. Kolejne odsłony LHC To jednak może zmienić się w przyszłości. Rok temu LHC został ponownie uruchomiony po kilkuletniej modernizacji. Został usprawniony tak, by zwiększyć energię nadawaną rozpędzanym w nich wiązkom protonów. Zmniejszono też średnicę tych wiązek. Zwiększa to szansę, że dojdzie do większej ilości zderzeń tworzących je cząstek. Detektory ATLAS i CMS mają teraz rejestrować 1,6 mld zderzeń na sekundę. To dwadzieścia razy więcej niż w czasach, gdy zderzenia wewnątrz LHC doprowadziły od odkrycia bozonu Higgsa. Dysponując nowymi możliwościami, naukowcy chcą raz jeszcze przyjrzeć się bozonowi Higgsa i jego rozpadom. Ile waży neutrino? Naukowcy w końcu zważyli najlżejszą cząstkę elementarną znaną fizyce Fizycy właśnie pobili kolejny rekord. Udało im się określić, ile waży neutrino – nieuchwytna cząstka elementarna. <img src="https://images.immediate.co.uk/production/volatile/sites/63/2024/08/ile-wazy-neutrino-naukowcy-w-koncu-zwazyli-najlzejsza-czastke-elementarna-znana-fizyce-fot-markus-breig-kit-f326d3d.jpeg" width="938" height="624" alt="Ile waży neutrino? Naukowcy w końcu zważyli najlżejszą cząstkę elementarną znaną fizyce (fot. Markus Breig, KIT)" title="Ile waży neutrino? Naukowcy w końcu zważyli najlżejszą cząstkę elementarną znaną fizyce (fot. Markus Breig, KIT)" /> – Trwająca właśnie trzecia runda pracy LHC i przyszły High-Luminosity LHC zwiększą dokładność testów. To pozwoli rejestrować nawet jeszcze rzadsze rozpady bozonu Higgsa – zapowiadała na konferencji Florencia Canelli, fizyczka pracująca z detektorem CMS. LHC będzie pracował teraz do 2026 r. Potem zostanie zmodernizowany do High-Luminosity LHC. W tej odsłonie ilość rejestrowanych przez jego detektory zderzeń zostanie powiększona o czynnik 10. High-Luminosity LHC ma zacząć działać w 2029 roku. Źródła: phys.org, LHCP Conference. Nasz ekspert Magdalena Salik Dziennikarka naukowa i pisarka, przez wiele lat sekretarz redakcji i zastępczyni redaktora naczelnego magazynu „Focus". Wcześniej redaktorka działu naukowego „Dziennika. Polska, Europa, Świat”. Pasjami czyta i pisze, miłośniczka literatury popularnonaukowej i komputerowych gier RPG. Więcej: magdalenasalik.wordpress.com
W tym tygodniu Wielki Zderzacz Hadronów (LHC) pobije własny rekord energii zderzeń. Co nowego może odkryć?
Dwa miesiące po uruchomieniu Wielki Zderzacz Hadronów (LHC) ustanowi nowy rekord. Już jutro największy akcelerator cząstek na świecie przyspieszy protony tak, że będą zderzały się z nieosiąganymi wcześniej energiami.
W tym artykule: Wielki Zderzacz Hadronów startuje po raz trzeci Rekordowa energia w LHC Co będzie badał Wielki Zderzacz Hadronów? – Dla fizyki rozpoczęła się nowa pora roku – oświadczyły w zeszłym tygodniu władze CERN. W CERN, czyli w Europejskim Ośrodku Badań Jądrowych koło Genewy, znajduje się największy na świecie akcelerator cząstek, Wielki Zderzacz Hadronów. Wielki Zderzacz Hadronów (ang. Large Hadron Collider, LHC) to gigantyczne urządzenie umieszczone we wkopanym w ziemię pierścieniu o długości 27 km. Maszyna wytwarza wiązki protonów, które puszczane są w przeciwnych kierunkach. Gdy protony osiągną prędkości zbliżone do prędkości światła i gigantyczne energie, są ze sobą zderzane. W wyniku zderzeń powstaje wiele innych cząstek elementarnych. Ich pojawienie się jest rejestrowane przez siedem detektorów umieszczonych w różnych miejscach tunelu. Naukowcy analizują zapisy zderzeń. W ten sposób mogą badać najmniejsze cząstki, z których składa się makroskopowy świat, jaki znamy. Wielki Zderzacz Hadronów startuje po raz trzeci Wielki Zderzacz Hadronów został uruchomiony w 2008 r. Cztery lata później, 4 lipca 2012 r., naukowcy poinformowali o największym odkryciu, jakiego dotychczas dokonano z jego pomocą. Było nim potwierdzenie istnienia bozonu Higgsa – do tamtej pory czysto hipotetycznej cząstki. Bozon Higgsa jest ważną częścią składową Modelu Standardowego, czyli atlasu cząstek elementarnych, z jakich składa się materia. CERN: homepage dla całego świata To w tym miejscu wymyślono technologie, które zmieniły świat raz na zawsze Od tamtej pory Wielki Zderzacz Hadronów był wyłączany dwukrotnie. Po raz pierwszy urządzenie było usprawniane w latach 2013–2015 r. Po raz drugi – od 2018 r. do kwietnia 2022 r. W obu przypadków oprócz prac konserwacyjnych zderzacz był modernizowany tak, by można było nadać puszczanym wewnątrz wiązkom protonów jeszcze większe energie. Im większe energie, tym większa szansa na zarejestrowanie rzadkich cząstek i dokonanie przełomowych odkryć naukowych. Badacze mają nadzieję, że z pomocą LHC uda im się rozwikłać jedne z największych zagadek współczesnej fizyki – sekret ciemnej materii i ciemnej energii. Rekordowa energia w LHC W LHC od dwóch miesięcy krążą wiązki protonów. Jednak dopiero jutro zostaną przyspieszone tak, że osiągną rekordową energię. Tym razem będzie to 13,6 TeV (bilionów elektronowoltów). Kiedy Wielki Zderzacz Hadronów startował, mógł nadać wiązkom protonów energię 1,18 TeV. Skok jakościowy, jaki umożliwiła ostatnia modernizacja, obejmuje również zmniejszenie średnicy wiązki. Teraz naukowcy zdołali ją zwęzić do zaledwie 10 mikronów (czyli milionowych części metra). Ludzki włos ma średnicę ok. 70 mikronów. Im węższa wiązka, tym większa szansa, że dojdzie do zderzeń tworzących ją protonów. Badacze mają nadzieję, że detektory ATLAS i CMS będą rejestrowały 1,6 mld zderzeń na sekundę. To dwadzieścia razy więcej niż w czasach, gdy zderzenia wewnątrz LHC doprowadziły od odkrycia bozonu Higgsa. Co będzie badał Wielki Zderzacz Hadronów? Dysponując nowymi możliwościami, naukowcy chcą raz jeszcze przyjrzeć się bozonowi Higgsa. Nadal budzi on bowiem wiele pytań. – Na przykład czy faktycznie jest to cząstka elementarna, czy może jednak ma jakieś elementy składowe? – mówił Joachim Mnich z CERN na konferencji zapowiadającej rozpoczynającą się jutro nową serię eksperymentów. Koniec świata? Wchłonie nas żarłoczna bańka Naukowcy mówią, że wiedzą jak skończy się Wszechświat. Nie dojdzie do kosmicznego rozpadu, zapadnięcia się czy czegoś podobnego. Pożre nas za to... gigantyczny kosmiczny bąbel. Tym razem LHC będzie pracował bez przerwy do 2026 r. Następnie powróci w 2029 r. jako High-Luminosity LHC – w tej odsłonie ilość rejestrowanych przez jego detektory zderzeń zostanie powiększona dziesięciokrotnie. W dalszej przyszłości zaś naukowcy panują zbudować jeszcze większy akcelerator. Future Circular Collider ma mieć 100 km długości i osiągać energie rzędu 100 TeV. Źródło: CERN. Nasz ekspert Magdalena Salik Dziennikarka naukowa i pisarka, przez wiele lat sekretarz redakcji i zastępczyni redaktora naczelnego magazynu „Focus". Wcześniej redaktorka działu naukowego „Dziennika. Polska, Europa, Świat”. Pasjami czyta i pisze, miłośniczka literatury popularnonaukowej i komputerowych gier RPG. Więcej: magdalenasalik.wordpress.com
Detektory cząstek elementarnych ukazują piękne oblicze materii
W każdej chwili cząstki subatomowe przepływają przez ciało każdego z nas w niewyobrażalnej ilości. W każdej sekundzie przez centymetr kwadratowy naszych ciał przechodzi około 100 miliardów neutrin ze Słońca. Nawet zwykłe banany emitują pozytony, antymaterialny odpowiednik elektronu. Istnieje dosłownie cały wszechświat cząstek, a my jesteśmy tego w większości nieświadomi, głównie dlatego, że te cząstki są niewidzialne.
W tym artykule: Spirale, błyski i linie Istnieje wiele metod wykrywania nanocząstek Łączenie wszystkiego w całość Spirale, błyski i linie Aby naprawdę zgłębić materię na jej najbardziej fundamentalnym poziomie, ludzie muszą być w stanie zwizualizować ten ukryty świat. I tu właśnie zastosowanie znajdują detektory cząstek. Wykrywają one ślady najdrobniejszych składników wszechświata, urzeczywistniając te nieuchwytne koncepcje. Co więcej, detektory cząstek ujawniają ukryte piękno: Cząstki pozostawiają po sobie zgrabne spirale bąbelków, błyski światła i wyraźne linie iskier. Kiedy cząstka przemieszcza się przez dany materiał, upuszcza „okruchy”, które mogą zdradzić jej drogę. Te okruchy mogą mieć różną postać: światła, ciepła lub ładunku elektrycznego. „W zasadzie każdy istniejący detektor cząstek szuka jednej lub więcej z tych trzech rzeczy," mówi fizyk cząstek Jennifer Raaf z Fermilab w Batavii, w USA. Detektory cząstek przetwarzają ślady pozostawione przez cząstki na sygnały, które mogą być rejestrowane i analizowane. Sygnały te pomogły w odkryciu fizyki modelu standardowego - ukoronowania nauki opisującej cząstki i siły natury. Prawdopodobnie będą one również kluczowe w odkryciu fizyki wykraczającej poza model standardowy. Istnieje wiele metod wykrywania nanocząstek Wraz z upływem czasu technologie wykrywania cząstek uległy znacznemu udoskonaleniu. Oto kilka typów detektorów, dzięki którym to, co niewidzialne, stało się widzialne. „Przez chmurę” Jednym z pierwszych sposobów, w jaki naukowcy wizualizowali tory cząstek, były komory z chmurami. Opracowane ponad sto lat temu komory chmurowe są wypełnione gazem - często oparami alkoholu. Kiedy naładowana cząstka przechodzi przez komorę, pozbawia powietrze elektronów, tworząc ładunek elektryczny, który inicjuje kondensację. Wzdłuż drogi cząstki tworzy się smużka, przypominająca miniaturową smugę kondensacyjną. Ścieżki z bąbelkami Kiedy naładowane cząsteczki przechodzą przez ciecz w komorze bąbelkowej, pozostawiają za sobą maleńkie bąbelki pary. Chociaż komory są zwykle wypełnione ciekłym wodorem, można w nich stosować różne płyny; jeden z wczesnych prototypów wykorzystał nawet... piwo. Komory bąbelkowe mogą być większe niż komory chmurowe i wytwarzają ostrzejsze obrazy torów, co umożliwia obserwację większej liczby cząstek z większą liczbą szczegółów. Technologia cyfrowa Komory chmurowe i komory bąbelkowe miały pewną wadę. Ślady cząstek były w nich zazwyczaj rejestrowane za pomocą zdjęć, a każde z nich musiało być sprawdzane wzrokowo w poszukiwaniu interesujących elementów. Proces ten był zbyt powolny i uniemożliwiał fizykom odkrycie cząstek, które mogą pojawić się tylko na jednym lub dwóch z niezliczonych zdjęć, jeśli w ogóle. Aby znaleźć najrzadsze z cząstek, „nie można patrzeć na zdjęcia. Trzeba mieć te informacje zdigitalizowane w inteligentny sposób" - mówi Sam Zeller, fizyk cząstek elementarnych ze wspomnianego laboratorium Fermilab. Metoda świetlna Naukowcy opracowali również metody wykrywania cząstek za pomocą światła. Kiedy cząstka porusza się powyżej pewnej prędkości granicznej dla danego materiału, emituje światło, znane jako „światło Czerenkowa”. Jest to analogiczne do przekroczenia przez samolot bariery dźwięku i wywołania boomu dźwiękowego. Naładowane cząstki mogą również emitować światło, gdy przechodzą przez materiały pokryte pewnymi substancjami chemicznymi, zwane scyntylatorami. Łączenie wszystkiego w całość Nowoczesne detektory w największych światowych zderzaczach cząstek, takich jak detektory w Wielkim Zderzaczu Hadronów w CERN pod Genewą, zawierają po trochu wszystkiego. „Jest to złożona sieć różnych typów detektorów; każdy odpowiada za coś innego" - mówi cytowana już Raaf. Mające wysokość wielu pięter, te masywne maszyny wykorzystują różne technologie - detektory scyntylacyjne, detektory Czerenkowa. Zazwyczaj zawierają one również detektory wykonane z krzemu, które mogą precyzyjnie mierzyć tory cząstek na podstawie małych prądów elektrycznych wytwarzanych podczas przechodzenia cząstek. Po zderzeniu cząstek w centrum detektora, komputery przetwarzają dane ze wszystkich jego części i rekonstruują, co wydarzyło się podczas zderzenia, śledząc ścieżki, którymi poruszały się cząstki. Bez względu na technikę, hipnotyzujące subatomowe hieroglify pozwalają fizykom rozszyfrować język ojczysty materii, odsłaniając jej składniki i siły, dzięki którym się porozumiewają. „To niesamowite, że można zobaczyć to, co niewidzialne" - mówi Zeller.
Wielki Zderzacz Hadronów odkrył nowe cząstki. Przybliżą nas do odkrycia natury materii?
Zupełnie nową cząstkę – tetrakwark o nazwie X (6900) – odkryto w ośrodku CERN pod Genewą. Cząstka złożona z czterech kwarków może przybliżyć naukowców do odkrycia, w jaki sposób kwarki tworzą inne cząstki – takie jak protony i neutrony.
Odkrycia dokonano dzięki Wielkiemu Zderzaczowi Hadronów. Kwarki zazwyczaj występują w grupach po dwa lub trzy tworząc w ten sposób hadrony. Od dawna uważano, że mogą także łączyć się w struktury cztero- lub pięcioelementowe. Istnienie tetra- i pentakwarków potwierdzono dzięki naukowcom z CERN-u, a teraz udało im się odkryć całkiem nową, niespotykaną dotychczas cząstkę. W ramach eksperymentu LHCb poinformowano o zaobserwowaniu nowego typu tetrakwarka. – Już samo istnienie cząstek stworzonych z czterech kwarków jest czymś niezwykłym. Teraz odkryliśmy pierwszą cząstkę złożoną z czterech ciężkich kwarków tego samego typu. Jest ona zbudowana z dwóch kwarków powabnych i dwóch antykwarków powabnych. Dotychczas znaliśmy tetrakwarki składające się co najwyżej z dwóch ciężkich kwarków i nigdy nie zawierały one więcej niż dwóch kwarków tego samego typu – mówi Giovanni Passaleva, rzecznik prasowy LHCb. Egzotyczny hadron został odkryty, gdy rozpadł się na dwa mezony J / ψ, z których każdy składał się z kwarku powabnego i antykwarku powabnego. Cząstka wydaje się być pierwszym znanym tetrakwarkiem zbudowanym w całości z „ciężkich kwarków”. Nowy tetrakwark nosi nazwę X (6900) – liczba odnosi się do jego masy 6900 MeV / c2. Z kolei litera X oznacza fakt, że fizycy LHCb nie są jeszcze pewni co do kluczowych właściwości cząstki, w tym jej powiązań, parzystości i zawartości kwarków. Fizycy nie mają jeszcze bowiem pewności, czy mają do czynienia rzeczywiście z nowym tetrakwarkiem, czy z dwoma hadronami składającymi się z dwóch kwarków – za to powiązanymi w strukturę przypominającą molekułę. Nowe odkrycie – zdaniem pracowników CERN – to okazja do przetestowania modeli teoretycznych, oraz późniejszego ich wykorzystania do wyjaśnienia natury materii. – To nowe odkrycie dostarcza dalszych kluczowych dowodów na zachowanie kwarków i ich interakcji. Niewątpliwie będzie to bardzo interesujące dla teoretyków pracujących nad lepszym zrozumieniem egzotycznych hadronów. Dane, które będziemy gromadzić za pomocą zmodernizowanego detektora [LHCb] w nadchodzących latach, pozwolą nam rozszerzyć poszukiwania kolejnych takich cząstek i mogą rozwiązać raz na zawsze dyskusję na temat ich podbudowy – mówi Tim Gershon z University of Warwick.
Ta maszyna miała zniszczyć świat. Od tysięcy lat straszymy się końcem
Koniec świata to święto ruchome. Jakoś wielu je przewiduje, ale gdy przychodzi do konkretnej daty... przekładamy.
Ludzkość jest od apokalipsy uzależniona. Gdyby wierzyć wszystkim wieszczom zagłady, nasz świat kończyłby się niemal co roku. Szczególnie dużo proroctw pojawiło się w ostatnich dekadach. Najgłośniejszą był problem Y2K. Gdy zagrożenie komputerowe związane z pluskwą milenijną w 2000 roku okazało się zbyt błahe, na wyobraźnię człowieka trzeba było zadziałać czymś większym, straszakiem z pogranicza nauki i fantastyki. Idealny okazał się do tego celu Wielki Zderzacz Hadronów (LHC), 27-kilometrowe cacko wybudowane wspólnymi siłami wielu europejskich państw na granicy Szwajcarii i Francji, sto metrów pod ziemią. Naukowcy z ośrodka CERN chcieli za jego pomocą protonów rozpędzonych do prędkości bliskiej prędkości światła poznać m.in. początki wszechświata. Apokaliptyczne wizje towarzyszyły pracom naukowców od samego początku w 1994 roku. Atmosferę podsyciła publikacja w magazynie "Scientific American", w której to autor zasugerował, że podobna maszyna - Ciężki Zderzacz Jonów budowany pod Brookhaven w stanie Nowy Jork, może wytworzyć małą czarną dziurę, która, co byłoby wyrokiem dla całej planety. Naukowcy pukali się w czoła, używając wielu racjonalnych argumentów na zaprzeczenie tej tezy. "Szansa mniejsza niż jeden do 50 milionów" - mówili, ale to i tak było za dużo. Profesor Frank Close z oksfordzkiego uniwersytetu przekonywał, że to tak jakby wierzyć w główną wygraną w totolotka trzy razy z rzędu. Szukające sensacji media nie chciały jednak słuchać. Zamiast tego ochrzciły Wielki Zderzacz Hadronów mianem sprawcy przyszłej zagłady planety. Katastrofa oczywiście nie nadeszła.
Zobaczyć niewidzialną część wszechświata
Widzimy jedynie niewielki ułamek tego, co istnieje. Aby móc wykonać przynajmniej pierwszy rzut oka na ukryty w cieniu wszechświat wokół nas, naukowcy nauczyli się wykrywać inne rzeczy: ciemną materię i ciemną energię.
Kiedyś kosmolodzy „często się mylili, ale nigdy nie mieli wątpliwości”. Dziś mylą się rzadziej, ale wątpliwości są coraz większe. Po dziesięcioleciach badań z wykorzystaniem coraz lepszych teleskopów, detektorów światła i komputerów wiadomo, że wszechświat narodził się 13 mld 820 mln lat temu. Najprawdopodobniej jako pęcherzyk mniejszy od atomu. Po raz pierwszy astrofizycy zdołali zmapować kosmiczne promieniowanie tła (światło uwolnione, gdy wszechświat miał jedynie 378 tys. lat) z dokładnością do 0,1 proc. Ale stwierdzili także, że wszystkie gwiazdy i galaktyki, które widzą na niebie, stanowią jedynie 5 proc. wszechświata, który jesteśmy w stanie obserwować. W dodatku niewidzialna większość składa się z 27 proc. ciemnej materii i 68 proc. ciemnej energii – o których na razie nie wiadomo praktycznie nic. Ciemna materia – choć nikt nie wie, czym właściwie jest – według naukowców odpowiada za wyrzeźbienie płaszczyzn i serpentyn galaktyk, które tworzą wielkoskalową strukturę wszechświata. Ciemna energia jest jeszcze bardziej tajemnicza. Termin ten ukuto, aby opisać wszystko, co przyspiesza tempo jego rozszerzania się. Dziś jest „ogólną etykietą określającą wszystko, czego nie wiemy o właściwościach wszechświata w dużej skali”. Dzisiejszy stan wiedzy kosmologów można by porównać do tej, jaką dysponował Thomas Jefferson w 1804 r., gdy wysłał Meriwethera Lewisa i Williama Clarka na poszukiwanie mamutów włochatych. Ówczesny prezydent Stanów Zjednoczonych i jego współcześni zdawali sobie sprawę, że ogromne połacie Ameryki Północnej od rzeki Missisipi do Oceanu Spokojnego kryć mogą wiele naukowych niespodzianek, ale mieli jedynie mgliste pojęcie o tym, co mogło się tam znajdować. (Czytaj też: Kosmos – obłędnie daleko) Pierwsze podejrzenia dotyczące wszechobecności ciemnej materii pojawiły się w latach 30. ubiegłego stulecia. Szwajcarski astronom Fritz Zwicky, pracując w Mount Wilson w południowej Kalifornii, zmierzył wówczas prędkości, z jaką galaktyki w gromadzie Coma (321 mln lat świetlnych od Ziemi) obracają się wokół jej centrum. Z jego obliczeń jasno wynikało, że musi ona zawierać o wiele więcej niż to, co widzimy. W przeciwnym wypadku galaktyki już dawno odleciałyby w przestrzeń kosmiczną. Skoro gromada Coma przetrwała miliardy lat – wnioskował Zwicky – mogło to oznaczać tylko jedno: „we wszechświecie obecna jest ciemna materia o gęstości o wiele większej niż gęstość widzialnej materii”. Dalsze badania pokazały, że galaktyki nigdy by nie powstały, gdyby grawitacja ciemnej materii nie zgromadziła podstawowych materiałów do ich budowy. Ale ciemna materia nie może być po prostu niewidzialną formą zwykłej materii, bo wówczas byłoby jej po prostu za mało. Biliony ciemnych obiektów zbudowanych ze zwykłej materii – m.in. czarne dziury, gwiazdy karły, chmury zimnego gazu i planety wędrowniczki, które zostały „wystrzelone” ze swoich kolebek – nie odpowiadają pięciokrotności masy jasnej materii. Dlatego naukowcy są przekonani, że ciemna materia składać się musi z bardziej egzotycznych materiałów. (Przeczytaj też: Światło na ciemną energię) Teoretycy pracujący w dziedzinie zwanej supersymetryczną fizyką kwantową wymyślili mnóstwo nieobserwowanych odmian materii, z których jedna lub więcej mogą okazać się ciemną materią. Ale ostatnie wyniki doświadczeń uzyskane za pomocą Wielkiego Zderzacza Hadronów (LHC, ang. Large Hadron Collider) w CERN (Europejska Organizacja Badań Jądrowych) nie napawają optymizmem. Zamiast spekulować, czym ciemna materia naprawdę jest, większość badaczy twierdzi obecnie, że szuka jedynie WIMP, czyli słabo oddziałujących masywnych cząstek (ang. weakly interacting massive particles). Dowody świadczące o tym, jak słabo ciemna materia oddziałuje nie tylko ze zwykłą materią, ale także sama ze sobą, znaleziono 3 mld lat świetlnych od Ziemi, w gromadzie Pocisk – którą w rzeczywistości tworzą dwie zderzające się ze sobą gromady galaktyk. To tylko fragment artykułu ze styczniowego numeru "National Geographic Polska", wciąż dostępnego w kioskach w całym kraju.
Nowe odkrycie w CERN. Czym są tajemnicze cząstki?
Jędną milionową milionowej części sekundy istniały dwie nowe cząstki elementarne zaobserwowane w podgenewskim CERN-ie.
Dostrzegli je fizycy pracujący w eksperymencie LHCb na Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC). Cząstki nalrżą do rodziny tzw. barionów – relacjonuje dr hab. Marek Szczekowski z Narodowego Centrum Badań Jądrowych. (Przeczytaj o innym odkryciu fizyków z CERN). – Bariony to cząstki składające się z trzech kwarków – mówi dr Szczekowski. I tłumaczy: – Najbardziej znanym barionem jest proton tworzący jądro atomu wodoru. Ponieważ kwarki występują w sześciu rodzajach, to możliwe są również bariony złożone z innych, cięższych kwarków. Do takich należą dwie obserwowane cząstki, oznaczone jako Xi_b'- i Xi_b*-. Obie składają się z kwarków (dsb) dolnego (d), dziwnego (s) i pięknego (b). Dla porównania, proton (uud) to stan złożony z dwóch kwarków górnych (u) i jednego dolnego. Stan energetycznie wzbudzony, oznaczony gwiazdką - Xi_b*-, ma ten sam skład kwarkowy co Xi_b'-, ale w innej konfiguracji energetycznej. Obecność cięższych kwarków s i b powoduje, że obserwowane cząstki są ponad sześciokrotnie cięższe od protonu. Do ich wytworzenia potrzebne są więc duże energie wiązek akceleratora LHC. Średni czas życia takiego dziwnego i pięknego barionu to jedna milionowa milionowej części sekundy (10 do -12 potęgi sekundy). Zmierzone własności cząstek zgadzają się z przewidywaniami modelu kwarkowego. Istnienie nowych cząstek przewidywały znane nam teorie, jednak dopiero teraz udało się je doświadczalnie potwierdzić. Odkrycie to jest kolejnym krokiem pozwalającym wyglądać poza Model Standardowy, a więc uznawaną dziś za niekompletną teorię tłumaczącą, z czego zbudowany jest wszechświat. W eksperymencie LHCb uczestniczą grupy fizyków polskich z laboratoriów w Krakowie (Akademia Górniczo-Hutnicza i Instytut Fizyki Jądrowej PAN) oraz w Warszawie (Narodowe Centrum Badań Jądrowych). (Czy wiesz, że w CERN wymyślono stronę www?)
Na 173. zamkniętej sesji Rada CERN wybrała kolejnego dyrektora generalnego organizacji. Została nim Włoszka dr Fabiola Gianotti.
Wybór zostanie formalnie zatwierdzony podczas grudniowej sesji Rady. Nowa dyrektor pokieruje CERN-em (Europejską Organizacją Badań Jądrowych) przez kolejnych pięć lat, począwszy od 1 stycznia 2016. – Wszyscy trzej kandydaci wyłonieni przez specjalnie powołaną w tym celu komisję zrobili na nas duże wrażenie – powiedziała Przewodnicząca Rady CERN, Agnieszka Zalewska – Ale przedstawiona przez dr. Gianotti wizja CERN jako światowego laboratorium akceleratorowego w połączeniu z jej dogłębną znajomością laboratorium CERN i eksperymentalnej fizyki cząstek przesądziły o wyborze. Chcę gorąco podziękować wszystkim kandydatom za to, jak niełatwą decyzję mieliśmy do podjęcia, a komisji za jej niestrudzoną pracę w ostatnich miesiącach. CERN kolebką innowacyjności – Fabiola Gianotti to doskonały wybór na mojego następcę – powiedział z kolei obecny dyrektor generalny CERN, Rolf Heuer. – Wieloletnia współpraca z nią była dla mnie prawdziwą przyjemnością. Z tym większą przyjemnością oczekuję na wspólną pracę w przejściowym roku 2015 wiedząc, że oddaję CERN w doskonałe ręce. – Wybór na stanowisko dyrektora generalnego CERN, w ślad za moimi 15 wybitnymi poprzednikami, to dla mnie wielki zaszczyt i odpowiedzialność – powiedziała dr Gianotti. – CERN jest ośrodkiem naukowej doskonałości, powodem do dumy i inspiracją dla fizyków z całego świata. CERN jest także kolebką licznych technologii i innowacyjności, źródłem wiedzy, edukacji oraz niegasnącym przykładem pokojowej współpracy naukowej. Kombinacja tych czterech atutów czyni CERN wyjątkowym miejscem kształtującym lepszych naukowców i lepszych ludzi. Chcę poświęcić całą swoją energię na utrzymanie doskonałości CERN we wszystkich jego przejawach, licząc na pomoc wszystkich, od Rady CERN poczynając, poprzez personel, na użytkownikach CERN z całego świata skończywszy. Krakowscy fizycy dumni Dr Gianotti kierowała eksperymentem ATLAS od marca 2009 do lutego 2013, a więc w okresie, kiedy eksperymenty ATLAS i CMS pracujące na Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) ogłosiły długo oczekiwane odkrycie bozonu Higgsa. To ostatnie zaowocowało przyznaniem Nagrody Nobla François Englertowi i Peterowi Higgsowi w 2013 r. Jest członkiem licznych komitetów międzynarodowych i laureatką wielu prestiżowych nagród. Fabiola Gianotti będzie pierwszą kobietą w historii piastującą stanowisko dyrektora generalnego CERN. Krakowska grupa eksperymentu ATLAS z radością i dumą przyjęła wybór na nowego dyrektora CERN swojej wieloletniej koleżanki, współpracownika, a w końcu lidera eksperymentu.
CERN, Europejska Organizacja Badań Jądrowych, zgasi dziś 60 urodzinowych świeczek podczas uroczystości z udziałem delegacji rządowych z 35 państw
Założony w 1954 roku, CERN jest obecnie największym na świecie laboratorium fizyki cząstek elementarnych i czołowym przykładem współpracy międzynarodowej łączącej naukowców nieomal 100 narodowości. Początki CERN sięgają późnych lat 40-tych, kiedy to niewielka grupa uczonych i polityków po obu stronach Atlantyku dostrzegła w naukach podstawowych szansę na pokojową odbudowę Europy po pożodze II Wojny Światowej. To właśnie dzięki tym wizjonerskim zamysłom, 29 września 1954 roku został powołany do życia CERN, z podwójną misją uprawiania nauki najwyższej próby oraz jednania powaśnionych narodów. Przez wszystkie lata swego istnienia CERN zadziwiająco dobrze wywiązywał się z tego zadania które, z czasem, zostało rozszerzone na wszystkie kontynenty. „Od sześciu dekad CERN stanowi miejsce w którym ludzie współpracują ze sobą bez względu na narodowość czy kulturę. Stanowimy pomost między narodami mówiąc jednym, uniwersalnym językiem nauki,” powiedział Dyrektor Generalny CERN Rolf Heuer. „W istocie, nauka jest nierozerwalną częścią kultury. Maestro Ashkenazy, dyrygujący European Union Youth Orchestra podczas dzisiejszych uroczystości, ujął to trafnie mówiąc, że o ile muzyka odzwierciedla nasze życie duchowe i ukazuje nam sens naszego istnienia, o tyle misją nauki jest zrozumienie otaczającego nas świata.” CERN rozpoczął swoje istnienie 29 września 1954 r, kiedy to weszła w życie jego konwencja ratyfikowana przez 12 krajów założycielskich. Z czasem, dzięki odnoszonym sukcesom, CERN przyciągnął kolejne kraje stając się prawdziwie światową organizacją. Obecnie zrzesza 21 krajów i ponad 10 000 użytkowników z całego świata, a kolejne kraje ubiegają się o jej członkostwo. „Z czasem CERN stał się wiodącym ośrodkiem fizyki cząstek na świecie, stale nakierowanym na i osiągającym doskonałość,” powiedziała Przewodnicząca Rady CERN, Agnieszka Zalewska. CERN zajmuje się badaniami podstawowymi w dziedzinie fizyki, próbując zrozumieć z czego zbudowany jest świat i jakie prawa nim rządzą. Od 1954 roku, nastąpił dramatyczny rozwój w tej dziedzinie. Początkowo, wiedza o materii w jego najmniejszej skali ograniczała się do jądra atomowego. W ciągu 60-ciu lat fizyka cząstek znacznie rozszerzyła wiedzę na temat materii i jej oddziaływań w najmniejszej skali i wypracowała dobrze ugruntowaną teorię opartą na tej wiedzy – tzw. Model Standardowy – oraz znacznie poprawiła zrozumienie Wszechświata i jego początków. Fizycy pracujący w CERN przyczynili się do tego postępu dzięki kolejnym, coraz potężniejszym akceleratorom, które pozwoliły coraz dalej przesuwać granice poznania. Pośród wielu wyników naukowych, niektóre odkrycia zrewolucjonizowały nasze zrozumienie podstawowych praw natury i rozwinęły rozliczne technologie. Do takich zaliczyć można odkrycie nośników słabych oddziaływań jądrowych, nagrodzonego Nagrodą Nobla dla Carlo Rubii i Simona van der Meera w 1984 roku, wynalezienie protokołu WWW przez Tima Berners-Lee w 1989 roku i odkrycie bozonu Higgsa w 2012 roku. To ostatnie udowodniło istnienie mechanizmu Brout-Englert-Higgs, co zaowocowało przyznaniem Nagrody Nobla dla Petera Higgsa i François Englerta w 2013 roku. Obecnie, w CERN znajduje się najpotężniejszy akcelerator na świecie, tzw. Wielki Zderzacz Hadronów (ang.: LHC). Wraz z ponownym rozruchem LHC przy nowej rekordowej energii, CERN będzie kontynuował swoje poszukiwania odpowiedzi na najbardziej fundamentalne zagadki natury. [tłum. Paweł Brückman de Renstrom] W ramach obchodów 60 urodzin CERN w dniu dzisiejszym z oficjalną wizytą w CERN przebywa Wiceminister i Sekretarz Stanu w Ministerstwie Nauki i Szkolnictwa Wyższego, Prof. Dr hab. Marek Ratajczak. W ramach wizyty, poza uczestnictwem w centralnych uroczystościach, odwiedził jeden z wielkich eksperymentów na LHC i spotkał się z pracującymi z CERN Polakami.
Naukowcy z eksperymentu ALPHA w podgenewskim CERN-ie zmierzyli ładunek antywodoru
Wyniki pomiarów w CERN-owskim Spowalniaczu Antyprotonów (ang.: Antiproton Decelerator, AD) opublikowało “Nature Communications”. Są one zgodne z zerem z dokładnością do ośmiu miejsc po przecinku. Chociaż sam wynik nie jest zaskoczeniem – atomy wodoru są elektrycznie obojętne, to jest to pierwszy tak dokładny pomiar dokonany na atomie antymaterii. „Po raz pierwszy mamy możliwość precyzyjnego badania antywodoru,” powiedział szef zespołu ALPHA Jeffrey Hangst. „Jesteśmy przekonani że technika pułapkowania eksperymentu ALPHA umożliwi jeszcze wiele cennych pomiarów. Z niecierpliwością czekamy na wznowienie programu AD w sierpniu tego roku co przyniesie kolejne pomiary antywodoru z coraz większą dokładnością.” Antycząstki powinny być identyczne z cząstkami materii poza przeciwnym ładunkiem. Podczas gdy atom wodoru złożony jest z protonu o ładunku +1 i elektronu o ładunku -1, antywodór składa się z antyprotonu o ładunku -1 i pozytonu o ładunku +1. Wiemy jednak, że materia i antymateria nie są swoimi dokładnymi przeciwieństwami. W jednej części na 10 miliardów natura wydaje się preferować materię, dlatego tak ważne jest dokładne poznanie antymaterii – główny cel eksperymentów na AD w CERN. ALPHA stosuje złożony system pułapek, który umożliwia wytworzenie i dostatecznie długie przechowywanie atomów antywodoru umożliwiając ich szczegółowe badanie. Zrozumienie asymetrii pomiędzy materią i antymaterią stanowi jedno z najistotniejszych wyzwań współczesnej fizyki. Obserwacja jakiejkolwiek różnicy pomiędzy tymi dwoma może pomóc w rozwiązaniu tej zagadki i otworzyć okno na nową fizykę. W celu zmierzenia ładunku antywodoru, eksperyment ALPHA badał trajektorie atomów wypuszczonych z pułapki i wędrujących w polu elektrycznym. Atomy naładowane byłyby odchylane w polu elektrycznym, podczas gdy neutralne nie. Ładunek atomu antywodoru zmierzony w oparciu o 386 zarejestrowanych przypadkach to (-1.3±1.1±0.4)×10-8. Liczby po znaku ± oznaczają kolejno niepewność statystyczną i systematyczną pomiaru. Wraz z ponownym uruchomieniem systemu akceleratorów w CERN, program badania antymaterii zostanie wznowiony. Eksperyment ALPHA-2, zmodernizowana wersja eksperymentu ALPHA, zacznie zbierać dane wraz z eksperymentami ATRAP i ASACUSA oraz nowopowstałym AEGIS którego zadaniem będzie badanie oddziaływania grawitacyjnego antywodoru. Materiały prasowe CERN
To w tym miejscu wymyślono technologie, które zmieniły świat raz na zawsze
Miejsce jest niezwykłe w swej zwykłości. Ot, ciemny, zapuszczony korytarz w budynku z lat 70. XX wieku na terenie równie wiekowego kampusu naukowego. Rzędy drzwi z nazwiskami w najróżniejszych językach, gabloty z wyjątkowo niszowymi ciekawostkami z dziedzin fascynujących jedynie tęgie umysły ścisłe. A jednak ten korytarz budynku numer 2 w Meyrin pod Genewą był świadkiem wydarzenia, które zmieniło świat. W biurach wzdłuż tego korytarza powstały wszystkie podstawowe technologie, na których bazuje World Wide Web - czytamy na niepozornej tabliczce. I już wiem, dlaczego każdy, kto odwiedza CERN, robi sobie tu zdjęcie. I ja wyciągam więc aparat, by uwiecznić tę "stronę startową". Wspomniana tabliczka w podgenewskim CERN-ie jest materialną pamiątką po pracy Tima Bernersa-Lee i zespołu jego informatyków, którzy na początku lat 90. stworzyli podstawy języka HTML i protokołów transmisji danych, po czym kilka lat później przekazali je do tzw. domeny publicznej. Tym samym zbudowali fundamenty dzisiejszego ogólnodostępnego internetu. Ale jest też pamiątka wirtualna - rekonstrukcja pierwszej, historycznej strony WWW. Ją zobaczyć może każdy bez wychodzenia z domu: http://info.cern.ch/hypertext/WWW/TheProject.html.