CERN: Ευρωπαϊκος Οργανισμος Στοιχειωδών Σωματιδίων

Δροσος Γεωργιος · Φεβρουάριος 17, 2022

Τι είναι το ευρωπαϊκό σύγχροτρο και γιατί οι ερευνητές πιέζουν για συμμετοχή της Ελλάδας

Πάνω από 250 μέλη της πανεπιστημιακής κοινότητας στηρίζουν τη συμμετοχή της Ελλάδας στο πρώτο σύγχροτρο τέταρτης γενιάς σε όλον τον κόσμο. Το γιγάντιο όργανο παράγει ισχυρές ακτίνες Χ για μια ποικιλία ερευνών.

Τι κοινό μπορεί να έχουν μια πρωτεΐνη, ένας πίνακας του Βίνσεντ βαν Γκογκ και απολιθώματα του προϊστορικού αρχαιοπτέρυξ; Μπορούν όλα να μελετηθούν με ακτίνες Χ στην Ευρωπαϊκή Εγκατάσταση Ακτινοβολίας Σύγχροτρου (ESRF).Ομάδα ελλήνων επιστημόνων καλεί τα μέλη της ελληνικής επιστημονικής κοινότητας να εκδηλώσουν το ενδιαφέρον τους για τη συμμετοχή της Ελλάδας ως χώρας-μέλους στην πιο σύγχρονη εγκατάσταση σύγχροτρου, η οποία βρίσκεται στη Γκρενόμπλ της Γαλλίας.

Οφέλη της συμμετοχής

Όπως σημειώνουν οι ερευνητές, τα ακαδημαϊκά και ερευνητικά ιδρύματα αλλά και η βιομηχανία της χώρας θα επωφεληθούν από τη συμμετοχή της Ελλάδας στο ESRF, αποκτώντας άμεση πρόσβαση σε εργαστηριακές διατάξεις μοναδικών χαρακτηριστικών και ξεκινώντας νέες διεθνείς συνεργασίες υψηλού επιπέδου τόσο με την κοινότητα του ESRF όσο και με τα γειτονικά επιστημονικά κέντρα.Επιπλέον, οι έλληνες φοιτητές θα έχουν τη δυνατότητα να εκπονούν διατριβές στις εξειδικευμένες εγκαταστάσεις του ESRF και ερευνητές όλων των βαθμίδων θα μπορούν να εκπαιδεύονται μέσω σεμιναρίων, πρακτικής άσκησης και ανταλλαγών επιστημονικού προσωπικού.Τέλος, η συμμετοχή της Ελλάδας στο ESRF μπορεί να συμβάλει στην εισροή οικονομικών πόρων σε μικρομεσαίες ελληνικές επιχειρήσεις, οι οποίοι θα προκύπτουν από την υλοποίηση συμβολαίων ανάπτυξης καινοτόμων προϊόντων και υπηρεσιών υψηλής τεχνολογικής αξίας.

Πώς λειτουργεί το σύγχροτρο

Πώς δουλεύει όμως ο υπερσύγχρονος επιταχυντής ηλεκτρονίων; Όλα ξεκινούν από την παραγωγή ηλεκτρονίων σε ένα τμήμα του επιταχυντή το οποίο είναι αρχικά γραμμικό και καταλήγει σε μια κυκλική δομή μήκους 300 μέτρων.

O κεντρικός δακτύλιος της εγκατάστασης έχει περιφέρεια άνω των 800 μέτρων (ESRF)

Εκεί, τα ηλεκτρόνια επιταχύνονται μέχρι να πλησιάσουν την ταχύτητα του φωτός. Αφού έχουν αποκτήσει την απαραίτητη ενέργεια, τα ηλεκτρόνια εισέρχονται στον λεγόμενο δακτύλιο αποθήκευσης ηλεκτρονίων, μήκους 844 μέτρων. Εδώ οι επιστήμονες έχουν δημιουργήσει συνθήκες υψηλού κενού, ώστε να αποφεύγεται η αλληλεπίδραση των σωματιδίων με μόρια αέρα.Τα ηλεκτρόνια πραγματοποιούν επί ώρες κύκλους εκπέμποντας φως στην επιθυμητή περιοχή φάσματος, ενώ κατάλληλοι μαγνήτες καμπυλώνουν την τροχιά τους. Τελικά, δέσμες ακτινοβολίας εισέρχονται στους οδηγούς ακτινοβολίας, μέσω των οποίων το φως αξιοποιείται για να πραγματοποιηθούν οι αναλύσεις των υπό μελέτη υλικών.

Έρευνα σε ετερόκλητα επιστημονικά πεδία

Ένα από τα πιο εντυπωσιακά γνωρίσματα του σύγχροτρου είναι ότι έλκει επιστήμονες από πολλά και ετερογενή ερευνητικά πεδία. Έτσι, η συγκεκριμένη τεχνολογία μπορεί να χρησιμοποιηθεί από επιστήμονες δομικής βιολογίας, επιστήμης των υλικών, φαρμακευτικής, μικροελεκτρονικής, παλαιοντολογίας αλλά και επιστήμονες αρχαιομετρίας, οι οποίοι μελετούν τη δομή υλικών πολιτιστικής κληρονομιάς.Πρωτοπόρος επιστήμονας που συνέβαλε καθοριστικά στην ανάπτυξη του πεδίου της αρχαιομετρίας υπήρξε ο έλληνας ερευνητής Δρ. Μανώλης Πάντος. Σε προηγούμενες δηλώσεις του, ο ίδιος είχε επισημάνει ότι «η πρώτη σημαντική συμβολή στο πεδίο προήλθε από γάλλους ερευνητές του Μουσείου του Λούβρου με δημοσίευσή τους στην επιστημονική επιθεώρηση “Nature”. Η ερευνητική τους εργασία αφορούσε το λεγόμενο αιγυπτιακό μπλε και τα πειράματα είχαν πραγματοποιηθεί στο ESFR της Γκρενόμπλ». Ο έλληνας επιστήμονας έχει αναλύσει με ακτίνες-Χ, μεταξύ άλλων, θραύσματα μελανόμορφων σκευών αλλά και ένα κράνος κορινθιακού τύπου τα οποία φυλάσσονται στο Μουσείο του Πανεπιστημίου του Μάντσεστερ.Όπως έχουν σημειώσει έλληνες επιστήμονες σε σχετικό άρθρο, «η συμμετοχή της Ελλάδας στο ESRF θα είχε εξαιρετικά θετικό αντίκτυπο στην εγχώρια επιστημονική έρευνα, ενισχύοντας την επιστημονική εξωστρέφεια της χώρας και διευρύνοντας την ελληνική ερευνητική δραστηριότητα».Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με το εγχείρημα, καθώς και για σχετικές δράσεις και εκδηλώσεις, επισκεφτείτε το www.esrf.gr .

https://www.in.gr/2022/02/16/b-science/episthmes/ti-einai-eyropaiko-sygxrotro-kai-giati-oi-ereynites-piezoun-gia-symmetoxi-tis-elladas/

Δροσος Γεωργιος · Φεβρουάριος 21, 2022

Μια εξωτική ατομική μετάβαση… από το μιόνιουμ στο αντι-μιόνιουμ.

Το μιόνιουμ είναι ένα εξωτικό άτομο που αποτελείται από ένα αντιμιόνιο και ένα ηλεκτρόνιο. Ανακαλύφθηκε το 1960 από τον Vernon W. Hughes και του δόθηκε το χημικό σύμβολο Mu. Ο χρόνος ζωής του είναι όσο και ο χρόνος ζωής του αντιμιονίου, 2,2 μs. Στην σύντομη διάρκεια της ζωής του το μιόνιουμ μπορεί να σχηματίσει ενώσεις όπως το χλωριούχο μιόνιουμ (MuCl) ή το ‘μιονιούχο’ νάτριο (NaMu). Επειδή η μάζα του αντιμιονίου είναι 207 φορές μεγαλύτερη από την μάζα του ηλεκτρονίου, το μιόνιουμ ( $\rm Mu$ : μ⁺e⁻) μοιάζει περισσότερο με το άτομο του υδρογόνου (p⁺e⁻) παρά με το ποζιτρόνιουμ (e⁺e⁻). Η ακτίνα Bohr και η ενέργεια ιονισμού του μιόνιουμ είναι πολύ κοντά στις αντίστοιχες τιμές του υδρογόνου και ως εκ τούτου μπορεί να θεωρηθεί ως ένα εξωτικό ελαφρύ ισότοπο του υδρογόνου.Yπάρχει και το αντίστοιχο άτομο αντιύλης, το αντι-μιόνιουμ ( $\overline{\rm Mu}$ : μ⁻e⁺), που συνίσταται από ένα μιόνιο και ένα ποζιτρόνιο (αντι-ηλεκτρόνιο).

Το μιόνιο (συμβολίζεται με μ^–) είναι στοιχειώδες σωματίδιο παρόμοιο με το ηλεκτρόνιο, με αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο -1 και σπιν 1⁄2. Μαζί με το ηλεκτρόνιο, το ταυ λεπτόνιο, και τα τρία νετρίνα, είναι ταξινομημένο ως λεπτόνιο. Πρόκειται για ασταθές σωματίδιο και έχει τη δεύτερη πιο μακροχρόνια μέση διάρκεια ζωής (2.2 µs), μετά από το νετρόνιο (~15 λ.). Ο συνήθης τρόπος διάσπασής του είναι: $\mu^{-} \rightarrow e^{-} + \bar{\nu}_{e} + \nu_{\mu}$ . Όπως όλα τα στοιχειώδη σωματίδια, το μιόνιο έχει ένα αντίστοιχο αντισωμάτιο αντίθετου φορτίου αλλά ίσης μάζας, spin και χρόνου ζωής. Tο αντιμιόνιο, που ονομάζεται και θετικό μιόνιο, συμβολίζεται με μ⁺ και διασπάται ως: $\mu^{+} \rightarrow e^{+} + \bar{\nu}_{\mu} + \nu_{e}$ .

H αυθόρμητη μετάβαση του εξωτικού ατόμου μιόνιουμ ( $\rm Mu$ : μ⁺e⁻) προς το αντίστοιχο άτομο αντιύλης, αντι-μιόνιουμ ( $\overline{\rm Mu}$ : μ⁻e⁺), είναι μια ενδιαφέρουσα φαινομενολογική δυνατότητα.
Αν η μετάβαση $\rm Mu$ προς $\overline{\rm Mu}$ είναι δυνατή, τότε θα παραβιαζόταν ο αριθμός γεύσης των λεπτονίων, ο οποίος σύμφωνα με το Καθιερωμένο Πρότυπο των στοιχειωδών σωματιδίων διατηρείται. Έτσι θα υπήρχε μια ξεκάθαρη απόδειξη νέας φυσικής πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο. Δεδομένου ότι σχεδιάζονται νέα πειράματα για την μελέτη της εν λόγω μετάβασης, οι φυσικοί Takeshi Fukuyama et al στην εργασία τους με τίτλο ‘Models of the Muonium to Antimuonium Transition‘, εξέτασαν νέα μοντέλα φυσικής και διερεύνησαν τις προβλέψεις που κάνουν σχετικά με την μετάβαση $\rm Mu$ προς $\overline{\rm Mu}$ .Τα τελευταία πειράματα που διερεύνησαν άμεσα την μετάβαση από μιόνιουμ σε αντιμιόνιουμ έγιναν στα τέλη της δεκαετίας του 1990 [New Bounds from Searching for Muonium to Antimuonium Conversion]. Τα επόμενα πειράματα έδωσαν αποτελέσματα που σχετίζονται έμμεσα με αυτή την μετάβαση, όπως μετρήσεις τιμών παραμέτρων της ταλάντωσης νετρίνων και περιορισμούς στα νέα σωματίδια που προβλέπονται από τα μοντέλα παραβίασης της γεύσης των λεπτονίων και υιοθετούν την δυνατότητα της μετάβασης $\rm Mu$ προς $\overline{\rm Mu}$ .Με βάση αυτά τα πειραματικά αποτελέσματα, ο Fukuyama και οι συνεργάτες του αξιολόγησαν αρκετά μοντέλα φυσικής πέραν του Καθιερωμένου Προτύπου και προσδιόρισαν τους χώρους των παραμέτρων όπου τα μελλοντικά πειράματα θα μπορούσαν να ανιχνεύσουν -ή να αποκλείσουν- την μετάβαση για ένα δεδομένο μοντέλο. Για παράδειγμα, σε μια κατηγορία μοντέλων που είναι γνωστά ως μοντέλα radiative neutrino mass, η ομάδα διαπίστωσε ότι το μοντέλο που ονομάζεται Zee-Babu δίνει μεγαλύτερες πιθανότητες να συμβεί μια μετάβαση από μιόνιουμ σε αντιμιόνιμουμ.Τα μελλοντικά πειράματα που προγραμματίζονται σε Ιαπωνία και Κίνα για την αναζήτηση αυτής της εξωτικής ατομικής μετάβασης θα είναι σε θέση να ελέγξουν οριστικά και αμετάκλητα τέτοιου είδους θεωρητικά μοντέλα.

https://physicsgg.me/2022/02/18/μια-εξωτική-ατομική-μετάβαση/

Δροσος Γεωργιος · Μάρτιος 8, 2022

Νέα μέθοδος ανίχνευσης ηλιακών νετρίνων.

Μια νέα μέθοδος μέτρησης επιτρέπει στους φυσικούς να εντοπίζουν εκτός από την ενέργεια των ηλιακών νετρίνων και την κατεύθυνσή τους, με έναν μόνο ανιχνευτή, κάτι που στο παρελθόν ήταν δύσκολο να γίνει.

Οι πυρηνικές αντιδράσεις που πραγματοποιούνται στο εσωτερικό του Ήλιου [History of Solar Neutrino Observations]

Οι φυσικοί ενδιαφέρονται για τα νετρίνα που παράγονται διαμέσου πυρηνικών αντιδράσεων στο εσωτερικό του Ήλιου, γιατί η μελέτη τους μας αποκαλύπτει τις διεργασίες που πραγματοποιούνται στον πυρήνα του Ήλιου, αλλά και θεμελιώδεις ιδιότητες αυτών των στοιχειωδών σωματιδίων. Εντοπίζουν τα ηλιακά νετρίνα στην Γη χρησιμοποιώντας δυο είδη ανιχνευτών: ανιχνευτές που εντοπίζουν την κατεύθυνση των νετρίνων και ανιχνευτές που εντοπίζουν την ενέργειά τους. Οι ερευνητές που χρησιμοποιούν τον ανιχνευτή Borexino δείχνουν ότι ο εν λόγω ανιχνευτής διαθέτει και τις δύο δυνατότητες. Ο Borexino μπορεί να καταγράψει τόσο τις ενέργειες όσο και τις διαδρομές των νετρίνων με ενέργειες μικρότερες από 1 μεγα-ηλεκτρονιοβόλτ (MeV).

Το ενεργειακό φάσμα της ροής των ηλιακών νετρίνων

Οι δύο συνήθεις τύποι ανιχνευτών ηλιακών νετρίνων είναι ανιχνευτές Cherenkov με νερό και ανιχνευτές με υγρό σπινθηριστή. Οι ανιχνευτές Cherenkov ανιχνεύουν νετρίνα διαμέσου της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας Cherenkov που προκύπτει από την αλληλεπίδραση των νετρίνων με τα ηλεκτρόνια στο νερό. Τα χαρακτηριστικά αυτής της ακτινοβολίας εξαρτώνται από την κατεύθυνση των νετρίνων, κάνοντας δυνατή την ανακατασκευή της διαδρομής τους. Όμως, οι ανιχνευτές Cherenkov έχουν συνήθως μικρή ευαισθησία στα νετρίνα με ενέργειες πάνω από 1 MeV, κάνοντάς τους άχρηστους για την μελέτη νετρίνων χαμηλής ενέργειας.

Οι ανιχνευτές με υγρό σπινθηριστή μπορούν μεν να ανιχνεύσουν νετρίνα, με χαμηλότερες ενέργειες, με κάτω όριο περίπου 0,2 MeV, αλλά αυτός ο τύπος ανιχνευτή δεν εντοπίζει την κατεύθυνση των νετρίνων. Η ερευνητική ομάδα του ανιχνευτή Borexino ανέπτυξε μια μέθοδο ανάλυσης των δεδομένων από τον υγρό σπινθηριστή που τους επιτρέπει να εκμαιεύουν την διεύθυνση κίνησης των νετρίνων.Έτσι, οι φυσικοί του Borexino σχεδιάζουν την χρήση αυτής της μεθόδου ώστε να μελετήσουν με μεγαλύτερη λεπτομέρεια τα ηλιακά νετρίνα χαμηλής ενέργειας, ελπίζοντας να μάθουν περισσότερα για το εσωτερικό του Ήλιου, αλλά και για την θεμελιώδη φύση των νετρίνων.

https://physicsgg.me/2022/03/05/νέα-μέθοδος-ανίχνευσης-ηλιακών-νετρί/

Δροσος Γεωργιος · Μάρτιος 12, 2022

Ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Πυρηνικών Ερευνών σταματά τη συνεργασια με την Ρωσια.

:40

Ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Πυρηνικών Ερευνών (CERN) ανακοίνωσε ότι δεν θα κάνει νέες συνεργασίες με ρωσικούς επιστημονικούς φορείς μετά από σχετικό αίτημα Ουκρανών επιστημόνων, ως απάντηση στην εισβολή της Ουκρανίας στη Ρωσία. Είναι η πρώτη σοβαρή ένδειξη ότι ακόμη και ένα πεδίο όπως η Επιστήμη και Τεχνολογία, όπου η διεθνής επιστημονική συνεργασία αποτελεί κοινό τόπο, συχνά με ρωσική συμμετοχή, απειλείται πλέον λόγω του πολέμου. Το CERN, που διαθέτει τον μεγαλύτερο επιταχυντή σωματιδίων στον κόσμο, ο οποίος αναμένεται να επαναλειτουργήσει φέτος μετά από τριετή αδράνεια λόγω μιας νέας αναβάθμισης του, αλλά και της πανδημίας, ιδρύθηκε το 1954 και διαθέτει 23 κράτη μέλη (μεταξύ αυτών η Ελλάδα) και επτά συνεργαζόμενα κράτη (ένα από τα οποία είναι η Ουκρανία που έχει ενεργό συμμετοχή σε αρκετά πειράματα και άλλες δραστηριότητες του Οργανισμού), ενώ η Ρωσία όπως και οι ΗΠΑ έχουν καθεστώς απλώς παρατηρητή. Παρόλα αυτά εκτιμάται ότι οι Ρώσοι επιστήμονες αποτελούν περίπου το 8% του προσωπικού του CERN (1.000 από τους συνολικά 12.000), σύμφωνα με το περιοδικό "Science".Το Συμβούλιο του CERN ανταποκρίθηκε θετικά στο ουκρανικό αίτημα και, μετά τη συνεδρίαση του στις 8 Μαρτίου, ανακοίνωσε ότι "τα 23 μέλη κράτη του CERN καταδικάζουν, με τον πιο έντονο τρόπο, τη στρατιωτική εισβολή στην Ουκρανία από τη Ρωσική Ομοσπονδία και εκφράζουν τη θλίψη τους για την προκαλούμενη απώλεια ζωών και τις ανθρωπιστικές επιπτώσεις, καθώς επίσης την εμπλοκή της Λευκορωσίας σε αυτή την παράνομη χρήση δύναμης εναντίον της Ουκρανίας". Κάνει επίσης λόγο για "ευρείες και τραγικές συνέπειες της επιθετικότητας". Γι' αυτό το λόγο, το Συμβούλιο αποφάσισε ότι "το CERN θα προωθήσει πρωτοβουλίες για να υποστηρίξει τη συνεργασία με Ουκρανούς επιστήμονες και την ουκρανική επιστημονική δραστηριότητα στο πεδίο της φυσικής υψηλών ενεργειών. Το καθεστώς παρατηρητή της Ρωσικής Ομοσπονδίας αίρεται μέχρι νεωτέρας ανακοίνωσης. Το CERN δεν θα συμμετέχει σε νέες συνεργασίες με τη Ρωσική Ομοσπονδία και τους θεσμούς της μέχρι νεωτέρας ανακοίνωσης".Επίσης το Συμβούλιο του CERN δήλωσε ότι θα παρακολουθεί προσεκτικά τις εξελίξεις και είναι έτοιμο να πάρει και άλλα μέτρα αν κριθεί, ενώ παράλληλα θα συμμορφωθεί με όλες τις διεθνείς κυρώσεις κατά της Ρωσίας. Επίσης "εκφράζει την υποστήριξη του στα πολλά μέλη της ρωσικής επιστημονικής κοινότητας του CERN που καταδικάζουν την επέμβαση". Τέλος, τονίζει ότι "το CERN δημιουργήθηκε μετά τον Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο για να φέρει τα κράτη και τους λαούς μαζί, με στόχο την ειρηνική επιδίωξη της επιστήμης: αυτή η επιθετικότητα έρχεται σε αντίθεση με οτιδήποτε αντιπροσωπεύει ο Οργανισμός.Το CERN θα συνεχίσει να υποστηρίζει τις κεντρικές αξίες της διασυνοριακής επιστημονικής συνεργασίας ως μοχλό για την ειρήνη". Σημειωτέον ότι το CERN δεν είχε διώξει τους εργαζόμενους σε αυτό Ρώσους επιστήμονες ούτε μετά τη σοβιετική εισβολή στην Τσεχοσλοβακία το 1968 ούτε στο Αφγανιστάν το 1979 και ούτε φαίνεται πρόθυμο να το κάνει τώρα λόγω Ουκρανίας.

Η σκληρή και η ήπια στάση κατά της Ρωσίας

Πέρα από το CERN, ενώπιον διλημμάτων βρίσκονται πολλοί Δυτικοί επιστήμονες και επιστημονικοί φορείς, καθώς έχουν να διαλέξουν ανάμεσα στο να τηρήσουν την παραδοσιακή επιστημονική ουδετερότητα και να καταδικάσουν τη ρωσική εισβολή κόβοντας αναπόφευκτα τους δεσμούς τους με τους Ρώσους συναδέλφους τους - με όποιες συνέπειες μπορεί να έχει αυτό σε διάφορα εξελισσόμενα επιστημονικά προγράμματα.Το αμερικανικό Πανεπιστήμιο ΜΙΤ έλυσε τη συνεργασία του με το αγγλόφωνο ρωσικό Ινστιτούτο Επιστήμης και Τεχνολογίας Σκόλκοβο (Skoltech) στα περίχωρα της Μόσχας. Η Ευρωπαϊκή Επιτροπή ανέστειλε τη συμμετοχή της Ρωσίας στο νέο Πρόγραμμα της ΕΕ για την Έρευνα "Ορίζων Ευρώπη", ενώ τα εθνικά συμβούλια ερευνών σε μεγάλες χώρες (Γαλλία, Γερμανία, Ιταλία, Ολλανδία κ.α.) πάγωσαν τις συνεργασίες τους με τη Ρωσία. Ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Διαστήματος (ESA) καταδίκασε τη ρωσική εισβολή και η ευρωρωσική αποστολή ExoMars που ήταν να εκτοξευθεί φέτος για τον 'Αρη, είναι πια "πολύ απίθανη", σύμφωνα με τη σχετική ανακοίνωση."Γιατί θα πρέπει να αντιμετωπίζουμε τις επιστημονικές ανταλλαγές ως κάτι διαφορετικό από τα παιγνίδια ποδοσφαίρου του Τσάμπιον Λονγκ, τις παραστάσεις μπαλέτου, τις χρηματοοικονομικές συναλλαγές και τα επενδυτικά σχέδια, τα οποία όλα έχουν ακυρωθεί τις τελευταίες μέρες;", αναρωτήθηκε ο 'Αλφρεντ Γουάτκινς, πρόεδρος του οργανισμού Global Solutions Summit και πρώην στέλεχος της Παγκόσμιας Τράπεζας, ειδικός σε προγράμματα επιστημονικής συνεργασίας με τη Ρωσία και την Ουκρανία.'Αλλοι επιστημονικοί οργανισμοί έχουν αντισταθεί σε αυτή τη λογική, την οποία θεωρούν "πολιτικό ναρκοπέδιο". Η Διεθνής Αστρονομική Ένωση (ΔΑΕ) π.χ. απέρριψε έκκληση Ουκρανών αστρονόμων να απαγορεύσει τους Ρώσους αστρονόμους από τις δραστηριότητες της. "Αυτό σίγουρα θα ήταν μια πολιτική δήλωση, κάτι που η ΔΑΕ δεν κάνει. Η ΔΑΕ ιδρύθηκε αμέσως μετά τον Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο προκειμένου να φέρει κοντά τους επιστήμονες, συνεπώς δεν επιθυμούμε να τους διαχωρίσουμε αποφασίζοντας ποιούς θα υποστηρίξουμε με βάση το τι κάνουν οι κυβερνήσεις τους", δήλωσε η πρόεδρος της ΔΑΕ Ντέμπρα Έλμεργκριν.Αλλά και ο Διεθνής Θερμοπυρηνικός Αντιδραστήρας (ITER), που βρίσκεται υπό κατασκευή στη νότια Γαλλία με σημαντική ρωσική συμβολή, δεν σχεδιάζει να αποπέμψει τη Ρωσία από πλήρες μέλος του. "Ο ITER είναι παιδί του Ψυχρού Πολέμου και σκοπίμως είναι ουδέτερος", δήλωσε εκπρόσωπος του.Το συντονιστικό όργανο των βρετανικών πανεπιστημίων δήλωσε ότι «δεν υποστηρίζει ένα γενικευμένο μποϊκοτάζ» των μελών του με τη Ρωσίαμ, παρά τις πιέσεις Ουκρανών επιστημόνων για πιο αυστηρή στάση. Από την άλλη, πολλά ερευνητικά εργαστήρια και ινστιτούτα στην Ευρώπη, στις ΗΠΑ και αλλού δηλώνουν πρόθυμα να ανοίξουν τις πόρτες τους σε Ουκρανούς ερευνητές - όσους δεν έχουν μείνει για να πολεμήσουν - οι οποίοι διαφεύγουν ως πρόσφυγες από τις εμπόλεμες ζώνες στη χώρα τους.Το Διεθνές Συμβούλιο Επιστήμης (ISC), ένας μη κυβερνητικός οργανισμός που προωθεί την επιστήμη «ως παγκόσμιο δημόσιο αγαθό», καταδίκασε τη ρωσική εισβολή στην Ουκρανία, αλλά δεν διακόπτει σχέσεις με τη Ρωσία, καθώς, όπως ανακοίνωσε, «η απομόνωση και ο αποκλεισμός σημαντικών επιστημονικών κοινοτήτων είναι επιζήμιος για όλους». Ερωτηματικό αποτελεί τι θα γίνει με τον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό, που βασίζεται πολύ στη συμβολή της Ρωσίας και κατά πόσο θα σημειωθεί ρήξη τέτοια που να επιταχύνει τη "συνταξιοδότηση" του σταθμού πριν την προγραμματισμένη ημερομηνία του 2031.

https://naftemporiki.gr/story/1840235/o-europaikos-organismos-purinikon-ereunon-stamata-ti-sunergasia-me-ti-rosia

Δροσος Γεωργιος · Απρίλιος 8, 2022

Το μυστήριο της μάζας του μποζονίου W.

Η νέα μέτρηση της μάζας του μποζονίου W με ακρίβεια 0,01%, διαφέρει από την θεωρητική πρόβλεψη του Καθιερωμένου Προτύπου

Οι διάφορες τιμές της μάζας του μποζονίου W που μετρήθηκαν πειραματικά. Οι τελευταίες και πιο ακριβείς μετρήσεις αποκλίνουν μυστηριωδώς από την θεωρητική πρόβλεψη του Καθιερωμένου Προτύπου (SM) των στοιχειωδών σωματιδίων

Μετά από 10 χρόνια έρευνας, οι φυσικοί της ομάδας CDF (Collider Detector at Fermilab) του εργαστηρίου Fermilab των ΗΠΑ ανακοίνωσαν την πραγματοποίηση της πιο ακριβούς μέχρι σήμερα, μέτρησης της μάζας του μποζονίου W, ενός σωματιδίου φορέα της ασθενούς πυρηνικής δύναμης. Η νέα μέτρηση που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Science, επιτρέπει στους επιστήμονες να ελέγξουν την θεωρία, το Καθιερωμένο Πρότυπο της φυσικής των στοιχειωδών σωματιδίων.Το σφάλμα της μέτρησης είναι το μικρότερο σε σχέση με τις προηγούμενες. Για παράδειγμα η αμέσως προηγούμενη μέτρηση από την ομάδα φυσικών του ATLAS είχε διπλάσιο σφάλμα.Η μετρηθείσα μάζα του μποζονίου W σύμφωνα με την δημοσίευση είναι: m_exp=80433,5±9,4 MeV, μεγαλύτερη από την θεωρητικά αναμενόμενη τιμή σύμφωνα με το Καθιερωμένο Πρότυπο: m_th=80357±6 MeV. Η θεωρητική τιμή προκύπτει από πολύπλοκους υπολογισμούς που συνδέουν την μάζα του μποζονίου W με τις μετρήσεις της μάζας δύο άλλων σωματιδίων: του κορυφαίου (top) κουάρκ και του μποζονίου Higgs.Ο φυσικός της ομάδας CDF, David Toback, δήλωσε ότι «εναπόκειται πλέον στην κοινότητα της θεωρητικής φυσικής και σε άλλα πειράματα να διερευνήσουν και να ρίξουν φως σε αυτή τη διαφορά μεταξύ πειραματικής και θεωρητικής τιμής, η οποία μπορεί να οφείλεται σε κάποιο είδος νέου σωματιδίου ή υποατομικής αλληλεπίδρασης, που θα μπορούσε να ανακαλυφθεί σε μελλοντικά πειράματα».

https://physicsgg.me/2022/04/08/το-μυστήριο-της-μάζας-του-μποζονίου-w/

Δροσος Γεωργιος · Απρίλιος 17, 2022

Πώς φτιάχνουμε μια δέσμη μιονίων.

Το σύστημα των επιταχυντών του εργαστηρίου Fermilab

Τo σωματίδιο μιόνιo, o βαρύτερος ξάδερφος του ηλεκτρονίου, έγινε πρωτοσέλιδο το 2021 όταν οι φυσικοί επιβεβαίωσαν τις υποψίες τους ότι συμπεριφέρεται με τρόπους που δεν περίμεναν. Τα πρώτα αποτελέσματα από το πείραμα Muon g-2 στο Fermilab κλόνισαν το Καθιερωμένο Πρότυπο, την καλύτερη μέχρι σήμερα θεωρία σχετικά με τα στοιχειωδη σωματίδια. Είτε το μιόνιο επηρεάζεται από κάποιο άγνωστο σωματίδιο ή μια άγνωστη δύναμη, είτε υπάρχει κάποια νέα ιδιότητα σε κάποια από τα σωματίδια ή τις δυνάμεις που ήδη γνωρίζουμε και αγαπάμε. Ο χρόνος θα το δείξει.

Τo μιόνιο (από το ελληνικό γράμμα μ) είναι ασταθές στοιχειώδες σωματίδιο παρόμοιο με το ηλεκτρόνιο, με αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο και spin 1⁄2. Χαρακτηρίζεται ως λεπτόνιο, όπως το ηλεκτρόνιο, το ταυ, και τα τρία αντίστοιχα νετρίνα (ν_μ, ν_e, ν_τ). Ο μέσος χρόνος ζωής του είναι περίπου 2.2 µs. Όπως όλα τα στοιχειώδη σωματίδια, το μιόνιο έχει ένα αντίστοιχο αντισωμάτιο αντίθετου φορτίου αλλά ίσης μάζας και spin: το αντιμιόνιο (αποκαλείται και θετικό μιόνιο). Τα μιόνια συμβολίζονται με μ− και τα αντιμιόνια με μ+.

Οι επιστήμονες του πειράματος Muon g-2 που πραγματοποιείται στο Fermilab, συνεχίζουν να συλλέγουν δεδομένα και να διερευνούν τα αποτελέσματα του 2021. Πρόκειται για ένα πείραμα υψηλής ακρίβειας όπου απαιτείται η μελέτη της συμπεριφοράς δισεκατομμυρίων μιονίων. Τα σωματίδια κινούνται διαμέσου ενός αποθηκευτικού μαγνητικού δακτυλίου διαμέτρου 15 μέτρων, παρέχοντας δεδομένα για το τι συμβαίνει στην μικροσκοπική κλίμακα των σωματιδίων. Για να παραχθεί η τεράστια ποσότητα μιονίων που απαιτείται, οι επιστήμονες χρησιμοποιούν τον επιταχυντή του Fermilab.

Για να δημιουργήσουν μιόνια, οι χειριστές του επιταχυντή στο Fermilab εκτοξεύουν τρισεκατομμύρια πρωτόνια ξεκινώντας από τον γραμμικό επιταχυντή Linac και μέσα από τον Booster επιταχύνονται από 400 ΜeV σε 8 GeV, κοντά στην ταχύτητα του φωτός. Στη συνέχεια, τα πρωτόνια κατευθύνονται στον δακτύλιο Recycler, όπου η δέσμη διασπάται σε κατάλληλα πειραματικά πακέτα δεσμών σωματιδίων.Περίπου 10 φορές ανά δευτερόλεπτο οι δέσμες των πρωτονίων προσπίπτουν σε έναν στόχο από κράμα νικελίου. Από τις συγκρούσεις αυτές παράγονται τα σωματίδια που ονομάζονται πιόνια. Τα πιόνια καθώς κινούνται διασπώνται σε μιόνια και άλλα υποατομικά σωματίδια. Στην τελική επιλογή χρησιμοποιούνται μαγνήτες για να προετοιμαστεί η δέσμη μιονίων, η οποία κατευθύνεται κατά μήκος μιας γραμμής μεταφοράς προς το πείραμα Muon g-2.Καθώς τα μιόνια κινούνται στο μαγνητικό πεδίο του πειράματος, αλληλεπιδρούν με εικονικά σωματίδια, που ξεπροβάλλουν από τον κενό χώρο, που δεν είναι και τόσο κενός όσο νομίζουμε! Η μελέτη του τρόπου συμπεριφοράς των μιονίων επιτρέπει στους επιστήμονες να ελέγξουν με μεγάλη ακρίβεια το Καθιερωμένο Πρότυπο και να διαπιστώσουν αν τα μιόνια αλληλεπιδρούν με κάτι που δεν είχαν προβλέψει.Για να προκύψουν τα πρώτα αποτελέσματα του πειράματος Muon g-2 διερευνήθηκαν 8 δισεκατομμύρια μιόνια, μόνο το 6% των μιονίων που θα μελετηθούν συνολικά στο πείραμα του εργαστηρίου Fermilab. Οι ερευνητές διεξάγουν αυτήν τη στιγμή την πέμπτη πειραματική τους προσπάθεια, και σχεδιάζουν να αλλάξουν τις πολικότητες όλων των πειραματικών μαγνητών και να ξεκινήσουν την συλλογή δεδομένων το επόμενο έτος χρησιμοποιώντας μιόνια με το αντίθετο φορτίο.

πηγή: https://www.symmetrymagazine.org/article/how-to-make-a-muon-beam

δείτε επίσης (μέσα σε ένα λεπτό): Πώς φτιάχνουμε μιόνια

https://physicsgg.me/2022/04/15/πώς-να-φτιάχνουμε-μια-δέσμη-μιονίων/

Δροσος Γεωργιος · Απρίλιος 17, 2022

Βίσονες και στοιχειώδη σωματίδια.

Το Fermilab (Fermi National Accelerator Laboratory – Εθνικό Εργαστήριο Επιταχυντή Fermi) που βρίσκεται στο Ιλινόις, κοντά στο Σικάγο, είναι παγκοσμίως γνωστό για την έρευνα στην σωματιδιακή φυσική υψηλών ενεργειών.Όμως, το Fermilab δεν είναι γνωστό μόνο για την φυσική των στοιχειωδών σωματιδίων, αλλά και για τους εμβληματικούς βίσονες που ζουν στα μεγάλα λιβάδια που περιβάλλουν το εργαστήριο. Πρόκειται για ένα κοπάδι από 32 βίσονες – 30 θηλυκού και 2 αρσενικού γένους.

Ο πληθυσμός των βισόνων του Fermilab αυξήθηκε κατά ένα (Photo credit: Ryan Postel, Fermilab)

Στις 13 Απριλίου γεννήθηκε το πρώτο μωρό-βίσονας, από τα 20 που αναμένονται, σηματοδοτώντας έτσι την έναρξη της άνοιξης.Ο αμερικανικός βίσονας σχεδόν εξαφανίστηκε τον 19ο αιώνα, αλλά εξαιτίας συγκεκριμένων και στοχευμένων ενεργειών δεν αποτελεί πλέον είδος υπό εξαφάνιση. Η διατήρηση του είδους αποτελεί πλέον ομοσπονδιακά αναγνωρισμένη προτεραιότητα.Υπενθυμίζεται ότι στα λειβάδια του αντίστοιχου ευρωπαϊκού εργαστηρίου, στο CERN, βόσκουν πρόβατα (Τα πρόβατα του CERN)

first-baby-bison-2022-2048x1365-1.jpeg?w

Bisons and bosons, Photo: Ryan Postel, Fermilab

https://physicsgg.me/2022/04/15/βίσονες-και-στοιχειώδη-σωματίδια/

Δροσος Γεωργιος · Απρίλιος 25, 2022

Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων επιστρέφει «ανανεωμένος» στην εξερεύνηση των μυστηρίων του Σύμπαντος.

O EPA/MARTIAL TREZZINI

Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) είναι ο μεγαλύτερος επιταχυντής πρωτονίων στον κόσμο που έχει γίνει μέχρι σήμερα, όπου συγκρούονται πρωτόνια με πρωτόνια. O LHC είναι εγκατεστημένος σε ένα τούνελ μήκους 27 χιλιομέτρων, σε βάθος 100 μέτρων στα περίχωρα της Γενεύης και ανήκει στο Ευρωπαϊκό Κέντρο Πυρηνικών Ερευνών (CERN). O LHC που αποτελεί προϊόν συνεργασίας δέκα χιλιάδων επιστημόνων από 100 χώρες ξεκίνησε να λειτουργεί το 2010 και έχει πραγματοποιήσει πλήθος πειραμάτων που έχουν ανοίξει νέους δρόμους στον τομέα της σωματιδιακής φυσικής και όχι μόνο.Κορυφαία του στιγμή αναμφισβήτητα ο εντοπισμός του μποζονίου Χιγκς, του επονομαζόμενου «σωματιδίου του Θεού», που είναι το σωματίδιο που προσδίδει σύμφωνα με τη κρατούσα θεωρία τη μάζα στην ύλη. Τα τελευταία τρία χρόνια ο LHC τέθηκε εκτός λειτουργίας για να πραγματοποιηθούν εργασίες συντήρησης και κυρίως αναβάθμισης ώστε να ξεκινήσει ένα νέο γύρο πειραμάτων για την ανακάλυψη νέων άγνωστων κοσμικών φαινομένων.Πριν από λίγα 24ωρα οι επιστήμονες στο CERN έθεσαν και πάλι σε λειτουργία τον LHC και μέχρι στιγμής όλα δείχνουν ότι λειτουργεί χωρίς προβλήματα και είναι έτοιμος να ξεκινήσει να... εργάζεται και πάλι. Αυτή τη φορά κεντρικός στόχος των πειραμάτων που θα διεξαχθούν θα είναι ο εντοπισμός νέων στοιχείων για τη μυστηριώδη σκοτεινή ύλη. Πρόκειται για ένα υποθετικό τύπο ύλης που σύμφωνα με το Καθιερωμένο Πρότυπο αποτελεί περίπου το 85% της συνολικής ύλης του Σύμπαντος και περίπου το 27% της συνολικής ύλης-ενέργειας του Σύμπαντος. Από τα πειράματα αυτά ίσως προκύψουν στοιχεία για την ύπαρξη μιας πέμπτης θεμελιώδους δύναμης της φύσης, εκτός των τεσσάρων που γνωρίζουμε, καθώς και για την ύπαρξη έξτρα διαστάσεων.Θα πρέπει να σημειωθεί ότι εκτός από την φυσική η λειτουργία του επιταχυντή έχει πολύ συχνά και έμμεσα οφέλη για την κοινωνία. Οι τεχνολογίες που αναπτύσσονται για τη λειτουργία του μπορούν να χρησιμοποιούν και σε άλλους τομείς όπως σε ιατρικές συσκευές και συστήματα για διάγνωση ή ακόμη και θεραπεία σοβαρών ασθενειών όπως ο καρκίνος.

FRANCE 24 ENGLISH

'Sense of tension': Scientists prepare LHC restart in search for dark matter • FRANCE 24 English

Το CERN παράλληλα με την επαναλειτουργία του LHC έχει ήδη ξεκινήσει τις προεργασίες για τον διάδοχο του. Πρόκειται για ένα νέο κυκλικό υπερ-επιταχυντή σωματιδίων μήκους 100 χιλιομέτρων. Το νέο γιγάντιο μηχάνημα - το μεγαλύτερο επιστημονικό πείραμα στον κόσμο- εφόσον όντως υλοποιηθεί, από τα μέσα περίπου του αιώνα μας θα κάνει συγκρούσεις ηλεκτρονίων με σωματίδια της αντιύλης (ποζιτρόνια),

https://naftemporiki.gr/story/1856705/o-megalos-epitaxuntis-adronion-epistrefei-ananeomenos-stin-eksereunisi-ton-mustirion-tou-sumpantos-binteo

Δροσος Γεωργιος · Απρίλιος 25, 2022

Eπανεκκίνηση του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων.

Θα αναζητήσει μια πέμπτη, άγνωστη δύναμη της Φύσης

Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) θα επαναλειτουργήσει σήμερα, μετά από τριετή διακοπή, για να επιλύσει ένα επιστημονικό αδιέξοδο: μια μυστηριώδη ανωμαλία που θα μπορούσε να υποδείξει την ύπαρξη μιας πέμπτης θεμελιώδους δύναμης στη Φύση. Τα «βασανιστικά» ευρήματα της περσινής χρονιάs (Βρέθηκε η 5η δύναμη στο πείραμα LHCb;) αναζωπύρωσαν τις ελπίδες πως ο επιταχυντής θα μπορούσε να προσφέρει μια δεύτερη ανακάλυψη-κλειδί, μια δεκαετία μετά το μποζόνιο Higgs. Ο δρ. Mitesh Patel, φυσικός στο Imperial College του Λονδίνου, η ομάδα του οποίου ήταν υπεύθυνη για την περσινή έρευνα, δήλωσε: «Προχωράμε σε αυτό τον «αγώνα» με μεγαλύτερη αισιοδοξία ότι μπορεί να βρισκόμαστε μπροστά σε μία επαναστατική ανακάλυψη.»Ως τώρα, όλα όσα είχαν ανακαλυφθεί στον LHC – συμπεριλαμβανομένου του μποζονίου Higgs – συμφωνούσαν με το Καθιερωμένο Πρότυπο της σωματιδιακής φυσικής. Αυτό αποτελεί το θεμέλιο της σωματιδιακής φυσικής από τη δεκαετία του 1970, αλλά είναι γνωστό ότι είναι ελλιπές, επειδή δεν εξηγεί μερικά από τα βαθύτερα μυστήρια της φυσικής, όπως η φύση της σκοτεινής ύλης και της σκοτεινής ενέργειας. Ωστόσο, τα δεδομένα που συλλέχθηκαν στο πείραμα LHCb φάνηκε να δείχνουν ότι τα σωματίδια συμπεριφέρονται με τρόπο που δεν μπορεί να εξηγηθεί από το Καθιερωμένο Πρότυπο. Το πείραμα εξέτασε τη διάσπαση των σωματιδίων που ονομάζονται όμορφα κουάρκ, τα οποία προβλέπεται να διασπώνται με τον ίδιο ρυθμό σε ηλεκτρόνια και τα βαρύτερα «ξαδέλφια» τους, τα μιόνια. Ωστόσο, τα όμορφα κουάρκ φάνηκε να μετατρέπονται σε μιόνια 15% λιγότερο συχνά, γεγονός που υποδηλώνει ότι ένας άγνωστος παράγοντας – ενδεχομένως μια νέα δύναμη – έγειρε την πλάστιγγα. Δύο από τους κορυφαίους υποψηφίους περιλαμβάνουν υποθετικά σωματίδια που μεταφέρουν δύναμη και ονομάζονται λεπτόκουαρκ ή Ζ.
«Το διακύβευμα είναι εξαιρετικά σημαντικό», δήλωσε ο Patel. «Εάν το επιβεβαιώσουμε αυτό, θα πρόκειται για μια επανάσταση που δεν έχουμε ξαναδεί – σίγουρα στη διάρκεια της ζωής μου.». Προτού ο LHC απενεργοποιηθεί για αναβάθμιση το 2018, η ομάδα συνέλεξε αρκετά δεδομένα που υποδηλώνουν ότι οι πιθανότητες ήταν περίπου μία στις χίλιες να προκύψει τυχαία τέτοιο αποτέλεσμα. Αλλά το χρυσό πρότυπο για τη σωματιδιακή φυσική έχει πιο αυστηρό επίπεδο εμπιστοσύνης (ένα προς 3,5 εκατομμύρια), που σημαίνει ότι χρειάζονται περισσότερα δεδομένα προτού κηρυχθεί επισήμως η όποια ανακάλυψη.Υπάρχει επίσης η πιθανότητα ότι κάποιο πρόβλημα ή δυσλειτουργία στο πείραμα θα μπορούσε να εξηγήσει τα ευρήματα. «Όταν δείχνεις αυτό το αποτέλεσμα στους σωματιδιακούς φυσικούς, η ενστικτώδης αντίδραση είναι, «τα κάνατε θάλασσα» και όχι ότι πρόκειται για μια νέα δύναμη της φύσης», σχολιάζει ο Patel. «Εμείς οι φυσικοί θέλουμε να είμαστε πολύ σίγουροι». Τον τελευταίο χρόνο, η προσδοκία έχει κορυφωθεί από περαιτέρω ενδιαφέρουσες ενδείξεις εκτός του καθιερωμένου μοντέλου, που παρατηρήθηκαν σε άλλα πειράματα, συμπεριλαμβανομένων πρόσφατων ανεξήγητων ευρημάτων στο Fermilab των ΗΠΑ. «Φαίνεται να υπάρχει μια συλλογή από αδικαιολόγητα αποτελέσματα», δήλωσε ο καθηγητής Jon Butterworth του University College του Λονδίνου, ο οποίος εργάζεται στο πείραμα Atlas του LHC. «Αυτό με έκανε να αρχίσω να πιστεύω ότι μπορεί να υπάρχει κάτι εκεί έξω, σε απόσταση αναπνοής». Αν ο LHC αποτύχει να αποκαλύψει νέα επιστημονικά δεδομένα πέρα από το καθιερωμένο μοντέλο, είπε ο Butterworth, αυτό δεν θα αποτελέσει αποτυχία, αλλά θα οδηγήσει το πεδίο «σε ένα μικρό αδιέξοδο» σχετικά με το πού να ψάξει στη συνέχεια. Η τρίτη πειραματική διαδικασία, που αναμένεται να διαρκέσει μέχρι το 2026, ακολουθεί μια αναβάθμιση που περιελάμβανε την εγκατάσταση πρόσθετων ισχυρών μαγνητών σχεδιασμένων να δημιουργούν λεπτότερες και πυκνότερες δέσμες πρωτονίων. Αυτό θα αυξήσει τον ρυθμό σύγκρουσης των σωματιδίων στο εσωτερικό του επιταχυντή, πράγμα που σημαίνει ότι οι επιστήμονες θα είναι σε θέση να παρατηρούν σπανιότερα γεγονότα με μεγαλύτερη ακρίβεια. Ο Ashutosh Kotwal, πειραματικός σωματιδιακός φυσικός στο Πανεπιστήμιο Duke των ΗΠΑ και συν-επικεφαλής μιας ερευνητικής ομάδας στο πείραμα Atlas του LHC, δήλωσε: «Οι δυνατότητες για την ανακάλυψη νέων ιδεών είναι ακόμα πολύ μεγάλες. Αξίζει να σημειωθεί ότι τα δεδομένα που έχουμε συλλέξει μέχρι στιγμής είναι μόνο το ένα δέκατο του συνόλου που σχεδιάζουμε. Είναι πολύ νωρίς για να χάνουμε το κουράγιο μας».

https://physicsgg.me/2022/04/22/eπανεκκίνηση-του-μεγάλου-επιταχυντή-α/

Δροσος Γεωργιος · Μάιος 6, 2022

Ο νόμος του Ohm παραβιάζεται στις συγκρούσεις βαρέων ιόντων.

Το μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται σε μια σύγκρουση υψηλής ενέργειας βαρέων ιόντων μπορεί να είναι ασθενέστερο από το αναμενόμενο, εμποδίζοντας την πειραματική αναζήτηση φιανομένων που σχετίζονται με το πεδίο

Στον Σχετικιστικό Επιταχυντή Βαρέων Ιόντων (RHIC), στη Νέα Υόρκη και στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC), στην Ελβετία, τα βαρέα ιόντα συνθλίβονται αφού αποκτήσουν υψηλές ταχύτητες με σκοπό την μελέτη του πλάσματος κουάρκ-γλοιονίων – την καυτή σούπα των στοιχειωδών σωματιδίων που υπήρχε κατά τη διάρκεια του πρώτου μικροδευτερολέπτου μετά την Μεγάλη Έκρηξη. Η ένταση του μαγνητικού πεδίου που παράγεται σε αυτές τις συγκρούσεις βαρέων ιόντων συνήθως υπολογίζεται χρησιμοποιώντας το νόμο της ηλεκτρικής αγωγιμότητας του Ohm. Ο φυσικός Zhe Xu στο Πανεπιστήμιο Tsinghua στην Κίνα και οι συνεργάτες του απέδειξαν ότι ένας τέτοιος υπολογισμός μπορεί να υπερεκτιμήσει την ένταση του πεδίου, και με τη σειρά του, το μέγεθος κάθε εξωτικού φαινομένου που σχετίζεται με το πεδίο.

Για να κάνετε τα φορτία ενός αγωγού να κινηθούν, πρέπει με κάποιον τρόπο, να τα ωθήσετε. Το πόσο γρήγορα κινούνται, ως απόκριση σε μια συγκεκριμέμνη ώθηση, είναι κάτι που εξαρτάται από τη φύση του υλικού. Στα περισσότερα υλικά η πυκνότητα του ρεύματος $\vec{J}$ είναι ανάλογη της δύναμης ανά μονάδα φορτίου: $\vec{f}$ : $\vec{J}=\sigma \, \vec{f}$ (1).
O συντελεστής αναλογίας σ (που δεν πρέπει να συγχέεται με το επιφανειακό φορτίο) είναι μία εμπειρική σταθερά που αλλάζει από υλικό σε υλικό και ονομάζεται αγωγιμότητα του μέσου. Στα περισσότερα βιβλία θα βρείτε τιμές όχι της αγωγιμότητας, αλλά της ειδικής αντίστασης ρ που είναι το αντίστροφο της σ: ρ=1/σ (μην την συγχέετε με την πυκνότητα φορτίου- – λυπάμαι, αλλά αρχίζουν να εξαντλούνται τα ελληνικά γράμματα, και αυτό είναι το σύμβολο που έχει καθιερωθεί).
Θεωρητικά, το δυναμικό αίτιο που εξωθεί τα φορτία να δημιουργήσουν το ρεύμα μπορεί να είναι οποιοδήποτε: η βαρύτητα ή κάποια δύναμη χημικής προέλευσης ή ακόμα και ειδικά εκπαιδευμένα μυρμήγκια εφοδιασμένα με μικροσκοπικά λουριά. Εμείς όμως, σύμφωνα με τον σκοπό που θέσαμε, θα θεωρούμε πάντα ότι η δύναμη στην οποία οφείλεται το ρεύμα είναι η ηλεκτρομαγνητική. Στην περίπτωση αυτή η πυκνότητα ρεύματος είναι: $\vec{J}=\sigma ( \vec{E}+\vec{v}\times\vec{B})$ (2).
Επειδή συνήθως η ταχύτητα των φορτίων είναι πολύ μικρή, ο δεύτερος όρος παραλείπεται. Όμως στην περίπτωση του πλάσματος η μαγνητική συνεισφορά στην δύναμη ανά μονάδα φορτίου $\vec{f}$ μπορεί να είναι σημαντική. Η εξίσωση (2) είναι γνωστή ως νόμος του Ohm, το φυσικό της νόημα ωστόσο, περιέχεται εξ ολοκλήρου στην (1) … «Εισαγωγή στην Ηλεκτροδυναμική», David J. Griffiths

Το μαγνητικό πεδίο του πλάσματος κουάρκ-γλοιονίων που δημιουργείται σε μια σύγκρουση βαρέων ιόντων προκαλείται από ένα ηλεκτρικό ρεύμα που σχηματίζεται στο σημείο της σύγκρουσης. Αυτό το ρεύμα συνήθως θεωρείται ότι έχει μια σταθερή τιμή που καθορίζεται από το νόμο του Ohm. Ωστόσο, ο Xu και οι συνεργάτες του συνειδητοποίησαν ότι το ρεύμα θα χρειαζόταν κάποιο χρόνο για να φτάσει σε αυτήν την τιμή. Εξετάζοντας τυπικές συγκρούσεις βαρέων ιόντων στους RHIC και LHC, υπολόγισαν ότι ο χρόνος καθυστέρησης είναι μεγαλύτερος από δύο βασικές χρονικές κλίμακες τέτοιων συγκρούσεων: τον χρόνο που απαιτείται για να σχηματιστεί το πλάσμα κουάρκ-γλοιονίων και τον χρόνο ζωής του εξωτερικού μαγνητικού πεδίου που παράγεται από πρωτόνια που δεν συμμετέχουν στη σύγκρουση. Διαπιστώθηκε ότι ένας τόσο μεγάλος χρόνος καθυστέρησης μειώνει σημαντικά την προβλεπόμενη ένταση του επαγόμενου μαγνητικού πεδίου.Αυτό το ‘κατεσταλμένο’ πεδίο θα μπορούσε να είναι η αιτία ώστε φαινόμενα σχετικά με το πεδίο, να μην μπορούν να μετρηθούν από τους τωρινούς ανιχνευτές των RHIC και LHC. Τέτοια φαινόμενα περιλαμβάνουν το χειρόμορφο μαγνητικό φαινόμενο – την δημιουργία ηλεκτρικού ρεύματος από μια διαφορά στον αριθμό των αριστερόστροφων και δεξιόστροφων σωματιδίων σε ένα μαγνητικό πεδίο.

https://physicsgg.me/2022/04/28/ο-νόμος-του-ohm-παραβιάζεται-στις-συγκρο/

Δροσος Γεωργιος · Μάιος 13, 2022

Ο επιταχυντής του CERN ζωντανεύει ξανά.

Μετά τη διακοπή λειτουργίας για συντήρηση και το πρόσφατο άνοιγμά του, αναβαθμισμένα και πολύ ενδιαφέροντα αναμένεται να είναι τα επόμενα πειράματα, τα οποία στοχεύουν να διαλευκάνουν τις συμπεριφορές των ασταθέστερων σωματιδίων.

«Trois, deux, un… faisceau». Δέκα Σεπτεμβρίου 2008, στις 10.48 το πρωί. Βρισκόμαστε στα γαλλοελβετικά σύνορα, πολύ κοντά στη Γενεύη. Γι’ αυτό και η εντολή στα γαλλικά: «Τρία, δύο, ένα… δέσμη». Υπάρχει ένταση στην ατμόσφαιρα της γεμάτης με κόσμο αίθουσας ελέγχου του Large Hadron Collider (LHC). Του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων στο CERN, το κοινό ευρωπαϊκό ερευνητικό εργαστήριο.Είναι ο διευθυντής του προγράμματος που λέει τις μαγικές αυτές λέξεις, είναι το τελευταίο μπλοκ απορρόφησης που αποσύρεται από την 27 χιλιομέτρων κυκλική τροχιά αφήνοντάς την ελεύθερη, είναι η πρώτη δέσμη πρωτονίων που ξεκινώντας αφήνει μια φωτεινή κηλίδα στις οθόνες, τις μέσα στην αίθουσα και στο αμφιθέατρο έξω από αυτήν. Είναι η άφιξή της, αφού έκανε τον γύρο της εγκατάστασης, που ύστερα από ενενήντα εκατομμυριοστά του δευτερολέπτου δίνει άλλη μια ίδια φωτεινή κηλίδα στις οθόνες. Ακριβώς δίπλα στην πρώτη. Τέλος στην ένταση, χειροκροτήματα.Ο επιταχυντής, επιτέλους, φαινόταν πως λειτουργούσε κανονικά. Δεκατέσσερα χρόνια έπρεπε να περάσουν από το πρώτο σκάψιμο εκατό μέτρα κάτω από τη γη μέχρι τις δυο αυτές φωτεινές κηλίδες στις οθόνες. Από το 2009 όλα δούλευαν καλά και είχαν αρχίσει τα διάφορα πειράματα να οδηγούν σε αποτελέσματα και συμπεράσματα. Ενα από αυτά, το περιβόητο σωματίδιο Higgs και το πεδίο που το δημιουργεί.

Επανεκκίνηση με δοκιμές

Το 2013 είχαμε την πρώτη σχεδιασμένη διακοπή λειτουργίας για δύο χρόνια, γνωστή ως LS1 (Long Shutdown 1). Αλλη μια ηθελημένη διακοπή λειτουργίας είχαμε τον Δεκέμβριο του 2018 και από την Παρασκευή 22 Απριλίου 2022, λίγο μετά το μεσημέρι, ενεργοποιήθηκαν πάλι οι δέσμες σωματιδίων.Σήμερα στο CERN οι άνθρωποι ζουν ημέρες επανεκκίνησης σε ενδιαφέροντες αν και ταραγμένους καιρούς. Οι δυο δέσμες πρωτονίων που άρχισαν να κυκλοφορούνται σε δυο αντίθετης φοράς τροχιές είναι προς το παρόν μικρής έντασης, με ενέργεια κοντά στα 450 δισεκατομμύρια ηλεκτρονιοβόλτ, και «δοκιμάζονται» κατά την κυκλική αυτή διαδρομή τους. Σε δύο μήνες όμως έχει προγραμματιστεί να μπει «φωτιά» για τα καλά με ενέργειες στις δέσμες που θα φθάνουν τα 13,6 τρισεκατομμύρια ηλεκτρονιοβόλτ (13,6 TeV!) και αυτό να κρατήσει τουλάχιστον για τέσσερα χρόνια. Γεμίζοντας έτσι τους υπολογιστές του CERN με άφθονα χρήσιμα δεδομένα προς επεξεργασία. Και όχι μόνο τους υπολογιστές εκεί, αλλά και αυτούς που θα εγκατασταθούν στο νέο κτίριο στο Πρεβεσέν, μια τοποθεσία στη Γαλλία, πολύ κοντά στα σύνορα με την Ελβετία και το CERN. Μαζί δηλαδή με το ολοκαίνουργιο Batiment 937 (B 937), που εγκαινιάστηκε στις 10 Νοεμβρίου 2021 και θα είναι το κέντρο κάθε ρομποτικής κατασκευής απαραίτητης για τη συντήρηση του επιταχυντή, ένα νέο κτίριο με ρόλο Data Center ετοιμάζεται ήδη, αυξάνοντας κατά πολύ την ικανότητα επεξεργασίας των νέων στοιχείων που θα εισρεύσουν τα επόμενα χρόνια.

Περίοδος με ονομασία Run 3

Η ένταση τις επόμενες εβδομάδες θα ανεβαίνει σταδιακά και ένας από τους πρώτους στόχους τους μήνες που έρχονται θα είναι η σπουδή της συμπεριφοράς του μποζονίου Higgs και η ακόμη πιο αυστηρή εξέταση του κατά πόσο είναι ρεαλιστικό το λεγόμενο «καθιερωμένο πρότυπο» (standard model).Δηλαδή η όλη δομή που έχουμε δεχθεί ότι υφίσταται λόγω της συμπεριφοράς και των αλληλεπιδράσεων των στοιχειωδών σωματιδίων, από ηλεκτρόνια και μιόνια μέχρι κουάρκ και νετρίνα.Η ενεργή αυτή περίοδος μέχρι το 2026 έχει την κωδική ονομασία Run 3 και θα διαφέρει από τις προηγούμενες και ως προς τις βελτιώσεις που έχουν γίνει στον ίδιο τον επιταχυντή. Διότι με την προσθήκη κατάλληλα τοποθετημένων επιπλέον μαγνητών οι δέσμες των πρωτονίων πριν από τις συγκρούσεις μεταξύ τους θα είναι λεπτότερες, πυκνότερες, άρα με καλύτερη στόχευση και μεγαλύτερη ένταση. Για να ενισχυθούν και οι ελπίδες των ερευνητών για μεγαλύτερη ακρίβεια στις παρατηρήσεις νέων φαινομένων που ίσως διέφευγαν έως τώρα.

Εστίαση στα πειράματα με νετρίνα

Δεν είναι άλλωστε άσχετο με τα παραπάνω και ότι τώρα θα γίνουν αρκετά πειράματα σχετικά με τα νετρίνα. Τα φευγαλέας υπόστασης σωματίδια με σχεδόν μηδενική μάζα (για δεκαετίες πιστευόταν πως είχαν μηδενική μάζα) που πλημμυρίζουν το Σύμπαν γύρω μας. Εχοντας μέγεθος όσο και τα ηλεκτρόνια, αλλά στερούμενα φορτίου, περνούν ακόμη και μέσα από την υπόλοιπη ύλη χωρίς να αντιδρούν με αυτή, καθιστώντας πολύ δύσκολη την παρακολούθηση της πορείας τους.Γι’ αυτόν τον λόγο έχει ετοιμαστεί ένα πείραμα με τον κωδικό SND@LHC (Scatteringand Neutrino Detectoratthe LHC) όπου θα προσπαθήσουν να παρατηρήσουν νετρίνα μέσα στον επιταχυντή. Διότι μέσα σε όλα τα μυστήρια των νετρίνων είναι και το ότι οι υπολογισμοί δείχνουν να παράγονται μέσα στον επιταχυντή αλλά μέχρι σήμερα δεν ήταν εφικτό να παρατηρηθούν με απτό τρόπο. Τώρα ένας ανιχνευτής με το όνομα FASERV πιστεύεται ότι θα βοηθήσει προς αυτή την κατεύθυνση. Και για όποιον σκέφτεται «τι σημασία έχουν όλα αυτά με τα «ασήμαντης υπόστασης» νετρίνα», καλό είναι να αναφερθεί πως τα νετρίνα έχουν συμμετοχή και στις διαδικασίες σύντηξης πυρήνων που εφοδιάζουν με ενέργεια τους αστέρες στο Σύμπαν και στις σχάσεις των πυρήνων στους αντιδραστήρες.Ακόμη πιο εξωτικό φαντάζει το σχέδιο για την παρατήρηση νέων καταστάσεων της ύλης, όπως η κατάσταση πλάσματος από γλοιόνια και κουάρκ, σε μια προσπάθεια να επανασυσταθούν καταστάσεις που επικράτησαν αμέσως μετά την υποτιθέμενη Μεγάλη Εκρηξη! Οταν σε θερμοκρασίες τρισεκατομμυρίων βαθμών τα γλοιόνια (που συνδέουν μεταξύ τους τα κουάρκ) και τα ίδια τα κουάρκ ήταν ακόμη ασύνδετα, συνθέτοντας μια ακόμη πιο αρχέγονη «σούπα» από τις επόμενες στην πορεία της δημιουργίας του Σύμπαντος.

Τα καμώματα των όμορφων κουάρκ

Στις έξι και μισή το απόγευμα της 20ής Ιανουαρίου του 2021 και μέσα στην κατήφεια του αποκλεισμού λόγω COVID, μέσω της πλατφόρμας Zoom μια μικρή ομάδα επιστημόνων «συναντήθηκε» για να συζητήσει κάτι πολύ σημαντικό για τη Φυσική. Τα αποτελέσματα των μετρήσεων ενός πειράματος με τον κωδικό LHCb που αμφισβητούσαν τη δομή του καθιερωμένου προτύπου, του πιο παραδεκτού μέχρι σήμερα «χάρτη» σχετικά με το τοπίο της υπαρκτής ύλης.Οι μετρήσεις αφορούσαν τα λεγόμενα beauty quarks (χαμηλά κουάρκ, στα ελληνικά), που είχαν απασχολήσει πολλές φορές στο παρελθόν τους ερευνητές με τα… καμώματά τους. Υπακούουν άραγε σε μια πέμπτη δύναμη (πέρα δηλαδή από τη βαρυτική, την ηλεκτρομαγνητική, την ασθενή ή την ισχυρή); Αναδεικνύοντας έτσι με τρόπο πέρα από κάθε αμφιβολία τις αδυναμίες περιγραφής του κόσμου μας με το σημερινό πρότυπο; Που ήδη αδυνατεί να τα βρει με τη συμπεριφορά της σκοτεινής ύλης, υπεύθυνης για το ότι οι γαλαξίες συγκρατούνται σε προβλέψιμες τροχιές και αποστάσεις μεταξύ τους, με τη συμπεριφορά της σκοτεινής ενέργειας, υπεύθυνης για την επιταχυνόμενη διαστολή του Σύμπαντος, και για το ότι κατά τη γένεση του Σύμπαντος, ενώ υπήρχαν ταυτόχρονα ύλη και αντι-ύλη, τελικά έχει επικρατήσει η ύλη.Αυτά λοιπόν τα «όμορφα» ή b-κουάρκ (bottom quarks) όταν μεταλλάσσονται θεωρητικά πρέπει να προκύπτουν σε ίσα ποσοστά ηλεκτρόνια και τα «εξαδέλφια» τους, τα (λίγο μεγαλύτερης μάζας) μιόνια. Οι μετρήσεις όμως έδειχναν ότι τα μιόνια (που μοιάζουν πολύ με τα ηλεκτρόνια στη συμπεριφορά τους, εκτός από το ότι έχουν 200 φορές μεγαλύτερη μάζα) εμφανίζονταν κατά ένα ποσοστό 15% μικρότερο από το προβλεπόμενο. Και αυτό με τη σειρά του έδωσε την αφορμή να προταθεί ως εξήγηση ότι κάποια άγνωστη έως τότε (πέμπτη) δύναμη επενέβαινε και χαλούσε την προβλεπόμενη ισορροπία. Φέρνοντας στη σκηνή και τα λεγόμενα «λεπτοκουάρκ» (σωματίδια πέρα από τα προβλεπόμενα από το καθιερωμένο πρότυπο, που υποτίθεται ότι είναι μποζόνια ικανά να συνδέουν κουάρκ με λεπτόνια, δηλαδή ηλεκτρόνια, μιόνια, ταυ ή τα νετρίνα τους).

Βουτιά στα δεδομένα

Οι θεωρητικοί φυσικοί είναι η αλήθεια πως ως πρώτη αντίδραση είχαν το να τους πουν πως κάτι δεν πρόσεξαν στις μετρήσεις τους, αλλά οι συζητήσεις δεν έχουν ακόμη καταλαγιάσει. Και πώς να συμβεί αυτό όταν είναι γνωστό και ότι ο χρόνος ζωής των ασταθών αυτών b-κουάρκ είναι μόλις 1,5 τρισεκατομμυριοστό του δευτερολέπτου, πριν να μεταλλαχθούν σε κάποιο άλλο σωματίδιο. Οπότε εκεί για τις επιρροές της μετάλλαξης μπορεί να είναι δύσκολο να εντοπιστεί ο υπεύθυνος.Τα σίγουρα που είχαν προκύψει μέχρι το κλείσιμο για δεύτερη φορά του επιταχυντή το 2018 ήταν η επιβεβαίωση για την ύπαρξη του μποζονίου του Higgs, η ύπαρξη αντι-ύλης, το «ζύγισμα», δηλαδή ο ακριβής (όπως τότε νομίζαμε) προσδιορισμός της μάζας των σωματιδίων W και Z.Από τότε πέρασαν τριάμισι χρόνια και εν τω μεταξύ εμφανίστηκε κάποιο θεωρούμενο στο παρελθόν ως σωματίδιο-φάντασμα που τώρα πλέον παρουσιάζεται ως κάτι το ιδιαίτερα ενδιαφέρον. Πρόκειται για το Χ(3872). Είχε βρεθεί για πρώτη φορά το 2003 σε έναν επιταχυντή στην Ιαπωνία και θεωρείται πως «έζησε» κανονικά το πρώτο εκατομμυριοστό του δευτερολέπτου μετά την (υποτιθέμενη) Μεγάλη Εκρηξη, όταν συνυπήρχαν σε κατάσταση πλάσματος γλοιόνια και κουάρκ.Ψάχνοντας μέσα σε έναν λαβύρινθο από δεδομένα που άφησαν οι μετρήσεις στον επιταχυντή LHC από το 2015 έως το 2018, με ειδικό τρόπο, όπου εκπαιδεύτηκε με τη βοήθεια μεθόδων τεχνητής νοημοσύνης ένα bot, δηλαδή ένα ειδικό πρόγραμμα ψαξίματος, διαπιστώθηκε πως είχε εμφανιστεί ξανά εκεί στο CERN το Χ(3782) και αυτό δημοσιεύθηκε στις 19 Ιανουαρίου 2022 στο Physical Review Letters, δημιουργώντας την προσδοκία πως θα προκύψουν και άλλα ανέλπιστα τέτοια ευρήματα τα επόμενα χρόνια.Για παράδειγμα, ένα από τα επόμενα «μυστήρια», που αναμένεται να λυθεί όταν με το καλό ο επιταχυντής βρει… τις στροφές του, είναι και η μάζα του μποζονίου W, που υποτίθεται ότι μετρήθηκε με μεγαλύτερη ακρίβεια από αμερικανούς ερευνητές και το αποτέλεσμα, αν είναι σωστό, συνιστά άλλη μια μαχαιριά στην εικόνα του καθιερωμένου προτύπου.

Περιμένοντας τα νέα δεδομένα

Για όλα τα παραπάνω, που κοστίζουν, ας μην το ξεχνάμε, και κάποια δισεκατομμύρια, αναζητήσαμε έναν «δικό μας άνθρωπο», δηλαδή έναν έλληνα ερευνητή. Τον κ. Α. Κεχαγιά, καθηγητή Θεωρητικής Φυσικής Υψηλών Ενεργειών και Βαρύτητας στο Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο και τακτικό επισκέπτη-ερευνητή στο CERN, που μοιράζει τη ζωή του εδώ και πολλά χρόνια μεταξύ Αθήνας και Γενεύης. Για μια ακόμη γνώμη.Οπως μας είπε λοιπόν, «για όλες αυτές τις απόψεις θα πρέπει να είμαστε κάπως συγκρατημένοι. Η πιθανότητα κάποια από τα παραπάνω να είναι απλά αποτέλεσμα μιας λάθος μέτρησης ή ενός προγράμματος που δεν λειτούργησε όπως θα έπρεπε δεν είναι προς το παρόν αμελητέα. Εχουμε ακούσει άλλωστε πολλές φορές για «ανωμαλίες» των πειραματικών αποτελεσμάτων (αποτελέσματα που δεν συμφωνούν με τα ήδη υπάρχοντα δεδομένα και θεωρίες) οι οποίες εξαφανίζονται σε μια δεύτερη ανάλυση ή δεν επιβεβαιώνονται από άλλα ανεξάρτητα πειράματα. Χαρακτηριστικά παραδείγματα τα τελευταία χρόνια είναι η περίπτωση του BICEP για τα αρχέγονα βαρυτικά κύματα και το LHC για τo πλεόνασμα φωτονίων στα 750 δισεκατομμύρια ηλεκτρονιοβόλτ. Στην περίπτωση της μάζας του μποζονίου W, τα δεδομένα είναι αρκετά για να δικαιολογήσουν περαιτέρω ενδιαφέρον, αλλά σίγουρα όχι αρκετά για να ισχυριστεί κανείς ότι ανακαλύφθηκε νέα Φυσική πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο. Ας περιμένουμε λοιπόν τα νέα δεδομένα από την επανεκκίνηση του LHC».Ας σημειωθεί επίσης ότι ίσως υπάρχει και μια τάση σε κάποιες ερευνητικές ομάδες να παρουσιάσουν εντυπωσιακά αποτελέσματα που οδηγούν σε καλύτερες επιχορηγήσεις και κάπως πιο σίγουρο μέλλον. Το αισιόδοξο σενάριο πάντως είναι πως πολλά από αυτά, που τώρα είναι μόνο φήμες, θα αναδείξει την πραγματική υπόστασή τους ή την εφήμερη δημοσιότητά τους η αναβαθμισμένη πλέον λειτουργία του επιταχυντή κατά τη φάση RUN 3.

Ο πόλεμος και το μπλόκο σε ρώσους επιστήμονες

Στη διάρκεια μιας επίσκεψης που είχε πραγματοποιηθεί όσο ακόμη διαρκούσε η προηγούμενη διακοπή στη λειτουργία του επιταχυντή αδρονίων (LHC), ανάμεσα στα άλλα αξιοπρόσεκτα που παρατηρήσαμε ήταν και το πλήθος των ρώσων εργατοτεχνιτών και εργοδηγών που φαινόταν να βρίσκονται σε κάθε χώρο του επιταχυντή. Προφανώς είχαν επιλεγεί για την ικανότητά τους σε ό,τι έχει σχέση με μοντάρισμα, καλωδίωση και κάθε είδους συγκολλήσεις. Η Ρωσία, αν και δεν ήταν πλήρες μέλος στην ευρωπαϊκή αυτή επιστημονική κοινότητα, είχε σημαντική συμμετοχή στη ζωή της. Πριν από λίγο καιρό υπολογιζόταν πως το 8% των 12.000 επιστημόνων που εργάζονται εκεί, περίπου χίλια άτομα δηλαδή, ήταν ρώσοι υπήκοοι. Στις 7 Μαρτίου όμως πάρθηκε η απόφαση, που ανακοινώθηκε την αμέσως επόμενη ημέρα, ότι με τη σύμφωνη γνώμη και των 23 εταίρων (μέσα σε αυτούς είναι και η Ελλάδα) σταματούν κάθε είδους νέες συνεργασίες με το ρωσικό κράτος και τους επιστημονικούς οργανισμούς του μέχρι νεωτέρας εξαιτίας της εισβολής στην Ουκρανία. Οι εταίροι αποφάσισαν να κάνουν το ίδιο και για τη Λευκορωσία (υποστηρίκτρια της εισβολής) καθώς και να άρουν το στάτους του παρατηρητή που είχε το ρωσικό κράτος στα όσα λάμβαναν χώρα στο CERN. Εκφραζόταν όμως η υποστήριξη προς όποιους από τους εργαζόμενους εκεί ρώσους επιστήμονες ήταν αντίθετοι στην εισβολή.
Στα παραπάνω, πριν τελειώσει ο μήνας Μάρτιος, προστέθηκαν νέα μέτρα. Οι εταίροι αποφάσισαν την άρση κάθε συμμετοχής επιστήμονα του CERN σε ερευνητικά ιδρύματα σε Ρωσία και Λευκορωσία και αντίστροφα. Ακύρωσαν κάθε προγραμματισμένη κοινή εκδήλωση μεταξύ των δυο μερών. Εβαλαν στον πάγο κάθε ήδη συμφωνημένο συμβόλαιο που είχε γίνει για ιδιώτες που ανήκουν σε επιστημονικά ιδρύματα της Ρωσίας και της Λευκορωσίας. Στο πλαίσιο αυτών των αποφάσεων, το CERN απαγόρευσε τη συμμετοχή επιστημόνων του στις κοινές εργασίες με το ρωσικό Joint Institute for Nuclear Research (JINR), ακύρωσε τις κοινές εκδηλώσεις, δεν θα προχωρήσει σε νέες και ανέστειλε το καθεστώς παρατηρητή και για τα δυο μέρη. Και επιφυλάσσεται, στη Σύνοδο του Ιουνίου, για επανεκτίμηση και ίσως νέα μέτρα κατά των οργανισμών που εκδήλωσαν την υποστήριξή τους στη ρωσική εισβολή.

https://www.tovima.gr/2022/05/13/science/o-epitaxyntis-tou-cern-zontaneyei-ksana/

Δροσος Γεωργιος · Μάιος 16, 2022

Από την πολυμορφία στην ενότητα: Τα «δίδυμα» πειράματα UA1 και UA2 και το πρώτο Βραβείο Νόμπελ του CERN.

Ο Carlo Rubbia και ο ανιχνευτής του πειράματος UA1

*Ο Γρηγόρης Πανουτσόπουλος είναι υποψήφιος διδάκτορας του Τμήματος Ιστορίας και Φιλοσοφίας της Επιστήμης, στη Σχολή Θετικών Επιστημών του ΕΚΠΑ. Ο Θόδωρος Αραμπατζής είναι καθηγητής στο ίδιο Τμήμα.Ερωτήματα γύρω από την ενότητα (unity) της επιστήμης, όπως, π.χ., το αν υπάρχει μία ενιαία μέθοδος που διέπει όλους τους επιστημονικούς κλάδους, έχουν απασχολήσει επί δεκαετίες τους ιστορικούς και τους φιλοσόφους της επιστήμης. Στην πρόσφατη βιβλιογραφία κυριαρχεί μια τάση αμφισβήτησης της ενότητας της επιστήμης και τονίζεται η πολυμορφία (disunity) των επιστημονικών μεθόδων και πρακτικών. Σε μια πρόσφατη δημοσίευση επιδιώξαμε να εμπλουτίσουμε αυτόν τον προβληματισμό, εστιάζοντας στη συλλογική παραγωγή γνώσης από μεγάλους επιστημονικούς οργανισμούς. Επιχειρήσαμε να υπερβούμε το δίπολο ενότητα/πολυμορφία, αξιοποιώντας και τις δύο αυτές έννοιες ως αναλυτικές κατηγορίες για την ιστορική ανασυγκρότηση μιας κορυφαίας πειραματικής ανακάλυψης στο CERN.[1] Το CERN είναι ένας ιδιαίτερα σύνθετος επιστημονικός οργανισμός, που αποτελείται από εκατοντάδες ερευνητικές ομάδες διαφορετικών εθνικοτήτων, διασκορπισμένες σε ολόκληρο τον κόσμο. Επιπλέον, είναι ένας οργανισμός στον οποίο επιστήμονες με διαφορετική εξειδίκευση και ποικίλες δεξιότητες (θεωρητικοί και πειραματικοί φυσικοί, μηχανικοί και τεχνικοί, μεταξύ άλλων) καλούνται να συνεργαστούν. Η έλλειψη ομοιογένειας είναι, ως εκ τούτου, εμφανής. Ωστόσο, αυτή η ετερογένεια εξισορροπείται από συγκεκριμένους μηχανισμούς, όπως οι οργανωμένες συνεργασίες, οι κοινοί κώδικες επικοινωνίας, οι δομημένες ιεραρχίες, οι κοινές πολιτικές δημοσιεύσεων, οι ενιαίες ερευνητικές πολιτικές και τα συντονισμένα οργανογράμματα. Μέσω αυτών των μηχανισμών, το CERN κατορθώνει να διατηρήσει την ενότητα του. Είναι σημαντικό να τονιστεί ότι οι μηχανισμοί που διασφαλίζουν την ενότητα του CERN δεν υπήρχαν από την ίδρυσή του, αλλά αναπτύχθηκαν μέσα από την εμπειρία πολλών χρόνων. Η σταδιακή επίτευξη της ενότητας του οργανισμού ήταν καταλυτική στο να τον καταστήσει ανταγωνιστικό με τα αντίστοιχα γιγαντιαία εργαστήρια των ΗΠΑ.Στις αρχές τις δεκαετίας του 1980, και μετά από συνεχόμενες σημαντικές ανακαλύψεις των αμερικανικών εργαστηρίων σωματιδιακής φυσικής, όπως το μεσόνιο J/ψ, στο Stanford και στο Brookhaven National Laboratory, το λεπτόνιο ταυ, στο Stanford, και το b quark, στο Fermilab, το CERN δέχεται μεγάλες πιέσεις για την επίτευξη μιας εξίσου σημαντικής πειραματικής ανακάλυψης. Τίθεται ως στόχος, λοιπόν, η ανακάλυψη των μποζονίων W και Ζ, τα οποία είχαν προβλεφθεί με μεγάλη θεωρητική ακρίβεια από το λεγόμενο Καθιερωμένο Πρότυπο, την επικρατέστερη έως και σήμερα θεωρία για την περιγραφή και ταξινόμηση των δομικών συστατικών της ύλης καθώς και των μεταξύ τους αλληλεπιδράσεων. Τα συγκεκριμένα μποζόνια περιγράφονταν από το Καθιερωμένο Πρότυπο ως φορείς της ασθενούς αλληλεπίδρασης και η ανακάλυψη τους θα ήταν καταλυτική για να προσδώσει στο συγκεκριμένο θεωρητικό μοντέλο την εγκυρότητα που το χαρακτηρίζει μέχρι και σήμερα. Το CERN δεν αρκέστηκε σε ένα μόνο πείραμα για τον συγκεκριμένο σκοπό, αλλά πραγματοποίησε δύο «δίδυμα» πειράματα, τα UA1 και UA2 , με δύο διαφορετικούς ανιχνευτές σωματιδίων, όπου το ένα θα ήλεγχε τα αποτελέσματα του άλλου. Οι ερευνητικές ομάδες των δύο αυτών πειραμάτων εργάζονταν ανεξάρτητα η μία από την άλλη και δεν αντάλλασσαν μεταξύ τους δεδομένα και αποτελέσματα. Κατ’ αυτόν τον τρόπο, το CERN επεδίωξε έναν τριπλό στόχο: Πρώτον, να διασφαλίσει την αξιοπιστία και τη φήμη του, αποφεύγοντας τυχόν λάθος αναλύσεις δεδομένων. Δεύτερον, να πραγματοποιήσει την ανακάλυψη εντός των Ευρωπαϊκών συνόρων, χωρίς να απαιτηθεί η επιβεβαίωση της από κάποιο πείραμα στην αντίπερα όχθη του Ατλαντικού. Τρίτον, να διεκδικήσει το Νόμπελ Φυσικής άμεσα, χωρίς να περιμένει επιβεβαίωση από κάποιο μελλοντικό πείραμα. Αυτό ήταν σημαντικό πλεονέκτημα, δεδομένου του πυρετώδους ανταγωνισμού ανάμεσα στα μεγάλα εργαστήρια σωματιδιακής φυσικής εκείνης της εποχής γύρω από τα Νόμπελ. Παρά τον έντονο συναγωνισμό που υπήρχε ανάμεσα στα δύο πειράματα, αυτά δρούσαν συμπληρωματικά μεταξύ τους, ως ένας ενιαίος μηχανισμός. Το UA1 ηγούνταν αυτής της προσπάθειας, ενώ το UA2 είχε περισσότερο τον ρόλο του ελεγκτικού πειράματος. Η συμπληρωματικότητα των δύο πειραμάτων αποτυπωνόταν ακόμα και στις πειραματικές πρακτικές και τις νοοτροπίες των δύο ομάδων, όπως επίσης και στην αρχιτεκτονική των ανιχνευτών τους. Το UA1 είχε ως επικεφαλής τον εξαιρετικά φιλόδοξο και τολμηρό Carlo Rubbia, ενώ το UA2 τον πολύ πιο συνετό και προσεκτικό Pierre Darriulat. Επιπλέον, ο ανιχνευτής του UA1 είχε σχεδιαστεί ως μια πολύπλοκη, τεχνολογικά προηγμένη μηχανή με πολλαπλούς ερευνητικούς στόχους, σε αντίθεση με τον ανιχνευτή του UA2 που βασιζόταν σε παλαιότερες δοκιμασμένες τεχνολογίες και ήταν επικεντρωμένος αποκλειστικά στην ανίχνευση των W και Z. Η ερευνητική στρατηγική των «δίδυμων πειραμάτων» αποτέλεσε το επισφράγισμα της ισορροπίας του CERN ανάμεσα στην «ενότητα» και την «πολυμορφία» και λειτούργησε ως πρότυπο σε πολλά μεταγενέστερα πειράματα στη Φυσική Υψηλών Ενεργειών.

Ο ανιχνευτής του πειράματος UA2

https://physicsgg.me/2022/05/13/από-την-πολυμορφία-στην-ενότητα-τα-δί/

Δροσος Γεωργιος · Μάιος 30, 2022

Οι μυστηριώδεις ισομερείς πυρήνες.

Παρότι οι ισομερείς πυρήνες ανακαλύφθηκαν πριν από έναν αιώνα, οι φυσικοί εξακολουθούν να ξετυλίγουν τα μυστήριά τους

Ο βραβευμένος με Νόμπελ Otto Hahn πιστώνεται με την ανακάλυψη της πυρηνικής σχάσης. H σχάση των πυρήνων ήταν μια από τις σημαντικότερες ανακαλύψεις του 20ου αιώνα, ωστόσο ο Hahn θεωρούσε μια άλλη ανακάλυψη ως το σημαντικότερο επιτεύγμά του.Το 1921, όταν μελετούσε το φαινόμενο της ραδιενέργειας στο Ινστιτούτο Χημείας Kaiser Wilhelm στο Βερολίνο της Γερμανίας, παρατήρησε κάτι που δεν μπορούσε να εξηγήσει. Ένα από τα στοιχεία με τα οποία δούλευε δεν συμπεριφερόταν όπως θα έπρεπε. Ο Hahn είχε ανακαλύψει εν αγνοία του το πρώτο πυρηνικό ισομερές, έναν ατομικό πυρήνα του οποίου τα πρωτόνια και τα νετρόνια είναι διατεταγμένα διαφορετικά από την συνηθισμένη μορφή του στοιχείου, με αποτέλεσμα να έχει ασυνήθιστες ιδιότητες. Χρειάστηκαν άλλα 15 χρόνια ανακαλύψεων στην πυρηνική φυσική για να ερμηνευθούν οι παρατηρήσεις του Hahn.Το πιο συνηθισμένο μέρος όπου βρίσκει κανείς ισομερείς πυρήνες είναι το εσωτερικό των άστρων, όπου διαμέσου διαδοχικών πυρηνικών αντιδράσεων δημιουργούνται τα στοιχεία του περιδικού πίνακα. Οι επιστήμονες δεν παύουν να να διερευνούν το πώς τα ισομερή μπορούν να χρησιμοποιηθούν προς όφελος της ανθρωπότητας. Ήδη χρησιμοποιούνται στην ιατρική και θα μπορούσαν μια μέρα να προσφέρουν καλύτερες εναλλακτικές αποθήκευσης ενέργειας στην μορφή πυρηνικών μπαταριών.

Κυνηγώντας ραδιενεργά ισότοπα

Στις αρχές του 1900, οι επιστήμονες επιδίδονταν στο κυνήγι νέων ραδιενεργών στοιχείων. Ένα στοιχείο θεωρείται ραδιενεργό εφόσον απελευθερώνει αυθόρμητα σωματίδια με μια διαδικασία που ονομάζεται ραδιενεργή διάσπαση. Όταν συμβαίνει αυτό, το στοιχείο μετατρέπεται με την πάροδο του χρόνου σε διαφορετικό στοιχείο. Εκείνη την εποχή, οι επιστήμονες βασίζονταν σε τρία κριτήρια για την ανακάλυψη και περιγραφή ενός νέου ραδιενεργού στοιχείου. Το ένα ήταν να διερευνήσουν τις χημικές του ιδιότητες – πώς το νέο στοιχείο αντιδρά με άλλες ουσίες. Μετρούσαν επίσης τον τύπο και την ενέργεια των σωματιδίων που εκπέμπονταν κατά τη διάρκεια της ραδιενεργού διάσπασης. Και τέλος, θα μετρούσαν πόσο γρήγορα γινόταν η διάσπασή του. Οι ρυθμοί διάσπασης περιγράφονται χρησιμοποιώντας τον όρο ημιζωή, τον χρόνο δηλαδή που απαιτείται για να διασπαστεί η μισή ποσότητα του αρχικού δείγματος των ραδιενεργών πυρήνων στα προίόντα διάσπασης.Από την δεκαετία του 1920, οι φυσικοί είχαν ανακαλύψει ορισμένες ραδιενεργές ουσίες με τις ίδιες χημικές ιδιότητες, αλλά με διαφορετικούς χρόνους ημιζωής. Αυτά ονομάζονται ισότοπα. Τα ισότοπα είναι διαφορετικές εκδοχές του ίδιου στοιχείου που έχουν τον ίδιο αριθμό πρωτονίων στον πυρήνα τους, αλλά διαφορετικούς αριθμούς νετρονίων.

Γραμματόσημο για τον Otto Hahn, Γερμανία 1979

Το ουράνιο είναι ένα ραδιενεργό στοιχείο με πολλά ισότοπα, δύο από τα οποία αποτελούν φυσικό συστατικό γήινων πετρωμάτων. Αυτά τα φυσικά ισότοπα ουρανίου διασπώνται προς το στοιχείο θόριο, το οποίο με τη σειρά του διασπάται σε πρωτακτίνιο και το καθένα από αυτά έχει τα δικά του ισότοπα. Ο Hahn και η συνεργάτης του Lise Meitner ήταν οι πρώτοι που ανακάλυψαν και εντόπισαν πολλά διαφορετικά ισότοπα που προέρχονται από τη διάσπαση του στοιχείου ουρανίου.Όλα τα ισότοπα που μελέτησαν συμπεριφέρθηκαν με τον αναμενόμενο τρόπο, εκτός από ένα. Αυτό το ισότοπο φαινόταν να έχει τις ίδιες ιδιότητες με ένα από τα άλλα, αλλά ο χρόνος ημιζωής του ήταν μεγαλύτερος. Αυτό δεν είχε νόημα, καθώς ο Hahn και η Meitner είχαν ταξινομήσει όλα τα γνωστά ισότοπα ουρανίου και δεν υπήρχαν κενές θέσεις για να τοποθετηθεί ένα νέο ισότοπο. Ονόμασαν αυτή την ουσία «ουράνιο Ζ».Το ραδιενεργό αποτύπωμα του ουρανίου Ζ ήταν περίπου 500 φορές ασθενέστερο από την ραδιενέργεια των άλλων ισοτόπων στο δείγμα, έτσι ο Hahn αποφάσισε να επιβεβαιώσει τις παρατηρήσεις του χρησιμοποιώντας μεγαλύτερο δείγμα. Προμηθεύτηκε και διαχώρισε χημικά ουράνιο από 100 κιλά εξαιρετικά τοξικού και σπάνιου άλατος ουρανίου. Το εκπληκτικό αποτέλεσμα αυτού του δεύτερου, ακριβέστρερου πειράματος έδειξε ότι το μυστηριώδες ουράνιο Ζ, γνωστό τώρα ως πρωτακτίνιο-234, ήταν ένα ήδη γνωστό ισότοπο, αλλά με πολύ διαφορετικό χρόνο ημιζωής. Αυτή ήταν η πρώτη περίπτωση ισοτόπου με δύο διαφορετικούς χρόνους ημιζωής. Ο Hahn δημοσίευσε την ανακάλυψή του για το πρώτο πυρηνικό ισομερές, παρόλο που δεν μπορούσε να το εξηγήσει πλήρως.

Τα νετρόνια συμπληρώνουν την ιστορία

Την εποχή των πειραμάτων του Hahn στη δεκαετία του 1920, οι επιστήμονες εξακολουθούσαν να θεωρούν ότι τα άτομα αποτελούνται από πρωτόνια συγκεντρωμένα στον πυρήνα, ο οποίος περιβάλλεται από ίσο αριθμό ηλεκτρονίων. Μόλις το 1932 ο James Chadwick πρότεινε ότι ένα τρίτο σωματίδιο – τα νετρόνια – ήταν επίσης συστατικό του πυρήνα.Μελα τη νέα ανακάλυψη, οι φυσικοί μπόρεσαν αμέσως να εξηγήσουν τα ισότοπα – είναι πυρήνες με τον ίδιο αριθμό πρωτονίων και διαφορετικούς αριθμούς νετρονίων. Με αυτή τη γνώση, η επιστημονική κοινότητα είχε τελικά τα εργαλεία για να κατανοήσει το ουράνιο Ζ.Το 1936 ο Carl Friedrich von Weizsäcker πρότεινε ότι δύο διαφορετικές ουσίες θα μπορούσαν να έχουν τον ίδιο αριθμό πρωτονίων και νετρονίων στους πυρήνες τους αλλά σε διαφορετικές διατάξεις και με διαφορετικό χρόνο ημιζωής. Η διάταξη πρωτονίων και νετρονίων που έχει ως αποτέλεσμα την χαμηλότερη ενέργεια είναι η πιο σταθερή και ονομάζεται θεμελιώδης κατάσταση. Οι διατάξεις ενός ισοτόπου που προκύπτουν σε υψηλότερες ενέργειες είναι λιγότερο σταθερές και ονομάζονται ισομερείς καταστάσεις. Ο λόγος που σχηματίζονται τέτοιες μακρόβιες μετασταθείς καταστάσεις είναι γιατί απαιτείται μεγάλη μεταβολή πυρηνικού σπιν προκειμένου να μεταβούν στη βασική κατάσταση. Η υψηλή μεταβολή του πυρηνικού σπιν τις κάνει ‘απαγορευμένες μεταβάσεις΄ καθυστερώντας την αποδιέγερση, κάτι που αυξάνει τον χρόνο ημιζωής. Καταστάσεις με μέσο χρόνο αποδιέγερσης μεγαλύτερο από 0,1 sec χαρακτηρίζονται ως ισομερείς και συμβολίζονται με τον δείκτη m (στην περίπτωση των ισοτόπων με περισσότερα από ένα ισομερή, m2, m3 κλπ.), ενώ για το φαινόμενο έχει καθιερωθεί ο όρος πυρηνικός ισομερισμός.Αρχικά, η επιστημονική κοινότητα χρησιμοποιούσε τα πυρηνικά ισομερή μόνο ως μέσο κατανόησης της συμπεριφοράς των πυρήνων. Αλλά μόλις κατανοήσετε τις ιδιότητες ενός ισομερούς, είναι πιθανό να αρχίσετε να ρωτάτε σε τι χρησιμεύουν.

Τα ισομερή στην ιατρική και την αστρονομία

Τα ισομερή έχουν σημαντικές εφαρμογές στην ιατρική και χρησιμοποιούνται σε δεκάδες εκατομμύρια διαγνώσεις ετησίως. Δεδομένου ότι τα ισομερή υφίστανται ραδιενεργό διάσπαση, ειδικές κάμερες μπορούν να τα παρακολουθούν καθώς κινούνται μέσα στο σώμα. Ίσως το πιο διαδεμένο ισότοπο στην ιατρική διάγνωση είναι το ^99mTc (τεχνήτιο-99m) που δημιουργήθηκε στο Κέντρο Ερευνών Brookhaven National Laboratory περί το 1965 και πλέον κατασκευάζεται για τις ανάγκες των νοσοκομείων.Το τεχνήτιο-99m είναι ένα ισομερές του τεχνήτιου-99. Το εν λόγω ισομερές έχει χρόνο ημιζωής 6 ώρες, και καθώς διασπάται, εκπέμπει φωτόνια. Χρησιμοποιώντας ανιχνευτές φωτονίων, οι γιατροί μπορούν να παρακολουθήσουν πώς το τεχνήτιο-99m κινείται σε όλο το σώμα και να δημιουργήσουν εικόνες της καρδιάς, του εγκεφάλου, των πνευμόνων και άλλων βασικών οργάνων για να βοηθήσουν στη διάγνωση ασθενειών, συμπεριλαμβανομένου και του καρκίνου. Τα ραδιενεργά στοιχεία είναι συνήθως επικίνδυνα επειδή εκπέμπουν φορτισμένα σωματίδια που βλάπτουν τους ιστούς του σώματος. Τα ισομερή όπως το τεχνήτιο είναι ασφαλή για ιατρική χρήση επειδή εκπέμπουν μόνο ένα, αβλαβές φωτόνιο κάθε φορά καθώς διασπώνται και τίποτα άλλο.

Επίσης, τα πυρηνικά ισομερή είναι σημαντικά στην αστρονομία και την αστροφυσική. Τα άστρα ακτινοβολούν την ενέργεια που απελευθερώνουν οι πυρηνικές αντιδράσεις που πραγματοποιούνται στο εσωτερικό τους. Δεδομένου ότι στα άστρα υπάρχουν ισομερείς πυρήνες, οι πυρηνικές αντιδράσεις τους είναι διαφορετικές από ό,τι αν οι πυρήνες βρίσκονταν στη θεμελιώδη τους κατάσταση. Αυτό καθιστά τη μελέτη των ισομερών κρίσιμη για την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο τα άστρα παράγουν όλα τα στοιχεία του σύμπαντος.

Τα ισομερή στο μέλλον

Έναν αιώνα αφότου ο Hahn ανακάλυψε για πρώτη φορά ισομερή, οι επιστήμονες εξακολουθούν να ανακαλύπτουν νέα ισομερή σε διάφορα εργαστήρια επιταχυντών ανά τον κόσμο, όπως η εγκατάσταση για δέσμες σπάνιων ισοτόπων στο πανεπιστήμιο του Michigan. Αναμένεται ότι θα μελετήσει περισσότερα από 1.000 νέα ισότοπα και ισομερή.Οι επιστήμονες διερευνούν επίσης την πιθανή χρήση των πυρηνικών ισομερών στην κατασκευή του ακριβέστερου ρολογιού στον κόσμο ή την δυνατότητα τα ισομερή να αποτελέσουν τη βάση για την επόμενη γενιά μπαταριών. Περισσότερα από 100 χρόνια μετά την ανίχνευση μιας μικρής ανωμαλίας στο άλας ουρανίου, οι επιστήμονες εξακολουθούν να αναζητούν νέα ισομερή και μόλις άρχισαν να αποκαλύπτουν την μεγάλη προοπτική αυτού του συναρπαστικού τομέα της φυσικής.

https://physicsgg.me/2022/05/28/οι-μυστηριώδεις-ισομερείς-πυρήνες/

Δροσος Γεωργιος · Μάιος 31, 2022

Τι τρέχει με τη μάζα του μποζονίου W;

Το πείραμα CDF (Collider Detector at Fermilab) μέτρησε την μάζα του μποζονίου W και κατέληξε σε μια τιμή που κανείς δεν περίμενε.

header_whats_up_with_the_w_boson_mass.jp

Ο καθηγητής φυσικής στο Πανεπιστήμιο Ντιούκ, Ashutosh Kotwal, συμβουλεύει πάντα τους φοιτητές του να λύνουν τα προβλήματα των βιβλίων τους μόνοι τους, χωρίς προηγουμένως να τα έχουν συζητήσει με τους συμμαθητές τους. «Αν εξαρχής συζητάτε πάρα πολύ μεταξύ σας, μπορεί να καταλήξετε να αναπαράγετε τις σκέψεις κάποιου άλλου. Προσπαθείστε όσο το δυνατόν περισσότερο μόνοι σας και δείτε πόσο μακριά μπορείτε να φτάσετε. Μόλις τελειώσετε, τότε – και μόνο τότε – συζητείστε με τους συμφοιτητές σας και συγκρίνετε τα αποτελέσματά σας».Ως ερευνητές, ο Kotwal και οι συνάδελφοί του εφαρμόζουν την ίδια μεθοδολογία. Ανεξάρτητες ομάδες επιστημόνων αντιμετωπίζουν τα ίδια θεμελιώδη προβλήματα χρησιμοποιώντας διαφορετικούς ανιχνευτές και τεχνικές. Μόνο αφού κάνουν την μέτρησή τους, οι φυσικοί συγκρίνουν τη μεθοδολογία και τα αποτελέσματά τους με τα αντίστοιχα άλλων πειραμάτων.Αλλά σε αντίθεση με τους φοιτητές του Kotwal, η σωστή απάντηση δεν αναγράφεται στο πίσω μέρος κάποιου βιβλίου.Ο Kotwal συμμετέχει στο πείραμα CDF στον επιταχυντή του Fermilab, στις ΗΠΑ. Τα τελευταία 27 χρόνια, αυτός και οι συνάδελφοί του εργάστηκαν για τη μέτρηση της μάζας του μποζονίου W, του στοιχειώδους σωματιδίου που είναι ο φορέας της ασθενούς πυρηνικής δύναμης. Δημοσίευσαν την πιο πρόσφατη μέτρησή τους στο περιοδικό Science τον Απρίλιο. Η μετρηθείσα μάζα του μποζονίου W σύμφωνα με την δημοσίευση ήταν: m_exp=80433,5±9,4 MeV, αρκετά μεγαλύτερη από την θεωρητικά αναμενόμενη τιμή σύμφωνα με το Καθιερωμένο Πρότυπο: m_th=80357±6 MeV. Από το 1983, όταν ανακαλύφθηκε το μποζόνιο W, οι φυσικοί σε οκτώ διαφορετικά πειράματα μέτρησαν τη μάζα του συνολικά 10 φορές. Κάθε φορά, η μέτρηση βρίσκονταν κοντά στο εύρος που προβλέπει Καθιερωμένο μοντέλο. Αλλά αυτή τη φορά, προς έκπληξη όλων, η μάζα του βρέθηκε πιο μακριά απ’ ότι αναμενόταν.«Γνωρίζαμε ότι το πείραμα CDF εργαζόταν πάνω σε αυτό», λέει ο Mika Vesterinen, φυσικός του πανεπιστημίου Warwick. «Θα μπορούσαμε παίρνοντας υπόψιν την παλαιότερη μέτρησή τους το 2012, να μαντέψουμε πόσο μικρότερο θα ήταν το σφάλμα της νέας μέτρησης. Όμως εκέινο που προκάλεσε σοκ ήταν η κεντρική τιμή.. Δεν το περιμέναμε».

Οι διάφορες τιμές της μάζας του μποζονίου W που μετρήθηκαν πειραματικά. Οι τελευταίες και πιο ακριβείς μετρήσεις αποκλίνουν μυστηριωδώς από την θεωρητική πρόβλεψη του Καθιερωμένου Προτύπου (SM) των στοιχειωδών σωματιδίων

Οι θεωρητικοί δημοσίευσαν αμέσως δεκάδες μελέτες όπου εικάζουν ποιά νέα φυσική θα μπορούσε να ενισχύσει τη μάζα του μποζονίου W. «Δεν συμφωνεί με τη θεωρία, επομένως σίγουρα κάτι πάει στραβά», λέει ο Matthias Schott, πειραματικός φυσικός και καθηγητής στο πανεπιστήμιο Johannes Gutenberg στο Mainz. «Ή η θεωρία μας είναι λάθος, ή η μέτρηση είναι λάθος.»

Μια πράξη εξισορρόπησης
Στην αστρονομία, οι μάζες και οι κινήσεις των διαφόρων ουράνιων σωμάτων επηρεάζουν η μία την άλλη. Αυτές οι αλληλεπιδράσεις επιτρέπουν στους επιστήμονες να χρησιμοποιούν τις γνωστές μετρήσεις για να κάνουν νέες ανακαλύψεις. Οι διαταραχές στην τροχιά του Ουρανού, για παράδειγμα, επέτρεψαν στους επιστήμονες να συμπεράνουν την ύπαρξη του Ποσειδώνα πολύ πριν καταφέρουν να τον παρατηρήσουν με τηλεσκόπιο.Τα θεμελιώδη σωματίδια συμμετέχουν σε μια παρόμοια πράξη εξισορρόπησης, οι κανόνες της οποίας περιγράφονται από το Καθιερωμένο Μοντέλο, την καλύτερη περιγραφή που έχουν οι επιστήμονες για τον υποατομικό κόσμο. Όσο καλύτερα κατανοούν οι επιστήμονες ένα σωματίδιο, τόσο καλύτερα μπορούν να εκτιμήσουν και τις ιδιότητες άλλων.Ο Schott θυμάται ότι εφάρμοσε αυτήν την αρχή στην έρευνά του ως μέλος του ATLAS στο CERN λίγο πριν την έναρξη λειτουργίας του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων. Σύμφωνα με τον Schott: Πριν από την ανακάλυψη του μποζονίου Higgs, χρησιμοποιούσαμε τη μάζα του μποζονίου W για να περιορίσουμε το εύρος μάζας όπου θα μπορούσε να βρίσκεται το μποζόνιο Higgs. Μετά την ανακάλυψη του μποζονίου Higgs, οι επιστήμονες έτρεξαν τις εξισώσεις αντίστροφα για να προβλέψουν τη μάζα του μποζονίου W με μεγαλύτερη ακρίβεια. Όταν ανακαλύψαμε το Higgs το 2012, άλλαξε το παιχνίδι. Το Καθιερωμένο Πρότυπο μπορεί να προβλέψει τη μάζα του μποζονίου W με εκπληκτική ακρίβεια. Μετράτε πολλές ποσότητες – μία από τις οποίες είναι το μποζόνιο Higgs – τις βάζετε σε έναν μεγάλο τύπο και παίρνετε πίσω την προβλεπόμενη μάζα του μποζονίου W. Σύμφωνα με τον Schott, εφόσον η νέα μέτρηση του CDF είναι σωστή, τότε κάτι πρέπει να λείπει από τη θεωρία. Επομένως χρειάζεται νέα φυσική.Ωστόσο, οι επιστήμονες πριν αρχίσουν να υιοθετούν νέες θεωρίες, πρέπει να διερευνήσουν αρκετά πράγματα. Ενώ πολλές μετρήσεις στη φυσική συμφωνούν μεταξύ τους, δεν είναι ασυνήθιστο τα αποτελέσματα διαφορετικών πειραμάτων να διαφωνούν. Η μάζα του μποζονίου W ήταν ιδιαίτερα αινιγματική επειδή τα μποζόνια W είναι δύσκολο να μετρηθούν.

Ο αρχές διατήρησης
Ως υποψήφιος διδάκτορας του Fermilab στα τέλη της δεκαετίας του 2000, ο Vesterinen γοητεύθηκε από την πολυπλοκότητα των μετρήσεων μάζας του μποζονίου W. «Ήταν το αποκορύφωμα των προγραμμάτων CDF και DZero», λέει ο Vesterinen. «Κοίταζα με δέος σε αυτές τις μετρήσεις». Μια δεκαετία αργότερα, αποφάσισε να αντιμετωπίσει την ίδια μέτρηση στο πείραμα LHCb.Τα μποζόνια W, όπως τα περισσότερα στοιχειώδη σωματίδια με μεγάλη μάζα, είναι τόσο βραχύβια που οι φυσικοί δεν τα βλέπουν ποτέ απευθείας. Ανιχνεύουν τα προϊόντα διάσπασης του μποζονίου W και μετρούν τη ορμή τους.«Γνωρίζουμε από τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα ότι η ορμή του αρχικού σωματιδίου πρέπει να είναι ίση με την ορμή των άλλων σωματιδίων στα οποία διασπάται», λέει ο Kotwal. Οι φυσικοί γνωρίζουν ήδη την μάζα των προϊόντων διάσπασης, επομένως χρησιμοποιώντας τις αρχές της διατήρησης της ενέργειας και της ορμής, μπορούν να υπολογίσουν τη μάζα του αρχικού σωματιδίου μετρώντας την ενέργεια και την τροχιά των σωματιδίων-προιόντων της διάσπασης.Αυτό που κάνει τη μέτρηση της μάζας του μποζονίου W τόσο δύσκολη είναι ότι μόνο τα μισά από τα υποπροϊόντα είναι ορατά. Τα μποζόνια W διασπώνται προς ένα νετρίνο που συνοδεύεται από ένα ηλεκτρόνιο ή ένα μιόνιο. Όμως, δεν μπορούμε να μετρήσουμε τα νετρίνα, κι αυτό δημιουργεί το μεγάλο πρόβλημα.Τα νετρίνα είναι σωματίδια-φαντάσματα που σπάνια αλληλεπιδρούν με τη συνηθισμένη ύλη. Το να δούμε ένα νετρίνο που προέρχεται από την διάσπαση μποζονίου W σε έναν ανιχνευτή είναι φυσικώς αδύνατο. Στην άλγεβρα του γυμνασίου, μαθαίνουμε ότι η επίλυση μιας εξίσωσης με δύο αγνώστους είναι αδύνατη. Έτσι, ο προσδιορισμός της ορμής των μποζονίων W πριν την διάσπασή τους, δεν εύκολος.

Πώς το έκαναν
Επειδή τα μισά από τα προϊόντα διάσπασης του μποζονίου W είναι αόρατα, οι επιστήμονες έπρεπε να βεβαιωθούν ότι αυτό που μπορούσαν να μετρήσουν, θα είχε την μεγαλύτερη δυνατή ακρίβεια. Σύμφωνα με τον Kotwal, μια μέτρηση είναι τόσο καλή όσο τα εργαλεία που χρησιμοποιείτε. Αν προσπαθήσω να μετρήσω το ύψος σου με έναν χάρακα, ίσως θα μπορούσα να φτάσω στην ακρίβεια του χιλιοστού. Αλλά πώς μπορώ να ξέρω ότι ο χάρακάς μου είναι σωστά βαθμονομημένος;Πριν επιχειρήσουν την μέτρηση της μάζας του μποζονίου W, ο Kotwal και οι συνεργάτες του βαθμονόμησαν τον ανιχνευτή τους ξαναμετρώντας την μάζα ενός σωματιδίου που ήδη γνώριζαν με εξαιρετική ακρίβεια: την μάζα του μεσονίου J/ψ, το οποίο ανακαλύφθηκε το 1974 και συνίσταται από δύο γοητευτικά κουάρκ. Αφού λοιπόν επιβεβαίωσαν ξανά τη μάζα του σωματιδίου J/ψ, την χρησιμοποίησαν για να ξαναμετρήσουν τη μάζα ενός άλλου επίσης γνωστού σύνθετου σωματιδίου, του μεσονίου Ύψιλον, το οποίο αποτελείται από δύο κουάρκ πυθμένες. Τέλος, χρησιμοποίησαν και τις δύο μετρήσεις για να ξανα-μετρήσουν την μάζα του μποζονίου Z, ενός στενού συγγγενή του μποζονίου W, επίσης φορέα της ασθενούς αλληλεπίδρασης.Σύμφωνα με τον Kotwal: Χρησιμοποιήσαμε το πρώτο για να πάρουμε το δεύτερο, μετά το πρώτο και το δεύτερο για να πάρουμε το τρίτο, και τελικά και τα τρία για να πάρουμε την μάζα του μποζονίου W. Με αυτό τον τρόπο ενισχύονται οι έλεγχοι συνέπειας και ακρίβειας. Αναγκάζεσαι να κάνεις εξονυχιστικό έλεγχο σε κάθε βήμα.Κάθε μικρή λεπτομέρεια έχει σημασία, λέει ο Vesterinen. Για παράδειγμα, αν μετατοπίζαμε τον ανιχνευτή LHCb κατά το πλάτος μιας ανθρώπινης τρίχας, θα μετατοπίζαμε τη μάζα του μποζονίου W κατά 50 MeV [50 εκατομμύρια ηλεκτρονιοβόλτ]».Εκτός από τη βαθμονόμηση του ανιχνευτή, οι επιστήμονες χρειάστηκε να ξεδιαλύνουν τι συμβαίνει όταν τα μποζόνια W παράγονται μέσα στον επιταχυντή τους.Τα μποζόνια W παράγονται από τη σύγκρουση κουάρκ και αντικουάρκ, λέει ο Kotwal. Αυτά κινούνται πολύ γρήγορα, οπότε κάθε μποζόνιο W κινείται επίσης πολύ γρήγορα. Έπρεπε να καταλάβουμε πόσο γρήγορα κινούνταν και προς ποιά κατεύθυνση. Αυτό είναι το επίκεντρο όλων των πρόσθετων επιπλοκών που εμφανίζονται.Για να εκτιμήσουν πόσο γρήγορα κινούνταν κάθε μποζόνιο W πριν διασπαστεί, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν όλες τις διαθέσιμες πληροφορίες σχετικά με τον επιταχυντή, την δομή του πρωτονίου (και του αντι-πρωτονίου), την θεωρία σκέδασης και πολλές άλλες μετρήσεις από τον ανιχνευτή τους. Με αυτόν τον τρόπο, θα μπορούσαν να διακρίνουν τις ταχύτητες των μποζονίων W από έξω προς τα μέσα.Όλη η δουλειά απέδωσε: Η νέα μέτρηση του CDF είναι η πιο ακριβής μέτρηση της μάζας του μποζονίου W μέχρι σήμερα. Σύμφωνα με τον Schott, η μέτρηση είναι πραγματικά εντυπωσιακή όσον αφορά την ακρίβεια. Από την άποψη της βαθμονόμησης, είναι πραγματικά υπέροχη.Ωστόσο, το πιο ακριβές δεν σημαίνει απαραίτητα και το πιο σωστό. Ο Vesterinen το παρομοιάζει με τα σουτ στο μπάσκετ. Υψηλή ακρίβεια σημαίνει ότι πετάτε πάντα την μπάλα στο ίδιο σημείο, αλλά δεν σημαίνει ότι θα βάλετε το καλάθι.Πριν ξαναγράψει τους νόμους της φυσικής, η επιστημονική κοινότητα αναζητά οποιαδήποτε εναλλακτική εξήγηση στο γιατί αυτή η νέα μέτρηση είναι τόσο διαφορετική από ό,τι προβλέπει το Καθιερωμένο Μοντέλο.

Η μετρηθείσα μάζα του μποζονίου W από πείραμα CDF είναι: m_exp=80433,5±9,4 MeV, ενώ η θεωρητικά αναμενόμενη τιμή σύμφωνα με το Καθιερωμένο Πρότυπο είναι: m_th=80357±6 MeV

Συνταγή επιτυχίας
Καμία από τις μετρήσεις που έχουν κάνει οι επιστήμονες για την μάζα του μποζονίου W δεν ήταν ίδιες. Αυτό δεν εκπλήσσει τον Kotwal, ο οποίος παρομοιάζει την μέτρηση της μάζας ενός σωματιδίου με το μαγείρεμα του αγαπημένου του φαγητού, ταϊλανδέζικου κόκκινου κάρυ. Πρέπει να περιέχει ακριβώς την σωστή ποσότητα μπαχαρικών και φρέσκων λαχανικών, λέει. Ωστόσο, κάθε εστιατόριο το κάνει ελαφρώς διαφορετικά. Το ίδιο συμβαίνει και με τις μετρήσεις του μποζονίου W. Παρόλο που τα χρησιμοποιούμενα συστατικά και οι θεμελιώδεις αρχές είναι οι ίδιες, μικρές διαφορές μπορεί να συσσωρευτούν προκαλώντας σημαντικές αποκλίσεις.Σύμφωνα με τον Vesterinen, το επόμενο βήμα είναι να εξεταστούν τα συστατικά που χρησιμοποιήθηκαν στην ανάλυση του CDF και στη συνέχεια να δούμε τι θα προκύψει από τον LHC.Η επίλυση του προβλήματος δεν είναι εύκολη και θα βασανίσει στο μέλλον αρκετούς ερευνητές. Απαιτήθηκε τεράστια προσπάθεια από την ομάδα του πειράματος CDF για να καταλήξει στο πρόσφατο αποτέλεσμα. Η μέτρηση της μάζας του μποζονίου W θα αποτελέσει ασφαλώς μια από τις βασικές προτεραιότητες του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) στο CERN.

https://physicsgg.me/2022/05/30/τι-τρέχει-με-τη-μάζα-του-μποζονίου-w/

Δροσος Γεωργιος · Ιούνιος 20, 2022

To CERN διακόπτει τη συνεργασία με Ρωσία και Λευκορωσία.

O Ευρωπαϊκός Οργανισμός Πυρηνικής Έρευνας (CERN) ανακοίνωσε σήμερα ότι θα τερματίσει τις συμφωνίες συνεργασίας με τη Ρωσία και τη Λευκορωσία μετά τη λήξη τους, το 2024, λόγω του πολέμου στην Ουκρανία. Το διοικητικό συμβούλιο του CERN έλαβε χθες αυτήν την απόφαση και δηλώνει έτοιμο να επανεξετάσει τη συνεργασία με τις δύο χώρες «υπό το φως των εξελίξεων στην Ουκρανία».«Θα εξακολουθήσουμε να παρακολουθούμε στενά την κατάσταση και το Συμβούλιο είναι έτοιμο να λάβει νέες αποφάσεις υπό το φως της εξέλιξης της κατάστασης στην Ουκρανία», προστίθεται στην ανακοίνωση του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Πυρηνικής Έρευνας που στεγάζεις στη Γενεύη τον μεγαλύτερο επιταχυντή σωματιδίων στον κόσμο.Η απόφαση του CERN «επιβεβαιώνει την κατηγορηματική καταδίκη για την εισβολή στην Ουκρανία από τη Ρωσική Ομοσπονδία, με τη βοήθεια της Λευκορωσίας» αλλά αφήνει ανοιχτό το ενδεχόμενο να συνεχιστεί η επιστημονική συνεργασία εφόσον το επιτρέψουν οι συνθήκες στο μέλλον, εξήγησε η Φάμπιολα Τζανότι, η επικεφαλής του Οργανισμού. Το CERN, υπενθύμισε, ιδρύθηκε μετά τον Β΄ Παγκόσμιο Πόλεμο «προκειμένου να ενώσει τα έθνη και τους λαούς με την ειρηνική επιστημονική έρευνα».«Η επίθεση μιας χώρας εναντίον μιας άλλης αντίκειται στις αξίες» του Οργανισμού, σημειώνεται στην ανακοίνωση.

ce94ce95ce9d-ce9ece95cea7ce9dcea9.png?w=

Σύμφωνα με ανεπιβεβαίωτες πληροφορίες στο διοικητικό συμβούλιο του CERN αναφέρθηκε και η περίπτωση της σχέσης Τουρκίας-CERN, δεδομένου ότι η Τουρκία εξακολουθεί να κατέχει την μισή σχεδόν Κύπρο, μετά από στρατιωτική εισβολή. Όμως, το ευαισθητοποιημένο με το διεθνές δίκαιο συμβούλιο του CERN, θεώρησε ότι πρόκειται για διαφορετικές περιπτώσεις, αφού η επέμβαση της Τουρκίας δεν ήταν εισβολή και κατοχή, αλλά μια ερηνευτική επιχείρηση με σκοπό την προστασία των τουρκόφωνων και την απο-φασιστικοποίηση της Κύπρου.

Τον Μάρτιο, οι 23 χώρες μέλη του CERN ανέστειλαν «μέχρι νεωτέρας» το καθεστώς παρατηρητή που είχε δοθεί στη Ρωσία για τον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC). Ανεστάλη επίσης η συμμετοχή των επιστημόνων του CERN σε όλες τις επιστημονικές επιτροπές και τα ινστιτούτα που βρίσκονται στη Ρωσία και τη Λευκορωσία και αντιστρόφως. Ανεστάλησαν ή ακυρώθηκαν όλες οι εκδηλώσεις που θα διοργάνωνε το CERN με αυτούς τους οργανισμούς.Οι συμφωνίες συνεργασίας που υπογράφει το CERN με διάφορες χώρες είναι συνήθως πενταετούς διάρκειας και είθισται να ανανεώνονται για άλλα πέντε χρόνια. Η συμφωνία με τη Λευκορωσία λήγει τον Ιούνιο του 2024 και εκείνη με τη Ρωσία τον Δεκέμβριο του ίδιου έτους.

https://physicsgg.me/2022/06/17/to-cern-διακόπτει-τη-συνεργασία-με-ρωσία-και/

Δροσος Γεωργιος · Ιούνιος 20, 2022

Τα πρωτόνια ξανατρέχουν στο CERN

Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων επισκευάστηκε και τέθηκε σε λειτουργία ύστερα από τρία και πλέον χρόνια

Ο επιταχυντής θα λειτουργήσει έως το 2025. Στη συνέχεια, επί μία διετία, θα υποστεί αναβαθμίσεις. Στις πρόσφατες αλλαγές συγκαταλέγεται η αναβάθμιση των πελώριων ανιχνευτών που βρίσκονται στα τέσσερα σημεία διασταύρωσης, όπου συγκρούονται οι δέσμες πρωτονίων.

Ο επιταχυντής θα λειτουργήσει έως το 2025. Στη συνέχεια, επί μία διετία, θα υποστεί αναβαθμίσεις. Στις πρόσφατες αλλαγές συγκαταλέγεται η αναβάθμιση των πελώριων ανιχνευτών που βρίσκονται στα τέσσερα σημεία διασταύρωσης, όπου συγκρούονται οι δέσμες πρωτονίων. Φωτ. EPA / CERN

Καταστρώνοντας φιλόδοξα σχέδια και αισιοδοξώντας για το μέλλον, οι επιστήμονες έθεσαν τον Απρίλιο εκ νέου σε λειτουργία τον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Πυρηνικών Ερευνών, του πασίγνωστου CERN, στα περίχωρα της Γενεύης.Την τελευταία τριετία ο επιταχυντής ήταν ανενεργός, προκειμένου να γίνουν οι απαραίτητες επισκευές και αναβαθμίσεις. Τώρα, τα πρωτόνια ξανάρχισαν τον τρελό αγώνα δρόμου στην υπόγεια σήραγγα. Στις αρχές του επόμενου μήνα αναμένεται να γίνουν και οι συγκρούσεις των σωματιδίων, ώστε να παραχθούν σπινθήρες αρχέγονης ενέργειας. Οι ελπίδες των φυσικών αναπτερώθηκαν μετά την ολοκλήρωση των επισκευών και είναι πλέον έτοιμοι να ξεκινήσουν και πάλι το θαυμαστό κυνήγι στο δάσος των μυστικών του σύμπαντος.

Μυστικό

Πριν αναβαθμιστεί, ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων «έδειχνε» ότι η φύση πιθανώς να κρύβει κάποιο εντυπωσιακό μυστικό. Ο Μιτές Πατέλ, ειδικός στη σωματιδιακή φυσική, ερευνητής του Kολεγίου Imperial του Λονδίνου, πραγματοποιεί ένα πείραμα στο CERN. Η αισιοδοξία του έχει φτάσει στο μέγιστο δυνατό σημείο, διότι τα αποτελέσματα των προηγούμενων σταδίων της εργασίας του ήταν τα πλέον συναρπαστικά σε όλο τον επαγγελματικό του βίο. Πριν από μια δεκαετία, το CERN και οι επιστήμονες που εργάζονται εκεί βρέθηκαν στο επίκεντρο της δημοσιότητας, χάρη στην ανακάλυψη του μποζόνιου Χιγκς, το οποίο προσδίδει μάζα σε όλα τα υπόλοιπα σωματίδια στο σύμπαν. Ομως, τι άλλο μένει να ανακαλυφθεί; «Τα πάντα», απαντούν αποστομωτικά οι φυσικοί.Οταν το 2010 τέθηκε σε λειτουργία ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων, οι επιστήμονες ετοιμάστηκαν να αποκρυπτογραφήσουν τα μυστικά του σύμπαντος. Η συσκευή, η μεγαλύτερη και ισχυρότερη που κατασκευάστηκε ποτέ, ήταν σχεδιασμένη για τον εντοπισμό του «σωματιδίου του Θεού», του μποζονίου Χιγκς. Αυτό, άλλωστε, θεωρείται ο ακρογωνιαίος λίθος του καθιερωμένου προτύπου, της σημαντικότερης θεωρίας που επινόησε ο ανθρώπινος νους για να περιγράψει τη λειτουργία του σύμπαντος στη μικρότερη δυνατή κλίμακα. Αυτό, επίσης, εξηγεί όλα όσα έχουν καταφέρει να μετρήσουν οι επιστήμονες στον κόσμο των υποατομικών σωματιδίων.Ομως, σε αρκετά κομβικά ερωτήματα το καθιερωμένο πρότυπο αδυνατεί να απαντήσει. Από πού δημιουργήθηκε το σύμπαν; Τι είναι η σκοτεινή ύλη από την οποία κατακλύζεται; Πώς αποκτάει μάζα το μποζόνιο Χιγκς; Οι ειδικοί ήλπιζαν ότι με την έναρξη λειτουργίας του, το 2010, ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων θα έδινε όλες τις απαντήσεις. Αυτό, όμως, δεν συνέβη. Κατάφεραν να «δουν» το μποζόνιο Χιγκς, αλλά κανένα άλλο σωματίδιο που θα μπορούσε να προσφέρει κάποια ερμηνεία για τη φύση της σκοτεινής ύλης.Σύμφωνα με το υπάρχον χρονοδιάγραμμα, ο επιταχυντής θα λειτουργήσει έως το 2025 και στη συνέχεια θα τεθεί εκ νέου εκτός λειτουργίας, για άλλη μία διετία, ώστε να αναβαθμιστεί περαιτέρω. Ανάμεσα στις πρόσφατες αλλαγές ήταν η επιδιόρθωση των πελώριων ανιχνευτών που βρίσκονται στα τέσσερα σημεία διασταύρωσης, όπου συγκρούονται οι δέσμες πρωτονίων. Εργο τους είναι η ανάλυση των «υπολειμμάτων» που εντοπίζονται έπειτα από αυτές τις συγκρούσεις. Τον Ιούλιο, οι αναβαθμισμένοι ανιχνευτές θα πρέπει να αποδείξουν την αξία τους. Οι δεσμίδες πρωτονίων έχουν περιοριστεί σε εύρος αλλά έχουν αποκτήσει μεγαλύτερη ισχύ. Αυτό αυξάνει σημαντικά το ενδεχόμενο συγκρούσεων στα τέσσερα σημεία διασταύρωσης. Οι νέες συνθήκες αναμένεται να προκαλέσουν σύγχυση τόσο στους ανιχνευτές όσο και στους ηλεκτρονικούς υπολογιστές, που θα πρέπει να διαχωρίσουν σωματίδια από πολλαπλές ομάδες.

Συγκρούσεις

«Θα λαμβάνουμε δεδομένα με πολύ ταχύτερο ρυθμό απ’ ό,τι έχουμε συνηθίσει μέχρι σήμερα», εξηγεί ο Μιτές Πατέλ. «Από εκεί που είχαμε δύο συγκρούσεις σε καθένα από τα σημεία διασταύρωσης, τώρα θα έχουμε πέντε. Αυτό μας δυσκολεύει διότι πρέπει να εντοπίσουμε αυτό που αναζητάμε σε πολύ περισσότερες αλληλεπιδράσεις. Ταυτόχρονα, όμως, αυξάνονται οι πιθανότητες να το βρούμε».Ηδη, ορισμένα πειράματα έχουν υποδείξει την ύπαρξη «κενών» στο καθιερωμένο πρότυπο, που θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε ευρύτερη και ουσιαστικότερη θεώρηση του σύμπαντος, στη «μεγάλη ενοποιημένη θεωρία». Τα πειράματα αυτά αφορούν τις συμπεριφορές κάποιων υποατομικών σωματιδίων, με παράξενα ονόματα για τους μη εξοικειωμένους με τη σωματιδιακή φυσική. Ενα από αυτά είναι το μιόνιο. Τα μιόνια είναι γνωστά και ως «βαριά ηλεκτρόνια», διότι, παρότι έχουν το ίδιο αρνητικό φορτίο με αυτά, έχουν κατά 207 φορές μεγαλύτερη μάζα. Κανείς δεν μπορεί να προσδιορίσει ποια επακριβώς είναι η θέση τους στη «μεγάλη τάξη των πραγμάτων». Δημιουργήθηκαν από συγκρούσεις κοσμικών ακτίνων και σε παρόμοια συμβάντα στις σήραγγες των επιταχυντών. Η ραδιενεργός διάσπασή τους ολοκληρώνεται σε microseconds, δημιουργώντας ηλεκτρόνια και νετρίνο, την πιο παράξενη οντότητα που υπάρχει στη φυσική των στοιχειωδών σωματιδίων.

Περιδίνηση

Πέρυσι, 200 φυσικοί από το Εθνικό Εργαστήριο του Επιταχυντή Fermi (FermiLab) κατέγραψαν ότι η περιδίνηση μιονίων σε ένα μαγνητικό πεδίο είχε πολύ μεγαλύτερη ταχύτητα από αυτήν που προβλέπεται από το καθιερωμένο πρότυπο. Οι επιστήμονες αποδίδουν αυτή την αξιοσημείωτη απόκλιση στον κβαντικό ψίθυρο άγνωστων, προς το παρόν, σωματιδίων, τα οποία γεννιούνται γύρω από τα μιόνια, επηρεάζοντας τις ιδιότητές τους. Εάν επαληθευτεί η ύπαρξη αυτών των σωματιδίων, το καθιερωμένο πρότυπο θα καταρρεύσει. Ο Μιτές Πατέλ και οι συνεργάτες του ευελπιστούν ότι με τα στοιχεία που θα συγκεντρώσουν από τα πειράματά τους στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων θα φέρουν επανάσταση στην επιστήμη της Φυσικής. Αν έχουν δίκιο, θα το μάθουμε σύντομα.

https://www.kathimerini.gr/nytimes/561915679/ta-protonia-xanatrechoyn-sto-cern/

Το επεξεργάστηκε Ιούνιος 20, 2022 ο Δροσος Γεωργιος

Δροσος Γεωργιος · Ιούνιος 22, 2022

Αναζητώντας σπάνια ζεύγη μποζονίων Higgs.

Το 2012 οι φυσικοί ανακοίνωσαν την πολυπόθητη ανίχνευση του μποζονίου Higgs, ενός σωματιδίου που είναι πολύ δύσκολο να εντοπιστεί και έχει την ξεχωριστή ιδιότητα να προσδίδει μάζα σε άλλα θεμελιώδη σωματίδια. Η ανακάλυψη ορόσημο έγινε στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) του CERN στη Γενεύη της Ελβετίας.Τώρα, η ομάδα Compact Muon Solenoid (CMS), που καθοδηγείται από ερευνητές του Caltech, αναφέρει νέα αποτελέσματα στο περιοδικό Physical Review Letters σχετικά με το κυνήγι όχι ενός αλλά δύο μποζονίων Higgs (Search for nonresonant pair production of highly energetic Higgs bosons decaying to bottom quarks). Τα μποζόνια Higgs δημιουργούνται πολύ σπάνια στον LHC σε συγκρούσεις μεταξύ δύο πρωτονίων εξαιρετικά υψηλών ενεργειών. Ακόμη πιο σπάνια είναι η δημιουργία δύο μποζονίων Higgs από μια τέτοια σύγκρουση.Σύμφωνα με τον Si Xie, ενός από τους συγγραφείς της δημοσίευσης, αυτά τα ζεύγη των μποζονίων Higgs θα αλληλεπιδράσουν μεταξύ τους. Η ισχύς και η φύση αυτής της αυτο-αλληλεπίδρασης θα μας πει για την ιστορία του σύμπαντός μας, αλλά και για και την μελλοντική του εξέλιξη.Τα νέα αποτελέσματα συμβάλλουν στη δημιουργία μιας βελτιωμένη και πιο ευαίσθητης μεθόδου για την αναζήτηση των ζευγών μποζονίων Higgs στο μέλλον. Η μέθοδος ψάχνει για ζεύγη μποζονίων Higgs, τα οποία έχουν τόση ορμή ώστε τα προϊόντα διάσπασής τους να συγχωνεύονται σε έναν ενιαίο πίδακα σωματιδίων. Οι ερευνητές του Caltech αρχικά είχαν αναπτύξει αλγόριθμους μηχανικής μάθησης βασισμένους σε νευρωνικά δίκτυα για να χρησιμοποιηθούν στην αναζήτηση των υπογραφών απλών μποζονίων Higgs. Ο Xie και οι συνεργάτες του υιοθέτησαν αυτή τη μέθοδο και σχεδίασαν νέους αλγόριθμους που χρησιμοποιούν το ίδιο είδος πιδάκων για να εντοπίσουν τα εξαιρετικά σπάνια ζεύγη μποζονίων Higgs.Σύμφωνα με τη Μαρία Σπυροπούλου η οποία συμμετείχε στην έρευνα, μια τέτοια ανάλυση πριν από μια δεκαετία θεωρούνταν αδύνατη και η πραγματοποίησή της ήταν αδιανόητη. Περιμένουμε κι άλλες παρόμοιες αναλύσεις με περαιτέρω βελτιώσεις στα νέα πειράματα του LHC που ξεκίνησαν ήδη.

https://physicsgg.me/2022/06/21/αναζητώντας-σπάνια-ζεύγη-μποζονίων-higgs/

Δροσος Γεωργιος · Ιούνιος 22, 2022

Δέκα χρόνια από την ανακάλυψη του σωματιδίου Higgs.

παρελθόν, παρόν και μέλλον!

Στις 4 Ιουλίου 2012, οι φυσικοί του CERN ανακοίνωσαν την ανίχνευση του μποζονίου Higgs. Ήταν ένας τεράστιος θρίαμβος για το Καθιερωμένο Πρότυπο των Στοιχειωδών Σωματιδίων και επιβεβαίωσε μια πρόβλεψη που έγινε μισό αιώνα πριν. Το 2022 γιορτάζουμε την δέκατη επέτειος αυτής της σημαντικής ανακάλυψης. Στο βίντεο που ακολουθεί ο Dr. Don Lincoln του Fermilab μας υπενθυμίζει την ανακάλυψη και παρουσιάζει έναν οδικό χάρτη της σχετικής έρευνας για τα επόμενα αρκετά χρόνια. Το σίγουρο είναι ότι η διερεύνηση των ιδιοτήτων του μποζονίου Higgs θα απασχολεί για πολύ καιρό ακόμα την ερευνητική κοινότητα.

διαβάστε επίσης: «Higgs in a box: investigating the nature of a scientific discovery«

https://physicsgg.me/2022/06/22/δέκα-χρόνια-από-την-ανακάλυψη-του-σωμα/

Δροσος Γεωργιος · Ιούλιος 1, 2022

Ένα βήμα πιο κοντά στην ανίχνευση αρχέγονων νετρίνων.

Η άμεση μέτρηση του κοσμικού υποβάθρου νετρίνων (CνB) που θα μας αποκαλύψει πτυχές της αρχέγονης ιστορίας του σύμπαντος, αποτελεί ένα από τα πιο δύσκολα προβλήματα της πειραματικής φυσικής.

Καλλιτεχνική αναπαράσταση του πειράματος KATRIN. Τα ισότοπα τριτίου υφίστανται βήτα διάσπαση και εκπέμποντας ηλεκτρόνια και νετρίνα. Στη συνέχεια, τα ηλεκτρόνια μεταφέρονται σε ένα τεράστιο φασματόμετρο που καταγράφει το ενεργειακό τους φάσμα. Το σχήμα αυτού του φάσματος εξαρτάται από τη μάζα των νετρίνων

Μαζί με το κοσμικό υπόβαθρο της μικροκυματικής ακτινοβολίας υπάρχει και το κοσμικό υπόβαθρο νετρίνων (CνB), που συνίσταται από τα νετρίνα που περίσσεψαν από την Μεγάλη Έκρηξη και κυκλοφορούν μέχρι σήμερα ανάμεσά μας. Το αρχέγονο σύμπαν περιείχε ηλεκτρόνια, ποζιτρόνια, φωτόνια και νετρίνα σε θερμική ισορροπία μεταξύ τους. Ένα δευτερόλεπτο μετά την Μεγάλη Έκρηξη, πραγματοποιήθηκε η αποδέσμευση των νετρίνων από την ύλη καθώς στο σύμπαν βίωνε την λεγόμενη εποχή της ακτινοβολίας, όταν η θερμοκρασία του ήταν 10¹⁰Kelvin (που ισοδυναμεί σε ενέργεια σωματιδίων περίπου 1 MeV). Σήμερα εξαιτίας της διαστολής και της αντίστοιχης ψύξης του σύμπαντος η θερμοκρασία στην οποία αντιστοιχούν τα αρχέγονα νετρίνα είναι περίπου 1,95 Kelvin και η μέση πυκνότητά τους είναι 340 νετρίνα ανά κυβικό εκατοστό ή 56 νετρίνα του ηλεκτρονίου ανά κυβικό εκατοστό. Η πειραματική ανακάλυψη του κοσμικού υποβάθρου των νετρίνων θα είναι ένα από τα σημαντικότερα επιστημονικά επιτεύγματα στην ιστορία της επιστήμης. Η μάζα των νετρίνων υπεισέρχεται στα κοσμολογικά μοντέλα ως παράμετρος και έτσι προκύπτει η θεωρητική κοσμολογική εκτίμηση του άνω ορίου των 0,6 eV.Τα αρχέγονα νετρίνα υποβάθρου πιστεύεται ότι συγκεντρώνονται κοντά σε γαλαξίες, σαν τον δικό μας. Όταν αυτή η συγκέντρωση υπερβαίνει μια ορισμένη τιμή, γνωστή ως υπερπυκνότητα, τότε οι ερευνητές προβλέπουν ότι τα σωματίδια θα πρέπει να παράγουν ένα σήμα ανιχνεύσιμο στη Γη. Παρότι οι ερευνητές είναι βέβαιοι ότι αυτό το σήμα παράγεται, δεν κατάφεραν ακόμα να το καταγράψουν στα πειράματά τους. Κάνοντας ένα βήμα προς αυτόν τον στόχο, ο Thierry Lasserre και οι συνεργάτες του έχουν βελτιώσει τους περιορισμούς στην υπερπυκνότητα των αρχέγονων κοσμικών νετρίνων, ένα αποτέλεσμα που αυξάνει τις πιθανότητες ανίχνευσης του κοσμικού υποβάθρου των νετρίνωνΓια να βελτιώσουν τον περιορισμό, ο Lasserre και οι συνεργάτες του ανέλυσαν μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν στο πείραμα Karlsruhe Tritium Neutrino Experiment (KATRIN), στη Γερμανία.Στο πείραμα KATRIN χρησιμοποιοιείται η πιο έντονη πηγή ραδιενέργειας βήτα στον κόσμο από 200μg τριτίου ( $^{3}H \longrightarrow \, ^{3}He + e^{-} + \bar{\nu}_{e}$ ), σε ένα γιγάντιο φασματόμετρο σχήματος ‘αερόπλοιου’ με εξαιρετική ανάλυση της ενέργειας ηλεκτρονίων και τις κατάλληλες ρυθμίσεις για την μείωση των ανεπιθύμητων γεγονότων υποβάθρου.Τα αρχέγονα νετρίνα προβλέπεται να αλληλεπιδράσουν με το τρίτιο, προκαλώντας ένα καλά καθορισμένο σήμα ηλεκτρονίων στην ουρά του φάσματος της διάσπασης βήτα του τριτίου.Ξεκινώντας το 2019, η KATRIN άρχισε να μετρά με υψηλή ακρίβεια το φάσμα της βήτα διάσπασης του τριτίου και ο Lasserre με τους συνεργάτες του αναζητούν σ’ αυτό το φάσμα για ίχνη αλληλεπίδρασης των αρχέγονων νετρίνων με το τρίτιο. Αν και η ερευνητική ομάδα δεν έχει εντοπίσει μέχρι στιγμής τέτοιο σήμα, κατάφερε όμως να βελτιώσει 100 φορές την ακρίβεια των περιορισμών στην υπερπυκνότητα των αρχέγονων νετρίνων. Ενώ τα προηγούμενα πειράματα έθεταν το ανώτερο όριο αυτής της υπερπυκνότητας στα δέκα τρισεκατομμύρια, ο Lasserre και οι συνεργάτες του το μέιωσαν στα εκατό δισεκατομμύρια.Αν και ο Lasserre αναγνωρίζει ότι οι φυσικοί απέχουν ακόμη δεκαετίες από την παρατήρηση ενός άμεσου σήματος αρχέγονων νετρίνων, υποστηρίζει πως η εργασία του αντιπροσωπεύει ένα σημαντικό βήμα προς την αναζήτηση του ιερού δισκοπότηρου της φυσικής των νετρίνων.

https://physicsgg.me/2022/06/30/ένα-βήμα-πιο-κοντά-στην-ανίχνευση-αρχέ/

Δροσος Γεωργιος · Ιούλιος 5, 2022

Επαναλειτουργεί επίσημα μετά από τρία χρόνια ο αναβαθμισμένος Mεγάλος Eπιταχυντής του CERN.

Μετά από τρία χρόνια διακοπής της λειτουργίας του προκειμένου να συντηρηθεί και να αναβαθμιστεί, ο μεγάλος επιταχυντής (Large Hadron Collider – LHC) του Ευρωπαϊκού Κέντρου Πυρηνικών Ερευνών (CERN), ο μεγαλύτερος του κόσμου και ισχυρότερος πια από κάθε άλλη φορά, θα ξεκινήσει σήμερα επίσημα τη νέα περίοδο συλλογής δεδομένων από συγκρούσεις υποατομικών σωματιδίων (LHC Run 3) με μεγαλύτερη ενέργεια από ποτέ (13,6 TEV ή τεραηλεκτρονιοβόλτ).Η δοκιμαστική περιορισμένη λειτουργία του επιταχυντή είχε αρχίσει τον Απρίλιο και τώρα ήλθε η ώρα για την επίσημη πλήρη επανεκκίνηση. Ο LHC θα λειτουργήσει χωρίς διακοπή για περίπου τέσσερα χρόνια, στη διάρκεια των οποίων οι φυσικοί προσβλέπουν σε νέες σημαντικές ανακαλύψεις, πιθανώς παρόμοιου βεληνεκούς με την ανακάλυψη του σωματιδίου Χιγκς πριν δέκα χρόνια.Δύο δέσμες πρωτονίων – σωματιδίων στον πυρήνα του ατόμου – θα κυκλοφορήσουν σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός από αντίθετες κατευθύνσεις και θα συγκρουστούν μέσα στον μήκους 27 χιλιομέτρων υπόγειο επιταχυντή σε βάθος 100 μέτρων κάτω από τα γαλλο-ελβετικά σύνορα. Οι συγκρούσεις θα καταγράφονται και θα αναλύονται από χιλιάδες επιστήμονες από πολλές χώρες (και την Ελλάδα), οι οποίοι απαρτίζουν τις ομάδες των πειραμάτων.«Έχουμε ως στόχο να πετύχουμε 1,6 δισεκατομμύρια συγκρούσεις μεταξύ πρωτονίων ανά δευτερόλεπτο», δήλωσε ο Μάικ Λαμόντ, επικεφαλής επιταχυντών και τεχνολογίας του CERN. Σε σχέση με την πρώτη περίοδο λειτουργίας του επιταχυντή (Run 1), εκτιμάται ότι αυτή τη φορά θα επιτευχθούν περίπου 20 φορές περισσότερες συγκρούσεις.Ήδη τα τέσσερα μεγάλα πειράματα (ATLAS, CMS, LHCb και ALICE) που χρησιμοποιούν τον μεγάλο επιταχυντή, έχουν αναβαθμίσει τα δικά τους συστήματα ανιχνευτών, πράγμα που θα τους επιτρέψει να συλλέγουν πλέον σημαντικά μεγαλύτερα και καλύτερης ποιότητας δείγματα δεδομένων από τις συγκρούσεις. Μεταξύ άλλων, οι επιστήμονες θα μελετήσουν περαιτέρω τη φύση του μποζονίου του Χιγκς, την προέλευση της ασυμμετρίας ύλης-αντιύλης στο σύμπαν, τις ιδιότητες της ύλης υπό ακραίες συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης, ενώ μερικοί ονειρεύονται επιτέλους το λύσιμο του μυστηρίου της «σκοτεινής» ύλης.Οι δύο ανεξάρτητες διεθνείς επιστημονικές ομάδες των πειραμάτων ATLAS και CMS έδωσαν στις 4 Ιουλίου στη δημοσιότητα – με την ευκαιρία της επετείου ακριβώς δέκα ετών από την ανακάλυψη του σωματιδίου Χιγκς (στις 4 Ιουλίου 2012) – τις πιο ολοκληρωμένες μελέτες μέχρι σήμερα για τις ιδιότητες του «σωματιδίου του Θεού».Οι δύο δημοσιεύσεις τους στο περιοδικό «Nature» δείχνουν ότι οι ιδιότητες αυτές είναι αξιοσημείωτα συμβατές και συνεπείς με εκείνες που προέβλεπε για το εν λόγω μποζόνιο το Καθιερωμένο Πρότυπο, η «βίβλος» της σωματιδιακής φυσικής. Επίσης οι μελέτες δείχνουν ότι το σωματίδιο γίνεται όλο και περισσότερο ένα ισχυρό μέσο για την αναζήτηση νέων άγνωστων φαινομένων που – αν τελικά βρεθούν – θα ρίξουν φως σε μυστήρια όπως η φύση της σκοτεινής ύλης.Το μποζόνιο του Χιγκς είναι η σωματιδιακή εκδήλωση ενός πανταχού παρόντος κβαντικού πεδίου, γνωστού ως πεδίου Χιγκς, το οποίο είναι θεμελιώδες για την περιγραφή του γνωστού σύμπαντος. Χωρίς αυτό, τα στοιχειώδη σωματίδια όπως τα κουάρκ (συστατικά των πρωτονίων και νετρονίων των ατομικών πυρήνων), καθώς και τα ηλεκτρόνια που περιβάλλουν τον πυρήνα, δεν θα είχαν μάζα, ενώ το ίδιο ισχύει και τα βαριά σωματίδια (μποζόνια W), που είναι φορείς της ασθενούς πυρηνικής δύναμης.Περαιτέρω μελέτη του σωματιδίου και του πεδίου Χιγκς θα καταστεί εφικτή μέσω του νέου «γύρου» συγκρούσεων στο CERN την επόμενη τετραετία και, ακόμη περισσότερο, μετά την αναμενόμενη νέα μείζονα αναβάθμιση του επιταχυντή μετά το 2029 (High-Luminosity LHC ή HL-LHC). Μεταξύ άλλων, αναμένονται οι πρώτες παρατηρήσεις για το πώς το σωματίδιο του Χιγκς αλληλεπιδρά με τον εαυτό του. Επίσης απάντηση ζητούν άλλα ερωτήματα, όπως αν το σωματίδιο Χιγκς είναι πράγματι στοιχειώδες ή σύνθετο από άλλα, καθώς και αν είναι το μοναδικό ή υπάρχουν και άλλα παρόμοια σωματίδια στη φύση.Επίσης τα μικρότερα πειράματα στον μεγάλο επιταχυντή (TOTEM, LHCf, MoEDAL-MAPP, FASER και SND@LHC) πρόκειται να εξερευνήσουν τα επόμενα χρόνια διάφορα φαινόμενα στο πλαίσιο του Καθιερωμένου Προτύπου της Φυσικής και πέρα από αυτό, από τα μαγνητικά μονόπολα μέχρι τα νετρίνα και τις κοσμικές ακτίνες. Στο απώτερο μέλλον, οι επιστήμονες κάνουν σχέδια για έναν μεγαλύτερο κυκλικό επιταχυντή (Future Circular Collider), έναν δακτύλιο 100 χιλιομέτρων που θα λειτουργεί με ενέργειες 100 TEV.Η επίσημη έναρξη της νέας περιόδου θα μεταδοθεί το απόγευμα ζωντανά από το CERN μέσω των καναλιών του στα μέσα κοινωνικής δικτύωσης (με ώρα έναρξης 17:00 ώρα Ελλάδας).

https://physicsgg.me/2022/07/05/επαναλειτουργεί-επίσημα-μετά-από-τρί/

Το επεξεργάστηκε Ιούλιος 5, 2022 ο Δροσος Γεωργιος

Δροσος Γεωργιος · Ιούλιος 6, 2022

Το LHCb ανακαλύπτει τρία νέα εξωτικά σωματίδια.

Ένα νέο είδος «πεντακουάρκ» και το πρώτο ζεύγος «τετρακουάρκ»

Η διεθνής ερευνητική ομάδα LHCb στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) ανίχνευσε τρία σωματίδια που δεν είχαν παρατηρηθεί μέχρι σήμερα: ένα νέο είδος «πεντακουάρκ» και το πρώτο ζεύγος «τετρακουάρκ» που επιπλέον σύνισταται από νέο είδος τετρακουάρκ. Έτσι, προστίθενται τρία καινούργια εξωτικά μέλη στον αυξανόμενο κατάλογο των νέων αδρονίων που ανακαλύφθηκαν στον LHC. Η μελέτη τους θα βοηθήσει τους φυσικούς να κατανοήσουν καλύτερα πώς συνδυάζονται μεταξύ τους τα κουάρκ σχηματίζοντας αυτά τα σύνθετα σωματίδια.Τα κουάρκ είναι στοιχειώδη σωματίδια και συνήθως συνδυάζονται μεταξύ τους σε ομάδες δύο ή τριών για να σχηματίσουν αδρόνια, όπως είναι τα πρωτόνια και τα νετρόνια των ατομικών πυρήνων. Πιο σπάνια, ωστόσο, μπορούν να συνδυαστούν σε σωματίδια τεσσάρων ή και πέντε κουάρκ, που ονομάζονται «τετρακουάρκ» ή «πεντακουάρκ» αντίστοιχα. Αυτά τα εξωτικά αδρόνια είχαν προβλεφθεί από τους θεωρητικούς μαζί με τα συμβατικά αδρόνια, πριν από περίπου έξι δεκαετίες, αλλά μόλις τα τελευταία 20 χρόνια, παρατηρήθηκαν από το πείραμα LHCb και άλλα πειράματα.Τα περισσότερα από τα εξωτικά αδρόνια που ανακαλύφθηκαν τις τελευταίες δύο δεκαετίες είναι τετρακουάρκ ή πεντακουάρκ και περιέχουν ένα γοητευτικό κουάρκ και ένα γοητευτικό αντικουάρκ, με τα υπόλοιπα δύο ή τρία κουάρκ να είναι πάνω, κάτω ή παράξενο κουάρκ ή τα αντικουάρκ τους. Όμως τα τελευταία δύο χρόνια, το πείραμα LHCb ανακάλυψε διαφορετικά είδη εξωτικών αδρονίων. Πριν από δύο χρόνια, το LHCb ανακάλυψε ένα «ανοιχτά γοητευτικό» τετρακουάρκ που αποτελείται από δύο γοητευτικά κουάρκ και δύο γοητευτικά αντικουάρκ και δύο τετράκουαρκ που αποτελούνται από ένα γοητευτικό αντικουάρκ, ένα πάνω, ένα κάτω κουάρκ και ένα παράξενο αντικουάρκ. Και πέρυσι ανακάλυψαν το πρώτο «διπλά ανοιχτό γοητευτικό» τετρακουάρκ από δύο γοητευτικά κουάρκ, ένα πάνω και ένα κάτω αντικουάρκ. «Ανοιχτή γοητεία» σημαίνει ότι το σωματίδιο περιέχει ένα γοητευτικό κουάρκ χωρίς το αντίστοιχο αντικουάρκ.Οι τωρινές ανακαλύψεις που ανακοίνωσε η συνεργασία LHCb περιλαμβάνουν νέα είδη εξωτικών αδρονίων. Το πρώτο είδος, που παρατηρήθηκε σε μια ανάλυση «διασπάσεων» αρνητικά φορτισμένων μεσονίων Β, είναι το πεντακουάρκ P^Λ_ψs(4338)⁰ που συνίσταται από ένα γοητευτικό κουάρκ και ένα γοητευτικό αντικουάρκ, ένα πάνω και ένα κάτω κουάρκ και ένα παράξενο κουάρκ. Είναι το πρώτο πεντακουάρκ που βρέθηκε να περιέχει ένα παράξενο κουάρκ. Η στατιστική ακρίβεια του ευρήματος είναι 15 σίγμα, πολύ περισσότερο από τα 5 σίγμα που απαιτούνται για να διεκδικήσουμε την παρατήρηση ενός σωματιδίου στη σωματιδιακή φυσική.

Μια καλλιτεχνική απεικόνιση του νέου πεντακουάρκ, ως ζεύγος αδρονίων χαλαρά συνδεδεμένων μεταξύ τους σε μια δομή που μοιάζει με μόριο. Συνίσταται από ένα γοητευτικό κουάρκ, ένα γοητευτικό αντικουάρκ, ένα άνω και ένα κάτω κουάρκ και ένα παράξενο κουάρκ.

Το δεύτερο είδος είναι ένα ζεύγος τετρακουάρκ που συνίσταται: από το ‘ανοιχτά γοητευτικό’ φορτισμένο τετρακουάρκ T^a_cs0(2900)⁺⁺ που αποτελείται από ένα γοητευτκό κουάρκ, ένα παράξενο αντικουάρκ, ένα πάνω κουάρκ και ένα κάτω αντικουάρκ, που εντοπίστηκε μαζί με το αντίστοιχο ουδέτερο τετρακουάρκ T^a_cs0(2900)⁰ σε μια κοινή ανάλυση διασπάσεων θετικά φορτισμένων και ουδέτερων μεσονίων Β. Τα νέα τετρακουάρκ, που παρατηρήθηκαν με στατιστική ακρίβεια 6,5σ (το φορτισμένο σωματίδιο) και 8σ (το ουδέτερο σωματίδιο), αντιπροσωπεύουν την πρώτη παρατήρηση ζεύγους τετρακουάρκ.

tetraquarks_dc-ud-and_cs-u-d-00010-label

Καλλιτεχνική απεικόνιση των δύο νέων τετρακουάρκ.Το ένα από τα σωματίδια αποτελείται από ένα γοτευτικό κουάρκ, ένα παράξενο αντικουάρκ, ένα πάνω κουάρκ και ένα κάτω αντίκουάρκ (αριστερά), Το άλλο αποτελείται από ένα γοητευτικό κουάρκ, ένα παράξενο αντικουάρκ, ένα πάνω και ένα κάτω κουάρκ (δεξιά)

Σύμφωνα με τον φυσικό του LHCb Niels Tuning, ‘όσο περισσότερες αναλύσεις κάνουμε, τόσο περισσότερα είδη εξωτικών αδρονίων ανακαλύπτουμε. Είμαστε μάρτυρες μιας περιόδου ανακαλύψεων παρόμοια με τη δεκαετία του 1950, όταν ένας «ζωολογικός κήπος αδρονίων» άρχισε να ανακαλύπτεται και τελικά οδήγησε στο μοντέλο κουάρκ των συμβατικών αδρονίων τη δεκαετία του 1960. Δημιουργούμε τον «ζωολογικό κήπο σωματιδίων 2.0»’.Η εύρεση νέων ειδών τετρακουάρκ και πεντακουάρκ και η μέτρηση των ιδιοτήτων τους θα βοηθήσει τους θεωρητικούς να αναπτύξουν ένα ενοποιημένο μοντέλο εξωτικών αδρονίων, η ακριβής φύση των οποίων είναι σε μεγάλο βαθμό άγνωστη. Θα βοηθήσει επίσης στην καλύτερη κατανόηση των συμβατικών αδρονίων.Ενώ ορισμένα θεωρητικά μοντέλα περιγράφουν τα εξωτικά αδρόνια ως μεμονωμένες μονάδες στενά συνδεδεμένων κουάρκ, σε άλλα μοντέλα θεωρούνται ως ζεύγη τυπικών αδρονίων χαλαρά συνδεδεμένα σε μια δομή που μοιάζει με μόριο. Οι μελλοντικές έρευνες θα δείξουν ποιό από τα μοντέλα είναι σωστό.

https://physicsgg.me/2022/07/05/το-lhcb-ανακαλύπτει-τρία-νέα-εξωτικά-σωμα/

Δροσος Γεωργιος · Ιούλιος 12, 2022

Παρατηρήθηκαν στροβιλισμοί σε ρευστό ηλεκτρονίων

Οι δίνες ή στροβιλισμοί είναι χαρακτηριστικό της κίνησης των ρευστών όπως το νερό. Σε ένα πολύ ενδιαφέρον πείραμα παρατηρήθηκε άμεσα, για πρώτη φορά, η συμπεριφορά των ηλεκτρονίων ως τυπικό ρευστό που εμφανίζει στροβιλισμούς.

Όταν το ηλεκτρικό ρεύμα διαρρέει τα μέταλλα και τους ημιαγωγούς, η ορμή και οι τροχιές των ηλεκτρονίων του ρεύματος επηρεάζονται από τις προσμίξεις στο υλικό και τις δονήσεις των ατόμων του κρυσταλλικού πλέγματος. Αυτές οι διεργασίες κυριαρχούν στη συμπεριφορά των ηλεκτρονίων στα συνηθισμένα υλικά. Όμως, οι θεωρητικοί φυσικοί έχουν προβλέψει ότι ελλείψει τέτοιων συνηθισμένων κλασικών διαδικασιών, τα κβαντικά φαινόμενα θα έπρεπε να κυριαρχoύν. Δηλαδή, τα ηλεκτρόνια μπορούν να κινούνται συλλογικά, ως ένα παχύρρευστο ρευστό ηλεκτρονίων – σαν μέλι. Αυτή η συμπεριφορά που μοιάζει με ρευστό θα πρέπει να εμφανίζεται σε υλικά με εξαιρετική καθαρότητα και σε θερμοκρασίες πολύ κοντά στο απόλυτο μηδέν.Το 2017, ο καθηγητής του MIT Leonid Levitov και οι συνεργάτες του από το Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ ανέφεραν ενδείξεις συμπεριφοράς ηλεκτρονίων ως ρευστό σε γραφένιο. Σύμφωνα με τη νέα δημοσίευση των ερευνητών Levitov et al, ‘Direct observation of vortices in an electron fluid‘, παρατηρήθηκαν στροβιλισμοι στη ροή των ηλεκτρονίων – ένα χαρακτηριστικό των ρευστών που οι θεωρητικοί είχαν προβλέψει για τα ηλεκτρόνια, αλλά αυτό δεν έχει διαπιστωθεί ποτέ μέχρι σήμερα.Πρόκειται για μια σαφή υπογραφή ηλεκτρονίων που βρίσκονται σε μια κατάσταση που μοιάζει με ρευστό. Kαι δεν παύει να είναι εντυπωσιακό το ότι η ίδια η φυσική που ισχύει για τα συνηθισμένα ρευστά, μπορεί να εφαρμοστεί και στα ηλεκτρόνια σε νανοκλίμακα.Ο ερευνητές επικεντρώθηκαν σε ένα κράμα βολφραμίου-τελλουρίου (WTe₂), μια εξαιρετικά καθαρή μεταλλική ένωση που παρουσιάζει εξωτικές ηλεκτρονικές ιδιότητες όταν απομονώνεται σε λεπτή δισδιάστατη μορφή πάχους ενός ατόμου.Σύμφωνα με τον Levitov, «το δι-τελλούριο του βολφραμίου είναι ένα από τα υλικά όπου τα ηλεκτρόνια αλληλεπιδρούν ισχυρά και συμπεριφέρονται ως κβαντικά κύματα παρά ως σωματίδια. Επιπλέον, το υλικό αυτό είναι πολύ καθαρό, γεγονός που καθιστά τη συμπεριφορά των ηλεκτρονίων να μοιάζει με ρευστό και άμεσα παρατηρησιμη».Οι ερευνητές παρατήρησαν τα ηλεκτρόνια που έρεαν στο διτελλούριο του βολφραμίου, να έχουν στρωτή ροή μέσα στα διαμορφωμένα κανάλια και να στροβιλίζονται σε κάθε πλευρικό θάλαμο (βλέπε σχήμα), όπως το νερό όταν αδειάζεται σε ένα μπολ. Τα ηλεκτρόνια δημιούργησαν μικρές δίνες πριν καταλήξουν πίσω στο κύριο κανάλι. Σύμφωνα με τον Levitov, «παρατηρήσαμε μια αντιστροφή στην κατεύθυνση ροής στους πλευρικούς θαλάμους σε σύγκριση με αυτή στην κεντρική λωρίδα».Ίσως κάποιος να ισχυριζόταν πως το παραπάνω πείραμα δεν είναι η πρώτη παρατήρηση στροβιλισμού ηλεκτρονίων, αφού αυτό είναι συνηθισμένο φαινόμενο στην υπεραγώγιμη κατάσταση: εκεί σχηματίζονται δίνες γύρω από τις μαγνητικές δυναμικές γραμμές που διασχίζουν τους υπεραγωγούς τύπου II. Όμως σε αυτή την περίπτωση, τα ηλεκτρόνια συμπεριφέρονται ως υπερρευστό, και αυτό που ρέει είναι τα ζεύγη ηλεκτρονίων Cooper. Στο τωρινό πείραμα, έχουμε μεμονωμένα ηλεκτρόνια, που δεν βρίσκονται σε υπεραγώγιμη κατάσταση, επομένως πρόκειται για πραγματική τυρβώδη ροή ηλεκτρονίων.

https://physicsgg.me/2022/07/11/παρατηρήθηκαν-στροβιλισμοί-σε-ρευστ/

Δροσος Γεωργιος · Ιούλιος 30, 2022

Το πείραμα LHCb ψάχνει και για σκοτεινά φωτόνια.

Η σημερινή έρευνα για τα υποατομικά σωματίδια είναι μια περίπλοκη διαδικασία στην οποία απαιτείται η συνεισφορά εκατοντάδων – μπορεί και χιλιάδων – επιστημόνων και μηχανικών για το στήσιμο και την εκτέλεση ενός πειράματος, αλλά και για την ανάλυση του τεράστιου όγκου των δεδομένων που συλλέγονται. To γεγονός αυτό κάνει τους φυσικούς εφευρετικούς, έτσι ώστε να εκμεταλλεύονται στο έπακρο τους επιταχυντές και τις πειραματικές διατάξεις που ήδη υπάρχουν. Κι αυτό ακριβώς ξεκίνησε μια μικρή ομάδα φυσικών στο πείραμα LHCb του CERN.

lhcb_ramps_up_the_search_for_dark_photon

Τα «σκοτεινά φωτόνια» είναι υποθετικά σωματίδια του σκοτεινού τομέα, ένα νέο είδος μποζονίων βαθμίδας, που μεσολαβούν στις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των σωματιδίων της σκοτεινής ύλης. To πείραμα LHCb ελπίζει να αποκτήσει πρόσβαση στον σκοτεινό τομέα ανιχνεύοντας κανονικά φωτόνια διαμέσου της παραγωγής ζευγών ηλεκτρονίου-ποζιτρονίου που προέρχονται από σκοτεινά φωτόνια με πολύ μικρότερες μάζες.

Ο ανιχνευτής LHCb σχεδιάστηκε αρχικά για να μελετήσει ένα σωματίδιο γνωστό όμορφο ή πυθμένας κουάρκ. Στη συνέχεια όμως διαπιστώθηκε ότι ο LHCb θα μπορούσε να κάνει περισσότερα. Ο Daniel Johnson, μαζί με μια ομάδα περίπου 10 ερευνητών από το MIT, το Πανεπιστήμιο του Σινσινάτι και το CERN, χρησιμοποιούν το πείραμα LHCb για τον εντοπισμό σωματιδίων της μυστηριώδους σκοτεινής ύλης.Εδώ και δεκαετίες, οι επιστήμονες επιχειρούν την κατασκευή ολοένα και μεγαλύτερων αναιχνευτών με βελτιωμένη ευαισθησία ώστε να παρατηρήσουν κάποιο σωματίδιο σκοτεινής ύλης που θα αλληλεπιδράσει με τον ίδιο τον ανιχνευτή. Αυτά τα πειράματα συνήθως πραγματοποιούνται κάτω από τη Γη ώστε να ελαχιστοποιηθούν άλλοι, πιο συχνοί τύποι αλληλεπιδράσεων που θα μπορούσαν να καλύψουν πιθανά σήματα σκοτεινής ύλης.Όμως αυτές οι άμεσες αναζητήσεις ανίχνευσης δεν έχουν βρει ακόμη τίποτα. Αυτό δεν σημαίνει ότι απέτυχαν. Έχουν σημειώσει εξαιρετική επιτυχία μέχρι στιγμής για να μας πουν τι δεν είναι η σκοτεινή ύλη.Οι φυσικοί υιοθετούν πιο πρωτότυπες ιδέες σχετικά με το πως θα μπορούσαν να συμπεριφέρονται τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης. Μια αρκετά δημοφιλής ιδέα είναι ότι η σκοτεινή ύλη μπορεί να μην αλληλεπιδρά άμεσα με την συνηθισμένη ύλη. Αντίθετα, μπορεί να είναι μέρος ενός σκοτεινού τομέα σωματιδίων και δυνάμεων που υπάρχουν εντελώς ξεχωριστά και παράλληλα με αυτά που συνθέτουν τον κόσμο που βιώνουμε καθημερινά.Οι φυσικοί ελπίζουν ότι μπορούν να έχουν πρόσβαση σε αυτόν τον σκοτεινό τομέα διαμέσου μιας «πύλης», μιας σπάνιας υποθετικής διαδικασίας που προκαλεί την σύνδεση μεταξύ των συνηθισμένων και των σκοτεινών σωματιδίων. Η ομάδα του LHCb ενδιαφέρεται ιδιαίτερα για τις αλληλεπιδράσεις που μετατρέπουν ένα σκοτεινό φωτόνιο σε κανονικό φωτόνιο, το οποίο στη συνέχεια θα διασπαστεί σε φορτισμένα σωματίδια τα οποία μπορούν να ανιχνευθούν.Οι προηγούμενες προσπάθειες έχουν αποκλείσει την ύπαρξη σκοτεινών φωτονίων με συγκεκριμένες ιδιότητες, αλλά ο τωρινός σχεδιασμός του πειράματος LHCb διευρύνει τα όρια μαζών και χρόνων ζωής των σκοτεινών φωτονίων που θα μπορούσε να ανιχνεύσει. Και επιπλέον, η παρατήρηση αυτών των φωτονίων δεν απαιτεί αναβαθμίσεις του ανιχνευτή LHCb.Σύμφωνα με τον Johnson: Κάποιος κάποτε θα ανακαλύψει ένα σωματίδιο σκοτεινής ύλης. Γιατί να μην είναι ο LHCb;Και όταν βρεθεί, θα ανατρέψει τη φυσική όπως την ξέρουμε. Θα ήταν μια από τις μεγαλύτερες ανακαλύψεις των τελευταίων εκατό χρόνων. Θα άλλαζε εντελώς τον τρόπο με τον οποίο βλέπουμε το σύμπαν μας.

https://physicsgg.me/2022/07/20/το-πείραμα-lhcb-ψάχνει-και-για-σκοτεινά-φω/

Δροσος Γεωργιος · Αύγουστος 5, 2022

WWW ξανά στο CERN.

Η πρώτη ιστοσελίδα: http://info.cern.ch/hypertext/WWW/TheProject.html

To World Wide Web (WWW) ή παγκόσμιος ιστός ανακαλύφθηκε το 1989 από τον άγγλο φυσικό Tim Berners-Lee στο στο CERN, ως ένας τρόπος για την ανταλλαγή δεδομένων από πειράματα σωματιδιακής φυσικής.
33 χρόνια μετά ένα από τα πειράματα του CERN, το ATLAS, αναφέρει ξάνα το «WWW» αλλά για διαφορετικό λόγο. Ψάχνοντας κυριολεκτικά βελόνα στ’ άχυρα – μέσα από 20 δισεκατομμύρια συγκρούσεις πρωτονίων με πρωτόνια στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) του CERN, η ερευνητική ομάδα ATLAS εντόπισε περίπου 270 συμβάντα που παράγουν τρία μποζόνια W [Observation of WWW production in pp collisions at $\sqrt{s}$ = 13 TeV with the ATLAS detector]. Με την καταγραφή συτών των σπάνιων γεγονότων, οι φυσικοί επιβεβαίωσαν για άλλη μια φορά το Καθιερωμένο Πρότυπο των στοιχειωδών σωματιδίων και ειδικότερα το ‘κεφάλαιο’ σχετικά με τις αλληλεπιδράσεις μποζονίου-μποζονίου.

Διαγράμματα Feynman για την παραγωγή τριών μποζονίων W

Στο Καθιερωμένο Πρότυπο, τα μποζόνια είναι οι φορείς των θεμελιωδών αλληλεπιδράσεων ή δυνάμεων: για παράδειγμα, τα μποζόνια W^± και Z μεταφέρουν την ασθενή δύναμη, ενώ τα φωτόνια την ηλεκτρομαγνητική δύναμη. Οι νέες μετρήσεις δεν είναι οι πρώτες στις οποίες παρατηρείται η σπάνια ταυτόχρονη παραγωγή τριών μποζονίων (φορέων της ασθενούς αλληλεπίδρασης) σε συγκρούσεις μεταξύ πρωτονίων . Ωστόσο, αυτή είναι η πρώτη φορά που ανιχνεύθηκαν με ακρίβεια τρία μποζόνια W και όχι μείγμα W και Z.Σε ενέργειες σύγκρουσης 13 TeV, το πείραμα ATLAS μέτρησε την πιθανότητα της τριπλής παραγωγής WWW, η οποία προέκυψε λίγο μεγαλύτερη από την πρόβλεψη Καθιερωμένου Προτύπου. Αυτή η διαφορά είναι απλά μια στατιστική απόκλιση από την θεωρία ή σημαίνει κάτι παραπάνω; Για να απαντηθεί το ερώτημα οι ερευνητές θα χρειαστεί να αναλύσουν περισσότερα δεδομένα από τις νέες μετρήσεις που ήδη πραγματοποιούνται στον LHC.

https://physicsgg.me/2022/08/04/www-ξανά-στο-cern/

Δροσος Γεωργιος · Αύγουστος 16, 2022

Αντιύλη: 2 ή 3 πράγματα που (δεν) ξέρω γι’ αυτήν.

Όταν η ύλη και η αντιύλη έρθουν σε ‘επαφή’, εξαφανίζονται παράγοντας ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία.

Όλα τα άτομα περιέχουν αντιύληΤα πιο γνωστα υποατομικά σωματίδια είναι το πρωτόνιο, το νετρόνιο και το ηλεκτρόνιο. Αυτά τα σωματίδια σχηματίζουν τα άτομα από τα οποία συνίσταται το σώμα μας και ο κόσμος που μας περιβάλλει. Από αυτά, μόνο το ηλεκτρόνιο είναι στοιχειώδες, δηλαδή δεν περιέχει μικρότερα συστατικά. Τα πρωτόνια και τα νετρόνια είναι σύνθετα. Αποτελούνται από στοιχειώδη σωματίδια – τα κουάρκ και τα γλοιόνια.Συνήθως λέμε ότι τα πρωτόνια και τα νετρόνια ‘συνίστανται’ από τρία κουάρκ. Αλλά η πραγματικότητα είναι πολύ πιο μπερδεμένη Τα πρωτόνια και τα νετρόνια περιέχουν ολόκληρες θάλασσες από κουάρκ, αντικουάρκ και γλοιόνια. Μέσα σε ένα πρωτόνιο ή ένα νετρόνιο, σωματίδια και αντισωματίδια συνεχώς αλληλεπιδρούν μεταξύ τους και εξαφανίζονται.Θεωρούμε ως συστατικά των πρωτονίων ή των νετρονίων μόνο τρία κουάρκ επειδή, μέσα σε αυτή τη δίνη των σωματιδίων που εμφανίζονται και εξαφανίζονται, τρία κουάρκ παραμένουν χωρίς τα αντίστοιχα αντι-κουάρκ. Τα αντιπρωτόνια (η αντίστοιχη αντιύλη των πρωτονίων) περιέχουν τρία μη ζευγαρωμένα αντικουάρκ.Επομένως, η αντιύλη είναι παντού, μέσα σε κάθε άτομό σας, και στα άτομα όλων όσων βρίσκονται γύρω σας.Η ύπαρξη της αντιύλης είχε προβλεφθεί θεωρητικάΤο 1928, ένας από τους σημαντικότερους φυσικούς του 20ου αιώνα, ο Paul Dirac, βρέθηκε αντιμέτωπος με ένα παζλ. Προσπαθώντας να περιγράψει την συμπεριφορά των ηλεκτρονίων, αντικατέστησε την εξίσωση Schrödinger με μια νέα κβαντική εξίσωση που αναπαρήγαγε την σχέση ενέργειας–ορμής του ελεύθερου σωματιδίου σύμφωνα με τη θεωρία της σχετικότητας. Αλλά για να λειτουργήσει η εξίσωση, χρειαζόταν ένα σωματίδιο που εκείνη την εποχή δεν ήταν γνωστό ότι υπήρχε. Το νέο σωματίδιο έπρεπε να έχει την ίδια μάζα με ένα ηλεκτρόνιο αλλά το αντίθετο φορτίο. Τρία χρόνια αργότερα, πρότεινε τελικά την ύπαρξη ενός τέτοιου σωματιδίου, το οποίο ονόμασε «αντιηλεκτρόνιο».

Την ίδια χρονιά, ο Αμερικανός φυσικός Carl Anderson, στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας στην Καλιφόρνια, έβγαζε φωτογραφίες από παράξενα ίχνη σωματιδίων που άφηναν οι κοσμικές ακτίνες όταν διέσχιζαν έναν ανιχνευτή σωματιδίων γνωστό ως θάλαμο Wilson. Το 1932, ο Anderson επιβεβαίωσε ότι τα ίχνη προέρχονταν από τα σωματίδια που είχε προβλέψει ο Dirac, τα οποία παρήχθησαν όταν οι κοσμικές ακτίνες συγκρούστηκαν με την ατμόσφαιρα της Γης. Ο Anderson ονόμασε τα σωματίδια «ποζιτρόνια». Αυτή ήταν η πρώτη επιβεβαιωμένη παρατήρηση αντιύλης.

Φωτογραφία του πρώτου ποζιτρονίου στον θάλαμο φυσαλίδων από τον C. D. Anderson

Πολλές φορές οι θεωρητικές μαθηματικές εξισώσεις έχουν οδηγήσει στην πρόβλεψη και άλλων σωματιδίων. Στις αρχές του 20ου αιώνα, οι μάζες και η σταθερότητα των ατόμων δεν μπορούσαν να εξηγηθούν μόνο από τα πρωτόνια και τα ηλεκτρόνια τους. Ο Ernest Rutherford υπέθεσε ότι ένα άλλο, ουδέτερο σωματίδιο πρέπει να προστεθεί στην μάζα τους – το νετρόνιο. Και το 1930, ο Wolfgang Pauli αντί να αμφισβητήσει τις θεμελιώδεις αρχές διατήρησης, προτίμησε να υποθέσει ότι κατά την ραδιενεργή διάσπαση β ενός πυρήνα εκπέμπονταν ένα αόρατο και άγνωστο μέχρι τότε σωματίδιο. Αργότερα το σωματίδιο αυτό ονομάστηκε νετρίνο.Και σήμερα οι επιστήμονες αναζητούν υποθετικά σωματίδια, όπως τα αξιόνια, τα υπερσυμμετρικά σωματίδια ή τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης, που θα μπορούσαν να απαντήσουν μακροχρόνια ερωτήματα στη σωματιδιακή φυσική και την κοσμολογία.Οι φυσικοί μπορούν να δημιουργήσουν υβριδικά άτομα φτιαγμένα εν μέρει από αντιύληΟι επιστήμονες μπορούν συνδυάζοντας αντιπρωτόνια με άτομα ηλίου να παράγουν ένα μετασταθές υβριδικό άτομο που αποτελείται από ύλη και αντιύλη – ένα αντιπρωτόνιο και ένα ηλεκτρόνιο που περιφέρεται γύρω από έναν πυρήνα ηλίου – που ονομάζεται αντι–πρωτονικό ήλιο.Τα υβριδικά άτομα όπως αυτό ονομάζονται «εξωτικά» άτομα. Σε γενικές γραμμές, ένα εξωτικό άτομο προκύπτει όταν ένα συστατικό σωματίδιο ενός κανονικού ατόμου αντικαθίσταται με ένα διαφορετικό μεν σωματίδιο, αλλά με το ίδιο ηλεκτρικό φορτίο. Σε ορισμένες περιπτώσεις, το νέο σωματίδιο είναι σωματίδιο αντιύλης, όπως στο αντιπρωτονικό ήλιο, όπου ένα ηλεκτρόνιο του ατόμου ηλίου αντικαθίσταται με ένα αντιπρωτόνιο. Άλλα τέτοια παραδείγματα είναι το μιόνιουμ (το οποίο συνίσταται από ένα αντιμιόνιο και ένα ηλεκτρόνιο) και το ποζιτρόνιουμ, (το οποίο περιέχει ένα ηλεκτρόνιο και ένα ποζιτρόνιο).Τα εξωτικά άτομα χρησιμοποιούνται για τη μελέτη των αλληλεπιδράσεων μεταξύ ύλης και αντιύλης σε μικροσκοπική κλίμακα. Οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των σωματιδίων και των αντισωματιδίων μέσα στα άτομα επιτρέπουν στους ερευνητές να μελετήσουν φαινόμενα που δεν μπορούν να διερευνηθούν διαφορετικά. Σύμφωνα με την φυσικό του Ομοσπονδιακού Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Ζυρίχης Anna Soter, αυτές οι αλληλεπιδράσεις είναι ένα σημαντικό εργαλείο για την αναζήτηση νέας φυσικής.Οι επιστήμονες διερευνούν εξωτικά άτομα για να αναζητήσουν τα σημάδια μιας άγνωστης «πέμπτης δύναμης» μεταξύ του αντιπρωτονίου και του ηλεκτρονίου. Οι επιστήμονες χρησιμοποιούν επίσης εξωτικά άτομα για να πραγματοποιήσουν ακριβέστατες μετρήσεις των ιδιοτήτων των σωματιδίων. Αυτό τους δίνει τη δυνατότητα να ελέγξουν συμμετρίες στο Καθιερωμένο Πρότυπο των στπιχειωδών σωματιδίων, όπως την πρόβλεψη ότι τα σωματίδια και τα αντισωματίδια τους θα πρέπει να έχουν ακριβώς την ίδια μάζα και το ίδιο (κατ’ απόλυτη τιμή) ηλεκτρικό φορτίο.«Μέχρι σήμερα, το μετασταθές αντιπρωτονικό άτομο ηλίου είναι το μεγαλύτερο εξωτικό άτομο με αντιύλη που οι επιστήμονες μπόρεσαν να μελετήσουν χρησιμοποιώντας φασματοσκοπία λέιζερ», λέει η Soter. «Αλλά πιο απλά συστήματα, όπως το μιόνιουμ και το ποζιτρόνιουμ, έχουν επίσης τεράστιο ενδιαφέρον. Αυτά τα άτομα αποτελούνται μόνο από στοιχειώδη σωματίδια, απουσία ισχυρής αλληλεπίδρασης».Εκτός από τη δημιουργία υβριδικών ατόμων, οι επιστήμονες μπορούν επίσης να δημιουργήσουν αντι-άτομα. Για παράδειγμα, συνδυάζοντας αντιπρωτόνια και ποζιτρόνια, οι επιστήμονες στο CERN παράγουν αντι-υδρογόνο.Οι φυσικοί βρίσκουν περισσότερη αντιύλη στον γαλαξία μας από ότι περίμενανΣτη δεκαετία του 1970, η αποστολή INTEGRAL της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας ανίχνευσε ένα σήμα ακτίνων γάμμα στο κέντρο του Γαλαξία. Η λαμπρότητα και η κατανομή αυτού του σήματος έδειξε ότι μπορούσε να προέρχεται από την εξαΰλωση στον πυρήνα του γαλαξία μας 9 τρισεκατομμυρίων χιλογράμμων ποζιτρονίων (ή 10⁴³ ποζιτρόνια) ανά δευτερόλεπτο – πολύ περισσότερα από ό,τι περίμεναν οι επιστήμονες.Από πού προέρχονται όλα αυτά τα ποζιτρόνια είναι ένα ανοιχτό ερώτημα. Μερικοί υποψήφιοι θα μπορούσαν να είναι: η υπερμεγέθης μαύρη τρύπα στο κέντρο του γαλαξία, άλλες τεράστιες μαύρες τρύπες στην περιοχή, άστρα νετρονίων που περιστρέφονται γρήγορα (πάλσαρ) ή εξαϋλώσεις μεταξύ σωματιδίων σκοτεινής ύλης.Αρκετά πειράματα στοχεύουν στον εντοπισμό της πηγής των ακτίνων γάμμα στο κέντρο του γαλαξία μας. Όπως για παράδειγμα το Compton Spectrometer and Imager (COSI), ένα τηλεσκόπιο ακτίνων γάμμα που θα μελετίσει τον πυρήνα του γαλαξία μας και ίσως ανιχνεύσει την πηγή αυτών των ποζιτρονίων. Άλλες προσπάθειες, όπως το All-sky Medium Energy Gamma-ray Observatory (AMEGO), στοχεύουν επίσης να ρίξουν φως σε αυτό το μυστήριο.Πιο πρόσφατα, οι επιστήμονες εντόπισαν μια ακόμη περίσσεια ποζιτρονίων, με πολύ υψηλότερη ενέργεια. Ο ανιχνευτής κοσμικών ακτίνων PAMELA, σε έναν ρωσικό δορυφόρο, ανίχνευσε το 2008 περισσότερα σωματίδια αντιύλης σε σχέση με τα θεωρητικώς αναμενόμενα. Άλλα πειράματα, όπως το AMS-02, που λειτούργησαν στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό το 2011, επιβεβαίωσαν το εύρημα του ανιχνευτή PAMELA.Από πού προέρχονται αυτά τα επιπλέον ποζιτρόνια; Έχουν διατυπωθεί αρκετές υποθέσεις. Σύμφωνα με τον Tim Linden, αστρονόμο στο Πανεπιστήμιο της Στοκχόλμης, οι ισχυρότεροι υποψήφιοι μπορεί να είναι τα πάλσαρ. Οι επιστήμονες έχουν μελετήσει τις ακτίνες γάμμα από τα πάλσαρ για να υπολογίσουν πόσα ποζιτρόνια απελευθερώνουν. «Λαμβάνουμε δεδομένα που ταιριάζουν πολύ καλά με μοντέλα όπου τα πάλσαρ θα παρήγαγαν την περίσσεια ποζιτρονίων που βλέπουμε», υποστηρίζει ο Linden.

https://physicsgg.me/2022/08/15/αντιύλη-2-ή-3-πράγματα-που-δεν-ξέρω-γι-αυ/

Συνδεθείτε

CERN: Ευρωπαϊκος Οργανισμος Στοιχειωδών Σωματιδίων

Προτεινόμενες αναρτήσεις

Τι είναι το ευρωπαϊκό σύγχροτρο και γιατί οι ερευνητές πιέζουν για συμμετοχή της Ελλάδας

Οφέλη της συμμετοχής

Πώς λειτουργεί το σύγχροτρο

Έρευνα σε ετερόκλητα επιστημονικά πεδία

Σύνδεσμος για σχόλιο

Κοινή χρήση σε άλλους ιστότοπους

Top Posters In This Topic

Popular Days

Top Posters In This Topic

Popular Days

Posted Images

Μια εξωτική ατομική μετάβαση… από το μιόνιουμ στο αντι-μιόνιουμ.

Σύνδεσμος για σχόλιο

Κοινή χρήση σε άλλους ιστότοπους

Νέα μέθοδος ανίχνευσης ηλιακών νετρίνων.

Σύνδεσμος για σχόλιο

Κοινή χρήση σε άλλους ιστότοπους

Ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Πυρηνικών Ερευνών σταματά τη συνεργασια με την Ρωσια.

Σύνδεσμος για σχόλιο

Κοινή χρήση σε άλλους ιστότοπους

Το μυστήριο της μάζας του μποζονίου W.

Σύνδεσμος για σχόλιο

Κοινή χρήση σε άλλους ιστότοπους

Πώς φτιάχνουμε μια δέσμη μιονίων.

Σύνδεσμος για σχόλιο

Κοινή χρήση σε άλλους ιστότοπους

Βίσονες και στοιχειώδη σωματίδια.

Σύνδεσμος για σχόλιο

Κοινή χρήση σε άλλους ιστότοπους

Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων επιστρέφει «ανανεωμένος» στην εξερεύνηση των μυστηρίων του Σύμπαντος.

Σύνδεσμος για σχόλιο

Κοινή χρήση σε άλλους ιστότοπους

Eπανεκκίνηση του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων.

Σύνδεσμος για σχόλιο

Κοινή χρήση σε άλλους ιστότοπους

Ο νόμος του Ohm παραβιάζεται στις συγκρούσεις βαρέων ιόντων.

Σύνδεσμος για σχόλιο

Κοινή χρήση σε άλλους ιστότοπους

Ο επιταχυντής του CERN ζωντανεύει ξανά.

Σύνδεσμος για σχόλιο

Κοινή χρήση σε άλλους ιστότοπους

Από την πολυμορφία στην ενότητα: Τα «δίδυμα» πειράματα UA1 και UA2 και το πρώτο Βραβείο Νόμπελ του CERN.

Σύνδεσμος για σχόλιο

Κοινή χρήση σε άλλους ιστότοπους

Οι μυστηριώδεις ισομερείς πυρήνες.

Κυνηγώντας ραδιενεργά ισότοπα

Τα νετρόνια συμπληρώνουν την ιστορία

Τα ισομερή στην ιατρική και την αστρονομία

Τα ισομερή στο μέλλον

Σύνδεσμος για σχόλιο

Κοινή χρήση σε άλλους ιστότοπους

Τι τρέχει με τη μάζα του μποζονίου W;

Σύνδεσμος για σχόλιο

Κοινή χρήση σε άλλους ιστότοπους

To CERN διακόπτει τη συνεργασία με Ρωσία και Λευκορωσία.

Σύνδεσμος για σχόλιο

Κοινή χρήση σε άλλους ιστότοπους

Τα πρωτόνια ξανατρέχουν στο CERN

Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων επισκευάστηκε και τέθηκε σε λειτουργία ύστερα από τρία και πλέον χρόνια

Σύνδεσμος για σχόλιο

Κοινή χρήση σε άλλους ιστότοπους

Αναζητώντας σπάνια ζεύγη μποζονίων Higgs.

Σύνδεσμος για σχόλιο

Κοινή χρήση σε άλλους ιστότοπους

Δέκα χρόνια από την ανακάλυψη του σωματιδίου Higgs.

Σύνδεσμος για σχόλιο

Κοινή χρήση σε άλλους ιστότοπους

Ένα βήμα πιο κοντά στην ανίχνευση αρχέγονων νετρίνων.

Σύνδεσμος για σχόλιο

Κοινή χρήση σε άλλους ιστότοπους

Επαναλειτουργεί επίσημα μετά από τρία χρόνια ο αναβαθμισμένος Mεγάλος Eπιταχυντής του CERN.

Σύνδεσμος για σχόλιο

Κοινή χρήση σε άλλους ιστότοπους

Το LHCb ανακαλύπτει τρία νέα εξωτικά σωματίδια.

Σύνδεσμος για σχόλιο

Κοινή χρήση σε άλλους ιστότοπους

Παρατηρήθηκαν στροβιλισμοί σε ρευστό ηλεκτρονίων