CERN: Ευρωπαϊκος Οργανισμος Στοιχειωδών Σωματιδίων

[Δροσος Γεωργιος]

Το πείραμα ATLAS μελετά το «γοητευτικόνιο»

Το μεσόνιο J/ψ είναι ένα σύνθετο σωματίδιο, που αποτελείται από ένα γοητευτικό κουάρκ και ένα γοητευτικό αντικουάρκ. Αυτό το μεσόνιο είναι γενικά γνωστό και ως charmonium (γοητευτικόνιο;) ή psion (ψιόνιο;). Είναι ηλεκτρικά ουδέτερο, έχει μάζα 3,1 GeV και μέση διάρκεια ζωής 7,2×10⁻²¹s, περίπου χίλιες φορές μεγαλύτερη από την αναμενόμενη.

Το 1974, η ανακάλυψη του μεσονίου J/ψ πυροδότησε μια επανάσταση στη σωματιδιακή φυσική (την «Επανάσταση του Νοέμβρη»). Οι μελέτες αυτού του νέου, σύνθετου σωματιδίου απέδειξαν ότι υπήρχαν περισσότεροι από τρεις τύπους κουάρκ και παρείχαν τον ακρογωνιαίο λίθο για το σύγχρονο Καθιερωμένο Πρότυπο της σωματιδιακής φυσικής. Όμως, σχεδόν 50 χρόνια μετά, εξακολουθούν να υπάρχουν πολλά αναπάντητα ερωτήματα σχετικά με το πώς παράγονται τα μεσόνια J/ψ στους επιταχυντές αδρονίων, όπως ο LHC.Τι είναι ένα μεσόνιο J/ψ; Στη σωματιδιακή φυσική, οι δεσμευμένες καταστάσεις ενός κουάρκ και ενός αντικουάρκ του ίδιου τύπου είναι συλλογικά γνωστές ως κουαρκόνια. Είναι τα ανάλογα του ατόμου υδρογόνου στην κβαντική χρωμοδυναμική QCD (Quantum Chromodynamics), με κάθε νέα κατάσταση να αντιστοιχεί σε διαφορετικό ενεργειακό επίπεδο. Οι δεσμιες καταστάσεις των γοητευτικών κουάρκ είναι γνωστές ως charmonium, όπου με J/ψ συμβολίζεται η θεμελιώδης κατάσταση του charmonium και με ψ(2S) η πρώτη διεγερμένη κατάσταση.Σε συγκρούσεις υψηλής ενέργειας, οι καταστάσεις του charmonium μπορούν να παραχθούν είτε από τις βραχύβιες πηγές QCD («ταχεία» παραγωγή) είτε από (σχετικά) μακρόβιες διασπάσεις των Β-αδρονίων («μη άμεση» παραγωγή). Ενώ οι θεωρητικοί έχουν μια λογική κατανόηση του τελευταίου μηχανισμού παραγωγής, δεν έχουν ακόμη κατανοήσει πλήρως την παραγωγή J/ψ απευθείας από την πρωτογενή αλληλεπίδραση πρωτονίου-πρωτονίου. Αυτό είναι ένα ζήτημα στο οποίο οι πειραματιστές μπορούν να ρίξουν φως.Το πείραμα ATLAS μέτρησε την πιθανότητα παραγωγής των δυο καταστάσεων του charmonium, J/ψ και ψ(2S), παρέχοντας έτσι νέα δεδομένα για τη διατύπωση και τον έλεγχο θεωρητικών μοντέλων.

Eνεργές διαφορικές διατομές (α) για ταχεία παραγωγή J/ψ και (β) για μη άμεση παραγωγή μεσονίου ψ(2S).

Για να καταλήξουν στο νέο τους αποτέλεσμα, οι φυσικοί του ATLAS εξέτασαν το πλήρες σύνολο δεδομένων του LHC που συλλέχθηκαν από το 2015 έως το 2018, μελετώντας τις διασπάσεις του charmonium σε ένα ζεύγος μιονίου-αντιμιονίου. Τα αποτελέσματα συγκρίθηκαν ήδη με ορισμένες θεωρητικές προβλέψεις:

Λόγοι διαφόρων θεωρητικών προβλέψεων προς τα πειραματικά δεδομένα, (α) για την άμεση παραγωγή j/ψ και (β) για την μη άμεση παραγωγή ψ(2S). Η σκιασμένη περιοχή αντιπροσωπεύει τον λόγο της θεωρητικής πρόβλεψης προς τη μετρούμενη τιμή, συμπεριλαμβανομένων των αβεβαιοτήτων του αντίστοιχου μοντέλου.

διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες: ATLAS gains momentum in study of charmonium

https://physicsgg.me/2023/10/11/το-πείραμα-atlas-μελετά-το-γοητευτικόνιο/

[Δροσος Γεωργιος]

Το ‘Καθιερωμένο Πρότυπο’ του Εμπεδοκλή.

Το Καθιερωμένο Πρότυπο (Standard Model) των Στοιχειωδών Σωματιδίων είναι η φυσική θεωρία που περιγράφει τα ελάχιστα δομικά συστατικά της ύλης και τον τρόπο με τον οποίο αλληλεπιδρούν μεταξύ τους διαμέσου των θεμελιωδών δυνάμεων της φύσης (ισχυρές, ασθενείς και ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις).
Το Καθιερωμένο Πρότυπο απεικονίζεται συνοπτικά με έναν πίνακα, παρόμοιο με τον περιοδικό πίνακα των στοιχείων, μόνο που τώρα στην θέση των στοιχείων του Μεντελέγιεφ, παίρνουν τα στοιχειώδη σωματίδια. Ο πίνακας περιλαμβάνει τρεις οικογένειες στοιχειωδών σωματιδίων ύλης (φερμιόνια) και τα σωματίδια που είναι οι φορείς των δυνάμεων (μποζόνια). Αν εξαιρέσει κανείς τις μάζες, οι τρεις οικογένειες (γενιές) των σωματιδίων της ύλης δεν διαφέρουν καθόλου μεταξύ τους.

Το Καθιερωμένο Πρότυπο διατυπώθηκε πριν από αρκετές δεκαετίες, επεκτάθηκε και τροποποιήθηκε πολλές φορές στο πέρασμα του χρόνου και τα πειράματα έχουν ενισχύσει την εμπιστοσύνη των φυσικών σ’ αυτό. Όμως είναι ελλιπές. Για παράδειγμα, δεν μπορεί να προβλέψει τις μάζες συγκεκριμένων σωματιδίων, θεωρεί ότι τα νετρίνα δεν έχουν μάζα και αδυνατεί να εξηγήσει τι είναι η σκοτεινή ενέργεια και η σκοτεινή ύλη, περίπου το 95% του περιεχομένου του σύμπαντος. Το Καθιερωμένο Πρότυπο δεν είναι μια τελική θεωρία, αλλά μέχρι σήμερα είναι μια από τις πιο επιτυχημένες προσπάθειες περιγραφής και ερμηνείας του κόσμου μας. Αποτελεί την συνέχεια της επιστημονικής έρευνας που εγκαθίδρυσε ο Θαλής ο Μιλήσιος το 600 π.Χ. Ο Θαλής αφήνοντας κατά μέρος την μυθολογία και τις δοξασίες προσπάθησε να κατανοήσει τον κόσμο με τη λογική. Στον δρόμο του βάδισαν και οι υπόλοιποι προσωκρατικοί φιλόσοφοι: Αναξίμανδρος, Αναξιμένης, Πυθαγόρας, Ξενοφάνης, Ηράκλειτος, Παρμενίδης, Εμπεδοκλής. Αναξαγόρας, Λεύκιππος, Δημόκριτος κ.ά.

«Ευλογημένος είναι όποιος διδάχθηκε
πώς να ασκεί την έρευνα,
δίχως να βλάπτει τους συμπολίτες του
και δίχως να επιδίδεται σε άδικες πράξεις
αλλά συλλαμβάνοντας την τάξη της αθάνατης
και αγέραστης φύσης,
από τι αυτή συνίσταται,
με ποιον τρόπο και με ποια μορφή».
στίχοι από άγνωστο έργο του Ευριπίδη, όπου εγκωμιάζεται η προσωκρατική φιλοσοφία

Οι προσωκρατικοί (φυσικοί) φιλόσοφοι επιχειρούσαν μια ερμηνεία των «πάντων», για να δώσουν μια καθολική περιγραφή, να δείξουν με τι μοιάζει το «παν» ή το σύμπαν, να συλλάβουν τα πάντα – τον κόσμο στο σύνολό του – ως αντικείμενο έρευνας. Ταυτόχρονα επέπλητταν με οξείς τόνους τους ανθρώπους που αντί να διερευνήσουν το άγνωστο, το περίπλοκο και το (φαινομενικά) ακατανόητο, ακολουθούσαν τον οκνηρό δρόμο, υιοθετώντας δοξασίες και τερατολογίες.Ένας σπουδαίος προσωκρατικός φιλοσόφος είναι ο Εμπεδοκλής ο Ακραγαντινός, στην κοσμολογική φιλοσοφία του οποίου αναγνωρίζει κανείς ένα πρωτόγονο «Καθιερωμένο Πρότυπο των στοιχειωδών σωματιδίων».

Ο περιοδικός πίνακας των στοιχείων του Εμπεδοκλή

Ο περιοδικός πίνακας του Εμπεδοκλή περιλαμβάνει τέσσερα στοιχεία: τον αέρα, τη φωτιά, τη γη και το νερό. ‘Ο Ζευς (φωτιά) φεγγοβολεί, η Ήρα (γη) δωρίζει την ζωή, καθώς και ο Αϊδωνεύς (αέρας), η δε Νήστις (νερό), χύνοντας τα δάκρυά της, δημιουργεί την πηγή της ζωής των θνητών. Αυτά δε διαρκώς αλλάζουν και ποτέ δεν παύει η αλλαγή αυτή ‘

Ο Εμπεδοκλής γεννήθηκε γύρω στο 493 π.Χ., στον Ακράγαντα της Σικελίας και ανήκε σε επιφανή οικογένεια. Εισηγήθηκε την καινοφανή και πρωτοποριακή θεωρία των τεσσάρων πρωτογενών στοιχείων – γη, αέρας, φωτιά και νερό- η οποία άσκησε τεράστια επιρροή. Πιθανώς σχετίστηκε με τους Πυθαγόρειους που δρούσαν στην ίδια περιοχή, οι θρησκευτικές και ηθικές θεωρίες των οποίων, μαζί μετα παρμενίδια επιχειρήματα, το επηρέασαν αποφασιστικά. Ο Εμπεδοκλής υποστήριξε τη μετάβαση από την τυραννίδα στη δημοκρατία στον Ακράγαντα. Γρήγορα έγινε θρυλική μορφή, και του αποδόθηκαν θαυματουργικές ιδιότητες. Λέγεται μάλιστα ότι έδωσε τέλος στη ζωή του πέφτοντας στον κρατήρα της Αίτνας. Η ανεκδοτολογική παράδοση πρέπει κατά ένα μέρος να αφορμάται από τις πολύ παράδοξες αναφορές στον εαυτό του τις οποίες συναντούμε στην ποίησή του, ωστόσο πρόκειται αναμφίβολα για μια χαρισματική μορφή, και η παράδοση ότι ήταν γιατρός και υποδειγματικός ρήτορας πρέπει να είναι αυθεντική. Η ποίησή του μεταφράστηκε στα Λατινικά και χρησίμευσε ως πρότυπο για το σπουδαίο διδακτικό ποίημα του Λουκρητίου De rerum natura. Ο Εμπεδοκλής πέθανε γύρω στο 432 π.Χ.Στο φιλοσοφικό του σύστημα ο Εμπεδοκλής, αφού πρώτα μας προειδοποιεί να αναζητήσουμε μια ισόρροπη αξιολόγηση της μαρτυρίας των αισθήσεων, στη συνέχεια προχωρεί στον προσδιορισμό των βασικών συστατικών του σύμπαντος και αναπτύσσει μια κοσμολογία βασισμένη σε αυτά τα συστατικά. Υπάρχουν τέσσερα στοιχεία ή «ριζώματα»: η γη, το νερό, ο αέρας και η φωτιά τα οποία συνδυαζόμενα σε ακέραιες αναλογίες σχηματίζουν τα υλικά σώματα. Σύμφωνα με τον Εμπεδοκλή, όπως ένας ζωγράφος μπορεί με ελάχιστα χρώματα να παραστήσει ποικίλες μορφές τελείως διαφορετικών πραγμάτων, ανάλογα και η φύση μπορεί με ελάχιστα στοιχεία να δημιουργήσει κάθε φυσική ουσία.Πριν από τον Εμπεδοκλή, οι φυσικοί φιλόσοφοι αναζητούσαν ένα στοιχείο από το οποίο προέρχονταν όλα τα υπόλοιπα. Ο Θαλής θεωρούσε το νερό, ο Αναξιμένης τον αέρα και ο Ηράκλειτος τη φωτιά. Ο Εμπεδοκλής δεν δίνει την πρωτοκαθεδρία σε κανένα από τα τρία αυτά στοιχεία και προσθέτει επιπλέον ένα τέταρτο στοιχείο, τη γη. Τα στοιχεία αυτά είναι σταθερά, ομοιογενή και αναλλοίωτα, παρά το πλήθος και την ποικιλία των συνδυασμών που σχηματίζουν.Ο Εμπεδοκλής εισάγει επιπλέον και δυο προσωποποιημένες δυνάμεις, τη Φιλότητα και το Νείκος. Η πρώτη συνενώνει τα στοιχεία, ενώ η δεύτερη τα διαχωρίζει. Οι δυο δυνάμεις εκτείνονται στον χώρο, αλλά είναι αόρατες. Υπάρχει κάποια διαφωνία αναφορικά με τον τρόπο που οι εν λόγω δυνάμεις δρουν. Είναι ωστόσο προφανές ότι η Φιλότης συνενώνει στοιχεία ανόμοια ενώ το Νείκος τα διαχωρίζει. Σύμφωνα με τον Weinberg, είναι πιθανό ο Εμπεδοκλής να χρησιμοποιούσε τους όρους «φιλότης» και «νείκος» ως μεταφορές για την τάξη και την αταξία, κατά παρόμοιο τρόπο που ο Αϊνστάιν συχνά χρησιμοποιούσε μεταφορικά τον όρο «Θεός» για τους άγνωστους θεμελιώδεις νόμους της φύσης.Τώρα, αν συμπεριλάβουμε στα 4 στοιχεία του Εμπεδοκλή και τις δύο δυνάμεις (Φιλότης και Νείκος) διαμέσου των οποίων αλληλεπιδρούν τα 4 στοιχεία της ύλης, τότε μπορούμε να απεικονίσουμε το «Καθιερωμένο Πρότυπο» του Εμπεδοκλή με τον παρακάτω πίνακα:

Το ‘Καθιερωμένο Πρότυπο των Στοιχειωδών Σωματιδίων’ του Εμπεδοκλή (495-435 π.Χ.). Διαθέτει 4 θεμελιώδη συστατικά (‘φερμιόνια’😞Αέρας, Φωτιά, Γη και Νερό, τα οποία αλληλεπιδρούν μεταξύ τους διαμέσου δυο φορέων δυνάμεων (‘μποζόνια’): την Φιλότητα και το Νείκος

Πρέπει να τονιστεί, ότι σε κάθε περίπτωση δεν πρέπει να επιβάλλουμε μία σύγχρονη ερμηνεία στις φιλοσοφικές ιδέες των προσωκρατικών. Ή ακόμα χειρότερα να λέμε ότι η αρχαία Ελληνική φιλοσοφία «είπε τα πάντα» ή και περισσότερα από αυτά που σήμερα γνωρίζουμε! Τέτοιες απόψεις προσβάλλουν το πνεύμα των αρχαίων Ελλήνων φιλοσόφων.Η κοσμολογία του Εμπεδοκλή απέχει πολύ από το πνεύμα της σύγχρονης φυσικής. Θαυμάζουμε όμως την βασική του ιδέα: ότι με πολύ λίγα στοιχεία θα μπορούσαμε να περιγράψουμε τις βασικές ιδιότητες της ύλης και των αλληλεπιδράσεών της. Μπορεί να μην γνώριζε τα φερμιόνια και τα μποζόνια, αλλά κατανόησε τα βασικά χαρακτηριστικά τους: ότι το σύμπαν μας συνίσταται από έναν μικρό αριθμό των θεμελιωδών συστατικών, τα οποία συνδυάζονται και αλληλεπιδρούν μεταξύ τους με συγκεκριμένες δυνάμεις, σχηματίζοντας τον κόσμο που αντιλαμβανόμαστε.Σύμφωνα με τον μύθο, ο Εμπεδοκλής όταν ήρθε η ώρα να πεθάνει, πήδηξε στον κρατήρα του ηφαιστείου της Αίτνας, θεωρώντας ότι θα ζούσε ξανά. Ίσως νόμιζε ότι θα μετενσαρκωθεί χιλιετίες αργότερα. Είτε ως Dmitri Mendeleev είτε ως Steven Weinberg.

πηγές:
1. «Οι προσωκρατικοί φιλόσοφοι», Α.Α. Long, εκδόσεις Παπαδήμα
2.This Greek philosopher had the right idea, just too few elements, Tom Siegfried, https://www.sciencenews.org/blog/context/greek-philosopher-had-right-idea-just-too-few-elements

[Δροσος Γεωργιος]

Ζεύγη νετρονίων (δινετρόνια) στον διεγερμένο πυρήνα του ηλίου-8.

Ένας μαθητής της Α’ Λυκείου, που προσέχει έστω και λίγο στο μάθημα της Χημείας, όταν βλέπει το στοιχείο του ηλίου-8 γραμμένο ως: He, αναγνωρίζει αμέσως ότι ο πυρήνας του περιέχει 2 πρωτόνια και 6 νετρόνια. Επιπλέον, ο μαθητής που το μυαλό του δεν έχει «κλουβιάνει» ακόμα από ιδιαίτερα και λοιπές δραστηριότητες, θα μπορούσε ίσως να αναρωτηθεί για το ‘πώς διατάσσονται αυτά τα οκτώ σωματίδια στον πυρήνα του ηλίου-8 (⁸He)’.
Ένα παρόμοιο ερώτημα προβλημάτισε τους φυσικούς Z. H. Yang et al, οι οποίοι πραγματοποιώντας πολύ δύσκολα πειράματα βρήκαν την διάταξη των νουκλεονίων στην πρώτη διεγερμένη κατάσταση του πυρήνα του ⁸He. Τα ευρήματά τους περιέχονται στην δημοσίευση με τίτλο: ‘Observation of the Exotic Cluster State in ⁸He‘.

Ο χρόνος ημιζωής του ηλίου-8 (το πρώτο σωματίδιο αριστερά) είναι 120 ms. Στο μέσον βλέπουμε τον ίδιο πυρήνα στην πρώτη διεγερμένη κατάσταση, και στη συνέχεια τα προϊόντα της διάσπασής του, το ήλιο-6 και ένα δινετρόνιο.

Στη θεμελιώδη κατάσταση, ήταν γνωστό πως τα νουκλεόνια του πυρήνα του ⁸He διατασσονται ως ένα σωματίδιο άλφα (ο πυρήνας ⁴He) και τέσσερα νετρόνια γύρω του (βλέπε παραπάνω σχήμα). Αν όμως, πριν τελειώσει η σύντομη ζωή του πυρήνα του ⁸He (λίγες εκατοντάδες χιλιοστά του δευτερολέπτου), διεγερθεί στην πρώτη του διεγερμένη κατάσταση 0⁺, τότε τα τέσσερα νετρόνια σχηματίζουν δύο ζεύγη νετρονίων – γνωστά ως δινετρόνια (dineutron). Σύμφωνα με τη θεωρία, το σωματίδιο άλφα και τα δύο δινετρόνια έχουν ακέραιο σπιν και επομένως συμπεριφέρονται ως μποζόνια, αποτελώντας ένα τριμελές πυρηνικό ανάλογο του συμπυκνώματος Bose-Einstein. Αυτή η υπόθεση παρατηρήθηκε πειραματικά για πρώτη φορά από τον Zaihong Yang του Πανεπιστημίου του Πεκίνου και τους συναδέλφους του στο RIKEN Nishina Center στην Ιαπωνία.Στο πείραμα δημιουργήθηκε δέσμη από βαχύβιους πυρήνες ⁸He, με την οποία βομβαρδίζονταν στόχοι πολυαιθυλενίου και άνθρακα. Σε κάποιες από τις συγκρούσεις οι πυρήνες ⁸He, διεγείρονταν στην ζητούμενη κατάσταση συμπυκνώματος, η οποία διασπώταν αμέσως προς έναν πυρήνα ηλίου-6 (⁶He) και ένα δινετρόνιο. Η πειραματική διάταξη των ερευνητών διέθετε τους κατάλληλους ανιχνευτές με τους οποίους εντόπιζαν τους παραγόμενους πυρήνες ⁶He και τα δινετρόνια. Συσχετίζοντας τον ρυθμό παραγωγής τους, τις γωνίες που σχημάτιζαν τα προϊόντα με την αρχική διεύθυνση της δέσμης και το είδος του στόχο, ήταν όλα συνεπή με τις θεωρητικές προβλέψεις της φύσης της διεγερμένης κατάστασης ⁸He.Το συμπύκνωμα του ⁸He μοιάζει με την στάθμη Hoyle του άνθρακα-12 (¹²C), η οποία αποτελείται από τρία σωματίδια άλφα σε συμπυκνωμένη κατάσταση. Ο αστρονόμος Fred Hoyle ο 1954 προέβλεψε ότι αυτή η διεγερμένη κατάσταση του ¹²C θα εξηγούσε τη σύνθεση του άνθρακα στο εσωτερικό των άστρων [διαβάστε σχετικά: Πως δημιουργείται το στοιχείο του άνθρακα στο Σύμπαν]. Ο Yang επισημαίνει ότι τα πυρηνικά συμπυκνώματα θα μπορούσαν επίσης να έχουν επιπτώσεις στην κατανόηση των δομών των εξωτικών πυρήνων και των άστρων νετρονίων.

πηγή: https://physics.aps.org/articles/v16/s174

[Δροσος Γεωργιος]

Η ακριβέστερη εκτίμηση της μάζας του σωματιδίου Χιγκς.

… 11 χρόνια μετά την ανακάλυψή του

To πείραμα ATLAS στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (Large Hadron Collider, LHC) δημοσίευσε στο περιοδικό Physical Review Letters την τελευταία και ακριβέστερη εκτίμηση της μάζας του σωματιδίου Higgs:
125.11 ± 0.09 (στατιστικό σφάλμα) ± 0.06 (συστηματικό σφάλμα)=125.11 ± 0.11 GeV
Το σχετικό σφάλμα της μέτρησης είναι μικρότερο από 0,09%.

Στην παραπάνω εικόνα βλέπουμε την σύνοψη των μετρήσεων (διαμέσου των διασπάσεων 𝐻→𝛾𝛾 και 𝐻→𝑍 𝑍^∗→4ℓ) της μάζας του μποζονίου Higgs από το πείραμα ATLAS. Σύμφωνα με την τελευταία μέτρηση (κόκκινη γραμμή) η μάζα του μποζονίου Higgs υπολογίζεται στα125.11 GeV. Οι οριζόντιες μπάρες δείχνουν το συνολικό σφάλμα, το κίτρινο χρώμα το στατιστικό σφάλμα και η γκρι ταινία το σφάλμα (±0.11 GeV) της τελευταίας μέτρησης.

Yπενθυμίζεται ότι στις 4 Ιουλίου 2012, όταν ανακοινώθηκε η ανακάλυψη του μποζονίου Higgs, το πείραμα ATLAS εκτιμούσε την μάζα του μποζονίου Higgs στα 126.6,5 GeV:

https://physicsgg.me/2023/12/23/η-ακριβέστερη-εκτίμηση-της-μάζας-του-σ/

 

 

[Δροσος Γεωργιος]

Είχαν προβλέψει την μάζα του σωματιδίου Χιγκς. Και κανείς δεν έδωσε σημασία.

Το μποζόνιο Higgs είναι ένα από τα στοιχειώδη σωματίδια στο Καθιερωμένο Πρότυπο της σωματιδιακής φυσικής και το τελευταίο που ανακαλύφθηκε. Όταν στις 4 Ιουλίου 2012 ανακοινώθηκε η ανακάλυψη του μποζονίου Higgs, το πείραμα ATLAS μέτρησε την μάζα του στα 126,5 GeV και το πείραμα CMS στα 125,3 GeV. (Aν και το 1 GeV =10⁹ eV είναι μονάδα μέτρησης ενέργειας, δεδομένου ότι E=mc² σε ένα σύστημα μονάδων όπου c=1, χρησιμοποιείται και ως μονάδα μέτρησης μαζών. Έτσι, η μάζα ενός πρωτονίου είναι περίπου 1 GeV, ενώ περίπου 115 GeV είναι η μάζα ενός μεσαίου μεγέθους ατόμου.)
H ακριβέστερη (μέχρι σήμερα) πειραματική εκτίμηση της μάζας του σωματιδίου Higgs ανακοινώθηκε πριν από μερικές εβδομάδες: 125,11 ± 0,11 GeV.

Το 2013 απονεμήθηκε το βραβείο Νόμπελ στους Peter Higgs και Francois Englert για τις θεωρίες που ανέπτυξαν ξεχωριστά σχετικά με το πεδίο Higgs και το μποζόνιο Higgs. Όμως δεν είχαν προβλέψει την μάζα του.

Ενώ μέχρι το 2012 οι περισσότεροι φυσικοί ήταν αρκετά σίγουροι ότι το Higgs υπήρχε, δεν ήξεραν ποια θα ήταν η μάζα του. Το μποζόνιο Higgs είχε ήδη αναζητήσει ο επιταχυντής TeVatron στο Fermilab στις ΗΠΑ κάτι που επέτρεψε τους φυσικούς να θέσουν ένα κάτω όριο στη μάζα του Higgs, περίπου στα 115 GeV. Γνώριζαν επίσης ότι για να λειτουργεί σωστά το Καθιερωμένο Πρότυπο η μάζα του Higgs έπρεπε ήταν μικρότερη από 1000 GeV. Όμως, οι φυσικοί είχαν θέσει ένα ακόμη ανώτερο όριο περίπου στα 180 GeV. Το επιχείρημα ήταν ότι αν η μάζα του μποζονίου Higgs ήταν μεγαλύτερη από αυτό το όριο, τότε η θεωρία για το Higgs είτε καταρρέει είτε δεν μπορεί να δημιουργήσει τις μάζες για τα άλλα σωματίδια. Με λίγα λόγια η μάζα του Higgs αναμενόταν από 115 GeV έως 180 GeV .Όμως, το 2009, τρία χρόνια πριν ανιχνευθεί το σωματίδιο Higgs στο CERN, οι φυσικοί Mikhail Shaposhnikov και Christof Wetterrich διερεύνησαν το πώς η μάζα του μποζονίου Higgs επηρεάζει την εύρεση μιας συνεπούς και προγνωστικής κβαντικής θεωρίας βαρυτικού πεδίου σε υψηλότερες ενέργειες. Kαι για να είναι η βαρύτητα ‘ασυμπτωτικά ασφαλής‘, υποθέτοντας ότι το Καθιερωμένο Πρότυπο συν τη βαρύτητα θα μπορούσαν να ισχύουν μέχρι αυθαίρετα υψηλές ενέργειες, υπολόγισαν θεωρητικά την μάζα του μποζονίου Higgs βρίσκοντας την τιμή 126 GeV± 2,2 GeV, η οποία συμφωνεί εντυπωσιακά με το πείραμα!Oι Shaposhnikov και Wetterrich προέβλεψαν σωστά τη μάζα του μποζονίου Higgs και κανείς δεν ασχολήθηκε. Τι σημαίνει όμως αυτό; Σημαίνει ότι η κβαντική βαρύτητα μπορεί απλά να μην είναι το μεγάλο μυστηριώδες πρόβλημα που θεωρούν οι φυσικοί, ότι ίσως θα αρκούσε να γίνει σωστά μια προέκταση γνωστών θεωριών. Κι αυτή είναι μια τόσο βαρετή λύση που μάλλον οι περισσότεροι φυσικοί περιφρονούν.
Περισσότερες λεπτομέρειες στο βίντεο της Sabine Hossenfelder που ακολουθεί:

Κοινοποιήστε:

[Δροσος Γεωργιος]

Επιμορφωτικά σεμινάρια για καθηγητές στο CERN.

Ο ανιχνευτής CMS είναι ένας από τους επτά ανιχνευτές σωματιδίων στον χώρο του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων. Credit Leslye Davis/The New York Times

Το Τμήμα Εκπαίδευσης του CERN σε συνεργασία με την Οργανωτική Επιτροπή των σεμιναρίων για την Ελλάδα, αποτελούμενη από τους: Εμμανουήλ Τσεσμελή, Καθηγητή, Υπεύθυνο του Γραφείου Διεθνών Σχέσεων του CERN, Δρ. Ραχήλ – Μαρία Αβραμίδου, φυσικό, ερευνήτρια CERN και την Ευγενία Τσιτοπούλου – Χριστοδουλίδη, φυσικό Δευτεροβάθμιας Εκπαίδευσης, οργανώνουν, για 14η χρονιά, δύο επιμορφωτικά σεμινάρια για 72 (36+36) καθηγητές κλάδων
ΠΕ04, ΠΕ03, ΠΕ85 (πρώην: ΠΕ12.08) και ΠΕ86 (πρώην: ΠΕ19, ΠΕ20) όλης της χώρας, στην Ελληνική γλώσσα. Το πρώτο σεμινάριο θα πραγματοποιηθεί από τις 25 Αυγούστου 2024 – 28 Αυγούστου 2024 και το δεύτερο 28 Αυγούστου 2024 – 31 Αυγούστου 2024, στις εγκαταστάσεις του CERN στη Γενεύη.

Οι αιτήσεις για την παρακολούθηση του σεμιναρίου πρέπει να υποβληθούν ηλεκτρονικά έως τις 16 Φεβρουαρίου 2024, ώρα: 15.00, στην διεύθυνση: https://forms.gle/g4FSxdCgSmyAUkdQ6
Σας ενημερώνουμε ότι:
α) Τα έξοδα μετάβασης και επιστροφής θα βαρύνουν τους συμμετέχοντες στο σεμινάριο. Οι συμμετέχοντες θα φροντίσουν οι ίδιοι για το τρόπο μετάβασης τους προς και από την Γενεύη.
β) Η διαμονή θα είναι στους ξενώνες του CERN σε μονόκλινα δωμάτια. Τα έξοδα διαμονής και διατροφής είναι χορηγία του Κοινωφελούς Ιδρύματος Ιωάννη Σ. Λάτση.
γ) Το πρόγραμμα των σεμιναρίων είναι:

1ο σεμινάριο (για 36 καθηγητές)
Άφιξη στο CERN: Κυριακή 25/8/2024 πρωί
Έναρξη μαθημάτων: Κυριακή 25/8/2024, 14.00
Τέλος μαθημάτων: Τετάρτη 28/8/2024, 13.00
Αναχώρηση από το CERN: Τετάρτη 28/8/2024

2ο σεμινάριο (για 36 καθηγητές)
Άφιξη στο CERN: Τετάρτη 28/8/2024 πρωί
Έναρξη μαθημάτων: Τετάρτη 28/8/2024, 14.00
Τέλος μαθημάτων: Σάββατο 31/8/2024, 13.00
Αναχώρηση από το CERN: Σάββατο 31/8/2024

Η διάρκεια του σεμιναρίου είναι 9.00 – 18.00 καθημερινά, με 2ωρη διακοπή φαγητού το μεσημέρι. Όσοι επιλεγούν, υποχρεούνται να παρακολουθήσουν όλο το σεμινάριο (δεν επιτρέπονται αφίξεις μετά την έναρξη, αναχωρήσεις πριν την λήξη ή επιλογή διδακτικών ενοτήτων κατά την διάρκεια του σεμιναρίου).
δ) Οι συμμετέχοντες στο σεμινάριο υποχρεούνται να πραγματοποιήσουν μία τουλάχιστον εκδήλωση, σχετικά με όσα παρακολούθησαν, την επόμενη σχολική χρονιά 2024-2025.
Ενδεικτικός πίνακας επιθυμητών εκδηλώσεων περιλαμβάνεται στην αίτηση συμμετοχής. Όταν πραγματοποιηθεί η εκδήλωση, θα κοινοποιηθεί στο e-mail: etsitop@otenet.gr για την σύνταξη της έκθεσης απολογισμού του προγράμματος.
ε) Η κατανομή των θέσεων στo σεμινάριo είναι:
 Ποσοστό 70% των θέσεων (50), θα καλυφτεί από εκπαιδευτικούς με πτυχίο Φυσικού τμήματος ή ΣΕΜΦΕ, κλάδος Φυσικού, οι οποίοι την σχολική χρονιά 2023-2024 διδάσκουν Φυσική ή και άλλο μάθημα των Φυσικών Επιστημών (Χημεία, Βιολογία, Γεωλογία – Γεωγραφία, Γεωλογία και Διαχείριση Φυσικών Πόρων).
 Ποσοστό 20% των θέσεων (14), θα καλυφτεί από εκπαιδευτικούς κλάδων ΠΕ04-02, ΠΕ04-04, ΠΕ04-05, ΠΕ03, ΠΕ85 (πρώην: ΠΕ12.08), οι οποίοι την σχολική χρονιά 2023-2024 διδάσκουν Φυσική και άλλο μάθημα των Φυσικών Επιστημών (Χημεία, Βιολογία, Γεωλογία – Γεωγραφία, Γεωλογία και Διαχείριση Φυσικών Πόρων).
 Ποσοστό 5% των θέσεων (4), θα καλυφτεί από εκπαιδευτικούς κλάδων ΠΕ86 (πρώην: ΠΕ19, ΠΕ20)
 Ποσοστό 5% των θέσεων (4), θα καλυφτεί από Υπευθύνους Ε.Κ.Φ.Ε.
Όσοι επιλεγούν, υποχρεούνται να στείλλουν, εντός μίας εβδομάδας από την ανακοίνωση της επιλογής τους, βεβαίωση με τα μαθήματα και τις ώρες διδασκαλίας τους για κάθε μάθημα, υπογεγραμμένη από τον Διευθυντή/-ντές του/των σχολείου/-ων τους στο e-mail: etsitop@otenet.gr Η μη έγκαιρη αποστολή της βεβαίωσης συνεπάγεται την αυτόματη διαγραφή τους από τους επιλεγέντες και την αντικατάστασή τους από τους αναπληρωματικούς εκπαιδευτικούς.

Κριτήρια επιλογής:
 εκπαιδευτικοί που δεν έχουν παρακολουθήσει τα προηγούμενα σεμινάρια του 2008, του 2010, του 2011, του 2012, του 2013, του 2014, του 2015, του 2016, του 2017, του 2018, του 2019, του 2022, του 2023 ή οποιοδήποτε από τα σεμινάρια των τριών εβδομάδων που οργανώνονται από το CERN
 κατά Διεύθυνση Δευτεροβάθμιας Εκπαίδευσης ανάλογα με τον αριθμό των αιτήσεων που θα υποβληθούν ανά Διεύθυνση Δ.Ε.,
 η ποσόστωση στον αριθμό των γυναικών (ελάχιστο 30%, όπως ορίζει ο νόμος), και
 τα στοιχεία του βιογραφικού σημειώματος και της αίτησης.

Οι αιτήσεις των αναπληρωτών εκπαιδευτικών εξετάζονται μόνο στην περίπτωση που υπάρξουν λιγότερες αιτήσεις από εκπαιδευτικούς που δεν έχουν παρακολουθήσει τα προηγούμενα σεμινάρια. Σε περίπτωση που υπάρξουν ακυρώσεις. οι κενές θέσεις θα καλυφτούν από εκπαιδευτικούς ίδιας ειδικότητας με τους αρχικώς επιλεγέντες από την ίδια (αν υπάρχουν) ή άλλη Διεύθυνση Δευτεροβάθμιας Εκπαίδευσης.
Όλοι οι αιτούντες θα ενημερωθούν στο e-mail που δήλωσαν στην αίτησή τους για το
αποτέλεσμα της συμμετοχής τους. Τα προσωπικά δεδομένα των αιτούντων για τα ανωτέρω σεμινάρια θα προστατεύονται βάσει του ισχύοντος θεσμικού πλαισίου. Οι συμμετέχοντες, με την αίτησή τους, συναινούν ότι τα προσωπικά δεδομένα που παρέχονται θα συλλέγονται, θα υποβάλλονται σε επεξεργασία, θα χρησιμοποιούνται και θα αποθηκεύονται από το Τμήμα Εκπαίδευσης του CERN και την Οργανωτική Επιτροπή των σεμιναρίων για την Ελλάδα, με σκοπό τη διοργάνωση των σεμιναρίων και, μεταξύ άλλων, για την έκδοση του πιστοποιητικού συμμετοχής, των λιστών συμμετοχής και για την παρακολούθηση των σεμιναρίων. Καθώς προσπαθούμε συνεχώς να βελτιώνουμε τα σεμινάρια, θα επικοινωνούμε μαζί σας εάν είναι απαραίτητο, στο πλαίσιο μακροπρόθεσμων αξιολογήσεων έως και δώδεκα μήνες μετά (έως 3/9/2024). Μετά το πέρας της ημερομηνίας αυτής, τα δεδομένα θα αρχειοθετηθούν ανώνυμα για στατιστικούς σκοπούς.
Τα καθαρά δεδομένα θα διαγραφούν μετά την ανωνυμοποίηση. Τα προσωπικά σας στοιχεία επικοινωνίας δεν θα διαβιβαστούν σε τρίτους. Μπορείτε να ανακαλέσετε αυτήν τη συγκατάθεση ανά πάσα στιγμή με ισχύ για το μέλλον στέλνοντας ένα e-mail στο etsitop@otenet.gr

Περισσότερες πληροφορίες για τα σεμινάρια στη διεύθυνση: http://etsito.mysch.gr/ και από την κα. Ευγενία Τσιτοπούλου – Χριστοδουλίδη στο e-mail: etsitop@otenet.gr
Εμμανουήλ Τσεσμελής
Ραχήλ – Μαρία Αβραμίδου
Ευγενία Τσιτοπούλου – Χριστοδουλίδη

https://teacher-programmes.web.cern.ch/

[Δροσος Γεωργιος]

Μια σπάνια διάσπαση του σωματιδίου Χιγκς ενδέχεται να μην συμφωνεί με τις θεωρητικές προβλέψεις.

Πρόκειται για την διάσπαση του μποζονίου Higgs προς ένα μποζόνιο Ζ και ένα φωτόνιο (γ).Tα πειράματα ATLAS και CMS στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) στο CERN αναζήτησαν στα δεδομένα τους τη σπάνια διάσπαση του μποζονίου Higgs, Η→Ζγ, ανακαλύπτοντας μια ένδειξη διαφωνίας με τις θεωρητικές προβλέψεις του Καθιερωμένου Προτύπου των στοιχειωδών σωματιδίων.

Παραδείγματα διαγραμμάτων Feynman για την διάσπαση του μποζονίου Higgs: 𝐻→𝑍𝛾

Το 2012 έγινε έτος ορόσημο για τη σωματιδιακή φυσική με την ανακάλυψη του μποζονίου Higgs, η οποία συμπλήρωσε την λίστα όλων των σωματιδίων που προέβλεπε το Καθιερωμένο Πρότυπο. Αυτή η ανακάλυψη δεν σταμάτησε την αναζήτηση νέων σωματιδίων, την οποία οι φυσικοί συνέχισαν πραγματοποιώντας ακριβείς μετρήσεις σπάνιων διασπάσεων γνωστών σωματιδίων. Τα στοιχεία για νέα σωματίδια θα μπορούσαν να εμφανιστούν ως απόκλιση στον αριθμό τέτοιων διασπάσεων σε σχέση με τις προβλέψεις του Καθιερωμένου Προτύπου.Χτες δημοσιεύθηκε στο περιοδικό PHYSICAL REVIEW LETTERS η μελέτη των δεδομένων από τα πειράματα του CERN, ATLAS και CMS, η οποία δείχνει την υπεραφθονία μιας σπάνιας διάσπασης του μποζονίου Higgs, που δεν είχε παρατηρηθεί ποτέ στο παρελθόν [Evidence for the Higgs boson decay to a Z boson and a photon at the LHC].H καθιερωμένη θεωρία προβλέπει ότι από την διάσπαση 10.000 μποζονίων Higgs τα 15 διασπώνται προς ένα μποζόνιο Ζ και ένα φωτόνιο, και ότι σ’ αυτή τη διάσπαση μεσολαβεί ένα κορυφαίο (top) κουάρκ ή ένα μποζόνιο W. Όμως, άλλα θεωρητικά μοντέλα πέραν του Καθιερωμένου Προτύπου υποδεικνύουν ότι η διάσπαση αυτή θα μπορούσε επίσης να προκληθεί από ένα ή περισσότερα άγνωστα σωματίδια.Για να διερευνήσουν αυτήν την πιθανότητα, τα πειράματα ATLAS και CMS αναζήτησαν σήματα διάσπασης Higgs προς ένα μποζόνιο Ζ και ένα φωτόνιο σε δεδομένα συγκρούσεων πρωτονίων με πρωτόνια που καταγράφηκαν από το 2015 έως το 2018. Τα μποζόνια Z διασπώνται προς δύο ηλεκτρόνια ή δύο μιόνια πριν φτάσουν στους ανιχνευτές. Οι φυσικοί επινόησαν μεθόδους ώστε να προσδιορίσουν αν οι υπογραφές ηλεκτρονίων, μιονίων και φωτονίων που βρέθηκαν στα δεδομένα προήλθαν από γεγονότα Η→Ζγ.Η ανάλυση των δεδομένων έδειξε ότι ο αριθμός των διασπάσεων Η→Ζγ ήταν διπλάσιος από αυτόν που προβλέπει το Καθιερωμένο Πρότυπο. Προς το παρόν όμως τα δεδομένα δεν είναι αρκετά ώστε να αποκλειστεί η πιθανότητα στατιστικής διακύμανσης. Παρόλα αυτά, η εν λόγω δημοσίευση μας δείχνει έναν νέο τρόπο για την διερεύνηση ακραίων καταστάσεων που διαφεύγουν από την γνωστή θεωρία.

πηγή: https://physics.aps.org/articles/v17/s4

 

[Δροσος Γεωργιος]

Τι σημαίνει αυτή η τρελή εξίσωση;

Ο θεωρητικός φυσικός John Ellis, «φοράει» την Lagrangian του Καθιερωμένου Προτύπου των στοιχειωδών σωματιδίων

Είναι γνωστό ότι το Καθιερωμένο Πρότυπο της σωματιδιακής φυσικής περιγράφει θεωρητικά σχεδόν όλα τα γνωστά υποατομικά φαινόμενα. Χαρακτηρίζεται από μία εξίσωση που θεωρείται ίσως η πολυπλοκότερη (επομένως και η αποκρουστικότερη; ) εξίσωση της φυσικής. Για να ασχοληθεί κανείς με την εν λόγω εξίσωση, θα πρέπει να γνωρίζει τι είναι η Λαγκρανζιανή (Lagrangian).Δεν είναι μια σύγχρονη έννοια. Η Λαγκρανζιανή μέθοδος εισήχθη για πρώτη φορά το 1788, όταν ο Joseph-Louis Lagrange δημοσίευσε το βιβλίο του «Mécanique Analytique». Επιτρέπει στους φυσικούς να προβλέψουν την εξέλιξη τόσο των σωματιδίων όσο και των πεδίων, χωρίς την απευθείας εφαρμογή του γνωστού νόμου του Νεύτωνα . Όχι ότι υπάρχει τίποτα κακό με τη νευτώνεια διατύπωση της μηχανικής, αλλά σε πολλές περιπτώσεις είναι πολύ δύσκολο να χρησιμοποιηθεί πρακτικά. Κι αυτό διότι οι δυνάμεις και οι επιταχύνσεις είναι διανύσματα, που σημαίνει τρεις συνιστώσες για καθένα από αυτά, επομένως περισσότερες εξισώσεις και πολυπλοκότερα μαθηματικά.Η Λαγκρανζιανή διατύπωση είναι ισοδύναμη με τη Νευτώνεια προσέγγιση και συχνά είναι πολύ πιο εύκολο να εφαρμοστεί και να δώσει γρήγορα αποτελέσματα. Αντί να χρησιμοποιούνται δυνάμεις και επιταχύνσεις, κατασκευάζεται μια Λαγκρανζιανή χρησιμοποιώντας την ενέργεια του συστήματος. Η ενέργεια, όντας βαθμωτή ποσότητα χωρίς συνιστώσες – είναι πολύ πιο εύκολη στον χειρισμό της. Πώς όμως κατασκευάζεται η Λαγκρανζιανή συνάρτηση;Μια πλήρης απάντηση μπορεί να είναι δύσκολη, αλλά στην συνήθη κλασική μηχανική, η Λαγκρανζιανή ισούται με την κινητική ενέργεια μείον την δυναμική ενέργεια. Και, αν κάποιος γράψει την εξίσωση με τον πιο συνηθισμένο τρόπο, χρησιμοποιώντας αποδεκτά σύμβολα, παίρνει το , όπου T η κινητική ενέργεια και το V η δυναμική. Για να προσδιοριστεί η κίνηση των σωματιδίων χρησιμοποιώντας την Λαγκρανζιανή απαιτούνται τα μαθηματικά του λογισμού μεταβολών και των μερικών διαφορικών εξισώσεων.Στην θεωρητική μελέτη των στοιχειωδών σωματιδίων χρησιμοποιείται η Λαγκρανζιανή μέθοδος. Στο βίντεο που ακολουθεί ο Ο Dr Don Lincoln από το Fermilab, αρχικά περιγράφει την απλή μορφή της Λαγκρανζιανής του Καθιερωμένου Προτύπου που βλέπουμε στο μπλουζάκι του θεωρητικού φυσικού John Ellis. Στη συνέχεια αναφέρεται σε μια πολυπλοκότερη μορφή της Λαγκρανζιανής που γράφτηκε το 1999 από τον Thomas Gutierrez, καθηγητή φυσικής στο Πολυτεχνείο της Καλιφόρνιας:

Η Λαγκρανζιανή του Καθιερωμένου Προτύπου χωρισμένη σε 5 τμήματα:
To πρώτο τμήμα της εξίσωσης αναφέρεται στο γλοιόνιο, τον φορέα της ισχυρής πυρηνικής δύναμης. Τo δεύτερο αναφέρεται στην αλληλεπίδραση μεταξύ των μποζονίων (κυρίως των W και Ζ), καθώς επίσης και στις αλληλεπιδράσεις τους με το μποζόνιο Higgs. To τρίτο τμήμα της εξίσωσης περιγράφει πως τα στοιχειώδη σωματίδια αλληλεπιδρούν με την ασθενή δύναμη και τις βασικές αλληλεπιδράσεις του πεδίου Higgs, από τις οποίες κάποια στοιχειώδη σωματίδια αποκτούν την μάζα τους. Το τέταρτο περιγράφει πως τα σωματίδια της ύλης αλληλεπιδρούν με τα εν δυνάμει (φαντάσματα) σωματίδια Higgs. Στο πέμπτο τμήμα της εξίσωσης περιέχονται τα λεγόμενα φαντάσματα Faddeev-Popov που ακυρώνουν τους πλεονασμούς που προκύπτουν στις αλληλεπιδράσεις διαμέσου της ασθενούς δύναμης.

Δείτε το βίντεο του Don Lincoln:

Διαβάστε σχετικά: Είναι η πιο άσχημη θεωρία της φυσικής;

https://physicsgg.me/2024/01/28/τι-σημαίνει-αυτή-η-τρελή-εξίσωση/

[Δροσος Γεωργιος]

Προτάσεις για τον νέο υπερ-επιταχυντή σωματιδίων στο CERN.

Το CERN ανακοίνωσε τα σχέδια του για το «ισχυρότερο μικροσκόπιο» στη Φυσική – Πρόκειται για ένα νέο επιταχυντή σωματιδίων τρεις φορές μεγαλύτερο από τον LHC

Σε τακτά χρονικά διαστήματα τα τελευταία χρόνια ακούμε προτάσεις για τον νέο επιταχυντή σωματιδίων Future Circular Collider (FCC): βλέπε ΕΔΩ, ΕΔΩ, ΕΔΩ και ΕΔΩ, χωρίς όμως να λαμβάνεται μια οριστική απόφαση.

Αξιωματούχοι του Ευρωπαϊκού Οργανισμoύ Πυρηνικών Ερευνών (CERN)  όπου βρίσκεται ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων κοντά στη Γενεύη ανακοίνωσαν τα σχέδια τους για μια νέα μηχανή που θα είναι τουλάχιστον τρεις φορές μεγαλύτερη από τον υπάρχοντα επιταχυντή σωματιδίων.Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC), χτισμένος μέσα σε μια κυκλική σήραγγα 27 χιλιομέτρων κάτω από την ελβετική-γαλλική ύπαιθρο, προκαλεί συγκρούσεις  υποατομικών σωματιδίων με ταχύτητες κοντά σε αυτή  του φωτός για να αναδημιουργήσει τις συνθήκες που υπήρχαν κλάσματα του δευτερολέπτου μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, το μυστηριώδες φαινόμενο από το οποίο προέκυψε το Σύμπαν.O LHC, ο μεγαλύτερος επιταχυντής στον κόσμο, χρησιμοποιήθηκε για την ανακάλυψη του μποζονίου Higgs το 2012, σχεδόν 50 χρόνια μετά την πρόταση του σωματιδίου από τον Πίτερ Χιγκς, τον θεωρητικό φυσικό στο Πανεπιστήμιο του Εδιμβούργου, και αρκετούς άλλους ερευνητές. Το κατόρθωμα τιμήθηκε με το βραβείο Νόμπελ Φυσικής την επόμενη χρονιά.Αλλά από την ανακάλυψη του μποζονίου Higgs, ο επιταχυντής δεν έχει πραγματοποιήσει κάποια άλλη σημαντική ανακάλυψη που θα μπορούσε να ρίξει φως σε μερικά από τα βαθύτερα μυστήρια του Σύμπαντος όπως η φύση της σκοτεινής ύλης ή της σκοτεινής ενέργειας, την αιτία πού η ύλη κυριαρχεί στην αντιύλη και αν υπάρχουν επιπλέον αθέατες σε εμάς διαστάσεις.Οι πρώτες αναφορές για αυτό τον επιταχυντή έγιναν από τα στελέχη του CERN το 2019 αλλά έκτοτε δεν είχαν υπάρξει κάποιες ουσιαστικές εξελίξεις. Ο επιταχυντής ονομάστηκε Future Circular Collider (FCC) θα έχει περιφέρεια 91 χιλιομέτρων και θα έχει ως στόχο να συνθλίψει τα υποατομικά σωματίδια μαζί με μέγιστη ενέργεια 100 τεραηλεκτρονβολτ (TeV) . Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων επιτυγχάνει μέγιστες ενέργειες 14TeV. Το κόστος της κατασκευής του υπολογίζεται σε 20 δισ. δολάρια και έχουν διατυπωθεί αντιρρήσεις από ορισμένες πλευρές για την κατασκευή του εξαιτίας του υψηλού του κόστους σε μια εποχή γενικευμένης οικονομικής και κλιματικής κρίσης.Το συμβούλιο του CERN συζήτησε μια ενδιάμεση αναθεώρηση μιας μελέτης σκοπιμότητας για την FCC. Εάν τα σχέδια προχωρήσουν, ο οργανισμός θα ζητήσει έγκριση τα επόμενα πέντε χρόνια και θα ελπίζει να έχει το μηχάνημα κατασκευασμένο και έτοιμο για λειτουργία στη δεκαετία του 2040, όταν ο LHC θα έχει ολοκληρώσει τις εργασίες του.«Εάν εγκριθεί, το FCC θα ήταν το πιο ισχυρό μικροσκόπιο που κατασκευάστηκε ποτέ για τη μελέτη των νόμων της φύσης στη μικρότερη κλίμακα και τις υψηλότερες ενέργειες, με στόχο την αντιμετώπιση ορισμένων από τα εκκρεμή ερωτήματα. στη σημερινή θεμελιώδη φυσική και στην κατανόησή μας για το Σύμπαν» ανέφερε ο καθηγητής Φαμπιόλα Γκιανότι Fabiola Gianotti, γενικός διευθυντής του CΕΡΝ.

πηγή: https://www.naftemporiki.gr/techscience/1583810/to-cern-anakoinose-ta-schedia-toy-gia-to-ischyrotero-mikroskopio-sti-fysiki/ – https://www.theguardian.com/science/2024/feb/05/cern-atom-smasher-unlock-secrets-universe-large-hadron-collider

 

[Δροσος Γεωργιος]

Ένας ρομποσκύλος στο CERN (βίντεο)

Το τετράποδο ρομπότ ονομάζεται robodog ή CERNquadbot και ολοκλήρωσε με επιτυχία το πρώτο του επιτυχημένο τεστ ακτινοπροστασίας στα υπόγεια τούνελ των πειραμάτων του CERN

Το robodog πλεονεκτεί σε σχέση με τα προηγούμενα τροχοφόρα ρομπότ που χρησιμοποιούν στο CERN, γιατί παρακάμπτει εμπόδια, καλώδια και σωλήνες που συνήθως βρίσκονται στα τούνελ του LHC. Δείτε το εν δράσει στο βίντεο που ακολουθεί:

πηγή: https://home.cern/news/news/engineering/introducing-cerns-robodog

 

[Δροσος Γεωργιος]

Ποιό σωματίδιο του Καθιερωμένου Προτύπου δεν έχει ανιχνευθεί ακόμα;

Το μποζόνιο Χιγκς ανιχνεύθηκε το 2012. Ήταν το τελευταίο στοιχειώδες σωματίδιο του Καθιερωμένου Προτύπου που ανακαλύφθηκε πειραματικά; Aυτό νομίζει ο περισσότερος κόσμος.

Κι όμως υπάρχει ένα ακόμα στοιχειώδες σωματίδιο της καθιερωμένης θεωρίας που οι φυσικοί δεν κατόρθωσαν να το ανιχνεύσουν μέχρι σήμερα. Είναι το αντινετρίνο του σωματιδίου ταυ.

Σύμφωνα με το Καθιερωμένο Πρότυπο των στοιχειωδών σωματιδίων, υπάρχουν τρία είδη νετρίνων – τα νετρίνo του ηλεκτρονίου (), το νετρίνo του μιονίου (), το νετρίνo του ταυ (), και τα αντίστοιχα τα τρία είδη αντινετρίνων, αντινετρίνο του ηλεκτρονίου (), αντινετρίνο του μιονίου () και αντινετρίνο του ταυ (). Τα αντινετρίνα διακρίνονται από τα αντίστοιχα νετρίνα γιατί έχουν αντίθετο λεπτονικό αριθμό, αντίθετη χειραλικότητα (και κατά συνέπεια αντίθετο πρόσημο ασθενούς ισοσπίν).
Τα νετρίνα είναι πολύ δύσκολο να παρατηρηθούν γιατί αλληλεπιδρούν ελάχιστα με την ύλη. Ενδεικτικά, θα μπορούσαν να διασχίσουν μόλυβδο πάχους ενός έτους φωτός πριν σκεδαστούν.

Ενώ τo νετρίνο του ταυ ανιχνεύθηκε το 2000 από την ερευνητική ομάδα DONut στο Fermilab, το αντίστοιχο αντινετρίνο του ταυ δεν έχει ανιχνευθεί ακόμα.

Το νετρίνο του ταυ ανιχνεύθηκε για πρώτη φορά από το πείραμα DONUT το 2000 [Observation of Tau Neutrino Interactions]. Νετρίνα του ταυ ανίχνευσε και το πείραμα OPERA το 2011. Kαι τα δύο πειράματα ανίχνευσαν πολύ μικρό αριθμό νετρίνων ταυ – δέκα γεγονότα το καθένα. Δεδομένου ότι η ενεργός διατομή σκέδασης των αντινετρίνων ταυ είναι πολύ μικρότερη των νετρίνων ταυ, είναι φανερό γιατί δεν παρατηρήθηκαν αντινετρίνα του ταυ.Σε ποιό εργαστήριο είναι πιθανό να παρατηρηθεί για πρώτη φορά το αντινετρίνο ταυ; Μάλλον στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων στο CERN, όπου μπορεί να παραχθεί μεγάλος αριθμός (αντι)νετρίνων και κάποια από αυτά να ταυτοποιηθούν από τον ανιχνευτή FASER.Περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με το μοναδικό σωματίδιο του Καθιερωμένου Προτύπου που δεν ανιχνεύθηκε ακόμα, στο βίντεο που ακολουθεί:

00:00 Introduction 01:55 How to detect tau neutrinos 07:33 Why haven’t we seen the tau antineutrino? 09:52 LHC as a neutrino source 11:16 FASER and detecting tau antineutrinos 16:49 Separating tau neutrinos and antineutrinos 21:33 Why haven’t we made the measurement! 25:55 The future

[Δροσος Γεωργιος]

Πέντε νέα ισότοπα με το καλημέρα.

Σε λιγότερο από ένα χρόνο μετά την λειτουργία του, το Facility for Rare Isotope Beams (FRIB) παρήγαγε πέντε νέα ισότοπα που δεν είχαν είχαν παρατηρηθεί μέχρι σήμερα, κάτι που δείχνει τις δυνατότητες του FRIB.

Δημιουργήθηκαν για πρώτη φορά τα στοιχεία ^182,183Tm, ^186,187Yb, ¹⁹⁰Lu – πέντε νέα ισότοπα πλούσια σε νετρόνια. Πρόκειται για εξαιρετικά ασταθείς πυρήνες (κίτρινο χρώμα) που στον πίνακα των ισοτόπων βρίσκονται μακριά από τους σταθερούς πυρήνες (μαύρο χρώμα).

Ενώ ορισμένα είδη στοιχείων (ισότοπα) μπορούν να ζήσουν για ώρες, εβδομάδες, χρόνια, χιλιετίες ή και να είναι σχεδόν συνομήλικα με το σύμπαν, κάποια άλλα διασπώνται τόσο γρήγορα που οι επιστήμονες αδυνατούν να επιβεβαιώσουν την φευγαλέα ύπαρξή τους. Παρά την ελάχιστη διάρκεια της ζωής τους, οι αστροφυσικοί γνωρίζουν ότι αυτά τα σωματίδια, γνωστά ως σπάνια ισότοπα, παίζουν σημαντικό ρόλο στην εξέλιξη των άστρων και τον σχηματισμό των βαρέων στοιχείων του σύμπαντος. Τώρα οι ερευνητές του Facility for Rare Isotope Beams (FRIB) στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν κατάφεραν να δημιουργήσουν και να καταγράψουν πέντε σπάνια ισότοπα που δεν είχαν παρατηρηθεί μέχρι σήμερα, τα οποία περιέχουν μεγάλο αριθμό νετρονίων.Αυτό το επίτευγμα πραγματοποιήθηκε μερικούς μήνες αφότου η εγκατάσταση άρχισε να λειτουργεί, οδηγώντας τους επιστήμονες του FRIB να εικάσουν ότι αυτές οι ανακαλύψεις είναι μόνο η αρχή.Τα πειράματα δημιουργίας ισοτόπων συνήθως περιλαμβάνουν τον βομβαρδισμό ατόμων σε στόχους και την αναζήτηση νέων ισοτόπων στα προϊόντα των πυρηνικών αντιδράσεων. Στο πείραμα του FRIB βομβαρδίστηκε στόχος άνθρακα με δέσμη λευκόχρυσου-198. Τα θραύσματα των συγκρούσεων στη συνέχεια κατευθύνθηκαν στον Προηγμένο Διαχωριστή Σπάνιων Ισοτόπων (Advanced Rare Isotope Separator=ARIS) όπου καταγράφηκαν. Ο ARIS είναι ένα πολύ προηγμένο φασματόμετρο μάζας που χρησιμοποιεί συνδυασμό διαφόρων μαγνητικών και φυσικών μηχανισμών για να διαχωρίσει τους πυρήνες ανάλογα τη μάζα τους. Είναι τόσο προηγμένο, που οι ερευνητές μπορούν να διαχωρίσουν ένα μόνο ισότοπο από μια αρχική συλλογή 10¹⁸ πυρήνων!Ανιχνεύοντας τα ισότοπα που εντόπισε ο ARIS κατά τη διάρκεια πειράματος που πραγματοποιήθηκε τον Ιανουάριο του 2023, εντοπίστηκαν πέντε νέα ισότοπα πλούσια σε νετρόνια: θούλιο-182 (¹⁸²Tm), θούλιο-183 (¹⁸³Tm), υττέρβιο-186 (¹⁸²Tm), υττέρβιο-187 (¹⁸⁷Yb ) και λουτέσιο-190 (¹⁹⁰Lu).Οι ανιχνεύσεις των παραπάνω ισοτόπων πραγματοποιήθηκαν ενώ η λειτουργία της δέσμης λευκοχρύσου έφτασε μόνο στο 1/270 των δυνατοτήτων της εγκατάστασης. Καθώς οι ερευνητές αυξάνουν τη ροή – τον αριθμό των σωματιδίων λευκοχρύσου που προσπίπτουν στον στόχο – θα έχουν περισσότερες συγκρούσεις δέσμης-στόχου και μεγαλύτερη απόδοση στην παραγωγή νέων ισοτόπων.Όταν αυξηθεί η ροή της προσπίπτουσας δέσμης οι ερευνητές ελπίζουν να εντοπίσουν κάποιο σπάνιο ισότοπο που να περιέχει 126 νετρόνια. Το 126 είναι ένας αριθμός που αποκαλείται μαγικός, διότι τα ισότοπα που περιέχουν 126 νετρόνια είναι πολύ πιο σταθερά από εκείνα με λίγο περισσότερα ή λίγο λιγότερα (υπενθυμίζεται ότι μαγικοί αριθμοί είναι οι: 2, 8, 20, 28, 50, 82 και 126).Τα χαρακτηριστικά της αποκαλούμενης γρήγορης αστροφυσικής πυρηνοσύνθεσης (r-process) που πραγματοποιείται συνήθως στα σουπερνόβα ή κιλονόβα, αλλάζουν γύρω από τους μαγικούς αριθμούς. Γιαυτό οι αστροφυσικοί θα ήθελαν να κατανοήσουν καλύτερα πώς συμπεριφέρονται αυτά τα ισότοπα. Σύμφωνα με τους ερευνητές του FRIB, ήδη η ροή της δέσμης έχει εξαπλασιαστεί και σύντομα προγραμματίζεται περαιτέρω αύξηση, επομένως βρισκόμαστε σε καλό δρόμο για να ανακαλυφθούν πολλά νέα ισότοπα.

πηγή: https://physics.aps.org/articles/v17/28

 

[Δροσος Γεωργιος]

Πόσο βαρύ είναι ένα νετρίνο;

Ο αγώνας για την ζύγιση του μυστηριώδους σωματιδίου αναζωπυρώνεται. Οι φυσικοί συζητούν πειράματα που θα μπορούσαν να βελτιώσουν τις εργαστηριακές μετρήσεις της μάζας των υπερελαφρών σωματιδίων.

Ο ανιχνευτής KATRIN χρησιμοποιεί την ραδιενεργό διάσπαση του τριτίου για να μετρήσει τη μάζα του νετρίνου.

Προς το παρόν, μόνο ένα πείραμα στον κόσμο μπορεί να κάνει μια τέτοια μέτρηση – ο τεράστιος, σε σχήμα Zeppelin, ανιχνευτής νετρίνων KATRIN στην Καρλσρούη. Στο συνέδριο NuMass 2024 στη Γένοβα της Ιταλίας, συναντήθηκαν ομάδες φυσικών και συζήτησαν εναλλακτικούς τρόπους ανίχνευσης νετρίνων.Ερευνητικές ομάδες παρουσίασαν πειράματα μικρής κλίμακας που δείχνουν ότι οι τεχνικές τους θα μπορούσαν να μετρήσουν με ακρίβεια την μάζα του νετρίνου. Οι ερευνητές ελπίζουν ότι με την βελτιωμένη έκδοση των διατάξεων τους θα μπορούσαν τελικά να ανταγωνιστούν τον ανιχνευτή KATRIN ή και να τον ξεπεράσουν.Ένας εντυπωσιακός τρόπος εκτίμησης της μάζας των νετρίνων είναι μέσα από τα κοσμολογικά πρότυπα και τις παρατηρήσεις της κοσμικών δομών μεγάλης κλίμακας, απ’ όπου προκύπτει ότι τα νετρίνα είναι εξαιρετικά ελαφριά, με μάζες, το πολύ 0,12 eV – τέσσερα εκατομμύρια φορές μικρότερες από τη μάζα ενός ηλεκτρονίου. Αν είναι σωστές αυτές οι εκτιμήσεις θα έθεταν την πραγματική μάζα του νετρίνου πέραν της εμβέλειας του KATRIN. Και οι φυσικοί ανησυχούν ότι το KATRIN, παρόλο που είναι ένα σπουδαίο πείραμα, μπορεί να μην είναι σε θέση να προσδιορίσει την μάζα των νετρίνων..

Η απροσδιόριστη ελαφρότητα των νετρίνων

Για να ζυγίσουν τα νετρίνα, οι φυσικοί χρησιμοποιούν τη διάσπαση των ραδιενεργών ισοτόπων. Τα νετρίνα που παράγονται σε τέτοιες διασπάσεις διαφεύγουν χωρίς να ανιχνευτούν, αλλά η μάζα τους μπορεί να υπολογιστεί μετρώντας την ενέργεια των υπόλοιπων σωματιδίων.Το KATRIN χρησιμοποιεί την «διάσπαση βήτα» του τριτίου (), ένα βαρύ ραδιενεργό ισότοπο του υδρογόνου. Όταν το τρίτιο διασπάται, ένα από τα δύο νετρόνια στον πυρήνα του μετατρέπεται σε πρωτόνιο, εκτοξεύοντας ένα ηλεκτρόνιο (που ονομάζεται και σωματίδιο βήτα) και ένα αντινετρίνο. Η διάσπαση απελευθερώνει μια συνολική ποσότητα ενέργειας που είναι γνωστή με πολύ καλή ακρίβεια, και το μεγαλύτερο μέρος αυτής της ενέργειας μεταφέρεται από το ηλεκτρόνιο και το νετρίνο, με την μορφή κινητικής ενέργειας καθώς και της ενέργειας που ‘παγιδεύεται’ στις μάζες των δύο σωματιδίων. Η κινητική ενέργεια του εκπεμπόμενου νετρίνου μπορεί να πάρει τιμές από το μηδέν μέχρι μια μέγιστη τιμή, αλλά σίγουρα το εκπεμπόμενο νετρίνο θα φέρει την ελάχιστη ποσότητα ενέργειας που αντιστοιχεί στην μάζα ηρεμίας του. Το πείραμα KATRIN στοχεύει να εκτιμήσει αυτό το ελάχιστο μετρώντας το πλήρες εύρος των ενεργειών των αντίστοιχων ηλεκτρονίων και προσδιορίζοντας τη μέγιστη ενέργεια των ηλεκτρονίων.

Ένα τυπικό φάσμα ακτινοβολίας β

Μέχρι στιγμής, το καλύτερο αποτέλεσμα του πειράματος KATRIN ήταν να θέσει ένα ανώτερο όριο 0,8 eV στη μάζα του νετρίνου και η καλύτερη δυνατή ευαισθησία του είναι 0,2 eV. Επομένως, όταν η συνεργασία KATRIN κυκλοφορήσει τα τελικά της αποτελέσματα μέσα στο 2024, θα είναι σε θέση να κάνει μια συγκεκριμένη μέτρηση μόνο εάν η μάζα του είναι μεταξύ 0,2 και 0,8 eV. Ένα τέτοιο αποτέλεσμα θα ήταν σε εντυπωσιακή διαφωνία με τις εκτιμήσεις από την κοσμολογία. Για να είναι η μάζα του νετρίνου στο εύρος που μπορεί να μετρήσει το KATRIN θα χρειαζόταν «εξωτική, όχι τετριμμένη φυσική», όπως άγνωστες μέχρι τώρα θεμελιώδεις δυνάμεις που επηρεάζουν τα νετρίνα ή αλλαγές στη θεωρία της βαρύτητας του Αϊνστάιν.

Σύλληψη ηλεκτρονίων

Οι φυσικοί επιχειρούν να αναπτύξουν νέες τεχνικές που θα μπορούσαν μετρήσουν πιθανές μικρότερες μάζες νετρίνων. Το συνέδριο NuMass 2024 πραγματοποιήθηκε σε μια ενδιαφέρουσα στιγμή για το πεδίο, επειδή ορισμένες από αυτές τις εναλλακτικές λύσεις έχουν πλέον ωριμάσει σε σημείο που θα μπορούσαν να μετατραπούν σε ολοκληρωμένα πειράματα. Μια από τις τεχνικές εκμεταλλεύεται τη διάσπαση του ολμίου-163, ενός ραδιενεργού ισοτόπου του στοιχείου όλμιου των σπάνιων γαιών.Σε αντίθεση με το τρίτιο, το όλμιο-163 δεν υφίσταται βήτα διάσπαση. Αντίθετα, ένα από τα ηλεκτρόνια του ατόμου «συλλαμβάνεται» από ένα πρωτόνιο στον πυρήνα του (Electron Capture ή EC). Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την μετατροπή του πρωτονίου σε νετρόνιο, απελευθερώνοντας ένα νετρίνο και φωτόνια. Το συλλαμβανόμενο ηλεκτρόνιο αφήνει πίσω του ένα κενό στη διαμόρφωση των ηλεκτρονίων του ατόμου και τα άλλα ηλεκτρόνια αναδιατάσσονται γρήγορα, απελευθερώνοντας ενέργεια. Εφόσον το αρχικό άτομο ολμίου είναι ενσωματωμένο σε ένα υλικό, όλη αυτή η ενέργεια θα παρέμενε παγιδευμένη, παράγοντας μια μικροσκοπική ποσότητα θερμότητας που μπορεί να μετρηθεί με έναν αρκετά ευαίσθητο ανιχνευτή.Την ιδέα αυτής της προσέγγισης για την μέτρηση της μάζας του νετρίνου, σκέφτηκε για πρώτη φορά ο θεωρητικός φυσικός Álvaro de Rújula του CERN. Η έμπνευση προέκυψε κατά τη διάρκεια της παραμονής του στο Ρίο ντε Τζανέιρο της Βραζιλίας το 1981, στην παραλία της Copacabana κοιτάζοντας το σχήμα του γειτονικού βουνού Sugarloaf, το οποίο έχει «το σχήμα του φάσματος σύλληψης ηλεκτρονίων» (ένα γράφημα που δείχνει το εύρος των ενεργειών που μπορεί να να μετρηθεί ως υπολειπόμενη θερμότητα από τη διάσπαση).

Eνεργειακό φάσμα αποδιέγερσης της διάσπασης EC τoυ ¹⁶³Ho

Μετά από κάποιες αρχικές προσπάθειες, οι φυσικοί εγκατέλειψαν προσωρινά αυτή την ιδέα, αλλά επαναφέρθηκε στα τέλη της δεκαετίας του 1990 από δυο ομάδες φυσικών. Παρόλο που και οι δύο ομάδες είχαν υποχρηματοδοτηθεί και υποστελεχωθεί, πάλεψαν στην αφάνεια «ηρωικά» για πολλά χρόνια.Κάθε μία από τις δύο ομάδες ακολουθεί διαφορετική προσέγγιση για την έγχυση ολμίου-163 σε λωρίδες μετάλλου που είναι ενσωματωμένες σε ευαίσθητους ανιχνευτές θερμότητας που διατηρούνται σε θερμοκρασίες κοντά στο απόλυτο μηδέν. Και οι δύο ομάδες έχουν δείξει ότι μπορούν να μετρήσουν την ενέργεια με υψηλή ακρίβεια. Έθεσαν ένα ανώτερο όριο 150 eV στη μάζα του νετρίνου και προς το παρόν εργάζονται για να τη βελτιώσουν κατά έναν παράγοντα 10.

Εναλλακτικές μέθοδοι

Σε ένα άλλο πείραμα (Project οι φυσικοί έβαλαν αέριο τρίτιο χαμηλής πυκνότητας σε μια μαγνητική φιάλη, η οποία παγιδεύει τα ηλεκτρόνια από τη διάσπαση βήτα χρησιμοποιώντας μαγνητικά πεδία. Στην εργασία που δημοσιεύτηκε πέρυσι [Tritium Beta Spectrum Measurement and Neutrino Mass Limit from Cyclotron Radiation Emission Spectroscopy], οι ερευνητές δείχνουν ότι μπορούν να μετρήσουν την ενέργεια των ηλεκτρονίων (επομένως και των νετρίνων) με μεγάλη ακρίβεια, μετρώντας την συχνότητα των εκπεμπόμενων ραδιοκυμάτων. Η ομάδα των ερευνητών σκοπεύει να στραφεί στο ατομικό τρίτιο, το οποίο είναι πιο δύσκολο στον χειρισμό, αλλά θα αφαιρούσε ορισμένες πειραματικές αβεβαιότητες που περιόριζαν την ακρίβεια των προηγούμενων πειραμάτων με τρίτιο, συμπεριλαμβανομένου και του KATRIN.

Το πείραμα Project 8 δοκιμάζει μια νέα τεχνική για τη μέτρηση της μάζας του νετρίνου.

Οι φυσικοί ελπίζουν ότι κάποια μέρα θα κατασκευάσουν μια μεγάλης κλίμακας έκδοση του πειράματος που θα μπορούσε να μειώσει την ευαισθησία στα 0,04 eV – αρκετά μικρή για να ξεπεράσει τα αυστηρά όρια από τα κοσμολογικά πειράματα.Πηγαίνοντας ένα βήμα παραπέρα, σε ένα άλλο προτεινόμενο πείραμα που ονομάζεται PTOLEMY σχεδιάζεται να χρησιμοποιηθεί στερεό, αντί αέριο τρίτιο, προσαρτημένο σε μεμβράνες γραφενίου με πάχος ενός μόνο ατόμου. Αυτό θα επέτρεπε στους ερευνητές να συγκεντρώσουν πολύ περισσότερο τρίτιο και επομένως μεγαλύτερο αριθμό ραδιενεργών διασπάσεων και καλύτερη στατιστική.Προς το παρόν, η επιστημονική κοινότητα περιμένει με ανυπομονησία τα τελικά αποτελέσματα από το πείραμα KATRIN. Ακόμα και όταν το πείραμα φτάσει στα όρια της σχεδιαστικής του ευαισθησίας, οι εμπλεκόμενοι ερευνητές σκοπεύουν την περαιτέρω αναβάθμισή του, ώστε το KATRIN να συνεχίσει την κυριαρχία του όσον αφορά τις μετρήσεις μάζας των νετρίνων.

διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες στο άρθρο του Davide Castelvecchi στο περιοδικό Nature με τίτλο: How heavy is a neutrino? Race to weigh mysterious particle heats up

[Δροσος Γεωργιος]

Ένας ανιχνευτής σωματιδίων του CERN θα χρησιμοποιηθεί για τη θεραπεία των όγκων του εγκεφάλου.

Επιστήμονες στη Γερμανία δοκιμάζουν μια νέα συσκευή απεικόνισης η οποία έχει ενσωματωμένο έναν ανιχνευτή μικρών σωματιδίων που αναπτύχθηκε στο CERN.

Το τσιπ Timepix3 που αναπτύχθηκε στο CERN χρησιμοποιείται στη νέα συσκευή απεικόνισης ADVACAM

Οι ανιχνευτές σωματιδίων όπως αυτοί που χρησιμοποιούν οι φυσικοί στο CERN έχουν ευρείες εφαρμογές πέρα από την έρευνα. Τώρα, ένας ανιχνευτής σωματιδίων που αναπτύχθηκε για πρώτη φορά από φυσικούς στο CERN χρησιμοποιείται από επιστήμονες στη Γερμανία για τη θεραπεία όγκων του εγκεφάλου με μεγαλύτερη ακρίβεια και ασφάλεια.Επιστήμονες στη Γερμανία δοκιμάζουν μια νέα συσκευή απεικόνισης που έχει ενσωματωμένο το Timepix3, έναν ανιχνευτή μικρών σωματιδίων που αναπτύχθηκε στο CERN, για την στόχευση καρκινικών κυττάρων. Η συσκευή επιτρέπει τη στενή παρακολούθηση των όγκων κεφαλής και τραχήλου κατά τη διάρκεια της ακτινοθεραπείας με ιόντα, συμβάλλοντας έτσι στον περιορισμό των παρενεργειών της θεραπείας.«Μία από τις πιο προηγμένες μεθόδους για τη θεραπεία όγκων της κεφαλής και του τραχήλου περιλαμβάνει την ακτινοβολία με δέσμες ιόντων. Αυτή έχει ένα μοναδικό χαρακτηριστικό: μπορεί να προσαρμοστεί με ακρίβεια μέσα στο ανθρώπινο κεφάλι, όπου τα σωματίδια πρέπει να έχουν τη μέγιστη επίδραση», εξήγησε η Mária Martišíková, επικεφαλής της ομάδας του Γερμανικού Κέντρου Έρευνας για τον Καρκίνο (DKFZ).Ωστόσο, όπως και άλλοι τύποι ακτινοβολίας, η ιοντίζουσα ακτινοβολία έχει ένα μειονέκτημα. Οι δέσμες σωματιδίων επηρεάζουν όχι μόνο τον όγκο αλλά και μέρος του υγιούς ιστού γύρω από αυτόν. Αυτό είναι ιδιαίτερα δύσκολο στον εγκέφαλο, όπου είναι πιθανή η βλάβη στο οπτικό νεύρο ή στη μνήμη του ασθενούς. Ιδανικά, η περιοχή γύρω από τον όγκο που δέχεται την ακτινοβολία θα πρέπει να είναι όσο το δυνατόν μικρότερη και η δόση όσο το δυνατόν μεγαλύτερη. Ωστόσο, η τρέχουσα τεχνολογία δεν επιτρέπει επαρκώς την ακριβή στόχευση των ιόντων.Επιπλέον, ο όγκος μπορεί να αλλάξει κατά τη διάρκεια της θεραπείας. Η αξονική τομογραφία που λαμβάνεται πριν από τη θεραπεία χρησιμοποιείται ουσιαστικά ως «χάρτης» για τη στόχευση του όγκου με δέσμες ιόντων. Αλλά κατά τη διάρκεια της θεραπείας, η κατάσταση μέσα στο κρανίο μπορεί να εξελιχθεί. Η νέα συσκευή που ονομάζεται ADVACAM θα μπορούσε να βοηθήσει στην επίλυση αυτών των προβλημάτων, βελτιώνοντας την πλοήγηση των δεσμών ιόντων μέσα στην κεφαλή, παρακολουθώντας τα δευτερεύοντα σωματίδια που δημιουργούνται όταν τα ιόντα περνούν μέσα από αυτό.«Οι κάμερές μας μπορούν να καταγράψουν κάθε φορτισμένο σωματίδιο δευτερογενούς ακτινοβολίας που εκπέμπεται από το σώμα του ασθενούς», δήλωσε ο Λούκας Μάρεκ από την ADVACAM. «Είναι σαν να παρακολουθείς τις μπάλες που διασκορπίζονται πάνω σε ένα τραπέζι μπιλιάρδου. Εάν οι μπάλες αναπηδούν όπως αναμένεται σύμφωνα με την εικόνα της αξονικής τομογραφίας, μπορούμε να είμαστε σίγουροι ότι στοχεύουμε σωστά. Διαφορετικά, είναι σαφές ότι ο χάρτης δεν ισχύει πλέον. Τότε είναι απαραίτητο να επανασχεδιάσουμε τη θεραπεία», εξήγησε.Οι ερευνητές ελπίζουν ότι αυτές οι επικαιροποιήσεις θα στοχεύουν καλύτερα τον όγκο, θα μειώσουν την ποσότητα ανεπιθύμητης ακτινοβολίας στην οποία εκτίθεται ο ασθενής και θα στοχεύουν τον όγκο με υψηλότερα επίπεδα ακτινοβολίας. Προς το παρόν, ο ανιχνευτής απαιτεί τη διακοπή της θεραπείας για να καταστεί δυνατός ο επανασχεδιασμός. Ωστόσο, οι μεταγενέστερες φάσεις του προγράμματος θα περιλαμβάνουν τη δυνατότητα διόρθωσης της διαδρομής της δέσμης σε πραγματικό χρόνο.«Όταν αρχίσαμε να αναπτύσσουμε ανιχνευτές σωματιδίων για τον LHC είχαμε έναν στόχο στο μυαλό μας – να ανιχνεύσουμε και να απεικονίσουμε κάθε αλληλεπίδραση σωματιδίων και έτσι να βοηθήσουμε τους φυσικούς να αποκαλύψουν τα μυστικά της Φύσης σε υψηλές ενέργειες», εξήγησε ο Μάικλ Κάμπελ, εκπρόσωπος της Medipix Collaborations.«Οι ανιχνευτές Timepix αναπτύχθηκαν από τις διεπιστημονικές συνεργασίες Medipix Collaborations, οι στόχοι των οποίων είναι να μεταφέρουν την ίδια τεχνολογία σε νέα πεδία. Πολλά από αυτά τα πεδία ήταν εντελώς απρόβλεπτα στην αρχή και αυτή η εφαρμογή είναι ένα λαμπρό παράδειγμα  αυτού», κατέληξε ο εκπρόσωπος.
ΠΗΓΗ: New Atlas

https://www.ertnews.gr/eidiseis/epistimi/enas-anixneytis-somatidion-tou-cern-tha-xrisimopoiithei-gia-ti-therapeia-ton-ogkon-tou-egkefalou/

Παρακολουθείστε το σχετικό βίντεο, «Από την σωματιδιακή φυσική στην ιατρική» :

 

[Δροσος Γεωργιος]

Προσεγγίζοντας το ένα εξάκις εκατομμυριοστό του μέτρου.

Το 1977, το ζεύγος Ray και Charles Eames κυκλοφόρησε μια ξεχωριστή ταινία μικρού μήκους με τίτλο «Powers of Ten», η οποία μέσα σε χρονικό διάστημα μόλις εννέα λεπτών, παρουσίαζε τα όρια της ανθρώπινης γνώσης. Οι «Δυνάμεις του Δέκα» ξεκινούν με την εικόνα ενός άνδρα ξαπλωμένου πάνω σε κουβέρτα πικνίκ μέσα σε στο πλαίσιο του ενός (=10⁰) τετραγωνικού μέτρου. Η κάμερα απομακρύνεται διαδοχικά στα 10(=10¹) μέτρα, στα 100(=10²) μέτρα, 1000(=10³) μέτρα … για να φτάσει τελικά στα μέχρι τότε γνωστά όρια του παρατηρήσιμου σύμπαντος, τα 10²⁴ μέτρα. Εκεί, από το πιο μακρινό σημείο του σύμπαντος, η ταινία αντιστρέφεται και η κάμερα επιστρέφει σταδιακά στην πρώτη εικόνα του πικ-νικ, όπου εστιάζει στο δέρμα του χεριού του ξαπλωμένου άνδρα, διεισδύοντας διαδοχικά σε μικρότερες κλίμακες: στους ιστούς, τα κύτταρα, το DNA, τα μόρια, τα άτομα και τελικά τους ατομικούς πυρήνες, μέχρι τα 10^-14μέτρα. Η ήρεμη φωνή του αφηγητή ολοκληρώνει το ταξίδι λέγοντας: «… και καθώς ένα μόνο πρωτόνιο γεμίζει το σκηνικό μας, φτάνουμε στα όρια της σημερινής μας γνώσης». 

Καθώς οι Eames ολοκλήρωναν το Powers of Ten, στα τέλη της δεκαετίας του ’70 οι φυσικοί των στοιχειωδών σωματιδίων έβαζαν σε τάξη τον «ζωολογικό κήπο» σωματιδίων που είχαν ανακαλυφθεί τις προηγούμενες δεκαετίες. Ολοκλήρωναν την θεωρία που περιέγραφε με πολύ μεγάλη ακρίβεια τα στοιχειώδη σωματίδια και την δυναμική τους. Την βάφτισαν με το άχαρο όνομα ‘Καθιερωμένο Πρότυπο’.Σε γενικές γραμμές, το Καθιερωμένο Πρότυπο κατατάσσει τα στοιχειώδη σωματίδια σε δύο κατηγορίες: τα φερμιόνια και τα μποζόνια. Τα φερμιόνια, που είναι τα σωματίδια της ύλης και τα μποζόνια που μεταφέρουν τις θεμελιώδεις δυνάμεις (ηλεκτρομαγνητική, ασθενή και ισχυρή πυρηνική) μεταξύ των φερμιονίων. Περιλαμβάνει μόλις 17 στοιχειώδη σωματίδια:

Τα κουάρκ (u, c, t, d, s και b) συνδέονται μεταξύ τους με γλοιόνια (g), σχηματίζοντας σύνθετα σωματίδια που ονομάζονται αδρόνια, εκ των οποίων τα πιο σταθερά είναι τα συστατικά των ατομικών πυρήνων, τα πρωτόνια και τα νετρόνια.
Τα λεπτόνια μπορούν να είναι ηλεκτρικά φορτισμένα ή ουδέτερα. Τα φορτισμένα λεπτόνια είναι το ηλεκτρόνιο (e), το μιόνιο (μ) και το σωματίδιο ταυ (τ). Σε καθένα από αυτά αντιστοιχεί ένα ουδέτερο νετρίνο (ν_e, ν_μ, ν_τ).
Τα μποζόνια βαθμίδας μεταφέρουν δυνάμεις. Τα γλοιόνια (g) μεταφέρουν την ισχυρή πυρηνική δύναμη. Τα φωτόνια μεταφέρουν την ηλεκτρομαγνητική και τα μποζόνια W και Z μεταφέρουν την ασθενή πυρηνική δύναμη.
Το μποζόνιο Higgs είναι το στοιχειώδες σωματίδιο που σχετίζεται με το πεδίο Higgs, ένα πεδίο που διαπερνά ολόκληρο το σύμπαν και δίνει μάζα σε άλλα στοιχειώδη σωματίδια.

Κατά τη διάρκεια του μισού αιώνα που μεσολάβησε αφότου κυκλοφόρησε το «Powers of Ten», οι φυσικοί των σωματιδίων συνέχισαν να διεισδύουν στον μικρόκοσμο. Το μεγαλύτερο μέρος αυτής της παγκόσμιας προσπάθειας επικεντρώθηκε στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) του CERN. 
Πλέον, οι φυσικοί των στοιχειωδών σωματιδίων έχουν πάει πολύ πιο πέρα από το σημείο που σταμάτησε η ταινία Powers of Ten, έφτασαν στην κλίμακα των 10^-20 μέτρων, περίπου στο 1/10.000 του μεγέθους ενός πρωτονίου (υπενθυμίζεται ότι 1 zm=10^-21μέτρα=1 εξάκις εκατομμυριοστό του μέτρου).
Όμως παρά την διεισδυτικότητά τους, οι θεωρητικοί φυσικοί των στοιχειωδών σωματιδίων αδυνατούν να δώσουν απαντήσεις σε ερωτήσεις όπως: ‘τι είναι σκοτεινή ύλη και σκοτεινή ενέργεια’, ‘γιατί η ύλη κυριαρχεί έναντι της αντιύλης’ και ‘πώς θα μπορούσε μια θεωρία όπως το Καθιερωμένο Πρότυπο να περιγράψει την βαρύτητα’. Από την άλλη, ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων δεν έχει βρει ούτε ένα (αριθμός 1) νέο σωματίδιο μετά την ανακάλυψη του μποζονίου Higgs το 2012.Τι επιφυλλάσει το μέλλον; Διαβάστε το άρθρο του Dan Garisto στο ΜΙΤ Τechnology Review με τίτλο ‘Inside the hunt for new physics at the world’s largest particle collider‘, σχετικά με την παρούσα κατάσταση της πειραματικής σωματιδιακής φυσικής, την φαινομενολογία υψηλών ενεργειών, την είσοδο της τεχνητής νοημοσύνης στην ανάλυση πειραματικών δεδομένων, τις νέες ιδέες και τα προτεινόμενα σχέδια για το μέλλον, όπως ο γιγαντιαίος επιταχυντής FCC.

https://physicsgg.me/2024/03/15/προσεγγίζοντας-το-ένα-εξάκις-εκατομμ/

[Δροσος Γεωργιος]

SHiP: το νέο πείραμα του CERN που θα αναζητήσει σκοτεινά σωματίδια.

Στο CERN σχεδιάζεται το νέο πείραμα Search for Hidden Particles (SHiP) που θα αναζητήσει νέα στοιχειώδη σωματίδια που δεν αλληλεπιδρούν άμεσα με την γνωστή ύλη. Θα είναι χίλιες φορές πιο ευαίσθητο στην ανίχνευση τέτοιων σωματιδίων, σε σχέση με τα σημερινά αντίστοιχα πειράματα. Η κατασκευή του αναμένεται να ξεκινήσει το 2027 και θα αρχίσει να λειτουργεί το 2030.

Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων δεν έχει βρει ούτε ένα (1) νέο σωματίδιο μετά την ανακάλυψη του μποζονίου Higgs το 2012.

Ποια είναι λοιπόν αυτά τα σωματίδια-φαντάσματα και γιατί χρειάζεται μια νέα προσέγγιση για την ανίχνευση τους; Η τρέχουσα θεωρία της σωματιδιακής φυσικής ονομάζεται Καθιερωμένο Πρότυπο. Μας λέει ότι τα πάντα στο σύμπαν αποτελούνται από μια οικογένεια 17 σωματιδίων. Τα πάντα; Μάλλον όχι. Kι αυτό διότι εδώ και χρόνια οι αστρονόμοι έχουν κάνει παρατηρήσεις, οι οποίες μας οδηγούν στο συμπέρασμα ό,τι όλα όσα παρατηρούμε στο σύμπαν, αποτελούν μόλις το 5% του σύμπαντος.Το υπόλοιπο ‘αόρατο’ σύμπαν, θα μπορούσε να αποτελείται από «κρυμμένα» σωματίδια, φαντάσματα-σωσίες των 17 σωματιδίων του Καθιερωμένου Προτύπου. Αν υπάρχουν, είναι πραγματικά δύσκολο να εντοπιστούν γιατί πολύ σπάνια αλληλεπιδρούν με τον κόσμο που γνωρίζουμε. Σαν φαντάσματα, περνούν μέσα από την συνηθισμένη ύλη και δεν μπορούν να εντοπιστούν από καμία γήινη συσκευή. Αλλά σύφωνα με τις θεωρίες τα σωματίδια του κρυφού τομέα, πολύ σπάνια, διασπώνται σε γνωστά σωματίδια του Καθιερωμένου Προτύπου – τα οποία βέβαια μπορούν να εντοπιστούν από ανιχνευτές. 

Στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) επιταχύνονται δέσμες πρωτονίων για να συγκρουστούν μεταξύ τους. Στο νέο πείραμα η δέσμη πρωτονίων θα προσπίπτει σε έναν σταθερό στόχο και θα παράγει μια ποικιλία σωματιδίων, όπως γοητευτικά μεσόνια και φωτόνια. Όταν αυτά τα σωματίδια διασπώνται ή αλληλεπιδρούν, θα μπορούσαν να παράξουν τα κρυμμένα σωματίδια που αναζητά το SHiP. Η ενέργεια και η ένταση της δέσμης του πειράματος από το SPS (Super Proton Synchrotron) αυξάνει κατά πολύ τον αριθμό των συγκρούσεων, άρα και την πιθανότητα δημιουργίας των νέων σωματιδίων.

Στα τωρινά πειράματα που χρησιμοποιούν τον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων τα παραγόμενα νέα σωματίδια ανιχνεύονται σε απόσταση μέχρι και ένα μέτρο από τη σύγκρουση. Όμως τα σωματίδια-φαντάσματα μπορούν να παραμείνουν αόρατα και να ταξιδέψουν αρκετές δεκάδες ή και εκατοντάδες μέτρα πριν διασπαστούν και αποκαλυφθούν. Έτσι οι ανιχνευτές του πειράματος SHiP θα τοποθετηθούν πολύ πιο μακριά.

Το πείραμα SHiP προτάθηκε για πρώτη φορά πριν από δέκα χρόνια, όταν πολλοί φυσικοί συνειδητοποίησαν ότι δεν πρόκειται να ανιχνευθούν νέα σωματίδια στα πειράματα του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων.Σύμφωνα με τον καθηγητή Mitesh Patel του Imperial College: «η νέα προσέγγιση είναι ευφυής. Αυτό που με ελκύει πραγματικά σχετικά με το εν λόγω πείραμα είναι ότι αυτά τα σωματίδια βρίσκονται ακριβώς κάτω από τη μύτη μας, αλλά δεν μπορέσαμε ποτέ να τα δούμε λόγω του τρόπου με τον οποίο αλληλεπιδρούν, ή μάλλον του τρόπου με τον οποίο δεν αλληλεπιδρούν.»Εκτός του ότι το πείραμα SHiP θα αρχίσει να λειτουργεί σχετικά σύντομα, το 2030, θα είναι επίσης και πολύ φθηνότερο σε σχέση με άλλα μελλοντικά πειράματα. Για παράδειγμα, το κόστος του Future Circular Collider εκτιμάται 100 φορές μεγαλύτερο, ενώ η ημερομηνία προκαταρκτικής λειτουργίας του τοποθετείται στα μέσα της δεκαετίας του 2040.

πηγές:
1. Cern: Scientists search for mysterious ghost particles, Pallab Ghosh, ΒΒC
2. Imperial scientists lead new search for hidden particles at CERN, Jacklin Kwan, Imperial College London

 

[Δροσος Γεωργιος]

Η ολική έκλειψη Ηλίου της 8ης Απριλίου θα αποκαλύψει τη σκοτεινή ύλη στο CERN

Ο επιταχυντής του CERN προετοιμάστηκε για να ανιχνεύσει σκοτεινή ύλη κάτω από τις ιδανικές συνθήκες που θα δημιουργήσει η ολική έκλειψη Ηλίου στις 8 Απριλίου.Οι μετρήσεις στα πειράματα του Mεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) στο CERN δεν επηρεάζονται μόνο από την Πανσέληνο, αλλά και από την ολική έκλειψη Ηλίου.Ο μεγαλύτερος και πιο ισχυρός επιταχυντής σωματιδίων θα επαναλειτουργήσει, για πρώτη φορά μετά το 2022, στις 8 Απριλίου με σκοπό την αναζήτηση των άπιαστων μέχρι σήμερα σωματιδίων της σκοτεινής ύλης που κατακλύζουν το σύμπαν. Σύμφωνα με προχθεσινή ανακοίνωση του CERΝ η ημερομηνία δεν επιλέχθηκε τυχαία. Την ίδια ημέρα θα πραγματοποιηθεί η ολική έκλειψη Ηλίου στην Βόρεια και Κεντρική Αμερική. H συνολική ηλιακή ακτινοβολία που προσπίπτει στη Γη θα μπλοκαριστεί από τη Σελήνη, προκαλώντας το απόλυτο σκοτάδι κατά τη διάρκεια της ημέρας. Έτσι, κατά τη διάρκεια της έκλειψης θα δημιουργηθούν οι ιδανικές συνθήκες ώστε ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) στο CERN να αναζητήσει την «αόρατη» ύλη που τροφοδοτεί κρυφά το σύμπαν μας.Στις 8 Απριλίου οι φυσικοί του LHC αφού επιταχύνουν τις δέσμες πρωτονίων σε ταχύτητες που πλησιάζουν την ταχύτητα του φωτός, θα προκαλέσουν την σύγκρουσή τους. Στα προϊόντα των συγκρούσεων θα αναζητηθούν τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης, η οποία αποτελεί περίπου το 28% του σύμπαντός μας – αλλά ουδέποτε παρατηρήθηκαν εξαιτίας του υποβάθρου που δημιουργούν τα σωματίδια που εκπέμπει ο Ήλιος, κυρίως φωτόνια και πρωτόνια. Τα σωματίδια αυτά διεισδύουν στην ατμόσφαιρα και διαχέονται σε όλη την επιφάνεια της Γης αυξάνοντας υπερβολικά το background στους ανιχνευτές σωματιδίων. Όμως κατά τη διάρκεια της ολικής έκλειψης, το σύνολο σχεδόν αυτών των σωματιδίων θα μπλοκαριστεί από την Σελήνη και οι ανιχνευτές ATLAS και CMS του CERN θα έχουν την μοναδική ευκαιρία να εντοπίσουν τα άπιαστα μέχρι σήμερα σωματίδια της σκοτεινής ύλης.
Στο ερώτημα γιατί η μέτρηση αυτή δεν έγινε σε κάποια προηγούμενη ολική έκλειψη Ηλίου, όπως εκείνη του 2017, η απάντηση των φυσικών του CERN ήταν ότι απαιτούνταν ειδικές ρυθμίσεις και αναβαθμίσεις των ανιχνευτών που δεν ήταν δυνατές στο παρελθόν.Αυτό το μοναδικό πείραμα θα μας δώσει πληροφορίες σχετικά με την δημιουργία του σύμπαντος και την τελική μοίρα του. 

περισσότερες λεπτομέρειες ΕΔΩ: CERN to test world’s most powerful particle accelerator during April’s  solar eclipse  to search for ‘invisible’ matter that secretly powers our universe ΕΔΩ:https://www.naftemporiki.gr/techscience/1628299/to-cern-tha-anazitisei-ti-skoteini-yli-otan-i-gi-skoteiniasei/ και απαραιτήτως ΕΔΩ

 

 

[Δροσος Γεωργιος]

Από τη Σωματιδιακή Φυσική στην Πυρηνική Φυσική

Μια νέα θεωρητική ανάλυση συνδέει τα αποτελέσματα πειραμάτων σωματιδίων υψηλής ενέργειας στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων με τον σχηματισμό τριάδων πρωτονίων μέσα στους πυρήνες.Το πώς συμπεριφέρονται οι τριάδες πρωτονίων (ppp) και νετρονίων (nnn) είναι ένα σημαντικό συστατικό στις θεωρίες της πυκνής πυρηνικής ύλης. Όμως, προς το παρόν η άμεση παρατήρηση αυτής της συμπεριφοράς είναι πέρα από τις δυνατότητες των επίγειων εργαστηρίων. Ωστόσο, ο Alejandro Kievsky του Εθνικού Ινστιτούτου Πυρηνικής Φυσικής της Ιταλίας και οι συνεργάτες του δείχνουν ότι η συμπεριφορά αυτή μπορεί να συναχθεί από τις συγκρούσεις σωματιδίων που καταγράφηκαν στο πείραμα ALICE στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων του CERN.Πέρυσι, το πείραμα ALICE δημοσίευσε τα αποτελέσματα της σύγκρουσης δεσμών πρωτονίων στην ενέργεια των 13 TeV. Τα καόνια, τα πρωτόνια και τα δευτέρια που έφτασαν στους ανιχνευτές του πειράματος ‘κουβαλούσαν’ μαζί τους συσχετισμούς που προέκυψαν όταν δημιουργήθηκαν τα σωματίδια μέσα από έναν όγκο λίγων φεμτόμετρων (1 femtometer=1 fermi=10−15μέτρα). Για να προσδιορίσουν τι συμβαίνει σε αυτόν τον μικροσκοπικό όγκο, ο Kievsky και οι συνεργάτες του ανέλυσαν την περίπτωση τριών ‘στριμωγμένων’ νουκλεονίων (νετρόνια και πρωτόνια) και επεξεργάστηκαν ποιοί ανιχνεύσιμοι συνδυασμοί θα προέκυπταν μετά την απομάκρυνσή τους. Η προσπάθεια απαιτούσε τον προσδιορισμό της κυματοσυνάρτησης πηγής, η οποία περιέγραφε την αρχική κατάσταση των τριών νουκλεονίων και της κυματοσυνάρτησης σκέδασης, η οποία περιέγραφε την επακόλουθη χωρική κατανομή τους.Οι ερευνητές μοντελοποίησαν τη συνάρτηση πηγής τριών σωμάτων σε γενικευμένες συντεταγμένες του συστήματος, η μία από τις οποίες εξαρτάται από τις τρεις αποστάσεις νουκλεονίου-νουκλεονίου. Αναπτύσσοντας την κυματοσυνάρτηση σκέδασης σε μερικά κύματα, οι ερευνητές κατάφεραν να χειριστούν ταυτόχρονα την μικρής εμβέλειας ισχυρή πυρηνική δύναμη και την μεγάλης εμβέλειας δύναμη Coulomb. Η ακριβής αντιμετώπιση της τελευταίας δύναμης ήταν ζωτικής σημασίας για την περιγραφή της ασυμπτωτικής συμπεριφοράς στην πιο δύσκολη περίπτωση που και τα τρία νουκλεόνια είναι πρωτόνια.Το θεωρητικό πλαίσιο του Kievsky και των συνεργατών του μπορεί να αντιμετωπίσει τριπλέτες πρωτονίων, νετρονίων και συνδυασμούς των δύο. Μπορεί επίσης να χειριστεί δευτέρια και μεσόνια. Υποστηρίζουν ότι, «έχουν ανοίξει την πόρτα σε έναν νέο τρόπο μελέτης συστημάτων τριών σωμάτων» και «ανυπομονούν να αναλύσουν τις συσχετίσεις μεταξύ δύο πρωτονίων και ενός βαρυονίου Λ που έχουν ήδη μετρηθεί από την ALICE.

πηγή: https://physics.aps.org/articles/v17/s42 – https://arxiv.org/abs/2310.10428

 

[Δροσος Γεωργιος]

Υπάρχει σωματίδιο που διασπάται σε δύο μποζόνια Higgs;

Μια αναφορά από το πείραμα CMS.Στο Καθιερωμένο Πρότυπο των στοιχειωδών σωματιδίων δεν υπάρχουν σωματίδια που να έχουν τόση μάζα ώστε να διασπαστούν προς δύο μποζόνια Higgs. Επομένως, αν στα πειράματα παρατηρηθεί συντονισμός παραγωγής ζευγών μποζονίων Ηiggs, τότε έχουμε ξεκάθαρα στοιχεία για την ύπαρξη νέας φυσικής. Πιθανός υποψήφιος για έναν τέτοιο συντονισμό είναι ένα βαρύ σωματίδιο που προβλέπει το Ελάχιστο Υπερσυμμετρικό Καθιερωμένο Πρότυπο (Minimal Supersymmetric Standard Model).Το πείραμα CMS στο CERN διεξήγαγε πρόσφατα μια έρευνα για τον προσδιορισμό πιθανής παραγωγής συντονισμού ζευγών μποζονίων Higgs. Συνδυάστηκαν έξι διαφορετικές αναλύσεις που αναζητούσαν πέντε τελικές καταστάσεις ζευγών Higgs (HH), στοχεύοντας τις διασπάσεις Ηiggs σε πυθμένες κουάρκ, φωτόνια, λεπτόνια ταυ και μποζόνια W.Όπως δείχνει το παραπάνω σχήμα ο συνδυασμός των τρόπων διάσπασης των ζευγών HH καλύπτει ένα ευρύ φάσμα μάζας, από 280 GeV έως 4 TeV.Ενώ δεν παρατηρείται σήμα συντονισμού, προς το παρόν προκύπτουν νέα αυστηρά ανώτερα όρια στη ενεργό διατομή pp→ X →HH, τα οποία φτάνουν σε τιμές περίπου 0,2 femtobarn στις υψηλότερες μάζες.

O ανιχνευτής CMS

περισσότερες λεπτομέρειες θα βρείτε στο άρθρο του CernCourier: «Probing resonant production of Higgs bosons» – https://cerncourier.com/a/probing-resonant-production-of-higgs-bosons

 

 

Το επεξεργάστηκε Δευτέρα στις 07:09 AM ο Δροσος Γεωργιος