Detektor WASA pomoże wyjaśnić tajemnicę istnienia materii :: Artykuły / Polski Serwis Naukowy

Polecamy również:

"Najszybsze obiekty we Wszechświecie" - wykład w warszawskim CAMK

Michael Hanlon: "10 pytań, na które nauka nie znalazła (jeszcze) odpowiedzi" - recenzja

Naukowcy zaskoczeni pierwszą próbą "wielkiego zderzacza"

Polscy naukowcy nie muszą "jechać z tyłu"

Konkurs dla naukowców-fotografów - "Nauka w obiektywie"

Zaproszenie do składania ofert na badanie korzyści z realizacji unijnych celów dotyczących bioróżnorodności oraz określenia brakujących kwalifikacji obecnie dostępnych kadr

Międzynarodowa grupa badaczy - w tym polskich naukowców - prowadzi badania, związane z symetriami działającymi wśród cząstek. Mają one fundamentalne znaczenie dla zrozumienia dlaczego we wszechświecie istnieje materia. Doświadczenia są prowadzone z użyciem detektora WASA, który umożliwia obserwację rzadkich zjawisk fizycznych zachodzących w świecie cząstek elementarnych. Uczestniczą w nich naukowcy z Instytutu Problemów Jądrowych (IPJ) w Świerku i fizycy z Uniwersytetu Jagiellońskiego. Jak poinformował rzecznik IPJ dr Marek Pawłowski, zgodnie z obecnymi modelami kosmologicznymi, ok. 13,7 miliarda lat temu - ułamki sekund po Wielkim Wybuchu - wypełniające wszechświat kwanty promieniowania przekształciły się w pary cząstka-antycząstka, które spotykając się ze sobą zamieniały się ponownie w energię.

"Gdyby proces był w pełni symetryczny, powinien doprowadzić do zaniku zarówno materii jak i antymaterii. Tak się jednak nie stało. Niedawno rozpoczęte badania międzynarodowej grupy naukowców, prowadzone z użyciem detektora WASA (Wide Angle Shower Apparatus) przy niemieckim akceleratorze COSY, być może pozwolą uchylić rąbka tej tajemnicy" - wyjaśnił dr Pawłowski.

Detektor WASA działa przy akceleratorze COSY w niemieckim ośrodku Forschungszentrum w Julich niedaleko Bonn. Trafił tam ze Szwecji, gdzie powstała jego pierwsza wersja, zbudowana przy akceleratorze CELSIUS w Uppsali we współpracy fizyków szwedzkich i polskich.

Odpowiedzi na pytania dotyczące pochodzenia materii we wszechświecie poszukuje się również m.in. w akceleratorze LHC, gdzie cząstki elementarne są rozpędzane do największych obecnie dostępnych w laboratoriach energii. Jednak nie jest wykluczone - zwraca uwagę rzecznik IPJ - że nowe informacje o łamaniu podstawowych symetrii obowiązujących w procesach fizycznych można uzyskać także przy znacznie niższych energiach: w rozpadach niektórych cząstek elementarnych.

Operacja polegająca na zamianie cząstki w antycząstkę w połączeniu z odbiciem lustrzanym jest przez fizyków określana jako symetria CP. Łamanie tej symetrii udało się już wcześniej zauważyć w rozpadach niektórych tzw. mezonów K oraz B (mezony to cząstki nietrwałe, składające się z jednego kwarka i jednego antykwarka).

"Skala tych zjawisk nie pozwala jednak wytłumaczyć obserwacji astronomicznych, wyraźnie wskazujących na dominację materii nad antymaterią we wszechświecie. W pomiarach rozpoczętych niedawno przy detektorze WASA próbuje się więc zaobserwować łamanie symetrii CP w rozpadach mezonów eta, które składają się z kwarków najlżejszych, najbardziej rozpowszechnionych we Wszechświecie" - informuje dr Pawłowski.

Podkreśla, że zadanie jest jednak niezwykle trudne. "Nasza najlepsza teoria opisująca budowę materii, Model Standardowy, przewiduje, że do niektórych specyficznych rozpadów mezonów eta dochodzi zaledwie raz na wiele milionów zdarzeń" - przypomina.

Detektor WASA z wyglądu przypomina najeżoną wypustkami kulę. Jego charakterystyczną cechą jest możliwość identyfikacji i pomiaru cząstek rozbiegających się pod różnymi kątami. "Za pomocą WASY potrafimy zarejestrować produkty rozpadu rozchodzące się od punktu, w którym zaszło oddziaływanie, niezależnie od tego, czy polecą one w przód, do tyłu czy też na boki" - opisuje prof. Joanna Stepaniak z IPJ.

Jak tłumaczy dr Pawłowski, eksperyment WASA-at-COSY jest realizowany w wielu kilkotygodniowych sesjach pomiarowych, podczas których za każdym razem gromadzi się terabajty danych. Ich analiza, prowadzona m.in. przez badaczy z IPJ, jest żmudna i skomplikowana. Do tej pory naukowcy zarejestrowali dziesiątki milionów zdarzeń z udziałem mezonów eta i wyselekcjonowali z nich około 100 przypadków interesujących rozpadów.

Pierwsze wnioski naukowcy będą mogli sformułować dopiero po przeprowadzeniu analizy statystycznej przynajmniej kilku tysięcy przypadków. Aby zebrać odpowiednią ilość danych, doświadczenia z udziałem detektora WASA będą prowadzone jeszcze przynajmniej dwa lata.

Przy okazji badacze szukają w zgromadzonych danych śladów zjawisk sugerujących istnienie nowych praw fizycznych. Zgodnie z przewidywaniami Modelu Standardowego, niektóre procesy z udziałem cząstek elementarnych powinny występować nie częściej niż np. raz na bilion przypadków. Gdyby naukowcy rejestrowali je częściej, byłaby to sugestia, że widzimy zjawisko nieopisane przez obecne teorie budowy materii.

"Możemy się pochwalić, że wyniki eksperymentalne przedstawione w dwóch pracach przygotowanych z dużym wkładem naszego instytutu znalazły się w światowej bazie danych Particle Data Group jako te, które wyznaczają najlepsze ograniczenia na częstość występowania tego typu procesów" - podkreśla prof. Stepaniak.

Rzecznik IPJ dodaje, że naukowcy z Instytutu Problemów Jądrowych w Świerku wnieśli do eksperymentu WASA-at-COSY nie tylko wkład teoretyczny. Zbudowali również kilka warstw detekcyjnych detektora WASA otaczających nadprzewodzącą cewkę.

"W IPJ zaprojektowano również część mechaniczną detektora, a oddział w Łodzi zbudował system do kalibrowania za pomocą światła laserowego ponad 2 tys. elementów detektora" - opisał dr Pawłowski.

PAP - Nauka w Polsce, EKR

agt/bsz

komentuj publikację

Czy wiesz że...?

wersja BETA

Detektor cząstek elementarnych jest szczególnym przypadkiem detektora promieniowania jądrowego, służącym do wykrywania obecności i badania własności indywidualnych cząstek elementarnych o wysokich energiach, z reguły przekraczających kilka MeV. Najczęściej detektory cząstek elementarnych wykorzystywane są do detekcji produktów zderzeń cząstek rozpędzonych w akceleratorze lub pochodzących z promieniowania kosmicznego. pełny tekst

Brakująca energia wielkość fizyczna używana w eksperymentalnej fizyce wysokich energii, określająca energię, która nie jest rejestrowana przez detektor cząstek elementarnych, ale oczekuje się, że była ona obecna w zarejestrowanym przypadku, ze względu na pogwałcenie pewnych zasad zachowania, takich jak zasada zachowania energii lub zasada zachowania pędu. pełny tekst

Detektor cząstek elementarnych jest szczególnym przypadkiem detektora promieniowania jądrowego, służącym do wykrywania obecności i badania własności indywidualnych cząstek elementarnych o wysokich energiach, z reguły przekraczających kilka MeV. Najczęściej detektory cząstek elementarnych wykorzystywane są do detekcji produktów zderzeń cząstek rozpędzonych w akceleratorze lub pochodzących z promieniowania kosmicznego. pełny tekst

Odpychanie grawitacyjne hipotetyczne oddziaływanie pomiędzy materią i antymaterią, którego istnienia nie potwierdzają wyniki badań eksperymentalnych, wskazujących raczej na taki sam charakter oddziaływań pomiędzy cząstkami materii i antymaterii jak pomiędzy dwiema cząstkami materii. pełny tekst

Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) moduł-eksperyment z dziedziny fizyki cząstek, który będzie umieszczony na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej i którego celem jest dokładny pomiar strumienia naładowanych promieni kosmicznych na niskiej orbicie wokółziemskiej. Te pomiary mogą doprowadzić do odkrycia różnych typów niezwykłej materii. Eksperyment pozwoli na badanie formowania się Wszechświata, a także na poszukiwanie dowodu istnienia cząstek dziwnych, ciemnej materii oraz swobodnej antymaterii we Wszechświecie. Odkrycie choćby pojedynczych przypadków jąder antyhelu w promieniowaniu kosmicznym dostarczyłoby silnych dowodów na istnienie symetrii między materią i antymaterią. pełny tekst

Moduł "Czy wiesz że...?" (wersja testowa, beta): definicje/pojęcia wygenerowane w obrębie tego modułu pochodzą z Wikipedii i udostępniane są na licencji Creative Commons: uznanie autorstwa, na tych samych warunkach, z możliwością obowiązywania dodatkowych ograniczeń. Dostęp do pełnej wersji każdego hasła (oraz dokładnch informacji na temat licencji, autora oraz edycji) możliwy jest po kliknięciu w odnośnik opisany jako "pełny tekst".