• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • CERN: wykryto ciekawe zjawisko; pomogła polska instalacja pomiarowa

    13.12.2009. 21:06
    opublikowane przez: Piotr aewski-Banaszak

    Nietypowa cząstka elementarna - mion - została zarejestrowana przez aparaturę pomiarową działającą przy akceleratorze LHC w ośrodku badawczym CERN pod Genewą. Współtwórcami aparatury są warszawscy fizycy.

    Jak poinformował PAP rzecznik Instytutu Problemów Jądrowych w Świerku dr Marek Pawłowski, ogromny kompleks detektorów o nazwie CMS zarejestrował wystrzelenie mionu z miejsca, w którym doszło do zderzenia protonów, przyspieszanych w akceleratorze. Oznacza to w uproszczeniu, że trakcie tych zderzeń rozbijają się wyjściowe cząstki - protony, a w ich miejsce powstają nowe - normalnie nieistniejące na Ziemi. Właśnie na takich zderzeniach zależy fizykom, którzy próbują doświadczalnie potwierdzić teorie o istnieniu nowych, nieznanych dotąd cząstek.

    "Miony to kuzyni elektronów: mają ten sam co one ładunek elektryczny, lecz masę ok. 200 razy większą" - tłumaczy Pawłowski. Tego typu cząstek nie ma na Ziemi. Natomiast znajdują się w tzw. promieniowaniu kosmicznym. Potrafią one przenikać przez różne materiały, zatem niekiedy nawet umieszczone 100 m pod powierzchnią ziemi detektory w CERN "widzą" je. Tym razem jednak naukowcy są przekonani, że mion powstał w detektorze, a nie przyleciał z kosmosu. "Na szczęście miony wytworzone w LHC powinny rozbiegać się z wnętrza detektora na zewnątrz. I właśnie taki ślad udało nam się ostatnio zaobserwować" - podkreśla dr Michał Szleper z Instytutu Problemów Jądrowych w Świerku.

    Cząstkę udało się zaobserwować w piątek. Daje to naukowcom nadzieję na zarejestrowanie nie tylko samych mionów, ale również innych, nieznanych dotąd zjawisk.

    Poza tym dowodzi, że skomplikowana aparatura, jaką jest CMS (Compact Muon Solenoid), działa poprawnie. W konstruowaniu tego zestawu detektorów, który wielkością przypomina kamienicę, brali udział warszawscy fizycy. Pomogli oni zrobić unikatowy system selekcjonujący zarejestrowane zjawiska, tak aby zapisywać dane tylko o najciekawszych. To bardzo istotne, bo z jednej strony naukowcy nie mogą pozwolić sobie na zarejestrowanie wszystkich pomiarów - z drugiej muszą mieć pewność, że nie przepadnie nic ważnego.

    "Docelowo wiązki cząstek wewnątrz detektora CMS będą się przecinały 40 milionów razy na sekundę, a podczas każdego przecięcia dojdzie do 20-30 zderzeń. Ponieważ opis każdego zderzenia zajmuje około megabajta danych, przechowanie i przeanalizowanie tak gigantycznej ilości informacji nie byłoby możliwe. Większości przypadkom towarzyszą procesy doskonale znane fizykom, można więc było opracować system, który z każdych kilkudziesięciu tysięcy zdarzeń potrafi wyłowić jedno lub dwa warte zapisania" - tłumaczy Pawłowski.

    "W miarę jak akcelerator LHC startuje, obserwujemy rzeczy, które są znane fizykom od dobrych dziesiątków lat. Obserwując te zjawiska, potwierdzamy, że nasze urządzenia działają tak, jak powinny" - powiedział w niedzielę PAP fizyk w CERN, dr Piotr Traczyk.

    Ocenił, że zarejestrowanie mionu przez aparaturę pomiarową nie jest dla fizyków odkryciem, ale na pewno sukcesem.

    "To, że w ubiegłym tygodniu zobaczyliśmy pierwszy mion w części detektora, to jest dla nas sukces. Ta część detektora - to układ konkretnie nakierowany na obserwację mionów. Został on zaprojektowany i wykonany przy współpracy fizyków warszawskich. To, że ten mion został zarejestrowany przez układ to znak dla nas, że działa on tak, jak powinien. Oznacza to, że ten układ jest przygotowany do dalszej pracy, robienia odkryć i patrzenia na coś, czego być może nie znamy" - podkreślił Traczyk.

    Wielki Zderzacz Hadronów (Large Hadron Collider - LHC) to kołowy akcelerator cząstek elementarnych, znajdujący się w ośrodku badawczym CERN pod Genewą. Obecne eksperymenty z udziałem akceleratora rozpoczęto w listopadzie, po przerwie spowodowanej awarią, której LHC uległ we wrześniu 2008 roku po zaledwie 9 dniach działania. Przy użyciu akceleratora naukowcy chcą m.in symulować warunki, które istniały we wszechświecie w niewyobrażalnie małym ułamku sekundy "dziesięć do minus 25 sekundy" po Wielkim Wybuchu. Badacze chcą też sprawdzić słuszność teorii o istnieniu tzw. cząstki Higgsa, której oddziaływania z innymi cząstkami miałyby wpływać na ich masę. Inne cele badawcze dotyczą m.in lepszego poznania dodatkowych wymiarów, zrozumienie asymetrii pomiędzy materią i antymaterią, a także lepsze zbadanie nowego stanu skupienia - plazmy kwarkowo-gluonowej.

    LHC znajduje się w specjalnym kolistym tunelu umieszczonym 100 metrów pod ziemią. W 27-kilometrowej rurze za pomocą fal radiowych przyspieszane są dwie przeciwbieżne wiązki cząstek elementarnych (przeważnie protonów). Osiągają one niemal prędkość światła, a następnie zderzają się ze sobą, a w wyniku tego tworzą się inne cząstki. Do ich obserwacji służą (oprócz CMS) jeszcze trzy inne kompleksy detektorów, rozmieszczone na obwodzie akceleratora.

    Źródło:
    PAP - Nauka w Polsce

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    CMS (ang. Compact Muon Solenoid) – detektor przy wybudowanym w CERN-ie Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC), który posłuży m.in. do obserwacji mionów. LHC@home - projekt przetwarzania rozproszonego platformy BOINC. Jego celem jest umożliwienie dokładnej kalibracji akceleratora cząstek elementarnych, Large Hadron Collider (LHC), budowanego przez CERN w Genewie. LHCb (skrót ang. "Large Hadron Collider beauty") – detektor cząstek elementarnych przy genewskim Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) w CERN.

    LEP (z ang. Large Electron Positron Collider, Wielki Zderzacz Elektronowo-Pozytonowy) – akcelerator pracujący w CERN pod Genewą w latach 1989-2000. Znajdował się on w tunelu o obwodzie 27 km. Akcelerator po wybudowaniu w 1989 roku potrafił rozpędzić elektrony do energii 45 GeV, a pod koniec swojego działania do 104,6 GeV. LEP (z ang. Large Electron Positron Collider, Wielki Zderzacz Elektronowo Pozytonowy) to akcelerator pracujący w CERN pod Genewą w latach 1989-2000. Znajdował się on w tunelu o obwodzie 27 kilometrów. Akcelerator po wybudowaniu w 1989 roku potrafił rozpędzić elektrony do energii 45 GeV, a pod koniec swojego działania do 104.6 GeV.

    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. Akcelerator zderzeniowy - urządzenie rozpędzające cząstki elementarne w przeciwnych kierunkach w dwóch tunelach, by zderzyły się i zużyły prawie całą porcję energii kinetycznej na wytworzenie nowych cząstek. Do najważniejszych działających należy Wielki Zderzacz Hadronów w CERN.

    Europejska Organizacja Badań Jądrowych CERN (fr. Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire) – ośrodek naukowo-badawczy położony na północno-zachodnich przedmieściach Genewy na granicy Szwajcarii i Francji, pomiędzy Jeziorem Genewskim, a górskim pasmem Jury. Obecnie do organizacji należy dwadzieścia państw. CERN zatrudnia 2600 stałych pracowników oraz około 8000 naukowców i inżynierów reprezentujących ponad 500 instytucji naukowych z całego świata. Najważniejszym narzędziem ich pracy jest największy na świecie akcelerator cząstekWielki Zderzacz Hadronów. Spin – moment własny pędu cząstki w układzie, w którym nie wykonuje ruchu postępowego. Własny oznacza tu taki, który nie wynika z ruchu danej cząstki względem innych cząstek, lecz tylko z samej natury tej cząstki. Każdy rodzaj cząstek elementarnych ma odpowiedni dla siebie spin. Cząstki będące konglomeratami cząstek elementarnych (np. jądra atomów) mają również swój spin będący sumą wektorową spinów wchodzących w skład jego cząstek elementarnych.

    Bozon Higgsa (higson) – cząstka elementarna, której istnienie jest postulowane przez model standardowy, nazwana nazwiskiem Petera Higgsa. 4 lipca 2012 ogłoszone zostało odkrycie nowej cząstki elementarnej przez eksperymenty ATLAS i CMS, prowadzone przy Wielkim Zderzaczu Hadronów w CERNie. Wyniki ogłoszone 4 lipca zostały potwierdzone przez rezultaty kolejnych eksperymentów, publikowane w ciągu następnego roku. Masa odkrytej cząstki, wykrycie jej w oczekiwanych kanałach rozpadu oraz jej właściwości stanowiły mocne potwierdzenie, że jest to długo poszukiwany bozon Higgsa. W kwietniu zespoły pracujące przy detektorach CMS i ATLAS ostatecznie stwierdziły, że cząstka ta jest bozonem Higgsa.

    TOTEM (ang. TOTal Elastic and diffractive cross section Measurement) – jeden z sześciu detektorów przy wybudowanym w CERN-ie Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC).

    ALICE (ang. A Large Ion Collider Experiment) – jeden z sześciu detektorów przy wybudowanym w CERN-ie Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC). Gargamelle – nazwa dużej komory pęcherzykowej, użytej w latach 70. XX wieku w CERN do badania oddziaływania neutrin z innymi cząstkami elementarnymi. Zbudowana we Francji, o średnicy niemal 2 metrów i długości 4,8 metra, Gargamelle mieściła prawie 12 m freonu. Ciężki płyn został użyty zamiast popularniejszego ciekłego wodoru, co zwiększyło szansę na oddziaływanie neutrino z innymi cząstkami, a także ułatwiło odróżnienie mionów od pionów.

    Analizator elektrostatyczny - urządzenie służące do wydzielania z wiązki cząstek naładowanych wiązki o określonej energii cząstek. Zwykle umieszczany jest między wylotem rury akceleratora a tarczą. Analizator tworzą dwie płytki kondensatora wygięte w łuk. Przez taki zakrzywiony kondensator przelatują tylko cząstki dla których siła pola elektrycznego w kondensatorze jest siłą odśrodkową. Przy określonym promieniu łuku kondensatora, energię wyjściowej wiązki analizatora (energię cząstek, które mają przechodzić przez analizator) można regulować natężeniem pola elektrycznego: Miony to nietrwałe cząstki elementarne należące do kategorii leptonów. Występują w dwóch stanach ładunkowych (będących wzajemnie antycząstkami) μ i μ. Masa mionu wynosi 105,66 MeV/c², gdzie c - prędkość światła w próżni, okres połowicznego zaniku jest równy 1,5 mikrosekundy (średni czas życia τ=2,2×10 s). Rozpadają się najczęściej na elektron, antyneutrino elektronowe oraz neutrino mionowe (µ odpowiednio na pozyton, neutrino elektronowe i antyneutrino mionowe). Należą do drugiej generacji cząstek elementarnych i wykazują pokrewieństwo z elektronem, tzn. posiadają takie same własności co elektron, z wyjątkiem około 207 razy większej masy.

    Akcelerator liniowy z falą bieżącą – akcelerator cząstek, w którym cząstki przyspieszane są za pomocą bieżącej fali elektromagnetycznej. Falę taką uzyskuje się w falowodzie zakończonym oporem falowym. Wektor elektryczny fali bieżącej porusza się wzdłuż osi akceleratora. Gdy cząstka porusza się synchronicznie z prędkością taką samą jak prędkość fazowa rozchodzącej się fali, to podlega ona działaniu stałego przyspieszenia. Synchrotron – szczególny typ akceleratora cyklicznego, w którym cząstki są przyspieszane w polu elektrycznym wzbudzanym w szczelinach rezonatorów synchronicznie do czasu ich obiegu. W synchrotronie, tak jak w każdym cyklotronie (akceleratorze cyklicznym) przyspieszane cząstki krążą w polu magnetycznym. W miarę wzrostu energii przyspieszanych cząstek, pole magnetyczne jest zwiększane, by zachować stały promień obiegu cząstek.

    Akcelerator – urządzenie służące do przyspieszania cząstek elementarnych lub jonów do prędkości bliskich prędkości światła. Cząstki obdarzone ładunkiem elektrycznym są przyspieszane w polu elektrycznym. Do skupienia cząstek w wiązkę oraz do nadania im odpowiedniego kierunku używa się odpowiednio ukształtowanego, w niektórych konstrukcjach także zmieniającego się w czasie, pola magnetycznego lub elektrycznego.

    Dodano: 13.12.2009. 21:06  


    Najnowsze