• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Piękna antymateria po raz pierwszy w eksperymencie LHCb

    27.04.2010. 05:19
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Aparatura detekcyjna eksperymentu LHCb, jednego z czterech najważniejszych przy Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC), zaobserwowała rozpad mezonu pięknego. Detekcja jest kolejnym krokiem na drodze do odkrycia w przyszłości nowych, nieznanych współczesnej fizyce zjawisk - poinformował rzecznik Instytutu Problemów Jądrowych (IPJ) w Świerku, dr Marek Pawłowski.

    W eksperymencie LHCb przy Wielkim Zderzaczu Hadronów w CERN pod Genewą wykryto pierwszy rozpad mezonu pięknego B+ (be plus) - cząstki naładowanej, zbudowanej z antykwarka pięknego b i kwarka górnego u. Cząstki tego typu były już obserwowane we wcześniejszych eksperymentach.

    "Wyjątkowość naszego zdarzenia z mezonem B+ polega na tym, że po raz pierwszy w detektorze LHCb zobaczyliśmy cząstkę, do rejestracji której ten ogromny eksperyment został zaprojektowany" - wyjaśnia dr Marek Szczekowski z IPJ.

    Aby wykryć pierwszy rozpad mezonu pięknego, fizycy musieli przeanalizować około 10 milionów zderzeń proton-proton, a następnie zrekonstruować przebieg wybranego zjawiska. Jak zaznacza rzecznik IPJ, rekonstrukcja nie była łatwa, bo w znalezionym zdarzeniu detektory zarejestrowały około 100 innych cząstek. Ustalono, że podczas zderzenia protonu z protonem powstał mezon B+, który przeleciał drogę około dwóch milimetrów i rozpadł się na dwie cząstki - mezon J/psi (jot psi) i kaon K+ (ka plus). Mezon J/psi niemal natychmiast rozpadł się na dwa miony o przeciwnych ładunkach elektrycznych.

    Protony w akceleratorze LHC krążą obecnie z energiami 3,5 teraelektronowolta (TeV). Ponieważ do zderzeń dochodzi między wiązkami przeciwbieżnymi, energia sięga wówczas rekordowej wartości 7 TeV. Protony zderzają się jednak stosunkowo rzadko, ponieważ wiązki zawierają ich na razie niewiele. Pierwsza rejestracja mezonu B+ w LHCb wymagała kilku tygodni pracy.

    "Przewidujemy, że gdy intensywność wiązek wzrośnie, w ciągu każdej sekundy będziemy rejestrować nawet dwa tysiące rozpadów cząstek pięknych" - deklaruje dr Szczekowski.

    Badania dużej liczby takich rozpadów pozwolą dokładnie zmierzyć wiele własności mezonów zawierających kwarki i antykwarki piękne. Fizycy mają nadzieję, że uda się wtedy znaleźć małe różnice w rozpadach i odkryć przyczyny złamania symetrii między materią a antymaterią. Zadanie to jest podstawowym celem eksperymentu LHCb.

    "Zgodnie z obecnymi teoriami fizycznymi i modelami kosmologicznymi, 13,7 mld lat temu, tuż po Wielkim Wybuchu, energia zaczęła przekształcać się w materię. Ponieważ cząstki zawsze powstają w parachcząstka-antycząstka, antymaterii powinno być dziś tyle samo co materii. Obserwacje astronomiczne nie potwierdzają tego przypuszczenia - nigdzie nie widać śladów trudnej do uniknięcia anihilacji obiektów kosmicznych. Oznacza to, że Wszechświat jest zdominowany przez materię, która nie jest idealnie lustrzanym odbiciem antymaterii" - przypomina dr Pawłowski.

    Dodaje, że wszystkie dotychczasowe pomiary łamania symetrii w rozpadach mezonów pięknych zgadzają się z naszą najlepszą teorią budowy materii - Modelem Standardowym.

    Fizycy zdają sobie jednak sprawę, że Model Standardowy ma ograniczony zakres stosowalności i nie wyjaśnia wielu obserwowanych zjawisk. Celem nadrzędnym współczesnej fizyki jest więc stworzenie nowej, dokładniejszej teorii budowy materii.

    Nie wiadomo jednak, jak to zrobić, bo teoretycy przedstawili nie jedną, a cały szereg nowych propozycji. Wiele z nich przewiduje istnienie dotychczas nieznanych cząstek elementarnych (np. supersymetrycznych), inne wprowadzają dodatkowe wymiary przestrzeni. Nie jest jasne, która z tych dróg poprawnie opisuje rzeczywistość. Największe eksperymenty przy Wielkim Zderzaczu Hadronów, takie jak ATLAS czy CMS, zaprojektowano, aby bezpośrednio wykrywać cząstki supersymetryczne. W eksperymencie LHCb stosuje się inne, komplementarne podejście - próbuje się znaleźć ślady nowej fizyki poprzez precyzyjne pomiary rozpadów znanych cząstek pięknych.

    Jak zauważ dr Pawłowski, fizycy Instytutu Problemów Jądrowych w Świerku zbudowali 130 modułów (1/3 całości) dryfowych komór słomkowych - elementów zewnętrznego detektora LHCb, służących do rekonstrukcji torów i pomiaru pędu cząstek naładowanych. W Instytucie zaprojektowano, wykonano i przetestowano też moduły elektroniki Readout Supervisor - jedne z najbardziej skomplikowanych układów w systemie zbierania danych eksperymentu LHCb. Tutaj powstał również system optyczny RASNIK, mierzący zmiany położeń ram podtrzymujących moduły komór słomkowych względem mostu, na którym są zawieszone.

    Prace nad detektorami dla LHCb zostały zrealizowane we współpracy z Instytutem Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie i Akademią Górniczo-Hutniczą.

    W eksperymencie LHCb bierze udział ok. 50 laboratoriów z całego świata. Program fizyczny eksperymentu obejmuje badanie łamania parzystości kombinowanej CP w procesach rozpadu cząstek zawierających kwark piękny b (głównie mezonów B) oraz poszukiwanie ich rzadkich rozpadów. LT

    PAP - Nauka w Polsce

    agt/ kap/


    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    LHCb (skrót ang. "Large Hadron Collider beauty") – detektor cząstek elementarnych przy genewskim Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) w CERN. Alpha Magnetic Spectrometer (AMS), Magnetyczny Spektrometr Alfa – moduł-eksperyment z dziedziny fizyki cząstek, który został umieszczony na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej i którego celem jest dokładny pomiar strumienia naładowanych promieni kosmicznych na niskiej orbicie wokółziemskiej. 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. Bariogeneza – hipotetyczny proces zachodzący we wczesnym wszechświecie (krótko po Wielkim Wybuchu), w wyniku którego powstały główne składniki materii nukleony, czyli protony i neutrony. Podstawowym problemem, który usiłują wyjaśnić hipotezy dotyczące procesu bariogenezy, jest obserwowana we wszechświecie nierównowaga pomiędzy liczbą cząstek materii a antymaterii. Naturalną hipotezą jest, że powstający wszechświat powinien zawierać równą liczbę cząstek i antycząstek. Pojawia się zatem problem utworzenia z początkowo symetrycznego stanu wszechświata, obserwowanego obecnie stanu asymetrii pomiędzy materią i antymaterią.

    Rozpad protonu – hipotetyczny nowy rodzaj rozpadu promieniotwórczego, w rezultacie którego swobodny proton rozpadałby się na lżejsze cząstki. W Modelu Standardowym fizyki cząstek elementarnych rozpad taki jest zabroniony, ponieważ łamie zasadę zachowania liczby barionowej. Możliwość takiego rozpadu przewidują niektóre rozszerzenia Modelu Standardowego, np. teorie wielkiej unifikacji. Eksperymentalnie nie udało się dotychczas jednoznacznie zaobserwować żadnych przypadków tego procesu. 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.

    Wykres Dalitza - wykres, wprowadzony przez R. H. Dalitza w 1953 roku do analizy rozpadu mezonu K. Wykres Dalitza używany w fizyce cząstek elementarnych przy wyznaczaniu spinu i parzystości cząstek rozpadających się na trzy cząstki, przedstawia gęstość zdarzeń odpowiadającym określonym wartościom energii cząstek, na które rozpada się układ. 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.

    Antymateria – układ antycząstek. Antycząstki to cząstki elementarne podobne do występujących w zwykłej materii (koinomaterii), ale o przeciwnym znaku ładunku elektrycznego oraz wszystkich addytywnych liczb kwantowych (np. izospinu, dziwności, liczby barionowej itp). 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.

    Dżet jest skupionym stożkiem hadronów i innych cząstek powstających w wyniku zjawiska hadronizacji kwarków i gluonów w eksperymentach z cząstkami lub z ciężkimi jonami. Z powodu chromodynamicznego uwięzienia, cząstki przenoszące kolor, jak kwarki, nie mogą występować w stanie wolnym. Dlatego zanim mogłyby być bezpośrednio zaobserwowane, ich fragmenty w hadronach tworzą dżety. Aby poznać właściwości samych kwarków, należy rejestrować dżety detektorami cząstek a następnie studiować.

    Materia dziwna to termin, którym określamy materię oddziałującą silnie, złożoną z cząstek dziwnych (zawierających kwark dziwny s). Dziwna materia jądrowa zbudowana jest z barionów dziwnych nazywanych hiperonami (np. Λ, Σ, Ξ) lub mezonów dziwnych (np. kaonów). Tego rodzaju materia hiperonowa może występować we wnętrzu gwiazd neutronowych.

    Era hadronowa – pojęcie stosowane w kosmologii dla określenia początkowej fazy rozwoju Wszechświata. Na podstawie kosmologicznego modelu rozszerzającego się Wszechświata przyjmuje się, że era ta rozpoczęła się w chwili t =10 s, gdy rozmiary horyzontu stały się większe od średnicy hadronu i można językiem fizyki cząstek elementarnych próbować opisywać tę epokę ewolucji Wszechświata. Głównymi składnikami materii były wówczas znajdujące się w stanie równowagi termodynamicznej, hadrony i antyhadrony, czyli cząstki oddziałujące silnie. W chwili t =10 s, gdy gęstość materii spada do 10 g/cm³, a temperatura do 10 K (odpowiada to energii równej około 100 GeV), następuje odłączenie się od siebie oddziaływań jądrowych słabych i elektromagnetycznych; od tej pory we Wszechświecie istnieją oddzielnie cztery oddziaływania fundamentalne: grawitacyjne, jądrowe silne, jądrowe słabe i elektromagnetyczne. Kolejne ważne wydarzenie ery hadronowej ma miejsce w chwili t =10 s, gdy gęstość wynosi 10 g/cm³, a temperatura spada do 10 K, czyli do wartości, przy której kwarki mogą już łączyć się w protony i neutrony oraz antyprotony i antyneutrony. Era hadronowa kończy się w chwili t =10 s, gdy gęstość maleje do 10 g/cm³, a temperatura do 10 K. Przy takiej temperaturze hadrony i antyhadrony w wyniku anihilacji ulegają prawie całkowitej zamianie w promieniowanie. Jego energia na skutek ekspansji Wszechświata przestaje być wystarczająca do tego, aby zachodziły procesy odwrotne. Nukleony – wspólna nazwa protonów i neutronów, czyli podstawowych cząstek tworzących jądro atomu. Nukleony składają się z kwarków. Choć przez obecne teorie cząstek protony i neutrony nie są uznawane za cząstki elementarne, ale z historycznych względów zalicza się je do cząstek elementarnych.

    Dodano: 27.04.2010. 05:19  


    Najnowsze