Informacje - szczegóły

«  Dodaj Informację

Antropologia (17) | Archeologia (505) | Astronomia (528) | Biologia (175) | Biotechnologia (38) | Chemia (84) | Ciekawostki (1759) | Ekologia (473) | Ekonomia i Biznes (330) | Etnologia (20) | Filozofia (28) | Fizyka (95) | Fundusze, granty, stypendia (139) | Genetyka (129) | Geografia (47) | Geologia (53) | Gimnazjum (23) | Historia (735) | Historia sztuki (103) | Imprezy kulturalne (364) | Informatyka (317) | Inne (497) | Językoznawstwo i filologie (81) | Konferencje i imprezy naukowe (488) | Konkursy (364) | Kształcenie zintegrowane (9) | Liceum / Technikum (114) | Literatura (75) | Ludzie nauki (256) | Matematyka (38) | Medycyna (1421) | Miasta i regiony (35) | Muzyka (37) | News bulletin - English (649) | Paleontologia (45) | Prawo (114) | Przyroda (415) | Psychologia (236) | Religie (72) | Rozrywka (57) | Socjologia (325) | Sport (60) | Studia wyższe (188) | Szkoła podstawowa IV-VI (15) | Sztuka (12) | Świat (1190) | Targi (52) | Technika i technologie (494) | Turystyka (18) | Uczelnie wyższe (521) | Unia Europejska (79) | Współpraca naukowa (35) | Wszystkie etapy szkolne (152) | Wychowanie przedszkolne (18) | Z życia szkoły (37) | Żywienie (133)

Gdzie się podziała antymateria i inne zagadki
2008-04-22 14:42:50

Gdzie się podziała antymateria? Kto decyduje o masie kwarków? Co to jest ciemna materia i gdzie jej szukać? Ile wymiarów ma przestrzeń? Te pytania to nie żarty. Do prób znalezienia odpowiedzi przystąpią wkrótce w szwajcarskim ośrodku naukowym CERN, najtęższe umysły świata fizyki. Powagę sytuacji zwiększa też świadomość, że eksperymenty mające udzielić tych odpowiedzi przygotowywane były przez 20 lat. Budowa urządzeń kosztowała fortunę. Niektórzy z uczestniczących w pracach naukowcom, inżynierów i informatyków poświęciła temu zadaniu całą swoją karierę zawodową.


Miejsce: Ośrodek badań jądrowych pod Genewą. Siedziba Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych - CERN (Conseil EuropÚen pour la Recherche NuclÚaire). Eksperymenty będą przeprowadzane w specjalnym kolistym tunelu, wykopanym 100 metrów pod ziemią. Tunel ma średnicę ok. 9 km.

Czas: Start urządzeń badawczych zaplanowano na lato tego roku. Termin ten podobno jest ostateczny, chociaż fizycy są raczej ostrożni. Wcześniej start planowano na lato ubiegłego roku. Uruchomienie eksperymentów opóźniły wyzwania technologiczne związane z zupełnie nowymi maszynami, których nigdy wcześniej w żadnym innym celu nie wykorzystywano, ani nie budowano.

Narzędzie: LHC - Large Hadron Collider (Wielki Zderzacz Hadronowy) - największy na świecie akceleratora cząstek elementarnych.

"Eksperymenty LHC przesuną granice naszego poznania w głąb struktury materii i wstecz do epoki, w której wiek Wszechświata liczony był w mikrosekundach" - ocenia rzecznik prasowy Instytutu Problemów Jądrowych dr Marek Pawłowski.

"Zapewne czeka nas pisanie na nowo całych rozdziałów podręczników fizyki" - dodaje.

CIEKAWOŚĆ - PIERWSZY STOPIEŃ DO... LHC

Przedmiotem badań naukowców w CERN są cząstki elementarne. Poznaliśmy je dzięki badaniom struktury atomu, a później jądra atomowego. Jak wiadomo, apetyt rośnie w miarę jedzenia. Dlatego głodni wiedzy fizycy nie poprzestają na odkryciu kwarków, czyli części składowych protonów i neutronów. Nie satysfakjonuje ich też odkrycie leptonów - małych, występujących samodzielnie cząstek elementarnych, do których należy elektron i neutrino. Poszukują wciąż nowych sposobów na odkrycie kolejnych cząstek, których istnienie to na razie hipoteza teoretyków.

W LHC będą w nim przyspieszane i zderzane dwie wiązki protonów (czasem również innych cząstek). W dwóch oddzielnych rurach akceleratora będą krążyć w przeciwnych kierunkach dwie wiązki cząstek, coraz bardziej się rozpędzając. Kiedy nabiorą wystarczającej prędkości, zostaną w ściśle określonym miejscu naprowadzone na siebie i cząstki zaczną zderzać się ze sobą z ogromną prędkością. Eksperymentatorom zależy na zmaksymalizowaniu prawdopodobieństwa trafienia protonu w proton, co, jak nietrudno sobie wyobrazić, przy rozmiarach cząstek elementarnych jest ekstremalnie trudne. Jednak, dzięki zastosowaniu odpowiednio silnego pola magnetycznego będzie to możliwe. Wiązki protonów będą tak silnie skupione, że po nakierowaniu przeciwbieżnych wiązek na siebie będzie dochodziło do kilkudziesięciu milionów zderzeń na sekundę.

Oczywiście żaden proton nie przetrwa zderzenia z drugim protonem przy prędkościach, do których cząstki będą rozpędzane. Każdy z nich rozpadnie się na inne cząstki. Niektóre z nich znikną zamieniając się w czystą energię, z której z kolei może powstać coś innego. Tysiące takich zjawisk będą zachodziły po każdym z milionów zderzeń na sekundę.

MASA ELEKTRONIKI DAJE WYNIKI

Do obserwacji tych zjawisk naukowcy i inżynierowie przygotowali inne, ogromne urządzenia. Zestawy detektorów zamontowane w tunelu LHC osiągają rozmiary kilkupiętrowego budynku.

Ogromne detektory to jednocześnie najbardziej precyzyjne, nafaszerowane elektroniką urządzenia badawcze. Są to "czarne skrzynki", rejestrujące ostatnie nanosekundy życia rozbijanych w akceleratorze protonów i obserwujące ich "szczątki" wystrzeliwane na wszystkie strony siłą zderzenia. Informacji zbieranych przez detektory będzie tyle, że nie da się ich fizycznie zapisać na dyskach komputerów w CERN. Dlatego dane już na wstępie będą musiały być przeanalizowane przez specjalnie w tym celu napisane programy komputerowe i "przesiane". Zapisywane będą tylko potencjalnie najciekawsze zjawiska - takie, w których pojawia się coś nowego - dotychczas nieznana cząstka elementarna lub jej ślad.

FUNDAMENTALNE PYTANIE O ŻYCIE, WSZECHŚWIAT I CAŁĄ RESZTĘ

Analizując dane zebrane przez detektory, naukowcy chcą dowiedzieć się więcej o tym z czego zbudowany jest nasz świat. Ich głównym celem jest potwierdzenie teorii zakładającej istnienie tzw. cząstki Higgsa.

"Istnieją różnego rodzaju koncepcje i przypuszczenia jaki mechanizm decyduje o masie cząstek elementarnych. Jedna z nich mówi, że zyskują one masę przez oddziaływania z czymś innym. I chodzi o odkrycie tego czegoś innego. Peter Ware Higgs pierwszy zaproponował mechanizm, że cząstka może uzyskiwać masę przez oddziaływanie z uniwersalnym polem, które się nazywa polem Higgsa. Jednym z zadań LHC jest sprawdzenie czy takie pole istnieje" - mówi PAP fizyk teoretyczny z Uniwersytetu Warszawskiego prof. Marek Demiański.

Teoretycy zakładają, że pole Higgsa jest tzw. polem kwantowym, to znaczy składa się z cząstek - kwantów. Wyliczenia i rozważania teoretyczne pozwalają przewidzieć jakie własności powinny takie mieć cząstki - cząstki Higgsa. Eksperymentatorzy, przygotowujący doświadczenia w CERN, są przekonani, że jeśli taka cząstka istnieje, to dzięki LHC możliwe będzie jej zaobserwowanie.

O ile cząstka Higgsa jest ściśle związana ze znaną nam, spotykaną na co dzień materią, o tyle pozostałe tematy, którymi naukowcy pracujący w CERN chcą się zająć, brzmią bardziej egzotycznie - jednym z nich jest antymateria.

Wiadomo, że każda cząstka elementarna ma swój odpowiednik, który zasadniczo różni się od niej tym, że ma ładunek elektryczny o przeciwnym znaku. Czyli antyproton jest cząstką o masie i innych własnościach protonu, ale o ujemnym ładunku, zaś antyelektron (inaczej pozytron) ma masę elektronu, ale ładunek dodatni. Inną znaną własnością antymaterii jest to, że gdy cząstka antymaterii zetknie się z cząstką materii to obie ulegają anihilacji, czyli znikają zamieniając się w fotony - czystą energię.

Z tego powodu badania nad antymaterią są bardzo trudne. Niemniej fizycy starają się badać antycząstki i nawet tworzą z nich antyatomy, próbując poznać ich strukturę i własności, podobnie jak to robią ze zwykłą materią.

W przypadku antymaterii pytanie nie brzmi jednak "skąd się wzięła?", ale "gdzie się podziała?".

We wszechświecie nie ma obecnie antymaterii, a jeżeli się pojawi, w wyniku rozpadu promieniotwórczego lub wytworzona sztucznie w laboratorium, anihiluje w zetknięciu ze swoim zwykłym odpowiednikiem zamieniając się w czystą energię. Natomiast w procesie kreacji, czyli zamianie energii w materię, regułą jest tworzenie się takiej samej ilości cząstek i antycząstek.

We wszechświecie powinno zatem być tyle samo materii co antymaterii, ale nie ma. Naukowcy są jednak przekonani, że kiedyś - w najwcześniejszych początkach wszechświata - tak właśnie było.

W tym gwałtownym okresie, powstałe w wyniku tego gigantycznego aktu kreacji cząstki i antycząstki, stykając się ze sobą anihilowały, ale... nie pozostała po nich czysta energia. Ponieważ przed anihilacją materia z jakiegoś powodu przeważyła nad antymaterią.

Skutek był taki, że anihilowała taka sama ilość materii i antymaterii, a "nadwyżka" materii pozostała, umożliwiając w ten sposób powstania materialnego świata - gwiazd, planet i życia na planetach. Krótko mówiąc umożliwiając powstanie naszej rzeczywistości.

Próbując dociec na czym tak naprawdę polega ta dysproporcja, naukowcy ustalili, że w procesie kreacji nie powstaje jednak dokładnie taka sama ilość materii, co antymaterii. "Różnica jest subtelna, ale jest" - tłumaczy prof. Demiański.

Być może w LHC, gdzie w trakcie zderzeń będzie w dużych ilościach powstawała antymateria będziemy w stanie zaobserwować ten proces i odkryjemy na czym polega różnica w tworzeniu się cząstek i antycząstek" - dodaje.

ZAGADKOWA CIEMNA STRONA WSZECHŚWIATA

Zagadka ciemnej materii pojawiła się, kiedy odkryto, że w obserwowanych przez astronomów rejonach kosmosu znajdują się obszary, w których nie ma "zwykłej", świecącej materii, jaką obserwuje się przez teleskopy, ale jest coś, co wytwarza pole grawitacyjne, czyli ma masę. To niezwykłe "coś" nazwano ciemną materią. Z obserwacji kosmosu wynika, że ciemnej materii jest we wszechświecie kilkakrotnie więcej niż "zwykłej", świecącej materii.

Natury ciemnej materii na razie nikomu nie udało się zbadać doświadczalnie. Niemniej istnieją teoretyczne przypuszczenia, że składa się ona - podobnie jak zwykła materia - z cząstek. Cząstki te nazwano "supersymetrycznymi", a teoretyczny model zakłada, że jest ich tyle samo co zwykłych cząstek. W ten sposób każda znana cząstka elementarna miałaby swój supersymetryczny odpowiednik o specyficznych właściwościach. Może nawet byłoby ich więcej niż znanych nam "zwykłych" cząstek.

"Ponieważ cząstki te, według naszych przewidywań, musiałyby bardzo słabo oddziaływać ze zwykłą materią, ich zaobserwowanie było dotąd niemożliwe" - mówi prof. Demiański.

Teraz jednak jest nadzieja, że fizycy dokonają tej sztuki. Mają to umożliwić specjalnie zaprojektowane zestawy detektorów, które będą "obserwowały" zderzenia cząstek w akceleratorze.

CO Z TEGO BĘDZIEMY MIELI?

LHC to oczywiście narzędzie do badań podstawowych, których praktyczne zastosowanie na razie trudno znaleźć. Jednak, jak tłumaczy, rzecznik IPJ dr Marek Pawłowski, przy okazji budowy tego akceleratora wymyślono i zastosowano zupełnie nowe rozwiązania technologiczne, które mogą się przydać także w innych dziedzinach życia.

W budowie brali udział także Polacy, nasi naukowcy będą też uczestniczyli w eksperymentach przeprowadzanych po uruchomieniu LHC. "Wiele jego elementów powstawało w laboratoriach i warsztatach m.in. w Warszawie, Krakowie, Świerku i Wrocławiu. Poza tym Polska, jako członek CERN-u, jest jego współwłaścicielem" - podkreśla.

PAP - Nauka w Polsce, Urszula Rybicka

Jeżeli nie znalazłeś tego czego szukasz skorzystaj z poniższej wyszukiwarki.

Web www.eduskrypt.pl