Ovaj Će Eksperiment Kroz Zemlju Pogoditi Duhovne Čestice I Odgovoriti Zašto Postoje

{h1}

Međunarodna grupa fizičara objavila je da su prve signale vidjeli u detektoru u obliku kocke koji se zove protodune.

Proučavanje subatomskog svijeta revolucioniralo je naše razumijevanje zakona svemira i čovječanstvu dalo neviđeni uvid u duboka pitanja. Povijesno su ta pitanja postojala u filozofskom carstvu: Kako je svemir nastao? Zašto je svemir takav kakav jest? Zašto postoji nešto, umjesto ničega?

Pa, prijeđite na filozofiju, jer je znanost napravila presudan korak u izgradnji opreme koja će nam pomoći da odgovorimo na ovakva pitanja. A to uključuje pucanje sablasnih čestica koje se nazivaju neutrinovi doslovno kroz Zemlju na udaljenosti od 800 milja (skoro 1300 kilometara) od jednog laboratorija za fiziku do drugog.

Međunarodna grupa fizičara objavila je da su prve signale vidjeli u detektoru u obliku kocke koji se zove ProtoDUNE. Ovo je vrlo velika odskočna daska u eksperimentu DUNE, koji će u naredna dva desetljeća biti američki vodeći istraživački program fizike čestica. ProtoDUNE, veličine tri kata kuće, prototip je mnogo većih detektora koji će se koristiti u eksperimentu DUNE, a današnja (18. rujna) najava pokazuje da odabrana tehnologija funkcionira. [18 najvećih nerazriješenih misterija iz fizike]

DUNE detektori bit će smješteni u Fermi-ovom nacionalnom laboratoriju za ubrzavanje (Fermilab), tik izvan Chicaga, i na Sanford Underground Research Facility (SURF), u mjestu Lead, Južna Dakota. Kada pokus bude pokrenut, snažni akcelerator čestica u Fermilabu će napraviti intenzivno snop subatomskih čestica zvanih neutrino, pucati u njih doslovno kroz Zemlju kako bi ih se otkrio na SURF.

Neutrinovi su duhovi subatomskog svijeta, sposobni proći kroz čitav planet bez ikakvih interakcija. Neutrinovi su u prošlosti mnogo puta iznenadili znanstvenike. Iz njihove neviđene sposobnosti prolaska kroz materiju bez međusobnog utjecaja, do činjenice da materiju i antimateriju tretiraju vrlo različito, do njihove sposobnosti pretvaranja iz jedne verzije u drugu, neutrini i dalje fasciniraju svjetsku znanstvenu zajednicu. Upravo će ta dva svojstva istražiti eksperiment DUNE.

Antimaterija je nešto što zvuči kao znanstvena fantastika, ali je zasigurno stvarno. Antimaterija je sušta materija; spojite materiju i antimateriju zajedno i oni će uništiti čistu energiju. Antimaterija je predložena 1928., a prvi put promatrana 1931. U kasnim desetljećima, znanstvenici (uključujući mene) su je proučavali s velikom mukom. Uglavnom se razumije, s jednom vrlo uznemirujućom preostalom misterijom. Prilikom pretvaranja energije u antimateriju stvaramo identičnu količinu materije. To je dobro utvrđena znanost. To nije problem.

Problem je što ako to promatranje kombiniramo s idejom Velikog praska, nešto se ne valja zajedno. Napokon, nedugo nakon Velikog praska, svemir je bio pun energije, koja bi se trebala pretvoriti u materiju i antimateriju jednako. Ipak, naš svemir je u potpunosti sastavljen od materije. Pa gdje je otišla ta antimaterija? Na ovo pitanje nema odgovora; ali možda bi pomno proučavanje materije i neutrina antimaterije moglo otkriti razliku. [Big Bang to Civilization 10 Amazing Origin Events]

Kao i druge subatomske čestice, neutrini i neutrini antimaterije, zvani antineutrino, imaju količinu koja se naziva spin, a koja ima prolaznu, iako nesavršenu sličnost s malim okretnim kuglicama. Neutrini i antineutrinovi vrte se u suprotnim smjerovima. Ako upucate neutrinu snop tako da ide prema vama, možete zuriti niz osovinu centrifuge neutrina; vidjeli biste ih kako se vrte u smjeru kazaljke na satu, dok se antineutrinosi vrte u suprotnom smjeru. Budući da je centrifuga neutrina i antineutrina suprotno, to identificira razliku između to dvoje. Možda je ta razlika znak da će proučavanje materije i antimaterijskih analoga neutrina osvijetliti ovu misteriju.

Postoji još jedno svojstvo neutrina zbog čega su zanimljivi u zagonetki antimaterije koja nedostaje… oni mogu prelaziti iz jednog identiteta u drugi. Znanstvenici su pronašli tri različite vrste neutrina. Jedna je vrsta povezana s elektronima i naziva se elektronskim neutrinom. Dvije druge povezane su s dvije druge subatomske čestice zvane muon i tau, koje su teški rođaci elektrona.

Ako započnete s hrpom elektronskih neutrina, a zatim ih malo kasnije pogledate, vidjet ćete da ima manje neutrina elektrona nego što ste započeli, ali ima dovoljno muonskih i tau neutrina da nadoknade deficit. Neutrini ne propadaju; mijenjaju se jedno u drugo.

Kao da imate sobu punu 100 pasa i kad ste kasnije pogledali, bilo je 80 pasa, 17 mačaka i tri papiga. Ako biste pogledali još kasnije, miks bi i dalje bio drugačiji.

Morfija, što znanstvenici nazivaju oscilacija, neutrina, također je dobro utvrđena fizika. Istraživači sumnjaju u to još od 1960-ih; bili su prilično sigurni da je to bilo stvarno 1998. godine, a argument su prihvatili 2001. Neutrino oscilacija se događa i njegovo otkriće je dobilo Nobelovu nagradu za fiziku 2015. godine.

Eksperiment DUNE ima nekoliko istraživačkih ciljeva, ali možda je najvažniji prvo mjerenje oscilacija neutrina, a zatim oscilacija antineutrina. Ako se razlikuju, možda će nam to razumijevanje tog postupka detaljnije pomoći da shvatimo zašto je svemir napravljen isključivo od materije. Ukratko, to bi moglo objasniti zašto uopće postojimo.

Eksperiment DUNE sastojat će se od dva kompleksa detektora, manjeg u Fermilabu i četiri većeg od SURF-a. Snop neutrina će napustiti Fermilab i uputiti se prema udaljenim detektorima. Udjeli različitih vrsta neutrina mjerit će se na detektorima i kod Fermilaba i na SURF. Izmjerit će se razlike uzrokovane neutrinskim oscilacijama i postupak će se ponoviti za antineutrino.

Tehnologija koja će se koristiti u eksperimentima DUNE uključuje velike posude s tekućim argonom, u kojima će neutrini djelovati i biti otkriveni. Svaki veći detektor smješten na SURF-u bit će visok i širok poput četverokatnice i duži od nogometnog igrališta. Svaka će sadržavati 17.000 tona tekućeg argona.

Detektor ProtoDUNE mnogo je manji prototip, koji se sastoji od samo 800 tona tekućeg argona. Volumen je dovoljno velik da obuhvati malu kuću.
Suradnja znanstvenika DUNE je širom svijeta, privlačeći istraživače iz cijelog svijeta. Dok je Fermilab laboratorij domaćin, također su uključeni i drugi međunarodni laboratoriji. Jedan od takvih objekata je CERN, europska laboratorija za fiziku čestica, koja se nalazi tik izvan Ženeve u Švicarskoj. Detektor ProtoDUNE nalazi se u CERN-u i dodatno cementira dugu vezu između laboratorija - na primjer, Fermilab je dugo sudjelovao u istraživanjima koristeći podatke koje je zabilježio Veliki hadronski sudarač CERN-a. DUNE je prvo ulaganje CERN-a u eksperiment proveden u laboratoriju u Sjedinjenim Državama.

Današnja najava velika je, što dokazuje da je tehnologija tekućeg argona koja će biti srce eksperimenta DUNE bila dobar izbor. Drugi protoDUNE detektor bit će dostupan na mreži za nekoliko mjeseci. Druga verzija koristi malo drugačiju tehnologiju za promatranje tragova čestica uzrokovanih rijetkim interakcijama neutrina. Rezultati ispitivanja ova dva detektora usmjerit će znanstvenike do odluke o konačnom dizajnu komponenata detektora.
DUNE će se graditi u sljedećem desetljeću, a prvi detektorski moduli planiraju se aktivirati 2026. godine.

Izvorno objavljeno na WordsSideKick.com.

Don Lincoln je istraživač fizike u Fermilabu. Autor je knjige "Veliki hadronski sudarač: izvanredna priča o Higgsovu Bosonu i drugim stvarima koje će vam razbiti duh" (Johns Hopkins University Press, 2014.), a producirao je niz znanstveno obrazovnih video zapisa, Pratite ga na Facebooku, Mišljenja izražena u ovom komentaru su njegova.

Don Lincoln je ovom članku pridodao stručne komentare WordsSideKick.com-a: Op-Ed & Insights.


Video Dodatak: .




HR.WordsSideKick.com
Sva Prava Pridržana!
Umnožavanje Bilo Koje Materijale Dozvoljen Samo Prostanovkoy Aktivni Link Na Stranicu HR.WordsSideKick.com

© 2005–2020 HR.WordsSideKick.com