Κέντρο Θεωρητικής Φυσικής στην Κρήτη

Εντοπιστήκαν δύο νέα βαρυόνια

Δύο νέα σωματίδια ανακαλύφθηκαν (δες εδώ) χάρη στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC), ανακοίνωσε το Ευρωπαϊκό Κέντρο Πυρηνικών Ερευνών (CERN). Η ύπαρξη των σωματιδίων, που ονομάζονται  Xi_b' και Xi_b* (δες κι εδώ), προβλεπόταν από τη θεωρία (εδώ), αλλά δεν είχαν παρατηρηθεί ποτέ από τους επιστήμονες. Τα σωματίδια είναι βαρυόνια, ανήκουν δηλαδή στην οικογένεια των υποατομικών σωματιδίων. Τα βαρυόνια -με διασημότερα μέλη τα πρωτόνια και τα νετρόνια- αποτελούνται από τρία κουάρκ που συνδέονται μεταξύ τους με την "ισχυρή δύναμη". Η ύπαρξη των νέων σωματιδίων διαπιστώθηκε χάρη στα πειράματα που διενεργήθηκαν το 2011 και το 2012 στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων. Η έρευνα διεξήχθη κυρίως από τον Μάθιου Τσαρλς του Εργαστηρίου Πυρηνικής Φυσικής (CNRS/UPMC/Πανεπιστήμιο Ντιντερό του Παρισιού) σε συνεργασία με έναν Αμερικανό επιστήμονα. Στην ανακοίνωσή του το CNRS (Εθνικό Κέντρο Επιστημονικών Ερευνών της Γαλλίας) σημειώνει ότι η μέτρηση των ιδιοτήτων των δύο νέων σωματιδίων "συμβάλλει στην καλύτερη κατανόηση της θεωρίας της ισχυρής αλληλεπίδρασης στο πλαίσιο του καθιερωμένου μοντέλου της σωματιδιακής φυσικής".  Οι "ισχυρές αλληλεπιδράσεις" ευθύνονται για τη συνοχή του πυρηνικού υλικού. Παρόμοιο σωματίδιο της ίδιας οικογένειας, το Xi_b*0, είχε παρατηρηθεί το 2012 χάρη στον LHC ο οποίος αυτό το διάστημα δεν λειτουργεί και αναμένεται να ξεκινήσει και πάλι την άνοιξη του 2015 (δες κι εδώ).

Επιβεβαιώνει την ύπαρξη εξωτικού σωματιδίου το CERN

Tην επιβεβαίωση για την ύπαρξη ενός νέου, εξωτικού σωματιδίου ανακοίνωσαν φυσικοί του πειράματος LHCb (Large Hadron Collider beauty) του CERN. Πρόκειται για το Ζ(4430), ένα σωματίδιο που αποτελείται από τέσσερα κουάρκ (tetraquark). Ως γνωστό τα κουάρκ είναι τα στοιχειώδη σωματίδια που μαζί με τα ηλεκτρόνια συνθέτουν τη συνήθη ύλη και το παραδοσιακό μοντέλο για την περιγραφή τους επιτρέπει την ύπαρξη ζευγών κουάρκ και τριών κουάρκ. Ο τελευταίος μάλιστα είναι και ο συνδυασμός που ευθύνεται για την ύπαρξη των πρωτονίων και των νετρονίων στους πυρήνες των ατόμων. Οποιαδήποτε σύζευξη περισσότερων από τριών κουάρκ σε ένα σωματίδιο ανήκει στην κατηγορία των εξωτικών αδρονίων, κάτι που δεν προβλέπεται από τα απλούστερα θεωρητικά μοντέλα για τα κουάρκ. Η πρώτη ένδειξη για το Ζ(4430) είχε έρθει το 2008 από το πείραμα Belle Collaboration στην Ιαπωνία (δες κι εδώ)και  στη συνέχεια ανακοινώθηκε με τη μορφή ανακάλυψης, αφού οι φυσικοί του πειράματος μέτρησαν την κατανομή μάζας τους με ακρίβεια 5,2 σίγμα (σιγουριά της τάξεως του 99,9999%). Η ανάλυση από τα δεδομένα του πειράματος LHCb ήταν αρκετά πιο λεπτομερής. Σε 180 τρισεκατομμύρια συγκρούσεις πρωτονίων στον επιταχυντή LHC, το πείραμα κατέγραψε 25 000 διασπάσεις μεσονίων, οι οποίες επέτρεψαν στους φυσικούς να συνοδεύσουν την ανακάλυψή τους με τη συντριπτική ακρίβεια των 13,9 σίγμα, κάτι που μεταφράζεται σε απόκλιση από το 100% της τάξεως του 10^-44. Το LHCb επίσης προχώρησε και ένα βήμα παραπέρα σε σχέση με το πείραμα Belle, καταγράφοντας το σπιν και την ισοτιμία του σωματιδίου, δύο από τις κβαντικές του ιδιότητες με ιδιαίτερο ενδιαφέρον. Το Ζ(4430) είναι το πρώτο τετρακουάρκ που παρατηρείται και αποτελείται πιθανότατα από ένα γοητευτικό, ένα αντί-γοητευτικό, ένα κάτω και ένα αντι-άνω κουάρκ. Γνωρίζοντας πλέον πως υπάρχει τουλάχιστον ένα εξωτικό αδρόνιο, οι επιστήμονες έχουν κάθε λόγο να πιστεύουν πως υπάρχουν και άλλες αχαρτογράφητες περιοχές του υποατομικού κόσμου, με το δρόμο να μένει ανοικτός και για την ύπαρξη πιο σύνθετων συνδυασμών, όπως πεντακουάρκ κτλ.Ίσως τελικά να είχε δίκιο ο Ιταλός φυσικός Ενρίκο Φέρμι, ο οποίος όταν τον είχε ρωτήσει o φοιτητής του Λέον Λέντερμαν για το όνομα ενός σωματιδίου τη δεκαετία του ’50, είχε δώσει την απάντηση «Νεαρέ, εάν μπορούσα να θυμηθώ τα ονόματα όλων αυτών των σωματιδίων, θα είχα γίνει βοτανολόγος».

Πηγή: http://www.naftemporiki.gr/story/792932/epibebaionei-tin-uparksi-eksotikou-somatidiou-to-cern

Βραβείο Νόμπελ Φυσικής 2013

Στον Bρετανό καθηγητή του Πανεπιστημίου του Εδιμβούργου Πίτερ Χιγκς (Peter Higgs) και στον Bέλγο καθηγητή από το Ελεύθερο Πανεπιστήμιο των Βρυξελλών Φρανσουά Ενγκλέρ (François Englert) απονεμήθηκε το φετινό βραβείο Νόμπελ Φυσικής, όπως ανακοίνωσε η Σουηδική Επιτροπή το σήμερα το μεσημέρι (εδώ). Η ανακοίνωση έγινε με καθυστέρηση μία ώρας, καθώς η Επιτροπή δεν κατέληξε σε απόφαση στον προκαθορισμένο χρόνο. Ο Χιγκς είχε προεξοφλήσει την ύπαρξη του μποζονίου που φέρει το όνομά του, διατυπώνοντας μαζί με τον Ενγκλέρ - και άλλους...-, τη θεωρία του πεδίου Χιγκς, ενός πεδίου που διαπερνά το Σύμπαν δίνοντας μάζα στα στοιχειώδη σωματίδια, χωρίς την οποία δεν θα υπήρχε βαρύτητα. Με τις εργασίες τους, που δημοσιεύθυκαν με τις οποίες μισό αιώνα πριν  το 1964, προέβλεπαν αυτό που ανακάλυψε ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) και οι ερευνητές του CERN, το σωματίδιο Higgs (Higgs boson)- γνωστό και σαν το «σωματίδιο του Θεού» (δες κι εδώ). Ο ίδιος ο 83χρονος φυσικός που έχει ονομαστεί και «Αϊνστάιν του 21ου αιώνα» υποδέχθηκε την ανακοίνωση της Επιτροπής των Νόμπελ με μια μετρημένη ανακοίνωση στην οποία ανέφερε «είμαι συγκλονισμένος που έλαβα το βραβείο κι ευχαριστώ τη βασιλική σουηδική ακαδημία», εν αντιθέσει με τον 81χρονο Βέλγο Ενγκλέρ που δεν έκρυψε τη χαρά του και δήλωσε «τώρα είμαι ευτυχής», ενώ ανέφερε ότι δεν ξέρει τι θα κάνει (!) με τα χρήματα του επάθλου και ότι θα μιλήσει με τον Χιγκς για να τον συγχαρεί (σχετικό ρεπορτάζ εδώ).
10-10-2013 Ο μηχανισμός Brout-Englert-Higgs (BEH)
12-10-2013  Γιατί σε νοιάζει το μποζόνιο Higgs
12-10-2013 Πολύ περισσότερα (και ...πολύ παρασκήνιο!) για το μποζόνιο Higgs, εδώ.
12-10-2013 Τι βραβεύτηκε με το βραβείο Nobel Φυσικής 2013;
13-10-2013 Fermilab played a key role in the work that ultimately proved a Nobel Prize-winning
10-12-2013 Lectures:Nobel Price in Physics

Ουδέτερο ασθενές ρεύμα και ασθενής δύναμη

Πέρασαν ακριβώς 40 χρόνια από την ανακάλυψη στο CERN ενός νέου τύπου ρεύματος, που ονομάστηκε ουδέτερο ασθενές ρεύμα (neutral current). Δεν επρόκειτο για κάποιο ηλεκτρομαγνητικό φαινόμενο, αλλά για μία άμεση απόδειξη για την ύπαρξη κι άλλης μίας δύναμης στη φύση, που πήρε το όνομα ασθενής δύναμη (ασθενής αλληλεπίδραση).Το αποτέλεσμα αυτό οδήγησε στην ανακάλυψη δύο νέων σωματιδίων, των μποζονίων W και Ζ, τα οποία είναι και οι φορείς της ασθενούς δύναμης, εγκαινιάζοντας τις μεγάλες ανακαλύψεις του CERN, οι οποίες και οδήγησαν στην ανακάλυψη(;) του μποζονίου Χιγκς, μόλις πέρυσι, συμπληρώνοντας έτσι το παζλ του Καθιερωμένου Προτύπου.Για την παρατήρηση αυτού του νέου είδους ρεύματος, χρειάστηκε ένας θάλαμος φυσαλίδων, με το όνομα Gargamelle (φωτο), μια κυλινδρική κατασκευή, που ζύγιζε περίπου 1000 τόνους, γεμάτη με 12 κυβικά μέτρα υγρό φρέον, ειδικά κατασκευασμένη για την ανακάλυψη του ασθενούς ρεύματος, μιας διαδικασίας που είχε προβλεφθεί τη δεκαετία του ’60, ανεξάρτητα, από τρεις φυσικούς: τους Sheldon Glashow, Abdus Salam και Steven Weinberg.Οι τρεις θεωρητικοί, είχαν φτάσει στο συμπέρασμα πως χρειαζόταν ένα νέο σωματίδιο χωρίς ηλεκτρικό φορτίο, το οποίο θα ήταν ο φορέας της νέας αυτής δύναμης, η οποία ευθύνεται για τα φαινόμενα που λαμβάνουν χώρα στον πυρήνα των ατόμων. Το νέο σωματίδιο, ονομάστηκε μποζόνιο Ζ, και ήταν κομμάτι μια θεωρίας που μετέπειτα ονομάστηκε ηλεκτρασθενής, καθώς ενοποιούσε τον ηλεκτρομαγνητισμό με την ασθενή δύναμη, εντάσσοντάς τες στο πλαίσιο μιας κοινής θεωρίας.Στη φύση, υπάρχουν δύο ειδών σωματίδια: αυτά από τα οποία αποτελείται η ύλη, τα οποία ονομάζονται φερμιόνια (κουάρκ, ηλεκτρόνιο, νετρίνα) επειδή υπακούουν στη στατιστική Fermi-Dirac, και εκείνα που φέρουν τις θεμελιώδεις δυνάμεις, τα μποζόνια (φωτόνιο, γκλουόνια, W, Z, Χιγκς, γκραβιτόνιο) που ακολουθούν τη στατιστική Bose-Einstein. Η ανακάλυψη των W, Z έγινε με την παρατήρηση δύο φαινομένων που προέβλεπε η νέα θεωρία: την αλληλεπίδραση ενός νετρίνο με ένα ηλεκτρόνιο μέσα στο υγρό φρέον, και τη σκέδαση ενός νετρίνο σε ένα πρωτόνιο ή νετρόνιο. Τον Ιούλιο του 1973, είχαν παρατηρηθεί 166 συμβάντα της δεύτερης περίπτωσης, κι ένα συμβάν με ηλεκτρόνιο, τα οποία άνοιγαν το δρόμο για την απόδειξη της ηλεκτρασθενούς θεωρίας.Χρειάστηκαν ακόμη 10 χρόνια, μέχρι το 1983 και τα πειράματα UA1 και UA2 ώστε να διαπιστωθεί με απόλυτη σιγουριά η ύπαρξη των μποζονίων W και Z, χαρίζοντας στους τρεις θεμελιωτές της θεωρίας το Νόμπελ Φυσικής, και υποδεικνύοντας στην κοινότητα των θεωρητικών φυσικών, πως βρίσκονταν στο σωστό δρόμο για την περιγραφή της φύσης.Δες κι εδώ.

Πηγή: http://www.naftemporiki.gr/story/678366

Νέα μορφή ύλης;Το νέο υποατομομικο σωματίδιο Zc(3900)

Δύο μεγάλες ανεξάρτητες επιστημονικές ομάδες, μία στην Ιαπωνία και μία στην Κίνα, ανακοίνωσαν ότι για πρώτη φορά ανίχνευσαν στους επιταχυντές τους σαφείς ενδείξεις για ένα υποατομικό σωματίδιο που αποτελείται από τέσσερα κουάρκ. Το εν λόγω σωματίδιο, που ονομάστηκε Zc(3900), είναι πιθανό ότι υπήρχε από τις πρώτες στιγμές μετά τη δημιουργία του σύμπαντος με την «Μεγάλη Έκρηξη». Οι επιστήμονες βρήκαν ενδείξεις για ένα νέο σωματίδιο με ενέργεια περίπου 3,9 GeV (σχεδόν τετραπλάσια από το βάρος του πρωτονίου), το οποίο φαίνεται να έχει τέσσερα κουάρκ, ένα ζεύγος κουάρκ και ένα ζεύγος αντικουάρκ. Οι κατοπινές αναλύσεις ενισχύουν την πεποίθηση ότι το νέο σωματίδιο Zc(3900), που έχει ηλεκτρικό φορτίο, είναι μια άγνωστη έως τώρα μορφή ύλης (εδώ).  Μέχρι σήμερα, οι φυσικοί θεωρούσαν ότι τα υποατομικά σωματίδια περιέχουν είτε τρία κουάρκ (όπως τα πρωτόνια και νετρόνια), είτε δύο (όπως τα πιόνια και τα καόνια που υπάρχουν στην κοσμική ακτινοβολία). Αν και κανείς νόμος της Φυσικής δεν απαγορεύει να υπάρχουν περισσότερα κουάρκ μέσα σε ένα σωματίδιο. Η  -για πρώτη φορά- πειραματική ανακάλυψη ενός «κουαρτέτου» κουάρκ ανοίγει πιθανώς το δρόμο για την ανακάλυψη και άλλων μορφών «εξωτικής» ύλης. Οι ανακαλύψεις έγιναν από το ιαπωνικό ανιχνευτή Belle (στον επιταχυντή ΚΕΚ της Τσουκούμπα) και το κινεζικό BESIII, ήρθαν ως αποτέλεσμα ερευνών στο σωματίδιο Υ(4260), που είχε ανακαλυφθεί το 2005 μετά τη σύγκρουση ηλεκτρονίων και ποζιτρονίων (δηλαδή ύλης και αντιύλης) στους επιταχυντές. Ο φυσικός Ζιτσίνγκ Λίου (Zhiqing Liu) του Ινστιτούτου Φυσικής Υψηλών Ενεργειών του Πεκίνου, μέλος του πειράματος Belle δήλωσε ότι :«Η ανακάλυψη του σωματιδίου αποτέλεσε μεγάλη έκπληξη», Σύμφωνα με τους επιστήμονες του ιαπωνικού πειράματος, που ανίχνευσαν 159 σωματίδια Zc(3900), η πιθανότητα στατιστικού λάθους στους υπολογισμούς τους είναι μικρότερη από μία στα 3,5 εκατομμύρια. Εξάλλου και το κινεζικό πείραμα BESIII εντόπισε 307 παρόμοια σωματίδια, οπότε η πιθανότητα λάθους απομακρύνεται κι άλλο. Πάντως, οι ίδιες ερευνητικές ομάδες, καθώς και άλλες ανά τον κόσμο, θα κάνουν περαιτέρω έρευνες για να επιβεβαιώσουν τα ευρήματά αυτά και να αποκλείσουν άλλες πιο συμβατικές πιθανότητες (δες κι εδώ, εδώ,εδώ, εδώ, εδώ) .

Πηγή: http://portal.kathimerini.gr/4dcgi/_w_articles_kathciv_1_19/06/2013_504734

Η πρώτη "φωτογράφηση" του ατόμου του υδρογόνου!

Την πρώτη απ΄ ευθείας παρατήρηση της τροχιάς του ατόμου του υδρογόνου πέτυχε διεθνής ομάδα ερευνητών στο  Ινστιτούτο για την Ατομική και Μοριακή Φυσική  (AMOLF), Άμστερσταμ, Ολλανδία, υπό την Aneta Stodolna (δες εδώ).

Κατάφεραν να απεικονίσουν την κβαντική υπόσταση των ηλεκτρονίων που περιφέρονται γύρω από τον πυρήνα ενός ατόμου υδρογόνου, με άλλα λόγια κατάφεραν να απαθανατίσουν τις κυματοσυναρτήσεις των ηλεκτρονίων σε άτομα υδρογόνου μια και οι κβαντικές ιδιότητες των ηλεκτρονίων καθιστούν ουσιαστικά αδύνατο τον προσδιορισμό της ακριβής τους θέσης (δες κι εδώ).Η χαρτογραφηση της δομής επιτεύχθηκε χάρη σε ένα νέο κβαντικό μικροσκόπιο φωτοϊοντικής μικροσκοπίας (δες κι εδώ), το οποίο απεικονίζει τη δομή άμεσα.Περισσότερα εδώ, εδώ, εδώ, εδώ.