Η μικρότερη δύναμη που έχει μετρηθεί ποτέ!

Χρησιμοποιώντας μια πειραματική διάταξη με δέσμες λέιζερ και μετέωρα άτομα παγωμένα κοντά στο απόλυτο μηδέν, αμερικανοί ερευνητές ανίχνευσαν τη μικρότερη δύναμη που έχει μετρηθεί ποτέ. Όπως αναφέρουν στο περιοδικό Science, η μέτρηση πλησιάζει το απόλυτο όριο που θέτουν οι αρχές της κβαντικής φυσικής.Η δύναμη που μέτρησαν οι ερευνητές του Εθνικού Εργαστηρίου «Λόρενς Μπέρκλεϊ» και του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στo Μπέρκλεϊ είχε μέγεθος 24 yoctonewtons ή 24 x 10-24 Newton. Συγκριτικά, μια πεταλούδα βάρους ενός γραμμαρίου που κάθεται σε ένα φύλλο ασκεί δύναμη 9.806.650.000.000.000.458.752 yoctonewton. Όπως εξηγούν οι ερευνητές, στην καρδιά όλων των σύγχρονων ανιχνευτών δύναμης βρίσκονται οι λεγόμενοι μηχανικοί ταλαντωτές, διατάξεις που μετατρέπουν την ασκούμενη δύναμη σε μετρήσιμη μηχανική κίνηση. Η μέτρηση της κίνησης αυτής επιτρέπει τον υπολογισμό της δύναμης. Όταν όμως οι μετρήσεις της κίνησης φτάνουν σε μικρά, κβαντικά μεγέθη, η μέτρηση προσκρούει στα εμπόδια που θέτει η λεγόμενη αρχή της απροσδιοριστίας του Χάιζενμπεργκ: η κίνηση του ταλαντωτή διαταράσσεται από την ίδια την πράξη της μέτρησης και παύει να είναι αξιόπιστη. Το όριο αυτό ονομάζεται «Στάνταρτ Κβαντικό Όριο» ή SQL, και είναι η ακριβέστερη μέτρηση που μπορεί ποτέ να πραγματοποιηθεί. «Μια επιστημονική δημοσίευση του 1980 προέβλεπε ότι θα μπορούσαμε να φτάσουμε το SQL σε διάστημα πέντε ετών» σχολιάζει ο Σταν Ντάμπερ-Κερν, επικεφαλής της τελευταίας μελέτης.«Χρειάστηκε 30 χρόνια περισσότερο από ό,τι είχε προβλεφθεί, τώρα όμως διαθέτουμε μια πειρατική διάταξη που μπορεί να φτάσει πολύ κοντά στο SQL» λέει.Η νέα διάταξη ακολουθεί την αρχή λειτουργίας των μηχανικών ταλαντωτών: «Όταν ασκούμε μια εξωτερική δύναμη στον ταλαντωτή είναι σαν να χτυπάμε ένα εκκρεμές με το ρόπαλο και να μετράμε την αντίδρασή του» εξηγεί ο Σίντνεϊ Σρέπλερ, πρώτος συγγραφέας της δημοσίευσης.Ο λόγος που η διάταξη έφτασε αυτά τα επίπεδα ευαισθησίας ήταν ότι ο μηχανικός ταλαντωτής αποτελούνταν από μόλις 1.200 άτομα. Αποτελούνταν από άτομα ρουβιδίου που διατηρούνταν παγωμένα κοντά στο απόλυτο μηδέν και κρατούνταν μετέωρα σε μια «οπτική παγίδα» με τη βοήθεια ακτίνων λέιζερ που ασκούν στα άτομα αντίρροπες δυνάμεις. Αλλάζοντας ανεπαίσθητα τις ρυθμίσεις στο πεδίο των ακτίνων λέιζερ, οι ερευνητές ανάγκασαν το κέντρο μάζας του μετέωρου αερίου να κινηθεί. Η κίνηση αυτή, η οποία εξαρτάται από τη δύναμη που ασκήθηκε στο κέντρο μάζας του αερίου, μετρήθηκε τελικά με τη βοήθεια μιας άλλης δέσμης λέιζερ.Σε τι όμως θα μπορούσε να χρησιμεύσει μια τόσο ακριβής μέτρηση; Υπάρχουν αρκετές εφαρμογές στη σύγχρονη έρευνα -για παράδειγμα, οι φυσικοί θα μπορούσαν να μετρήσουν αν ο νόμος της βαρύτητας που διατύπωσε ο Νεύτωνας ισχύει και σε μικροσκοπικές κλίμακες. Δες κι εδώ, 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

Κοσμικός τοκετός!

Διαβάζω (εδώ) ότι ομάδα Ιαπώνων επιστημόνων από τα πανεπιστήμια Osaka και Ibaki χρησιμοποιώντας τα ραδιοτηλεσκόπια του αστεροσκοπείου ALMA στο San Pedro de Atacama, Χιλή, εντόπισαν ένα άστρο γύρω από το οποίο υπάρχει ένας δίσκος κοσμικής ύλης. Το άστρο που έλαβε την κωδική ονομασία HD142527 βρίσκεται σε απόσταση 456 ετών φωτός από τη Γη στον αστερισμό του Λύκου. Σύμφωνα με τους ερευνητές γύρω από το άστρο σχηματίζεται ένα γιγάντιο πλανητικό σύστημα. Οι παρατηρήσεις των ερευνητών δείχνουν ότι σχηματίζονται πλανήτες σε όλο το εύρος του κοσμικού (ή πρωτοπλανητικού) δίσκου. Σύμφωνα με τους ερευνητές ορισμένοι πλανήτες σχηματίζονται σε απόσταση τόσο μεγάλη από το άστρο τους, που κάτι παρόμοιο δεν έχει παρατηρηθεί ξανά μέχρι σήμερα. Αυτό και άλλα ευρήματα κάνουν τους ερευνητές να πιστεύουν ότι δημιουργείται ένα γιγάντιο σε μέγεθος και πιθανώς πληθυσμό κοσμικών σωμάτων πλανητικό σύστημα. Η ανακάλυψη είναι επίσης σημαντική εκτός των άλλων επειδή η παρατήρηση και μελέτη τέτοιων κοσμικών δίσκων προσφέρει στοιχεία για τη δημιουργία πλανητών.Περισσότερα εδώ.

Το Σύμπαν σε ένα ποτήρι κρασί!

Το 1961, το California Institute of Technology πήρε το ρίσκο να καλέσει τον Richard Feynman, Βραβείο Νόμπελ Φυσικής 1966, να διδάξει φυσική σε μια τάξη με πρωτοετείς φοιτητές της φυσικής. Μέχρι εκείνη τη στιγμή ο Feynman ήταν αμιγώς θεωρητικός και δεν είχε δείξει κανένα ενδιαφέρον για τη διδασκαλία αλλά από την πρώτη στιγμή που βρέθηκε μέσα σε τάξη μάγεψε τους φοιτητές που τον άκουγαν και οι διαλέξεις του πέρασαν στην ιστορία γιατί συνδύαζαν ευφυείς και συνάμα βατές ερμηνείες της επιστήμης με συγκινητικές παρατηρήσεις για τα βαθύτερα ερωτηματικά της ζωής.Μια από τις πιο ωραίες διαλέξεις του ήταν εκείνη με τίτλο «Η σχέση της Φυσικής με άλλες Επιστήμες» στην οποία ο Feynman, εύγλωττος και συναρπαστικός όπως πάντα επιδιώκει να αποδείξει την σχέση που έχει το κάθε τι με κάθε τι άλλο. Στο παρακάτω φιλμάκι μικρού μήκους o Joe Hanson δίνει σάρκα και οστά στη διαχρονική σοφία του Feynman με τη βοήθεια ενός ευρηματικού μοντάζ. Στο βίντεο, το ποίημα με το οποίο ο Feynman τελείωσε την διάλεξή του (μετάφραση για το dim/art - από όπου η αναδημοσίευση- από τη Μαρία Τσάκος):" Ένας ποιητής είπε κάποτε: «Το σύμπαν όλο βρίσκεται μες σ’ ένα ποτήρι κρασί». Και ίσως ποτέ να μη μας είναι σαφές τι εννοούσε ακριβώς μ’ αυτή του την κουβέντα, γιατί, ως γνωστόν, οι ποιητές δε γράφουν για να τους καταλάβουμε εμείς. Είναι όμως αλήθεια πως αν κοιτάξουμε ένα ποτήρι κρασί από πολύ κοντά θα δούμε όλο το σύμπαν μέσα. Θα δούμε μέσα φαινόμενα της φυσικής: Το υγρό που στροβιλίζεται και εξατμίζεται ανάλογα με τον αέρα και τη ζέστη, την αντανάκλαση στο γυαλί. Και, φυσικά, τα άτομα που, ναι μεν δε βλέπουμε, μα υπάρχουν στη φαντασία μας μέσα. Το γυαλί είναι η απόσταξη της πέτρας και κρύβει στη σύνθεσή του το μυστικό της ηλικίας του σύμπαντος και της εξέλιξης των άστρων. Ποια αλλόκοτη παράταξη στοιχείων χημικών, βρίσκει κανείς στο κρασί; Και πώς βρεθήκανε κει; Θα βρει κανείς τα ένζυμα, τα προϊόντα και υπόπροϊόντα. Μες στο κρασί θα βρεις εξάλλου και μια τρανή γενίκευση: Πως όλη η ζωή είναι κι αυτή μια ζύμωση. Δεν μπορείς όμως τη χημεία του κρασιού ν’ ανακαλύψεις χωρίς να αρρωστήσεις — όπως συνέβη στον Παστέρ. Και πόσο ζωντανό αυτό το κόκκινο που αποτυπώνεται στο συνειδητό εκείνου που το βλέπει; Ακόμα κι αν το μικρό μας μυαλό, επειδή το βολεύει, χωρίζει αυτό το ποτήρι κρασί, αυτό το σύμπαν, σε μέρη —φυσική, βιολογία, γεωλογία, αστρονομία, ψυχολογία, και τα λοιπά— εσείς να θυμόσαστε: Η φύση αυτό δεν το ξέρει! Γι΄αυτό εμείς ας το ενώσουμε ξανά, κι ας μη ξεχνάμε ποιος είναι τελικά ο προορισμός του. Μια τελευταία απόλαυση: Ας το πιούμε και ας τα ξεχάσουμε όλα!"

Πηγή: Brain Pickings

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

The Feynman Lectures on Physics δωρεάν στο Διαδίκτυο!

To Caltech και το ίδρυμα The Feynman Lectures Website διαθέτουν δωρεάν  στο Διαδίκτυο το κλασικό έργο  του R. Feynman: The Feynman Lectures on Physics, (δες εδώ).

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