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

Εξερευνήστε τον Άρη!

Ένα πανόραμα ενός δισεκατομμυρίου πίξελς της επιφάνειας του Άρη από το ρόβερ Curiosity αποτελούμενο από 900 διαφορετικές λήψεις με ένα κλικ εδώ!

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.

Κλίμακα «μακροσκοπικότητας»;

Το μέγεθος ενός αντικειμένου μπορεί να μετρηθεί με πολλούς τρόπους, όπως κατά μάζα, όγκο, ή ακόμη και σύμφωνα με τον αριθμό των ατόμων που περιέχει. Στην κβαντική φυσική, τα «μακροσκοπικά» αντικείμενα θεωρούνται μεγαλύτερα από ότι τα «κβαντικά», δεδομένου ότι τα πρώτα συνήθως περιγράφονται από τους κλασσικούς φυσικούς νόμους ενώ τα δεύτερα από κβαντικούς νόμους. Ωστόσο, αρκετοί φυσικοί έχουν αμφισβητήσει τα όρια μεταξύ αυτών των δύο κατηγοριών, πραγματοποιώντας πειράματα που υποδεικνύουν ότι πολυσωματιδιακά αντικείμενα μπορούν να υπάρξουν σε κατάσταση κβαντικής υπέρθεσης (δες κι εδώ). Όμως έως τώρα δεν υπήρχε κάποιο εφαρμόσιμο πρότυπο μέτρησης της μακροσκοπικότητας. Σε πρόσφατη δημοσίευσή τους (δες εδώ), οι φυσικοί Στέφαν Νίμριχτερ (Stefan Nimmrichter) του Πανεπιστημίου της Βιέννης και Κλάους Χόρνμπεργκερ (Klaus Hornberger) του Πανεπιστημίου του Ντούισμπουργκ-Έσσεν προτείνουν ότι η μακροσκοπικότητα ενός αντικειμένου μπορεί να μετρηθεί σε σχέση με ορισμένες παραμέτρους του πειράματος που χρησιμοποιήθηκαν για να εξεταστεί η κβαντική του υπέρθεση, και όχι ως μία ξεχωριστή ιδιότητα του ίδιου του αντικειμένου.Στο παρελθόν, οι ερευνητές έχουν μετρήσει συχνά το βαθμό μακροσκοπικότητας ενός αντικειμένου με βάση τον αριθμό των ατόμων στο αντικείμενο. Όμως διαφορετικά άτομα σημαίνουν διαφορετικά μεγέθη, καθώς περιέχουν διαφορετικούς αριθμούς υποατομικών σωματιδίων, γεγονός που θέτει το ερώτημα του αν η μακροσκοπικότητα πρέπει να μετράται από το συνολικό αριθμό πρωτονίων, νετρονίων ή ηλεκτρονίων ενός αντικειμένου. Καθώς οι φυσικοί εξακολουθούν να παρατηρούν κβαντικά φαινόμενα όπως η υπέρθεση σε μεγαλύτερα αντικείμενα, ένα πρότυπο μέτρησης της μακροσκοπικότητας είναι απαραίτητο για τη σύγκριση αυτών των αποτελεσμάτων.Ο ορισμός των Νίμριχτερ και Χόρνμπεργκερ βασίζεται στην ιδέα ότι οι κβαντικές εξισώσεις μπορούν να τροποποιηθούν ώστε να καταστεί πιο «κλασική» η κατάσταση ενός αντικειμένου. Εάν ένα πείραμα μπορεί να αποκλείσει κάποιες από αυτές τις τροποποιήσεις, τότε περιγράφει μία μεγαλύτερη κβαντική υπέρθεση και ένα πιο μακροσκοπικό αντικείμενο. Όσο περισσότερες τροποποιήσεις αποκλείει ένα πείραμα, τόσο πιο μακροσκοπικό είναι το αντικείμενο.Για παράδειγμα, τόσο μια υπέρθεση με ένα μεγάλο χρονικό διάστημα συνοχής όσο και ένα αντικείμενο με μεγάλη μάζα αποκλείουν τέτοιες τροποποιήσεις. Υπολογίζοντας όλες αυτές τις παραμέτρους μαζί, αποδίδεται ένας αριθμός μ, σε μία λογαριθμική κλίμακα μέτρησης του βαθμού μακροσκοπικότητας. Στην κλίμακα αυτή, η κατάσταση υπέρθεσης ενός αντικειμένου έχει την ίδια μακροσκοπικότητα με εκείνη ενός ηλεκτρονίου που βρίσκεται σε υπέρθεση για 10^μ δευτερόλεπτα.Με βάση αυτά τα κριτήρια, οι φυσικοί βαθμολόγησαν ορισμένα πρόσφατα πειράματα υπέρθεσης. Το καλύτερο σκορ μέχρι στιγμής είναι 12, το ​​οποίο επιτεύχθηκε από τους Νίμριχτερ και Χόρνμπεργκερ το 2010 με ένα μόριο που περιείχε 356 άτομα.

Οι φυσικοί υπολόγισαν ότι μία γάτα τεσσάρων κιλών, σε κβαντική υπέρθεση όπου βρίσκεται σε δύο θέσεις απόστασης δέκα εκατοστών και για χρόνο ενός δευτερολέπτου, θα είχε σκορ 57 στη νέα κλίμακα (δες και Schrödinger's cat). Η γνώση του αριθμού αυτού δεν κάνει το ενδεχόμενο δημιουργίας μίας πραγματικής τέτοιας γάτας καθόλου ευκολότερο όμως. Σύμφωνα με τους ερευνητές, η κατάσταση αυτή είναι ισοδύναμη με ένα ηλεκτρόνιο που βρίσκεται σε υπέρθεση για 10⁵⁷ δευτερόλεπτα, δηλαδή περίπου 10³⁹ φορές μεγαλύτερο χρονικό διάστημα από την ηλικία του σύμπαντος.

Πηγή: http://www.naftemporiki.gr/story/647448

Ανακαλύφθηκαν τα κοντινότερα άστρα στη Γη

Απεικόνιση των κοντινών γειτόνων του Ήλιου

Το αστρικό σύστημα WISE 1049-5319

Πρόκειται για αόρατους μέχρι τώρα γείτονες του Ήλιου, ένα διπλό αστρικό σύστημα «καφέ νάνων» (Brown dwaft) που βρίσκεται σε απόσταση μόλις 6,5 ετών φωτός από τον πλανήτη μας και είναι το τρίτο κοντινότερο στη Γη αστρικό σύστημα.Όπως είπε ο Kevin Luhman, καθηγητής στο Pennsylvania State University,το διπλό αστρικό σύστημα -με την ονομασία WISE 1049-5319- είναι τόσο κοντά, που τα σήματα από τις γήινες τηλεοπτικές εκπομπές του 2006 μόλις έφθασαν εκεί ταξιδεύοντας μέσω του διαστήματος. Ο Αμερικανός αστροφυσικός ανέφερε ότι το γειτονικό σύστημα θα αποτελέσει στόχο μελλοντικών παρατηρήσεων για να διαπιστωθεί αν έχει πλανήτες σε τροχιά γύρω από τα δύο άστρα του.Το αστρικό σύστημα ανακαλύφθηκε από το υπέρυθρο διαστημικό τηλεσκόπιο WISE της NASA, το οποίο εκτοξεύτηκε το 2009 και μπορεί να «βλέπει» τέτοια αχνά άστρα, που είναι αόρατα για τα οπτικά τηλεσκόπια. Οι δύο «καφέ νάνοι» απέχουν μεταξύ τους περίπου την τριπλάσια απόσταση Ήλιου- Γης και ολοκληρώνουν μια περιφορά το ένα γύρω από το άλλο σχεδόν κάθε 25 γήινα χρόνια.Το δεύτερο κοντινότερο άστρο, του Μπάρναρντ (Barnad's star), απέχει περίπου έξι έτη φωτός και ανακαλύφθηκε το 1916, ενώ το πιο κοντινό στη Γη είναι το τριπλό αστρικό σύστημα Άλφα Κενταύρου, ένα από τα αχνά άστρα του οποίου, ο Εγγύς Κενταύρου, που ανακαλύφθηκε το 1917, απέχει μόλις 4,2 έτη φωτός. Οι αστρονόμοι απέκλεισαν την πιθανότητα το διπλό αστρικό σύστημα που μόλις ανακαλύφθηκε, να είναι το υποθετικό άστρο «Νέμεσις», που μερικοί υποστηρίζουν ότι αποτελεί τον άγνωστο έως τώρα (και δυνητικά επικίνδυνο) συνοδό του δικού μας Ήλιου (δες κι εδώ). Όπως είπε ο Kevin Luhman, «μπορούμε να αποκλείσουμε την πιθανότητα ότι το νέο σύστημα των καφέ νάνων αποτελεί ένα τέτοιο αντικείμενο, επειδή κινείται πολύ γρήγορα στον ουρανό για να βρίσκεται σε τροχιά γύρω από τον Ήλιο μας».Δες εδώ κι εδώ, εδώ.