Čestica Cb(3P) je potvrđena, potera za Higsovim bozonom se nastavlja

Za sada, istraživači i dalje ne mogu naći definitivni dokaz o tome da li Higsov bozon predstavlja realnu činjenicu. Međutim, ATLAS eksperiment pri LHC-u – jedan od dva glavna eksperimenta koji se sprovode u najvećem sudaraču čestica na svetu – je doneo rezultate koji upućuju na postojanje do sada „nepoznate“ čestice. Čestica je dobila ime cb(3P) (ili  Chi-b(3P)) i njeno otkrivanje bi trebalo da da novi uvid u prirodu jake sile, koja održava nuklearno jezgro kao celinu. Prema važećim postavkama u celom univerzumu postoje samo 4 sile: slaba, jaka, elektromagnetna i gravitaciona sila. Sve ostale sile, koje možete smisliti ili nabrojati, u svoj biti sadrže neku od pomenutih sila.

 Ova „nova“ čestica je imala sličnu reputaciju kao i Higsov bozon. U stvari, i ona pripada familiji bozona i dugo se pretpostavljalo da postoji, a sve do sada nije bilo pravog dokaza. Čestica Cb(3P) predstavlja novi način spajanja kvarka i anti kvarka.

Istraživanje je skoro objavljeno i njegov značaj je vrlo veliki, u ovom trenutku, dok traje najveća potera u istoriji fizike. Standardni Model u fizici i dalje traži potvrdu postojanja Higsovog bozona, jer je on, u suštini, odgovoran za postojanje mase u univerzumu. On je taj koji daje masu svim ostalim česticama. Međutim, kada naučnici jedom uhvate ovaj bozon i dokažu njegovo postojanje, tek tada počinje pravo istraživanje. Higsov Bozon možda daje masu svim drugim česticama, ali postavlja se sledeće pitanje: šta je to što drži masu skoncentrisanu na jednom mestu, ali na fundamentalnom, čestičnom nivou? Za razumevanja ovog mehanizma mnogo su važnija istraživanja koja se bave silama i česticama kao što je novo otkriveni cb(3P).

„Postojanje pomenute čestice je bilo predviđeno od strane mnogih teoretskih fizičara, ali nije bilo potvrđeno u svim dosadašnjim eksperimentima, a među njima je i moj rad na D-Zero eksperimentu u Čikagu (SAD).“ veli doktor Džejms Valder (James Walder), istraživač koji je radio na analizi podataka koji su potvrdili postojanje nove čestice.

Doktor Mirijan Vatson (Miriam Watson), kolega na istraživanju, objašnjava istoriju istraživanja čestice: „Pre 25 godina mi smo izučavali lakše „partnere“ (verzije) čestice cb(3P). Ova, najnovija merenja predstavljaju odličan test za naša teoretska istraživanja i proračune sila koje se manifestuju prilikom interakcije fundamentalnih čestica. To nas još više približava potpunoj spoznaji mehanizama koji drže svemir takvim kakav jeste.“

Profesor Rodžer Džons (Roger Jones), šef Lankaster ATLAS grupe kaže sledeće: “I ako su ljudi sa punom pravom zainteresovani za Higsov bozon, za koji se veruje da daje drugim česticama masu i koji se polako nazire u našim istraživanjima, veliki deo mase objekata koji nas okružuju proizilazi iz prisustva jake sile (interakcije) koji ispitujemo proučavajući čestice kao što je Cb.“

Higs-ov bozon – Da li se potraga za ovom česticom bliži kraju?

Prvo, dopustimo mladom entuzijasti da nas uvede u temu. 🙂

Cenjeni naučnik koji radi u laboratoriji za fiziku čestica pri Cernu je izjavio (za BBC) da on očekuje „prve tragove“ Higgsovog bozona tokom naredne nedelje!

Deluje da je potraga za misterioznom elementarnom česticom ušla u završnu fazu.

Ako je tako (tačnije, ako pokažu postojanje čestice koja ima osobine nagoveštenog Higgsovog bozona),  to će predstavljati značajno dostignuće svih naučnih timova koji rade oko velikog hadronskog sudarača (LHC – Large Hadron Colider)

Unutar ove velike aparature proizvode se direktni (čeoni) sudari fotona, a u ostacima tih kolizija, naučnici se nadaju, naći će potvrdu postojanja Higgsovog bozona.

Tipičan događaj-kandidat unutar LHC-a: dva fotona čije se energije mere uz pomoć CMS elektromagnetnog kalorimetra. (označeni su crvenom bojom). Po njihovom sudaru nastaju nove čestice čiji tragovi su označeni žutom bojom. Svetlo plava boja predstavlja zapreminu CMS kristalnog kalorimetra.

Ovu česticu, o kojoj naučnici već decenijama pričaju, nije uopšte lako definisati, ali njeno postojanje (koje još treba dokazati) nam pomaže da shvatim zašto čestice imaju masu.

Potera za ovom važnom česticom je postala centralni motiv moderne fizike. To je sasvim drugačija priča od neočekivane vesti o kretnju neutrina brzinom većom od brzine svetlosti, koja je bila objavljena septembra meseca ove godine. Ta vest i dalje zbunjuje fizičare širom sveta, i već neko vreme je u fokusu.

Narastajući osećaj uzbuđenja

Sledećeg utorka, dva nezavisna tima naučnika će otkriti rezultat koji će se pokazati iz mnoštva sirovih podataka koji su dobijeni prilikom poslednjih eksperimenata koji su sprovedeni u Velikom Hadronskom Sudaraču. Predstavnik jednog od timova ističe da su samo tokom ove godine izvršili (i istražili) oko 350 triliona sudara, od kojih samo desetak mogu predstavljati pouzdan trag za potvrdu postojanja Higgsove čestice.

Profesor Džon Elis (John Ellis): „Mi živimo sa Higsovom teorijom već gotovo 50 godina… Postala je naša potraga za svetim gralom!“

Sve do određenog dana, timovi svoje rezultate ne objavljuju, ali na različitim blogovima koji se bave fizikom i u kantini u samom Cernu, vode se vrlo žive diskusije o mogućnosti otkrivanja čuvenog bozona, i samim tim u direktniji uvid u pojam mase, sa stanovišta fizike.

Tablica je uskoro popunjena?

Timovi su skoncentrisani na one energetske oblasti gde bi se mogao nalaziti Higsov bozon. Očekuju da ga nađu u intervalu između 120 i 125 GeV (giga-elektro-volti).Treba znati da 1 GeV predstavlja masu protona.

Profesor Džon Elis, bivši vođa tima teoretskih fizičara u Cern-u, je izjavio Suzani Vats (Susan Watts) koja vodi blog Newsnights science, da postoji narastajući osećaj uzbuđenja u samom Cern-u. Sve, zbog tog ključnog sastanka, koji će se desiti sledećeg utorka.

„Mislim da ćemo dobiti prve tragove. Eksperimenti koji su sprovedeni sa LHC-om su imali svoje dobre i loše trenutke, kada je u pitanju potraga za ovom česticom. Može se desiti da ima masu koja je nekoliko stotina puta veća od mase protona, ali to deluje malo verovatno, onda postoji veliki među prostor gde znamo da ne može biti, i na kraju postoji interval malih masa gde, u stvari, očekujemo da je sretnemo. Deluje, da se, baš tu, pojavljuju neki nagoveštaji.. a šta oni predstavljaju – to ćemo saznati u utorak.“

Profesor Elis, koji se sada gostujući profesor u Cern-u, je izjavio za Newsnight science da pronalazak Higgsove čestice predstavlja veliku stvar za modernu fiziku.

„Trenutno važeći model je onaj koji zovemo Standardni Model, koji opisuje fiziku osnovnih (fundamentalnih) čestica. Može te ga zamisliti (Standardni Model) kao jednu ogromnu slagalicu, ali kojoj nedostaje jedna deo, baš u sredini. Tražimo ovo parče slike, aktivno, zadnjih 30 godina, i konačno, možda, sakrivenog ispod “LHC kauča”… mi ga najzad pronalazimo.“

Timovi u Cern-u neće predstaviti rezultate najavljenog sastanka kao zvanično „otkriće“. Razlog tome je manjak eksperimentalnih podataka. Očekuju da će imati više podataka do leta sledeće godine, kada će biti moguće sve te rezultate nazvati otkrićem. Naravno, podrazumeva se da dobijeni podaci potvrđuju postojanje tražene čestice…

Novinarima je rečeno da sačekaju zvaničnu izjavu posle samog naučnog sastanka, ali naučnici sa kojima je pričala Suzan Vats se teško suzdržavaju od osmeha koji očigledno upućuju na određene zaključke.

Sasvim razumljivo, direktor istraživanja u Cern-u, Serđo Bertolući (Sergio Bertolucci), je suzdržaniji nego profesor Elis. Izjavio je, pomalo enigmatski: „Vrlo je rano išta reći… Mislim da imamo indikacije koje nisu konsistentne sa ne postojanjem.“ On očekuje da će rezultati biti manje od „dokaza“, ali sa druge strane, da će njihova statistika biti „vrlo interesantna“.

„Naklonjen sam ka tome da će dobijeni podaci dati dobar uvid u trenutni proces našeg istraživanja i da će nam dati potvrdu da se nalazimo na dobrom tragu.“

Bertolući je izjavio za Newsnight: „Lov na Higgsovu česticu je kao pecanje u stara vremena. Umesto da koristimo moderna oruđa, mi jednostavno izbacujemo vodu iz bare… Ovo može delovati kao vrlo zamoran proces, ali to je jedini način. Na kraju dana, kada izbacite svu vodu, naići će te na najmanju moguću ribu, koju ste mogli zamisliti.“

Ova tema je tek načeta i verujem da neki čitoaci traže više od površinske priče, i za njih imamo specijalni video. To više nije lagana priča nego pokušaj da se objasni značaj Higsovog bozona koristeći prave (naučne) termine. Želim prijatno gledanje. 🙂

Super simetrija – koncept koji nema potvrde

Naučnici i dalje ne mogu da objasne jednostavnu činjenicu: zašto smo svi tu, gde jesmo.

U, do sada, najdetaljnijoj analizi čudno lepih čestica (navodno, tako ih treba zvati), fizičari ne mogu naći super simetrične čestice, koje su u stvari parnjaci iz „senke“ svim poznatim česticama u standardnom modelu moderne fizike. To bi značilo da ne postoje, što bi predstavljalo vrlo interesantnu vest.

Fizičari iz instituta CERN su u poslednje vreme proučavali posebnu klasu čestica koje se zovu B mezoni. To su vrlo teške čestice, sastavljene od dva različita kvarka (jedan sastavljen od materije, a drugi od antimaterije) koje se raspadaju u druge čestice. Zbog velike mase, način raspada može biti različit, i zbog toga su B mezoni zgodni za proučavanje asimetrije između materije i anti materije.

Pomenuta asimetrija na neki način objašnjava zašto sve postoji – što je sa matematičke tačke gledišta ne održivo. Početna pretpostavka tvrdi da je prilikom velikog praska (Big Bang) nastala podjednaka količina materije i antimaterije. To bi dovelo do potpunog poništavanja, uništenja i ništa ne bi ostalo posle praska. Međutim, na neki način, materija je pobedila, što automatski znači da postoji razlika u količini materije i antimaterije u svemiru.  Teorija super simetrije je način da se objasni ova pojava. Čestice super simetrije, koje imaju imena kao skvark ili selektron, postoje za svaku poznatu česticu i imaju malo drugačije osobine od običnih čestica.

Prošle godine, 2010, fizičari u Tevatronu (kružni čestični akcelerator pri Fermi Laboratoriji u Americi) su rekli da B mezoni imaju afinitet ka tome da budu, pre, materija nego anti materija. Situacija u kojoj su neki od mogućih raspada verovatniji („poželjniji“) govori da postoje još neke sile koje utiču na ceo proces. Takav zaključak predstavlja odstupanje od standardnog modela, i te sile bi mogle biti posledica delovanja super simetričnih čestica.

Obične i super čestice

Međutim, sada, podaci koji se dobijaju u poslednje vreme u LHC-u (Veliki hadronski sudarač), za koje se tvrdi da su precizniji od onih koji se dobijaju Tevatron-u, ne ukazuju na pomenuto odstupanje u procesima raspada. To, sa druge strane, može značiti da nema super simetrije – nema skvarkova i selektrona. Detaljnija analiza ovog koncepta se može videti u eksperimentu LHCb i sajtu Quantum Diaries.

Ne održivost super simetrije može predstavljati razočarenje za neke teoretičare, jer bi njena validnost dala odgovore na mnoga problematična pitanja. Pri velikim vrednostima energije, ova teorija spaja (unifikuje) elektromagnetnu sa slabom i jakom nuklearnom silom, i u nekim slučajevima, sugeriše nosioca tamne materije (dark matter) u obliku teške čestice nazvane neutralino. Sem toga, super simetrija je važan činilac teorije struna, koja je jedina sveobuhvatna teorija koja unifikuje kvantnu mehaniku i relativistiku.

Sastav svemira sad i nekad

U reportaži koju je objavio BBC, dobitnik Nobelove nagrade Džordž Smut (George Smoot) je nazvao super simetriju „izuzetno lepim modelom.“

„Ima simetriju, super je i učena je u Evropi decenijama unazad kao ispravan model jer je lep.“ ističe on. „Ali, nema eksperimentalnih podataka koji potvrđuju da je tačna.“

Šta to znači? Nije još sve gotovo, kao ističe BBC reportaža – postoje još neke verzije teorije super simetrije, koje su kompleksnije od osnovne verzije (bazirane na modelu masa-energija) koja je, očigledno, pred brisanjem. Stoga, neke druge verzije super simetrije bi mogle biti istinite, tačne. Dok se to ne pokaže, teorija super simetrije može biti i pogrešna, i ako je to tako, fizičari će morati da smisle neku novu veliku ideju.

Oblaci iznad nas su, možda, posledica kosmičkih zraka

Skorašnji eksperimenti koje sprovode fizičari pokušavaju da ispitaju povezanost promene klime sa „bombardovanjem“ radijacije iz svemira.

nogući scenario nastanka oblaka, kao posledica aktivnosti kosmičkih zraka

Ideja je intrigantna i pomalo neobična: „kosmički zraci“ iz dalekog i dubokog svemira bi mogli biti odgovorni za formiranje oblaka u Zemljinoj atmosferi i promenu klime. Pa, opet, naučnici iz instituta CERN (Evropska laboratorija za istraživanje velikih energija u Ženevi), su našli početni dokaz za takvu hipotezu.

Istraživanje je objavljeno u časopisu Nature, predstavlja tek preliminarne rezultate, ali to daje dovoljno materijala za dugoročno istraživanje uticaja svemirske radijacije na promenu klime na Zemlji.

Kosmički zraci su uglavnom protoni sa velikom energijom, koji prolaze, skoro, kroz celu atmosferu. Izvor: astro.uchicago.edu

Već jedan vek unazad, naučnici imaju spoznaju da naelektrisane čestice iz svemira konstanto naleću na Zemljinu atmosferu. Ova kosmička radijacija, se uglavnom sastoji od protona koje su „ispalile“ super nove. Kako protoni prolaze kroz atmosferu, mogu jonizovati različite čestice, a među njima i one koje nisu tako dobre za nas, otrovne. Rezultat prolaza kroz atmosferu je nastajanje sitnih kondenzovanih kapljica koje se u velikom broju zovu aerosol. Tada, moguće je formiranje oblaka oko aerosola.

Ima još promenljivih u ovoj priči oko nastajanja oblaka.

Količina svemirskog zračenja koja dođe do Zemlje zavisi i od Sunca. Kada  Sunce emituje veće količine radioaktivnog zračenja, nastaje magnetno polje koje u tom periodu štiti našu planetu od spoljnog zračenja. Drugačije rečeno, kada je aktivnost Sunca u nekom svom minimumu, više zračenja dolazi do Zemlje sa ostalih izvora.

Zračenje koje dolazi sa Sunca, takođe, ima važan uticaj na nivo izloženisti kosmičkim zracima

Iznesene činjenice su opšte prihvaćene, ali postavlja se pitanje da li kosmičko zračenje ima važan uticaj na klimu planete?

Još od kraja prošlog veka, neki su sugerisali ideju, da je povećana aktivnost Sunca, u stvari, ta koja ne valja. Zbog manjka kosmičkih zraka manja je i „proizvodnja oblaka“ u našoj atmosferi, što daje veću izloženost Suncu, a to za konačnu posledicu daje veći nivo zagrevanja planete. Drugi kažu da nema statističkog dokaza postojanja ovakvog efekta.

 Polarizovano sočivo

„Previše je razdvojenosti u stavovima, a prema mom mišljenju postoji veliko i važno područje našeg poimanja stvarnost gde je naše znanje vrlo skormno, barem u ovom trenutku.“ kaže Džasper Kirkbi (Jasper Kirkby), fizičar pri CERN-u. Posebno ističe važnost malih, kontrolisanih istraživanja čiji je cilj da se utvrdi tačan efekat kosmičkih zraka na hemiju atmosfere.

Da bi to još bolje spoznali, Kirkbi i njegov tim su odlučili da deo Zemljine atmosfere spuste na samu površinu, u okviru eksperimenta koji se zove Cosmic Leaving Outdoor Droplets (CLOUD – u prevodu OBLAK). Napravili su specijalnu komoru, koju su popunili sa vazduhom velike čistoće (što bliže idealnoj smesi gasova koji čine vazduh – Azot N, kiseonik O, i ugljen-dioksid CO2) i gasovima za koje se veruje da kreiraju oblake: vodena para, sumpor dioksid (SO2), ozon (O3) i amonijak (NH3).  Bombardovali su unutrašnjost komore sa protonima koji se koriste i u eksperimentu sa velikim hadronskim sudaračem (LHC – Large Hadron Collider). Kako sintetički kosmički zraci prolaze kroz atmosferu komore, naučnici prate promene koje se dešavaju unutar nje.

Autor i njegovo delo - Kirkbi i komora koja je specijalno izrađena za potrebe eksprimenta CLOUD

Prvi rezultati ukazuju da na to da kosmički zraci proizvode promenu. Deluje da visoko energetski protoni pospešuju stvaranje čestica veličine nano metra (10-9). Merenja su pokazala da posle izloženosti protonima, broj takvih čestica biva povećan i preko 10 puta. „Međutim“, Kirkbi dodaje, „te čestice su premale da bi poslužile kao „seme“ za stvaranje novih oblaka. Trenutno, to ne daje ikakvu informaciju o mogućnosti stvaranja oblaka zbog uticaja kosmičkih zraka, ali predstavlja važan prvi korak.“ dodaje on.

Naučnici koji zastupaju oprečne ideje o posledicama kosmičkih zraka na klimu, nalaze da su dobijeni rezultati vrlo korisni, ali i dalje izvlače različite zaključke na osnovu njih.

„Naravno, ima još mnogo stvari koje treba istražiti,“ kaže Henrik Svensmark (Henrik Svensmark), fizičar pri Tehničkom univerzitetu Danske u Kopenhagenu, koji tvrdi da postoji veza između kosmičkog zračenja i promene klime.

Drugi se ne slažu.

Eksperiment CLOUD „ne potvrđuje vezu“, protivi se Majk Lokvoud (Mike Lockwood), fizičar koji se bavi istraživanjem svemira i fizikom ekologije, pri univerzitetu u Redingu u Engleskoj, koji je vrlo skeptičan. Lokvud kaže da brzina nastajanja nano čestica nije dovoljna da bi bila značajna u odnosu na druge procese koji formiraju oblake.

„Smatram da je ovo eksperiment koji je značajan i koji je trebao ranije da se obavi“, kaže Pirs Forster (Piers Forster), klimatolog na unverzitetu Leeds, koji je istraživao vezu između kosmičkih zraka i klime za poslednji naučni Internacionalni skup o klimatskim promenama. Za sada, „eksperiment postavlja više pitanja, nego što daje odgovore.“

Kirkbi se nada da će eksperiment dati odgovor na pitanje o uticaju kosmičkih zraka. U narednim godinama, kaže on, njegova grupa planira da sprovede eksperiment sa većim česticama u komori i nadaju se da će u nekom trenutku proizvesti veštačke oblake u njenoj unutrašnjosti. „Predstoji ceo niz merenja koji će potrajati, skoro, sledećih pet godina“, tvrdi on, „Ali, kada se jednom izvrše, zaokružićemo problematiku, na ovaj ili onaj način.“

Ako vas tema interesuje, možete poslušati i videti samog Kirkbija kako objašnjava osnove sprovednog eksprimenta.