•  

    pokaż komentarz

    Przepraszam wszystkich z góry za wszelkie ewentualne błędy w tłumaczeniu. Tłumaczenie:

    "W momencie zderzeń pomiędzy protonami czy jądrami atomowymi w Wielkim Zderzaczu Hadronów, energia zderzeń może spowodować powstanie nowych form materii tj. słynny bozon Higgsa, znany ze swojego powiązania z polem dającym masę cząstkom podstawowym. Kiedy jednak jądra atomowe tylko ocierają się o siebie pojawia się inne intrygujące zjawisko: generowane są jedne z najsilniejszych pól magnetycznych we wszechświecie.

    Te ultraintesywne pola magnetyczne pozwalają naukowcom zajrzeć do wnętrza atomów celem odpowiedzi na fundamentalne pytanie: skąd protony czerpią większość swojej masy?

    Protony złożone są z cząstek elementarnych zwanych kwarkami i gluonami. Kwarki są bardzo lekkie, a gluony, na tyle ile wiadomo naukowcom, są całkowicie pozbawione masy. Protony jednak jako całość są znacznie cięższe niż suma mas trzech kwarków.

    „Bozon Higgsa zyskał rozgłos jak dawca masy”, zauważa Dmitri Kharzeev, teoretyk powiązany z Stony Brook University i Department of Energy’s Brookhaven National Laboratory. „Jednakże, Higgs odpowiada wyłącznie za masę kwarków. Pozostała część masy protonu ma inne pochodzenie.”

    Pochodzenie masy

    Kwarki są bardzo lekkie i stanowią wyłącznie około 1% masy protonu. Możliwe – choć jeszcze niezweryfikowano tego założenia – że rozbieżność ta powiązana jest ze sposobem poruszania się kwarków w próżni.

    Próżnia nie jest pusta, mówi Sergei Voloshin, profesor Wayne State University i członek eksperymentu ALICE w CERN. Próżnia tak naprawdę wypełniona jest nieustannymi wzbudzeniami pól kreujących pary cząstek i antycząstek.

    Trzy kwarki, nadające protonom ich tożsamość, bez przerwy uczestniczą w tym tańcu z subtelnymi wzbudzeniami. Kiedy jeden z kwarków zbytnio zbliży się jednak do powstałego w próżni antykwarka ulegnie anihilacji w eksplozji energii.

    Proton jednak nie ulega unicestwieniu w momencie, gdy jego część składowa w postaci kwarka przestanie istnieć; dzieje się raczej coś innego, a mianowicie jedna z cząstek z wykreowanej pary cząstek zajmuje miejsce anihilowanego kwarka (przekręt rodem z filmu „Utalentowany Pan Ripley”).

    Badacze uważają, że właśnie ta nieustanna roszada kwarków odpowiedzialna jest za sytuację, w której proton wygląda na masywniejszego niż wychodziłoby to z podsumowania wartości składających się na niego mas kwarków.

    •  

      pokaż komentarz

      @Fake_R:

      Sprawa ręki

      Obserwując z zewnątrz wydaje się, że wiele się nie zmienia w trakcie takiej wymiany. Kwark, który uległ anihilacji natychmiast zastępowany jest przez pozornie identycznego bliźniaka, co utrudnia zaobserwowanie tego procesu. Całe szczęście dla naukowców z LHC, nie są one całkowicie identyczne, gdyż kwarki, zupełnie jak ludzie, mogą być prawo lub leworęczne (prawo lub lewoskrętne), koncepcje tę określa się chiralnością.

      Chiralność powiązana jest z właściwością kwantowo-mechaniczną nazywaną spinem i bardzo ogólnie oznacza, że kwark poruszając się w określonym kierunku w przestrzeni obraca się zgodnie z ruchem wskazówek zegara lub przeciwnie (można to sobie wyobrazić jako obracające, przesuwające się wzdłuż drutu koraliki).

      Ze względu na własności próżni, kwark zastępujący będzie miał inną skrętność niż jego poprzednik. I właśnie ta bezustanna zmiana chiralności kwarków wewnątrz protonu, jak przypuszczają teoretycy, odpowiada za większość jego masy.

      „99% masy może pochodzić z procesu zmiany chiralności w próżni,” zauważa Kharzeev. "Kiedy robimy krok w jakimś kierunku, liczba, którą widzimy, może być wynikiem tych chiralnych przejść".

      Fizyka wewnątrz pola magnetycznego

      W 2004 r. kiedy Kharzeev kierował zespołem Nuclear Theory Group w Brookhaven Lab, wpadł na pomysł jak można byłoby eksperymentalnie sprawdzić zmianę chiralności kwarków, która nigdy wcześniej nie została zaobserwowana.

      Z uwagi, że kwarki posiadają ładunek elektryczny, powinny oddziaływać z polem magnetycznym. „Normalnie, nigdy nie rozważamy o tym oddziaływaniu, ponieważ pola magnetyczne wytwarzane laboratoryjnie są ekstremalnie słabe w porównaniu do oddziaływań silnych kwarków” – mówi Kharzeev. „Jednakże, zauważyliśmy, że gdy zderzają się naładowane jony towarzyszy im pole elektromagnetyczne, a to pole może być właśnie użyte do badania chiralności kwarków.”

      Badacze po rozważeniu strony matematycznej, odkryli, iż dodatnio naładowane jony ocierające się o siebie w akceleratorze takim jak LHC mogą generować pola magnetyczne o dwa rzędy wielkości silniejsze, niż te znajdujące się na powierzchni znanych istniejących pól magnetycznych. Wartość tego pola wystarczyłaby do pominięcia oddziaływań silnych kwarków.

      „Pomiar siły pola magnetycznego oraz oszacowanie jego trwałości stanowiło główny cela analizy danych z eksperymentu ALICE”, powiedział Voloshin. „Badanie przyniosło nieoczekiwane rezultaty, ale wykazało istnienie silnego pola magnetycznego wymaganego do analizowania chiralności kwarków.”

      Wewnątrz silnego pola magnetycznego, ruch kwarka przestaje być przypadkowy. Pole magnetyczne automatycznie segreguje kwarki zgodnie z ich skrętnością prowadząc je w kierunku północnego lub południowego bieguna pola.

    •  

      pokaż komentarz

      @Fake_R:

      Gęsta i gorąca zupa kwarków

      Niemal niemożliwym jest złapanie kwarka w momencie zmieniania swojej chiralności wewnątrz protonu, zauważa Kharzeev.

      „Wewnątz protonu kwarki lewoskrętne przechodzą w prawoskrętne, a prawoskrętne w lewoskrętne”, mówi. „Zawsze będziemy obserwować tylko mieszaninę kwarków prawo i lewoskrętnych”.

      Chcąc zbadać czy kwarki zmieniają swoją chiralność fizycy muszą złapać kilka sporych i nieoczekiwanych zaburzeń w rozkładzie liczby kwarków prawo i lewoskrętnych.

      Na szczęście, zderzenia ciężkich jąder atomowych stwarzają kwarkom idealne warunki do zmiany skrętności. Kiedy dochodzi do zderzenie dwóch jąder z wielką prędkością, ich protony i neutrony topią się tworząc plazmę kwarkowo-gluonową, będącą jednym z najgorętszych rodzajów materii istniejącej we wszechświecie. Oswobodzone kwarki pławiące się w tej plazmie mogą z łatwością zmieniać swoją tożsamość.

      „Wygląda to jak precel zanim się go upiecze”, mówi Kharzeev. „Łatwo można formować ciasto i zmieniać jego kształt.”

      Próżnia w przestrzeni nie jest homogeniczna – są w niej fragmenty pola gluonowego, zmieniającego według uznania skrętność kwarkowego ciasta. Jeśli wystąpi zmiana chiralności, badacze powinni mieć możliwość ujrzenia nierównowagi w liczbie lewo i prawoskrętnych kwarków wydostających się z plazmy.

      „Średnia ilość kwarków prawo i lewoskrętnych powinna być taka sama w łącznej liczbie zderzeń”, zauważa Kharzeev, „jednak fluktuacje pomiędzy poszczególnymi kolizjami powinny być bardzo duże; powinnyśmy zauważyć plazmę kwarkowo-gluonową, która preferuje prawoskrętność lub lewoskrętność”. Ze względu na obecność pola magnetycznego, skrętność plazmy powinna przekładać się na obserwowalną asymetrię ładunku wytworzonych cząstek – jest to „efekt chiralno-magnetycznym”, który został zaproponowany przez Kharzeeva.

      Niedługo po tym, jak Kharzeev zaproponował koncepcję segregowania kwarków, ze względu na ich chiralność, w silnym polu magnetycznym zderzających się jąder, Voloshin zaprojektował sposób na przetestowanie tej teoretycznej propozycji w eksperymencie ALICE, współfinansowanym przez Department of Energy w USA. Wstępne wyniki wskazują porządkowanie się kwarków względem chiralności. Niemniej potrzeba dużo więcej danych, żeby ostatecznie to potwierdzić."

    •  

      pokaż komentarz

      @Fake_R
      To o próżni brzmi tak jakby była sprytniejsza niż bakterie.
      Swoją drogą skoro one nieustannie się niweluja przy explozji energii ciekawe czy będzie możliwe w przyszłości nadać jej kierunek.
      Wyobrazilem sobie statek kosmiczny którego popycha energia próżni wywolana anihilacja. Przesliguje się pomiędzy nią jak skrypt, przy tym kumulujac prędkość do szczytowej w dowolnym kierunku. (。◕‿‿◕。)

    •  

      pokaż komentarz

      @Fake_R: skoro przestrzeń jest wypełniona zupą kwantową gdzie cząsteczki i antycząsteczki się generują i anihilują nieustannie i tak samo się dzieje we wnętrzu protonu. To czemu proton jest protonem? W sensie, że jeżeli wewnątrz jak i na zewnątrz występują te same zjawiska to czym on się różni od otoczenia? I w jaki sposób jest określone połączenie między kwarkami skoro one stale znikają i się zastępują. Nie wiem czy to głupie czy mądre czy czegoś nie rozumiem (to ostatnie to pewne). Czym bardziej się myśli o fizyce kwantów jako o fali tym trudniej zrozumieć ich cząsteczkową naturę.

    •  

      pokaż komentarz

      @iletalentowmusizginac: Bardzo ciekawa koncepcja, choć nie wiem czy możliwa pod względem fizycznym. Jeśli chodzi o silnik napędzany anihilacją to zdaje się, że już takie koncepcje są. Wygląda to nieco bardziej fantastycznie obecnie niż realnie, ale jednak - silnik napędzany anihilacją

      @invit: Bardzo ciekawą kwestię poruszyłeś. Przestrzeń jednak nie jest "wypełniona zupą kwantową" tylko polami fizycznymi. Bardzo ogólnie odpowiadając, próżnia stanowi swego rodzaju opis fizyczny stanu o najniższej energii. Inaczej wygląda to jednak w elektrodynamice i inaczej w chromodynamice. Próżnia zatem to stan o najniższej energii różnych pól fizycznych - fotonowego, elektronowego, gluonowego czy kwarkowego, itp. Do opisu zachowań jednych służy np. elektrodynamika kwantowa, do innych chromodynamika. Sposób "przenikania" się tych pól i ich wzajemnych zależności ujęty został w Modelu Standardowym. I to właśnie ta teoria pozwala odróżnić proton, od czegokolwiek innego.

    •  

      pokaż komentarz

      @Fake_R: czyli miejsca mocniejszego oddziaływania pól pomiędzy sobą to jądra atomów? Wiemy co skłania pola do mocniejszego oddziaływania? Jak powstaje proton? Czy jak powstanie to żyje wiecznie? Mam tyle pytań, że aż głupio pytać...

    •  

      pokaż komentarz

      @invit:

      czyli miejsca mocniejszego oddziaływania pól pomiędzy sobą to jądra atomów?

      Niezupełnie. Pola fizyczne to pewien rozkład wartości opisujących jakąś wielkość fizyczną w danej przestrzeni. Nie chodzi o bezpośrednie oddziaływanie pól między sobą. Bardziej chodzi o to, że niektóre zjawiska opisuje się tak, a nie inaczej. Wynika to zarówno z rozważań teoretycznych, jak i danych eksperymentalnych.

      Jak powstaje proton?

      Proton jest po prostu najbardziej stabilnym połączeniem kwarków. One zaś nie mogą w "normalnych" warunkach "istnieć" samodzielnie - albo istnieją w formie barionów (trzy kwarki) bądź mezonów (konfiguracja kwark-antykwark) - choć takie połączenie jest bardzo niestabilne. Wszystko w naturze dąży jednak do pewnego stanu podstawowego o najniższej energii. Dlatego też, proton "powstaje" gdyż, że w pewnym zakresie dostępnych energii "wybiera" "najmniej wymagającą" konfigurację. Przykładowo swobodny neutron, po ok. 15 minutach, rozpada się (choć różni się zaledwie konfiguracją jednego kwarka) na proton, elektron i antyneutrino elektronowe. W drugą stronę zaś, proton prawdopodobnie spontanicznie nie dokona transformacji na neutron bez dodatkowej dostarczonej energii. Używając więc skrótu myślowego, można powiedzieć, że "wewnętrznie" materia dąży do osiągnięcia możliwie jak najmniej energetycznego stanu.

      Czy jak powstanie to żyje wiecznie?

      Tego do końca nie wiadomo. Przypuszcza się, iż albo "żyje wiecznie", albo rozpada się, minimum po około 2,1⋅10^29 lat - czyli niemal i tak jakby "żył wiecznie".

      Mam tyle pytań, że aż głupio pytać...

      Jeśli masz ochotę to pytaj, jeśli tylko będę potrafił to postaram się odpowiedzieć. Zaznaczam jednak, że nie jestem ekspertem, tylko pasjonatem fizyki.

  •  

    pokaż komentarz

    Brzmi ciekawie. Żebym to jeszcze rozumiał to by było ekstra. ( ͡° ͜ʖ ͡°)

  •  

    pokaż komentarz

    Kwarki są bardzo lekkie i stanowią wyłącznie około 1% masy protonu. Możliwe – choć jeszcze nie zweryfikowano tego założenia – że rozbieżność ta powiązana jest ze sposobem poruszania się kwarków w próżni.
    @Fake_R: To ciekawe, jeśli dobrze czytam wiki: https://en.wikipedia.org/wiki/Neutron#Magnetic_moment sytuacja 1% masy dla neutronu i w ogóle wszystkich nukleonów wygląda podobnie, zgadza się?

  •  

    pokaż komentarz

    Fizyka jest fascynująca :)

    Ocieramy się o coraz głębsze tajemnice Wszechświata.