CERN, Gran Sasso и неутриното

Преди няколко дни Катя ми подсказа за една статия в Нетинфо с източник Physorg. Става дума за експеримент на CERN и Италианския институт за ядрена физика, при който физиците са успяли да запечатат частица неутрино на фотографски филм. За неутриното писах скоро по повод "Най-странните неща във Вселената" тук. И преди това тук. Ето какво представлява самият експеримент:

CNGS — CERN Neutrinos to Gran Sasso

От инсталациите в CERN се изстрелват протони, които бомбардират графитена мишена. Полученият поток от пиони и каони (вид елементарни частици) се насочва с помощта на магнити към италианската Национална лаборатория под планината Gran Sasso (Голям камък) до Рим. Във Physorg и съответно в превода на Нетинфо е объркано със San Grasso — Света мазнина :). По пътя пионите и каоните се разпадат до мюони и мюонно неутрино и накрая специален филтър пропуска само неутриното. То започва 2.4-милисекундно пътешествие в земната кора и след около 730 км стига подземните детектори в Gran Sasso.

Схема на пътя на неутриното, източник CERN-CNGS

От пристигащите милиони неутрина само няколко от тях биват засечени. Засичането на неутрино не е новост — това се прави от десетки години на различни места по света. Новост е фактът, че единият от детекторите в Gran Sasso — OPERA — ще бъде въоръжен със 150000 малки "тухли" от два пласта олово и фотографски филм между тях. Всяка от тези тухли е нещо като фотоапарат, който може много по-прецизно да измери характеристиките на каскадата от частици, които изникват при взаимодействието на неутриното с тухлата. Когато било "фотографирано" първото неутрино на 2 октомври вече е имало 60000 инсталирани тухли. Последвали още десетина сблъсака, като "ударените" тухли веднага били свалени и изпратени за микроскопски анализ.

Целта на експеримента е да бъде засечено тау-неутрино — един от трите "аромати", които неутриното може да има. Понеже изстреляните от CERN неутрина са само мюонни, откриването на тау-неутрино ще е пряко доказателство за свойството му да се променя, което пък значи, че има маса.

Най-странните неща във Вселената: енергия на вакуума

В продължение на 10 седмици ще ви запозная малко по-подробно с всяко едно от явленията и обектите, включени в анкетата на space.com. Можете да гласувате за вашите фаворити тук :)

Тази събота (всъщност неделя) е денят на енергията на вакуума. Вакуумът по принцип се възприема за празно пространство, но дори в него винаги има някаква енергия. Според квантовата механика тази енергия е дискретна, т.е. състои се от "кванти" (порции). Всичко това може да се представи като мислено приемем, че във всяка точка от пространството има по един квантов хармоничен осцилатор [wiki]. Този сложен модел на вакуума е странен, защото от ежедневния ни опит знаем, че в него няма нищо. Учените смятат, че квантовите хармоничните "трептения" просто се унищожават взаимно и сумарно дават нула. Едно от изключенията на това нулиране е енергията на вакуума.

Енергията на вакуума може да се обясни и по друг начин: като спонтанно раждане на двойка виртуални частици от нищото, които много бързо след това се унищожават (анихилират) — процес, известен като вакуумни флуктуации. Понякога обаче тези виртуални частици взаимодействат с други преди да анихилират, и любопитното е, че точно това е причината за съществуването на фундаменталните сили в природата (като електромагнитната, слабото и силното ядрено взаимодействие, и може би гравитацията).

Какви са последствията от тази странна енергия? Само няколко от тях са:

• ефектът на Казимир [en] — мистериозна сила на привличане, действаща на много малки разстояния;
• предсказаното от Хокинг, но недоказано "изпарение" на черните дупки;
• според общата теория на относителността енергията е еквивалентна на масата, следователно тази енергия на вакуума би трябвало да упражнява гравитационно привличане; това може да окаже влияние на космологичната константа и разширението на Вселената;
  

Енергията на вакуума се счита, че съществува реално и е част от странностите на Вселената, които все още очакват да бъдат обяснени от учените. Докато това стане факт, тя остава загадка.

________
Изображение: PMA Caltech

STS-120 Discovery

Днес за пръв път гледах изстрелване на совалка live по NASA TV. Когато започнах да гледам предаването, то вече вървеше от 3 чáса и оставаха още 3 до старта. Тогава точно транспортираха астронавтите до чакащата ги совалка с едно сребристо автобусче без прозорци. От "бялата стая" (последното място преди да влезнат в кабината на совалката) някои от тях изпратиха видео послания до близките си, след което ги закопчаха на седалките им. След бая време проверки на системи и т.н. всички се изнесоха от стартовата площадка, коридорът за достъп до совалката се разкачи (от NASA увериха, че при нужда от евакуация коридорът може да се върне за секунди), изключиха външното захранване и Дискавъри премина на собствено такова. Около 30 секунди преди старта компютрите поеха автоматичното управление, след което:

Тридесет и петото излитане на совалката Дискавъри премина като по учебник без никакви проблеми. Само по едно време заговориха за някакво парче лед, но се оказа безобидно. Тази мисия (STS-120) има за задача да достави европейския модул Harmony на Международната космическа станция, към който през следващите две мисии ще прикачат един европейски и един японски модул.

Препоръчвам на всеки, който не е гледал изстрелване на живо, да го направи следващия път, защото тръпката от това да си свидетел на най-голямото човешко постижение е огромна :)

________
Видео: CNN от NASA TV

Космосът

"Космосът е всичко това, което е, или е било, или някога ще бъде. И най-вялите ни размишления върху Космоса могат да ни развълнуват — по гърба ни полазват тръпки, гласът ни секва, спохожда ни едва доловимо усещане, сякаш от далечен спомен, за пропадане от високо. Знаем, че се доближаваме до най-великата загадка."

— Карл Сейгън, "Космос"

Най-странните неща във Вселената: квазари

В продължение на 10 седмици ще ви запозная малко по-подробно с всяко едно от явленията и обектите, включени в анкетата на space.com. Можете да гласувате за вашите фаворити тук :)

Тази събота е денят на квазарите. Това са космически обекти, които за пръв път са наблюдавани с радиотелескопи в края на 1950-те години и силно озадачавали астрономите. Едва по-късно те осъзнали, че квазарите са на огромни разстояния от нас, понеже имат голямо червено отместване. Колкото по-голямо червено отместване има един космически обект, толкова по-бързо той се отдалечава от нас, а колкото по-бързо се отдалечава, толкова по-далеч е той. Квазарите са на края на видимата Вселена и се отдалечават от нас със скорости от порядъка на десетки хиляди километри в секунда поради разширението на тъканта на пространство-времето.

След като са толкова далеч и все пак ние ги виждаме, това може да означава само едно: квазарите са едни от най-мощните източници на лъчение във Вселената. Дори най-мощните. Според изчисленията мощта им е сравнима с тази на стотици галактики, взети заедно!

Днес астрономите считат, че квазарите всъщност са активни ядра на млади галактики. В центъра на почти всяка галактика се предполага, че има свръхмасивна черна дупка, която поглъща феноменално количество материя, но не всичката наведнъж. Материята, която не може да бъде погълната, се върти с огромна скорост на прага на хоризонта на събитията и от вътрешното триене се нагорещява до милиони Келвини. Това е причината активните ядра да излъчват мощни електромагнитни потоци, които пътуват през Космоса вече 13 милиарда години (най-далечният квазар е на 13 млрд св.г.). Поне това е най-добрата теорията, която имаме засега.

________
Изображение 1: Рисунка на квазара GB1508, NASA

Изображение 2: Рентгенова снимка на квазара PKS 1127-145, отдалечен от нас на 10 млрд св.г., Chandra X-Ray Observatory, NASA

Глобалното затопляне

Може би най-дискутираната тема тази година е за глобалното затопляне. Това от една страна е добре, защото вниманието на обществото се насочва към редица трудно обратими негативни процеси, но от друга страна е лошо, защото други важни проблеми биват пренебрегвани. Все още не знаем със сигурност какво и как причинява регистрираното повишаване на средната температура, поради което има доста хипотези, които и в момента се тестват и анализират.

Тук ще се спра на една от тези хипотези: Слънцето. Енергията от термоядрения синтез на водород в недрата му поддържа почти всяка форма на живот на Земята — ето колко важно е то.

Снимка на Слънцето от космическата обсерватория SOHO

От векове хората знаят, че по повърхността на Слънцето има петна. И докато все още механизмите на образуването им не са изцяло ясни, то едно нещо е сигурно: съществува явление, наречено слънчев цикъл — редуване на периоди с малко и с много петна.

При слънчев максимум се наблюдават много и големи петна по цялата повърхност на нашата звезда. Те се проявяват като източници на слънчеви избухвания, при които се отделят големи количества енергия. При слънчев минимум петната са малко и предимно в полярните зони. Максимумите и минимумите се редуват през приблизително 11 години.

Този цикъл оказва силно влияние върху климата на Земята. Тя е сравнително близо до Слънцето и при избухвания потоци от частици (слънчев вятър) се изстрелват към нея. Счита се, че при минимум температурата по-скоро се понижава, а при максимум има тенденция да се увеличава.

През 17 век слънчев минимум се установил за няколко десетилетия и, случайно или не, тогава се случва и т.нар. Малка ледена епоха, когато в Европа температурите спаднали значително. Тук също има разногласия, но остава фактът, че Слънцето може да влияе на климата ни.

Съвременна теория твърди, че има и друг цикъл, който е с много по-голям период — десетки хиляди години — и евентуално може да обясни древните ледени епохи, когато ледовете са покривали многократно по-големи територии. Но и за тази теория липсват преки доказателства.

Земният климат несъмнено се влияе от Слънцето. Докато не бъде научно доказано обаче, че то е причината за глобалното затопляне, е вредно да се правят каквито и да е уж сигурни изказвания. Истината просто е не знаем. Но междувременно нищо не пречи хората да се възпитават да живеят по-природосъобразно, защото всички ние сме част от биосферата, която се крепи на деликатен баланс. Колкото и малко да е влиянието ни, нека поне е положително. Това е личното ми мнение :)

Залез над Арктика. Image credit: Jeremy Harbeck

Още една загадка?

Спомняте ли си проекта GalaxyZoo? Учените помолиха обикновени интернет потребители да им помогнат със сортирането на милион галактики, защото човешкото око е по-добро от компютрите що се отнася до анализа на сложните форми на галактики от дълбокия Космос. Оказва се, че повече от 100 000 души са откликнали на тази молба и като резултат вече имаме интересни данни.

Доскоро астрономите смятаха, че посоката на завихряне на галактиките е произволна — т.е. еднакво вероятно е да намерим въртяща се по часовниковата или обратно на часовниковата стрелка галактика. Но получените данни сочат друго: гледани от Земята, повечето галактики се въртят обратно на часовниковата стрелка. Ако този факт бъде потвърден, то това ще се превърне в още една загадка на Вселената.

За повече информация: Telegraph.co.uk
________
Снимка: Whirlpool Galaxy (M51), HubbleSite

Най-странните неща във Вселената: неутрино

В продължение на 10 седмици ще ви запозная малко по-подробно с всяко едно от явленията и обектите, включени в анкетата на space.com. Можете да гласувате за вашите фаворити тук :)

Тази събота е денят на неутриното. За тази елементарна частица е ставало дума преди. Тя е загадка за съвременната физика, защото е много трудно да бъде засечена и е една от най-мистериозните частици. Образува се на много горещи места — например в недрата на Слънцето — където действат процеси на термоядрен синтез. Смята се, че при всеки сблъсък на две водородни ядра (т.е. два протона) се отделя по едно неутрино, но проблемът е, че нашите детектори не успяват да засекат съответстващият на процесите в Слънцето брой неутрина. Това отчасти е така, защото те имат свойството да преминават с много, много висока скорост през познатата ни материя без да взаимодействат с нея. Но това не е цялата истина.

Теорията казва, че има три типа (аромати): електронно, мюонно и тау-неутрино. Оказва се, че неутриното има необичайната способност с времето да преминава от един аромат в друг. А нашите детектори, които разчитат на гигантски обеми от течности (или чист полярен лед), където неутрино се удря в частица материя и може да бъде видяно, са чувствителни само към един от тези аромати (най-лекото — електронното).

Това явление ни подсказва още нещо: неутриното има маса, защото иначе няма как да се превръща от един тип в друг. Въпреки това може би най-голямата загадка във Вселената — тъмната материя — не може да бъде обяснена с фантомното неутрино. Науката тепърва прохожда в тези вълнуващи насоки, а ние ще следим с интерес.

В английската Уикипедия има доста подробна статия за неутриното.

Схема на IceCube Neutrino Detector. Концепцията е да се спуснат хиляди оптични детектори в ледовете на Антарктида, които да улавят редките изблици на излъчване на Черенков (дъжд от вторични частици — своеобразна следа от взаимодействие на неутрино с материята). Защо там и защо толкова дълбоко? Защото само неутриното може да проникне в тези ледове и резултатите няма да бъдат "замърсени" от други частици.

________
На малката снимка: вътрешността на Liquid Scintillator Neutrino Detector в Националната лаборатория Лос Аламос, САЩ. При работа вътре е имало близо 170 тона масло, а засичането е ставало благодарение на 1200 фото-тръби. Този детектор е работил до 1998 г.