Akceptuję
W ramach naszej witryny stosujemy pliki cookies w celu świadczenia państwu usług na najwyższym poziomie, w tym w sposób dostosowany do indywidualnych potrzeb. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień dotyczących cookies oznacza, że będą one zamieszczone w Państwa urządzeniu końcowym. Możecie Państwo dokonać w każdym czasie zmiany ustawień dotyczących cookies. Więcej szczegółów w naszej Polityce Prywatności

Zamknij X

Naukowy styl życia

Nauka i biznes

Strona główna Informacje

Fizyka: grawitacja w świecie kwantów?

Jest szansa na potwierdzenie wpływu grawitacji na najmniejsze cząstki materii - twierdzą naukowcy z Narodowego Centrum Badań Jądrowych w Świerku i Instytutu Fizyki UJ. Byłby to pierwszy doświadczalny dowód na to, że grawitacja działa w świecie kwantów.

Dotychczas w żadnym eksperymencie nie udało się zaobserwować wpływu grawitacji na cząstki elementarne obdarzone masą. Nie ma więc doświadczalnego potwierdzenia, że grawitacja rzeczywiście działa w świecie kwantów. Odpowiedzi może udzielić analiza danych napływających z międzynarodowego eksperymentu KLOE-2, realizowanego we Frascati we Włoszech. Wytropienia grawitacji w zbieranych danych podjęli się naukowcy z Narodowego Centrum Badań Jądrowych w Świerku i Instytutu Fizyki Uniwersytetu Jagiellońskiego.

Grawitacja jest najpotężniejszą siłą w skali kosmosu. Na odległościach charakterystycznych dla świata cząstek elementarnych jej wpływ jest jednak tak mały, że bardzo trudno go zaobserwować. We włoskim Narodowym Instytucie Fizyki Jądrowej w grudniu 2011 r. rozpoczęto zbieranie danych w eksperymencie KLOE-2, zaprojektowanym m.in. do badania fizyki cząstek elementarnych zwanych kaonami. Jednym z celów tego eksperymentu jest próba wykrycia grawitacji w świecie kwantów. W przedsięwzięciu bierze udział polski zespół, kierowany przez prof. dr. hab. Wojciecha Wiślickiego z Narodowego Centrum Badań Jądrowych (NCBJ) w Świerku i prof. dr. hab. Pawła Moskala z Instytutu Fizyki Uniwersytetu Jagiellońskiego (IF UJ). Aby zaobserwować wpływ grawitacji na cząstki elementarne, naukowcy wykorzystają jedno z najbardziej podstawowych zjawisk mechaniki kwantowej – interferencję kwantową.

KLOE-2, eksperyment w Narodowym Instytucie Fizyki Jądrowej we Frascati pod Rzymem, polega na zderzaniu wiązek elektronów z ich antymaterialnymi partnerami, pozytonami. Energia zderzeń jest tak dobrana, aby doprowadzała do powstania mezonów Fi zero. Mezony to nietrwałe cząstki, zbudowane z jednego kwarka i jednego antykwarka. Wygenerowane w zderzeniach mezony Fi zero niemal natychmiast rozpadają się na dwa pozbawione ładunku elektrycznego mezony K zero (kaony), które rozbiegają się wzdłuż prostej, w przeciwnych kierunkach. Po przebyciu niewielkiej drogi kaony rozpadają się na mezony pi (piony), rejestrowane przez aparaturę pomiarową eksperymentu KLOE-2.

Neutralne kaony występują w dwóch odmianach: krótkożyciowej i długożyciowej. Dzięki niewielkiej różnicy mas tych cząstek można zaobserwować charakterystyczne, oscylujące widmo ich czasów rozpadów. To właśnie ono szczególnie interesuje naukowców, gdyż ma związek z jednym z najbardziej fundamentalnych zjawisk natury: interferencją kwantową.

W mechanice kwantowej stany cząstek opisuje się za pomocą funkcji nazywanych falowymi. Funkcję falową stosuje się m.in. do wyliczenia prawdopodobieństwa znalezienia się cząstki w tym czy innym stanie. Gdy w układzie mamy więcej niż jeden obiekt kwantowy tego samego typu, ich funkcje falowe nakładają się i dochodzi do ich wzmocnienia w sposób typowy dla zjawiska interferencji. Tak też dzieje się w przypadku kaonów. Naukowcy są przekonani, że dzięki temu zjawisku przyłapią grawitację na gorącym uczynku.

"Interferencja kwantowa jest zjawiskiem wrażliwym na zaburzenia. Wyobraźmy sobie sprytnie skonstruowany eksperyment, właśnie taki jak KLOE-2. W izolowanej od otoczenia komorze próżniowej badamy pozbawione ładunku elektrycznego, interferujące ze sobą dwie cząstki elementarne, na przykład kaony. Oddziaływania z polem elektromagnetycznym lub cząsteczkami powietrza dają się wtedy zredukować do małych, nieznaczących wartości. Jedynym niewyeliminowanym czynnikiem zewnętrznym mogącym doprowadzić do zaniku interferencji pozostaje wtedy grawitacja” - tłumaczy prof. Wiślicki z NCBJ.

Badacz przekonuje, że w ten sposób da się wykryć nawet bardzo słabe oddziaływanie grawitacji. "Obliczenia sugerują, że nawet jeśli energia oddziaływania grawitonu (kwantu oddziaływania grawitacyjnego) z kaonem będzie setki miliardów miliardów razy mniejsza od energii oddziaływań jądrowych, będziemy nadal w stanie zaobserwować ten efekt" - podkreśla.

Pierwsze zderzenia cząstek w ramach eksperymentu KLOE-2 są już rejestrowane. Ośmioosobowa grupa polskich fizyków, która zajmuje się analizą danych i ich interpretacją teoretyczną, sądzi, że w ciągu roku ilość zebranych informacji powinna wystarczyć do przygotowania wstępnych oszacowań.

"Byłoby wspaniale, gdyby udało się nam zobaczyć dekoherencję (zaburzenie interfencji - PAP), a może nawet jej zależność od kierunku grawitacji. Ale nawet jeśli jej nie zobaczymy, to także będzie cenny wynik. Poznamy w ten sposób górne, dotychczas najdokładniejsze, eksperymentalne ograniczenie na kwantowe efekty grawitacyjne" - zaznacza prof. Paweł Moskal z UJ.

Źródło: http://naukawpolsce.pap.pl
Fot.: Marek Pawłowski/ NCBJ

Tagi: kwanty, grawitacja, fizyka, UJ, Uniwersytet Jagielloński, eksperymant, ładunek elektryczny, interferencja kwantowa, mechanika kwantowa, lab, laboratorium, laboratoria
Drukuj PDF
wstecz Podziel się ze znajomymi

Recenzje




Pływanie zmniejsza ryzyko zgonu
02-12-2016

Pływanie zmniejsza ryzyko zgonu

Pływanie, uprawianie aerobiku i sportów rakietowych związane jest z mniejszym prawdopodobieństwem zgonu z różnych przyczyn.

znajdz nas na fcb
Informacje dnia: Stypendia naukowe dla wybitnych młodych naukowców Nanomateriały pomagają w oczyszczaniu wody Pływanie zmniejsza ryzyko zgonu Męska płodność na poziomie molekularnym 16 mln euro dla naukowców zajmujących się żywnością Innowacyjne cewniki medyczne Stypendia naukowe dla wybitnych młodych naukowców Nanomateriały pomagają w oczyszczaniu wody Pływanie zmniejsza ryzyko zgonu Męska płodność na poziomie molekularnym 16 mln euro dla naukowców zajmujących się żywnością Innowacyjne cewniki medyczne Stypendia naukowe dla wybitnych młodych naukowców Nanomateriały pomagają w oczyszczaniu wody Pływanie zmniejsza ryzyko zgonu Męska płodność na poziomie molekularnym 16 mln euro dla naukowców zajmujących się żywnością Innowacyjne cewniki medyczne

Partnerzy

GoldenLine Fundacja Kobiety Nauki Warszawskie Stowarzyszenie Biotechnologiczne (WSB) „Symbioza” Obywatele Nauki NeuroSkoki Biomantis Uni Gdansk MULTITRAIN I MULTITRAIN II Nauki przyrodnicze KOŁO INZYNIERÓW PB ICHF PAN FUNDACJA JWP NEURONAUKA BIOOPEN 2016 QDAY Mlodym Okiem Nauka w Polsce CITTRU - Centrum Innowacji, Transferu Technologii i Rozwoju Uniwersytetu Akademia PAN Chemia i Biznes Farmacom Świat Chemii Forum Akademickie Biotechnologia     Geodezja „Pomiędzy naukami – zjazd fizyków i chemików” WIMC WARSZAWA 2016 Konferencja Biomedyczna Projektor Jagielloński Instytut Lotnictwa EuroLab