Detektor temné hmoty pozoroval nejvzácnější událost v historii vědy  
Projekt XENON1T, který obsahuje 1,3 tuny superčistého kapalného xenonu, má za úkol ulovit částice temné hmoty. To se mu, bohužel, stále nedaří. Teď si ale připsal pozoruhodný úspěch, který mu určitě zajistí místo v učebnicích.

Experiment XENON1T. Kredit: XENON1T.
Experiment XENON1T. Kredit: XENON1T.

Chtěli byste se stát svědky události, která se má odehrát za dobu, která asi tak bilionkrát přesahuje celou dosavadní existenci našeho vesmíru? Právě to se poštěstilo týmu XENON Collaboration, který postavil nesmírně cool a také velice sofistikovaný experiment pro detekci temné hmoty, asi nejvíce kluzké materie ve vesmíru, která zatím vyklouzla ze všech našich pokusů o její polapení.

 

Ethan Brown. Kredit: Rensselaer Polytechnic Institute.
Ethan Brown. Kredit: Rensselaer Polytechnic Institute.

Tým XENON opět neulovil temnou hmotu. Bohužel. Je to už na pováženou. Nicméně, to ještě neznamená, že by jejich experimenty nemohly přinést pozoruhodné výsledky, které jsou hodné učebnic. Ethan Brown z amerického institutu Rensselaer Polytechnic Institute a jeho spolupracovníci v nejbližších hodinách zveřejní v časopise Nature své absolutně unikátní pozorování. Na detektoru temné hmoty se jim totiž podařilo detekovat radioaktivní rozpad xenonu-124. Zní to poněkud banálně, ale jen do chvíle, než se ukáže, že poločas rozpadu tohoto izotopu je 1,8 krát 10 na 22 let. Doba existence známého vesmíru, v němž všichni žijeme, je přitom přibližně 1,38 krát 10 na 10 let. Je tedy asi bilionkrát kratší.

 

Nadzemní část podzemních laboratoří v Grand Sasso. Kredit: TQB1 / Wikimedia Commons.
Nadzemní část podzemních laboratoří v Grand Sasso. Kredit: TQB1 / Wikimedia Commons.

Brown s kolegy skutečně jako první pozorovali rozpad izotopu xenonu-124. Muselo to být naprosto fascinující. Je to daleko nejdelší, nejpomalejší proces, jaký se kdy lidem podařilo přímo pozorovat. Shodou okolností měli k dispozici detektor temné hmoty, experiment XENON1T, který je tak nesmírně citlivý, že mohl takovou událost změřit. Temná hmota to sice není, ale vědce týmu XENON teď může hřát u srdce, že se svým detektorem zaznamenali nejvzácnější událost v historii vědy.


Fotodetektory vnitřního detektoru experimentu XENON1T. Kredit: XENON Collaboration.
Fotodetektory vnitřního detektoru experimentu XENON1T. Kredit: XENON Collaboration.

Tým XENON, který tvoří více než 160 vědců z řady zemí světa, momentálně loví temnou hmotu na detektoru XENON1T. To je nádrž s 1 300 kilogramy superčistého kapalného xenonu, která je umístěná v kryostatu, ve vodě a 1,5 kilometru pod zemí kvůli odstínění částic kosmického záření, v italských laboratořích Laboratori Nazionali del Gran Sasso. XENON1T se snaží detekovat nepatrné záblesky záření, které vznikají při střetu částic s atomy xenonu. Detektor byl sice postavený kvůli detekci interakcí mezi případnými částicemi temné hmoty a jádry atomů xenonu, ve skutečnosti ale zaznamenává signály z různých dějů uvnitř atomů xenonu.

 

K detekci zmíněné ultravzácné události došlo tak, že se proton uvnitř jednoho z atomů xenonu v experimentu XENON1T přeměnil na neutron. U většiny radioaktivních izotopů se při rozpadu změní proton na neutron, když se do jádra atomu dostane jeden elektron. Aby se ale na neutron přeměnil proton v jádru xenonu, tak musí absorbovat dva elektrony najednou (double-electron capture). K takové události dojde jedině tehdy, když se těsně u jádra xenonu ocitnou dva elektrony ve vhodné pozici. To je extrémně nepravděpodobné. Právě proto je radioaktivní rozpad xenonu-124 tak nesmírně pozvolný. Když proton v jádru xenonu absorboval zmíněnou dvojici elektronů, tak zbývající elektrony atomu xenonu zkolabovaly do základního stavu. A tento proces detekoval XENON1T.

Video: XENON1T - Enlightening the Dark


Literatura

Rensselaer Polytechnic Institute 24. 4. 2019, Nature 568: 532–535.

Datum: 25.04.2019
Tisk článku

Čtyřprocentní vesmír - Panek Richard
 
 
cena původní: 388 Kč
cena: 326 Kč
Čtyřprocentní vesmír
Panek Richard
Související články:

Temná hmota se stále skrývá     Autor: Stanislav Mihulka (21.07.2012)
Co prozradí o temné hmotě podzemní experiment LUX?     Autor: Stanislav Mihulka (23.10.2013)
Temná hmota pokořila grandiózní detektor LUX     Autor: Stanislav Mihulka (23.08.2016)



Diskuze:

Foto

Jonathan Novák,2019-04-26 10:58:16

Doufám, že udělali pár fotek.

Odpovědět

Kamiokande

Alexandr Vasilenko,2019-04-25 12:24:05

Nehledá tohle náhodou kamiokande? Nebo tam se jedná o samovolný rozpad protonu?

Odpovědět


Re: Kamiokande

Vojtěch Kocián,2019-04-26 05:58:25

Kamiokande používá jako médium vodu, takže rozpad xenonu měřit nemůže. Pokud vím, tak je to primárně neutrinová observatoř, ale k pozorování samovolného rozpadu protonu by se hodila.

Odpovědět

Temná hmota

Jan Děták,2019-04-25 10:18:43

je stejný pouťový trik jako renormalizace kvantových polí. Ono to nedává správné výsledky, no tak si to upravíme tak, aby to sedělo s měřením.

Odpovědět


Re: Temná hmota

Jiri Naxera,2019-04-25 16:35:15

Tak to zase ne.
Renormalizace je postup, jak matematicky velmi nečistým způsobem (ořízneme energie nad nějakou mez, a když tuhle mez necháme růst nade všechny meze, tak nám výsledek konverguje ke správné hodnotě) dostane přesně to co naměříme.
(navíc, perturbativní teorie je sama o sobě ne zcela hezká, byť značně usnadňuje výpočty)

Zatímco temná hmota je výraz pro rozdíl mezi tím, co způsobuje známá hmota která se řídí známými zákony, a mezi skutečností (pozorováním). Až sem je to prostý a naprosto nesporný fakt, žádný trik.
Ta zajímavá část začíná u hypotéz, co by ona temná hmota (ale klidně jí říkejte rozdíl mezi pozorováním a teorií) vlastně mohla být, ale tady pokud vím žádný vědec neříká nic definitivního. Spíš je tu pár rodin modelů, které něco předpovídají, a úkolem experimentátorů je, aby je ověřili. Modely jako supratekutá DM, nebo Verlindeho entropická modifikace k detekci žádné částice nevedou, co se týče částicových hypotéz, tak je v současné době dost velká část stavového prostoru vyvrácena -> sorry jako ale takhle by věda fungovat měla :)

ad článek - aniž bych nějak chtěl snižovat úspěch, který je to bezesporu velký, tak bych se s trochu ohradil - pokud je poločas rozpadu 10E22 let, tak porovnáním s Avogardovou konstantou v každém molu Xenonu124 musí dojít k podobnému rozpadu průměrně jednou týdně, což už takový hype jako porovnání se stářím Vesmíru nezní.

Odpovědět


Re: Temná hmota

Vojtěch Kocián,2019-04-26 06:06:44

Podobná anomálie existovala u jaderného rozpadu. Dráhy výsledných částic neodpovídaly teorii, tak vědci zavedli virtuální částici zvanou neutrino, která model doplnila, aby vycházel. No, a pak byla objevena.
Ohledně toho, co je temná hmota, poskytl obsáhlejší odpověď pan Naxera.

Odpovědět

Existuje vôbec temná hmota?

Michal Lichvár,2019-04-25 09:45:59

Taký malý flamewar chcem začať, ale vážne by ma aj zaujímal názor ľudí diskutujúcich na oslovi.

Totiž ... je tu skupina vedcov, ktorí tvrdia, že vesmír je v podstate elektrický a ich model elektrického vesmíru je jednoduchý a podarí si aj bez temné hmoty a temnej energie (toto video neviem teraz dohľadať)

Skúste pozrieť toto: https://www.youtube.com/watch?v=orFc_MzxjzU&feature=youtu.be&t=748

Odpovědět


Re: Existuje vôbec temná hmota?

Michal Lichvár,2019-04-25 09:52:56

ok, jedno video som našiel ... Ben Davidson: https://www.youtube.com/watch?v=KuursdeAmVM

Odpovědět


Re: Existuje vôbec temná hmota?

Michal Lichvár,2019-04-25 10:08:19

a ešte jedno: https://www.youtube.com/watch?v=ui6BLAyXLZA

Odpovědět


Re: Re: Existuje vôbec temná hmota?

Jiri Naxera,2019-04-25 16:41:47

Nezdá se Vám trochu podezřelé, že tyhle teorie najdete na Youtube a ne třeba na arxivu?
Jinak půl minuty práce s vyhledávačem a je jasno.

Odpovědět


Re: Re: Re: Existuje vôbec temná hmota?

Michal Lichvár,2019-04-25 21:50:45

Neviem čo je arxiv, skúsim pogoogliť, každopádne parafrázujem:
"nezdá sa Vám trochu podozrivé, že táto evolučná teória nie je v Biblií?"

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Existuje vôbec temná hmota?

Jiri Naxera,2019-04-26 08:46:06

arxiv.org je preprintový server provozovaný Cornellovou univerzitou, který je v teoretické fyzice prakticky hlavním komunikačním kanálem.
Přispívat na něj může prakticky každý s alespoň základními znalostmi v daném oboru, takže pokud se bavíme o nějaké teorii, tak to že není (i) na arxivu je dost silným varovným příznakem samo o sobě. (je tam pravidlo že zveřejnění musí podpořit alespoň jeden odborník, což je opravdu nízká laťka)

Odpovědět


Re: Existuje vôbec temná hmota?

Richard Pálkováč,2019-04-25 18:52:13

V blízkosti objektov nášho vesmíru samozrejme pôsobia elektromagnetické javy a podľa povahy objektu aj silné, ale vzhľadom na veľké vzdialenosti (pre elektromagnetizmus prakticky nekonečné) medzi objektami sú tieto zanedbateľné ak máme na mysli vzájomne ovplyvňovaný pohyb týchto objektov.

Jedine by to mohlo "fungovať" tak (ako to asi aj tieto úvahy o elektrickom vesmíre predpokladajú), že by medzi objektami (hviezdami, galaxiami) prúdili veľké elektrické prúdy. Takže medzi naším Slnkom a všetkými hviezdami našej galaxie mali tieto elektrické prúdy prúdiť (aby vytvárali dostatočný magnetizmus) a to by sme si už boli všimli, lebo by nás sem tam nejaký ten prúd "ošľahol".

Odpovědět


Re: Re: Existuje vôbec temná hmota?

Michal Lichvár,2019-04-25 21:49:06

Vplyv gravitácie medzi objektami aj elektromagnetizmus medzi dvoma nábojmi klesá predsa so štvorcom vzdialenosti.

Gravitačný model drží pokope temná hmota a čierne dieri v centrách galaxií, inak by sme dávno z galaxie uleteli, nie?

A aké silné elektromagnetické pole by robilo to, čomu hovoria plazmoid? V centre galaxie?

Mimochodom, čo je vlastne elektromagnetické pole? Teoreticky predpovedaný gravitón našli, ale EM pole je stále len popísatelné Maxwellovými rovnicami, ale čo to vlastne presne je sa nevie, je tak?

Odpovědět


Re: Re: Re: Existuje vôbec temná hmota?

Richard Pálkováč,2019-04-26 08:25:41

Tak graviton este urcite nenasli a este dlho ho ani nenajdu, naproti tomu nositelom elmag. interakcie je foton, ktory uz celkom pozname, aj ked je stale zahadny.

Co sa tyka poklesu magnetického pola so vzdialenostou, tak to je tusim az tretou alebo az stvrtou mocninou vzdialenosti.

Gravitacny model drzi pokope normalna hmota (latka a pole), tmava hmota a kedze sa rozpina a pravdepodobne zrychlene, tak tam musi byt este tmava energia. Na toto mam ja velmi jednoduche vysvetlenie (http://www.riki1.eu/zaporna_temna_tmava_energia_hmota.htm)

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Existuje vôbec temná hmota?

Richard Pálkováč,2019-04-26 13:15:49

Este ma napadlo, mozno maju na mysli elektrostaticky vesmir. Elektrostaticka sila je vacsia ako gravitacna. Na urovni Slnecnej sustavy by sa to neprejavovalo, kedze ta vznikla z jedneho celku, teda elektrostaticky naboj objektov je vyrovnany, ale na urovni galaxie, medzi hviezdami by tento elektrostaticky rozdiel, mohol pridavat elektrostaticku silu.

Je tu myslim splnena aj ta poziadavka, ze elektrostaticka sila klesa so stvorcom vzdialenosti.

No, ale nenastudoval som si, ako sa sprava elektrostaticka sila, takze mozno taram.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Existuje vôbec temná hmota?

Richard Pálkováč,2019-04-26 17:29:21

https://www.youtube.com/watch?v=THVeMOyM45I

Odpovědět


Re: Re: Re: Existuje vôbec temná hmota?

Jiri Naxera,2019-04-26 08:31:24

Naopak, graviton je hypotetická částice (s dnešní technikou objevit nelze i kdyby existoval) a existuje jen v některých modelech kvantování gravitace.

Foton jako částici světla/elmag. pole známe přece dávno, včetně interakce (QED - kvantová elektrodynamika, byla první teorií kvantového pole, a slavila fenomenální úspěch)

Odpovědět


Re: Existuje vôbec temná hmota?

Václav Dvořák,2019-04-26 00:58:25

To je právě ta otázka...

Odpovědět


Re: Re: Existuje vôbec temná hmota?

Alexandr Kostka,2019-04-26 17:53:26

Osobně předpokládám, že za 100 let se tomu budou lidé smát, jako dnes třeba flogistonu nebo nedělitelnosti atomu. Na druhou stranu, superpřesné detektory očividně objeví úplně jiné věci, takže to nemusí být tak úplně vyhozené peníze.

Odpovědět


Re: Re: Re: Existuje vôbec temná hmota?

Václav Dvořák,2019-04-26 18:10:59

Tak já se nedělitelnosti atomu nesměju, za starověku byla vůbec teorie atomu (tuším od Anaximendrése) úplná revoluce. Středověký flogiston je podobně legrační jako dnešní "graviton". Jinak samozřejmě souhlas, každá investice do základního výzkumu přinese své výsledky, i když leckdy úplně jiné než se čekalo :)

Odpovědět


Re: Existuje vôbec temná hmota?

Anton Matejov,2019-04-26 08:49:30

Tmava hmota a tmava energia môže byť vysvetlená omnoho jednoduchšie, elegantnejšie. Pripusťme multivesmír! Prečo by mal existovať iba jeden vesmír a to náš? Mnohé paradoxy, dokonca aj kvantovej fyziky doslova napovedajú že žijeme v multivesmíre.
Vesmíry sa môžu aj zraziť. Začiatok zrážky je vlastne Bing-Bang, veľký tresk.
Súčasna teoria bin-bangu ma veľké problémy.Kde sa vzala naraz energia na veľký tresk. Vesmír dokonca ešte zrychľuje rozpínanie. Neporušujeme zákony záchovania energie súčasným definovaním veľkého tresku?
Kde sa stratila časť antihmoty po veľkom tresku? Ak by ale nezmizla tvoril by náš vesmír dnes asi len väčšinou fotony po anihilácii.
V teoriach zrazených vesmírov už by šli definovať nejaké teórie kam zmizla časť antihmoty.
Energia vakua? Aj vakuum môže produkovať častice a aintičastice.
Podľa mojej hypotézy žijeme v zrazených vesmíroch.
Častice vesmíru1 a vesmíru2, ktoré spolu interagujú tvoria našu barionicku hmotu.
Častice vesmíru1 a vesmíru2, ktoré spolu neinteragujú tvoria tmavu hmotu.
Tmavá energia je vlastne energia zrážky vesmírov.
Zrážka vesmírov ešte nedosiahla maximum, preto pozorujeme zrýchlenie rozpínania vesmíru.
Paradoxy duality aj Haisenbergov princíp neurčitosti sa potom už dá lepšie pochopiť. Častice sa projektujú svojou energiou raz v jednou, inokedy v druhom vesmíre.
Tých vysvetleni môže byť oveľa viac. Musíme ale pripustiť multivesmír.
Nie je pravda, že nikdy nezistíme nedokážem, či žijeme v multivesmíre. Veď okolo 1990 sme ešte nevedeli riadne, či existuju exoplanéty pri iných hviezdách. Ešte sme mali slabé dôkazy o čierných dierach.

Odpovědět


Re: Re: Existuje vôbec temná hmota?

Jiri Naxera,2019-04-29 09:54:55

Multiversum nemá a temnou energií/hmotou nic společného. Navíc byste měl rozlišovat, o jakém multivesmíru mluvíte, jestli o 11D bulku superstringové teorie a dynamice brány v něm, nebo mluvíte o klasickém 3+1D multiversu věčné inflace, nebo o něčem úplně jiném?
(Tegmarkovo matematické multiversum radši zmiňovat nebudeme vůbec)

Jinak podle toho co píšete máte na mysli bránové vesmíry. Keyword: ekpyrotický vesmír, můžete hledat sám. Jednak pozorování (reliktního záření) tomu moc nenasvědčuje, druhák i pokud připustíme že by to jako hypotéza mohlo být pravda, tak superstringy jsou všechno, jen ne jednoduchá. Kuk zde http://natura.baf.cz/natura/2003/7/20030702.html

ad energie: Zero Energy Conjecture jste slyšel? V podstatě jde o tvrzení, že (záporná) potenciální energie odpovídá kladné energii ve Vesmíru. Je to jen konjektura, ale pokud uvažujete o energii z ničeho, měl byste na to vzít ohled. Tady https://en.wikipedia.org/wiki/Zero-energy_universe

ad zbytek - pardon, ale bez rovnic je to spíš Fi než Sci.

Odpovědět


Re: Existuje vôbec temná hmota?

Richard Pálkováč,2019-04-26 17:28:50

https://www.youtube.com/watch?v=THVeMOyM45I

Odpovědět

Pro 1,3 t = 1 rozpad Xe124 za 3 dny

Pavel Z,2019-04-25 07:29:25

Mně vyšlo podle https://sps-cl.cz/public/MatFyz/Soubory/Fyzika/17_jaderka/vypocty_jaderka.htm 218,6 rozpadů Xenonu 124 za rok, pro těch 1,3 tuny a jeho zastoupení 0,0952%... Zde https://cs.wikipedia.org/wiki/Xenon je ale jeho poločas rozpadu udán 1,6*10 na 14 roku, tím pádem by těch rozpadů Xe124 bylo 100milionkrát ročně víc... Tak jako tak, ono změřit v takovém množství jeden rozpad je úžasná citlivost a klobou dolů, ale ta matematika mi prostě nesedí.

Odpovědět


Re: Pro 1,3 t = 1 rozpad Xe124 za 3 dny

Pavel Z,2019-04-25 07:31:21

Oprava, 1 zozpad za den a 16 hodin... podělil jsem počet dnů tou 124

Odpovědět


Re: Pro 1,3 t = 1 rozpad Xe124 za 3 dny

Marek Fucila,2019-04-25 12:11:45

Ako sa vlastne určuje polčas rozpadu? Dá sa to nejako presne vypočítať z modelu atómu? Mám dojem, že presný model končí niekde pri atóme vodíka, možno hélia. Predpokladal som skôr, že ide o výpočet z nameraného žiarenia. V takom prípade by tento experiment skôr pomohol spresniť hodnotu polčasu (pri dostatočnej štatistike). Alebo sa mýlim?

Odpovědět


Re: Re: Pro 1,3 t = 1 rozpad Xe124 za 3 dny

Pavel Z,2019-04-25 20:01:09

Přesně jak píšete, přesné modely jsou pro vodík a ještě tak hélium (ale simulace existují)... Poločasy rozpady se zjišťují experimentálně, např. i v CERNu nebo v Dubně, ale i tam u nových prvků trvá jejich charakterizace a i ověřování už jen jejich existence měsíce a roky... Hodnoty poločasů rozpadu prvků, které jsou v přírodě, by měly být stanovené poměrně přesně, proto mě zrovna u Xenonu 124 překvapuje, že se wiki a osel.cz neshodují...
Velmi zajímavé jsou pak ultrastabilní prvky a ostrov stability (https://cs.wikipedia.org/wiki/Ostrov_stability a http://www.osel.cz/4642-dorazili-jsme-k-brehum-ostrova-stability.html) - u supertěžkých prvků by se měl nacházet 298-114-184, bohužel prý s poločasem 10 minut, takže asi nic moc extra praktického (dřív se čekalo že by to mohly bát miliony či miliardy let)

Odpovědět

Ten porno fake mě úplně převedl do základního stavu

Josef Hrncirik,2019-04-25 07:16:39

a) stále mi vychází p + 2 e- = H-
b) jak se podařilo nasimulovat poločas rozpadu Xe124, když ho ani AKBAR nemohl změ
řit!
c) S navrženým poločasem (nejspíše změřeným) mě vyšlo že v 1,31 t Xe 124 by se mu rozpadl cca 1 atom Xe 124 za 130 s.
d) Protože však neudali izotopické složení použitého Xe a naměřili 1 rozpad/1,38*10**10 let superčistý Xe obsahoval jen 2,9*10**-16 atomů Xe124
e) protože Xe 124 je v přírodním Xe cca 0,095%, jde o porno fake pouhých cca 125 pornodB, ev. i více, neboť zkapalňováním se kondenzát o lehčí xenon ochuzuje.

Odpovědět


Re: Ten porno fake mě úplně převedl do základního stavu

Jiri Naxera,2019-04-25 16:45:45

ad b) Počítám že přes tunelový jev těch elektronů, potenciálovou bariéru znáte, rozměry taky.

Odpovědět


Re: Re: Ten porno fake mě úplně převedl do základního stavu

Josef Hrncirik,2019-04-26 09:58:53

Tunelování není moje silná stránka.
Zřejmě je zcela triviální, že k jednoelektronovému záchytu u Xe124 nemůže dojít a tak o tom nikde není ani zmínka.
Uvažuje se pouze současný (co to vlastně je?) záchyt 2vECEC ?nejspíš jde o dosti? současný?
děj: p + e- + p + e- = n + v + n + v
neutrina v odnáší neměřitelně energii 2,857 MeV a následující zaplnění K (double K shell capture) uvolní měřitelných 64,3 keV. Jak se to rozdělí do ev.? 2 etap či do gama až světla či dočasně vyražených e- je zřejmě považováno za triviální či dobře popsané.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni












Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace