Opět LHC a Tevatron  
Právě před rokem jsem pro Osla napsal článek o výsledcích, které se dosáhly na urychlovači Tevatron. Ten je před spuštěním urychlovače LHC zařízením umožňujícím dosáhnout největších energií srážky protonů (přesněji protonu a antiprotonu) na světě. V té době jsem předpokládal, že v tomto roce už bude urychlovač LHC pracovat a pomalu začne přebírat od Tevatronu štafetu.

 

Zvětšit obrázek
V březnu 2009, kdy jsme CERN navštívili s českými středoškolskými učiteli, probíhaly ve speciální hale na povrchu velice intenzivně opravy magnetů a jejich testování (zdroj fotografie pořízené v rámci „Českého učitelského týdne“ v laboratoři CERN)

 Jak všichni víme, nedávno to bylo na Oslovi připomenuto, zpozdilo se zprovoznění urychlovače LHC nejméně o rok. Možná by bylo pro čtenáře Osla zajímavé podrobněji rozebrat dvě témata, která s tímto vývojem situace v experimentální částicové fyzice velmi vysokých energií souvisí. První se týká důvodů, proč jsou ze spuštěním LHC takové problémy a proč si řešení nehody z minulého roku vyžádalo takovou dobu. Druhým je rozbor toho, jak Tevatron využívá nabízené šance a jakého pokroku se mu během roční doby od minulého článku podařilo dosáhnout. 

 

Supravodivé magnety a nehoda urychlovače LHC

Hlavní příčinou nehody ze září 2008 byl vadný spoj v supravodivém propojení, které vede velmi vysoké proudy mezi dvěma magnety. Podrobný popis této události a jejich následků lze na Oslovi nalézt.  V každém případě vedla havárie k poškození více než padesáti magnetů, které musely být vyzvednuty a opraveny, některé z nich dokonce nahrazeny novými. Celkově bylo navíc znečištěno zhruba 2,4 km trubic pro vedení svazku u poškozeného sektoru. Prvním problémem, který bylo třeba řešit, byla proto oprava poškozených magnetů. Z toho důvodu byla znovu uvedena do provozu hala, ve které se připravovaly a testovaly magnety při budování urychlovače LHC. Měli jsme příležitost navštívit tuto halu se středoškolskými učiteli fyziky v březnu, kdy bylo opravování magnetů a jejich testování v plném proudu. Supravodivé magnety jsou tou kritickou a nejnáročnější částí urychlovače LHC. Je jich hodně, jsou velké a jejich náročnost je o třídu větší než podobných dosud využívaných.


Zajímavým problémem fungování supravodivých magnetů, který je třeba u urychlovače LHC řešit, je i hospodaření s heliem. Celý kryogenní systém potřebuje 130 tun kapalného helia, což je nezanedbatelná část světových zásob. V okamžiku, kdy je třeba nějakou část urychlovače ohřát, musí se helium převést v kapalné formě do kryogenních zásobníků (teplota varu helia je však pouhých 4,22 K). Další možností je uskladnění v plynné formě. K tomu jsou však potřeba obrovské objemy. V principu by mohla laboratoř CERN v době, kdy by byl urychlovač LHC v odstávce, provozovat obrovskou flotilu vzducholodí, které by zároveň sloužily jako obrovské zásobníky helia. Protože však žádnou takovou flotilu nemá, musí skladování řešit jinou formou. Donedávna byla možnost uskladnit v plynné formě zhruba 52 tun helia, tedy okolo 40 % celkového množství. To znamená, že nešlo ohřát celý urychlovač, ale vždy více než jeho polovina musela být na teplotě tekutého helia. Takže například při opravách bylo potřeba střídavě ohřívat a zase ochlazovat jednotlivé sektory  urychlovače (připomenu, že celkově je jich osm) a úpravy provádět postupně.

Zvětšit obrázek
Dva nové tanky uchovávající kapalné helium (zdroj CERN).

V polovině června byly zprovozněny dva velké zásobníky tekutého helia, které dohromady umožňují uskladnit 128 tisíc litrů (28 tun) helia. Skladovací kapacita se tak zvýšila zhruba o 20 % celkového množství a v principu tak je možné mít okolo 60 % helia mimo urychlovač. To zlepšuje možnosti manipulace s heliem i efektivitu oprav a práce na urychlovači. Do roku 2010 by měly být dodány čtyři další takové zásobníky, takže skladovací kapacita bude už dostatečná pro uskladnění veškerého helia.

 

Jak zabránit podobné katastrofě?

Hlavním problémem u supravodivých magnetů je ztráta supravodivosti. Tečou v nich obrovské proudy, takže i při malé hodnotě odporu a indukovaného napětí se vyvíjí obrovské teplo. Kabely spojující magnety mají strukturu složenou ze dvou částí. První je samotný supravodič a druhá je měděný stabilizátor, který vede proud v případě ohřevu a ztráty supravodivosti v supravodiči ( tato ztráta supravodivosti se anglicky označuje jako „quench“). Měděný stabilizátor musí zajistit bezpečné odvedení proudu při ztrátě supravodivosti. Pokud má však měděná část větší odpor, než by měla mít, naindukuje se na spoji příliš vysoké napětí a velká část energie skrytá v proudu se přemění na teplo. Může pak dojít až k vypaření příslušné části a nehodě, která proběhla v září minulého roku. Čím větší je energie urychlovaných částic, tím silnější magnetické pole potřebujeme, abychom ji udrželi na dráze o příslušném poloměru. Pro větší magnetické pole supravodivého magnetu potřebujeme i větší hodnotu elektrického proudu. Čím větší proud, tím větší indukované napětí při daném odporu vodiče a větší riziko destrukce. Některé problémy hlavně u propojení magnetů se tak mohou projevit až v situaci, kdy urychlujeme na ty nejvyšší energie a potřebujeme dosáhnout velmi vysoké intenzity magnetického pole.


Proto je třeba extrémní kvalita všech supravodivých spojů, jak supravodivé části, tak i části z mědi. Jako reakce na nehodu byly vyvinuty nové neinvazivní techniky sloužící k otestování funkce nově vytvořených i původních supravodivých spojů. V celém prstenci urychlovače LHC je jich okolo 10 000. Pomocí těchto testovacích metod lze zkontrolovat, zda jsou původní i nové spoje v urychlovači bezpečné pro další provoz i při nejvyšších proudových tocích nebo musí být opraveny. Tyto testy lze realizovat i při teplotě 80 K. Ověřilo se, že testy za těchto podmínek i za pokojové teploty jsou spolehlivé. To je výhodné i proto, že ohřátí na pokojovou teplotu nebo ochlazení je časově i technicky náročný proces už vzhledem ke zmíněným možnostem skladování helia.

Zvětšit obrázek
Stav a průběh testů jednotlivých magnetů bylo možné sledovat na displejích (zdroj účastníci Českého učitelského týdne v laboratoři CERN 2009).

Díky výsledkům nových měření lze snadněji a spolehlivěji zachytit případný technický nedostatek ve spojích a předejít tak ztrátě supravodivosti v supravodivé části spoje za provozu. Případně zabránit ničivé produkci tepelné energie v měděné části v případě, když ke ztrátě supravodivosti přece jen dojde. A právě to byly hlavní příčiny nehody v září minulého roku.

 

Energie soustředěná v obvodech magnetů je obrovská a v případě ztráty supravodivosti se musí co nejrychleji bezpečně odvést, aby se zabránilo vzniku škod. Je třeba co nejrychleji identifikovat vznik i velmi malého napětí a včas bezpečně vyvést energii ze supravodivého magnetu pryč. Celková energie shromážděná v supravodivých magnetech LHC může dosáhnout až 11 GJ, což stačí k roztavení zhruba 15000 kg mědi. Proto bylo potřeba přetvořit program, který kontroluje stav magnetů LHC a reaguje na případné problémy. Byla přidána řada senzorů tak, aby každé supravodivé propojení mezi magnety bylo pod stálým dohledem. Senzory jsou schopné zjistit odpor už při hodnotě nanoohmu a včas registrovat vznik problému. Systém pak dokáže bezpečně vyvést elektrickou energii do speciálních odporů, kde se bez následků uvolní. Při zavádění nových technologií sledování odporu se musí řešit i to, že řada moderních digitálních senzorů je méně odolná proti radiaci a je třeba každou součástku systému velice pečlivě testovat z hlediska radiační odolnosti.

Zvětšit obrázek
Problematickou oblastí se ukázala být propojení mezi jednotlivými supravodivými magnety (zdroj účastníci Českého učitelského týdne v laboratoři CERN 2009).

Dalším opatření, které  by mělo omezit škody, ke kterým by došlo v případě opakování situace ze září minulého roku, je zvýšení počtu bezpečnostních ventilů, které umožňují bezpečné uniknutí vypařeného helia. Nedostatečná kapacita systému, který umožňoval havarijní únik vypařeného helia, byla hlavní příčinou většiny mechanických poškození, které nastaly při nehodě v září minulého roku. Z těchto důvodů se začaly přidávat další pojistné ventily a cely systém havarijního úniku helia bude vylepšen tak, aby zvládl únik helia více jak dvakrát větší, než byl ten při nehodě v září minulého roku. Důležitým úkolem je i zpevnění ukotvení magnetů a jejich větší odolnost vůči mechanickým tlakům.

 

V jakém stádiu jsou opravy a úpravy

Začátkem července byla dokončena oprava sektoru 3-4 poškozeného při nehodě. Úspěšně byla otestována jeho těsnost. Tři malé netěsnosti, kterými se do části s velmi vysokým vakuem dostával plyn, byly opraveny. Dokončení oprav tohoto sektoru je důležitým krokem v cestě za reálným spuštěním urychlovače LHC.


V průběhu června a července úspěšně pokračovaly testy kvality spojů a nového systému ochrany před ztrátou supravodivosti na dalších sektorech. V polovině července se však objevily úniky helia u sektoru 8-1 a 2-3, které byly drženy na nízké teplotě. Byly zde prováděny elektrické testy některých jeho částí při teplotě 80 K. Odstranění úniků si však vyžádá částečné ohřátí obou sektorů. Netěsnosti se objevily v obálkách oddělujících heliový systém a ochranné vakuum, které slouží k zabránění přechodu tepla. Opravy tak nezasáhnou trubici, ve které se má pohybovat svazek. Oprava těchto netěsností byla důvodem dalšího posunutí spuštění urychlovače o několik týdnů.

 

 

Zvětšit obrázek
Práce při opravách elektrických propojení magnetů (zdroj CERN).

V polovině července byly také úspěšně dokončeny úpravy na sektorech 4-5 a 6-7 v režimu pokojové teploty. Byla provedena kontrola supravodivých spojů a patnáct z nich bylo opraveno. U sektoru 4-5 byla také nainstalována třetina (zhruba 60) pojistných ventilů, které umožní rychlý únik vypařeného helia v případě nehody. Čtyři další sektory už jsou úplně upraveny a u zbývajících sektorů, které musely zůstat na nízkých teplotách a nemohly být na nich namontovány nové pojistné ventily,  byl alespoň vylepšen stávající systém pro únik helia.


Celkově se tak stav prací na opravách a úpravách  dostal do takového stádia, že je možné dobře předpovědět dobu potřebnou pro zbývající práce. Nejdůležitější je, že jsou dokončeny elektrické testy všech deseti tisíc supravodivých spojů. Supravodivá část spoje je ve všech případech již v pořádku. Měděná část je prověřena pro práci při urychlování do energie zhruba 5 TeV, ví se však o místech, kde bude potřeba oprava pro provoz při velmi vysokých energiích. Vedení laboratoře CERN si tak mohlo dovolit vyhlásit oficiální termín opětného zahájení spouštění urychlovače na listopad tohoto roku. Na závěr bych ještě uvedl jednu skutečnost, která také dokumentuje náročnost provedených úprav. V průběhu prací se instalovalo 160 km nových kabelů.
 

Zvětšit obrázek
Práce na uzavírání sektorů v tunelu LHC (zdroj CERN).


Jak bude probíhat spouštění

Vedení laboratoře si je vědomo toho, že si nemůže dovolit další chybu. Proto bude spouštění probíhat velice opatrně. Nejdříve se otestuje vstříknutí svazku z předurychlovače a jeho vedení v obou směrech bez urychlování. Vyzkouší se několik směn nabírání dat experimenty při celkové energii srážky 0,9 TeV. První data s energií srážky větší budou získána až po několika týdnech provozu bez urychlování. Urychlovač nebude urychlovat na energii větší než 3,5 TeV (celková energie srážky 7,0 TeV) do té doby, než se nashromáždí dostatečná kolekce experimentálních dat a hlavně nezíská obsluha urychlovače dostatek zkušeností s jeho provozem. Tím by mělo být zajištěno, že přechod k energii 5 TeV (celková energie srážky 10 TeV) se obejde bez problémů. K němu by mělo dojít ještě v roce 2010 a v ideálním případě by se ještě ke konci roku 2010 mělo stihnout urychlování těžkých iontů (jader olova). Na to se opravdu moc těším, stejně jako ostatní fyzikové na experimentu ALICE.

Zvětšit obrázek
Zobrazení dráhy nabitých sekundárních částic částí experimentu LHCb. Částice vznikly po nárazu protonů svazku do zařízení, které jej zastavilo. (Zdroj CERN LHCb).

Ve všech případech se bude začínat u malých intenzit svazku a jen postupně se budou zvětšovat. Koncem roku 2010 by se práce urychlovače přerušila a v nastalé přestávce by se zkontrolovaly a vyměnily měděné části některých supravodivých propojení, jejichž vlastnosti nevyhovují pro práci v režimu urychlování na energie větší než 5 TeV.

 

 

Co se dělo během nucené odstávky na experimentech?

Všechny experimenty, které jsou na urychlovači LHC, se snažily využít čas během nucené odstávky co nejefektivněji. Pracovalo se hlavně ve dvou oblastech. První byla montáž  zařízení, která se plánovala až na pozdější dobu, a testování, opravy a úpravy toho stávajícího. Jako příklad zde uvedu práce, které se podařilo vykonat na experimentu ALICE. Tam se povedlo nainstalovat další moduly detektoru přechodového záření, což přináší značné rozšíření jeho efektivity. Ovšem nejdůležitější akcí byla instalace prvních modulů elektromagnetického kalorimetru, jehož budování mohlo být zahájeno díky silné americké finanční účasti teprve na přelomu roku 2008 a 2009. Půjde o velice silnou zbraň pro detekci fotonů a neutrálních hadronů produkovaných ve srážkách těžkých jader. Hlavně fotony nesou tu nejpřímější informaci o superhorké hmotě z ranných stádií těchto srážek. Podařilo se také přeorganizovat kabeláž soustavy vnitřních dráhových detektorů a ulehčila se tak dostupnost některých částí experimentu ALICE, což je velmi důležité pro rychlé a operativní reakce na různé jejich problémy. U experimentu LHCb se podařilo dokončit poslední vrstvu mionových komor, takže je teď detektor plně dokončený. A také u ostatních experimentů se podařilo dokončit řadu vylepšení.


Další důležitou činností byla kalibrace detektorů pomocí mionů kosmického záření. Ty pronikají do hlouby desítky až stovky metrů do podzemí a jejich průchod různými detektory je možné využít pro energetickou i časovou kalibraci detektorů. Velmi důležité je hlavně určení časování signálů z jednotlivých detektorů. Problém nastává, jestliže chceme určovat časování detektorů, které nejsou řazený za sebou ve vertikálním ale horizontálním směru. Kosmické miony totiž letí zhruba ze směru zemského povrchu. To je hlavně problém experimentu LHCb, který má téměř všechny detektory řazeny právě v horizontálním směru. Ovšem LHCb má jednu výhodu. Je blízko místa, kde se vstřikuje svazek z předurychlovače do LHC. Stejnou výhodu má pro svazek vstřikovaný do opačného směru experiment ALICE. Oba tyto experimenty tak mohly využít toho, že se několikrát testovalo vstřikování svazku střídavě v různých směrech do LHC. V samotném LHC nebyly magnety v provozu, takže se zde pohyboval svazek rovně. Do cesty se mu také vložila zábrana, která svazek zastavila.

Zvětšit obrázek
Dokončování některých částí zařízení experimentu ALICE během nucené odstávky LHC (zdroj CERN).

Experimenty ALICE a LHCb mohly využít pro kalibrace sekundární částice, které vznikly při nárazu svazku protonu do této zábrany. Výsledkem je, že všechny experimenty mají již nyní velice dobrou kalibraci. A dosažená úroveň určující přesnost určení energie, polohy či dalších fyzikálních parametrů částic, kterou předváděli fyzici z jednotlivých experimentů na nedávné konferenci SPIN-2009 na MFF UK v Praze, je pro období před reálným startem práce urychlovače velmi neobvyklá a troufám si říci přímo fantastická. 

 

Připouštím, že náročnost spouštění a problémy, které takové nahromadění techniky na hranici našich technologických možností u urychlovač LHC přináší, vedení laboratoře CERN podcenilo a reklamní kampaní minulý rok si docela zavařilo. Ovšem používání obratů jako „neslavný návrat“, „největší problém současné vědy“ či „největší propadák“, které se tu objevily, nejsou asi adekvátní. Ono totiž při práci na hranicích našich technologických možností i průšvihy přinášejí obrovské množství velice důležitých poznatků. A pochopení práce supravodivých systémů, které za poslední rok získali technici urychlovače LHC, je velice cenné pro firmy pracující v této oblasti.

Zvětšit obrázek
Největším detektorovým systémem na urychlovači LHC je experiment ATLAS (zdroj účastníci Českého učitelského týdne v laboratoři CERN 2009).

Využití supravodivosti i velice silných supravodivých magnetů je velmi perspektivní oblastí, která může lidstvu přinést velice hodně. Její rozvoj je jedním z nepřímých výsledků laboratoře CERN a budování urychlovače LHC. Spouštění teď bude v každém případě opatrnější a pomalejší. Na druhé straně však je úroveň kalibrace detektorů a pochopení jejich činnosti u všech experimentů natolik vpředu, že se to určitě projeví v rychlejší analýze získaných dat. 

 

Co se děje na Tevatronu

Díky problémům se spouštěním urychlovače LHC dostal urychlovač Tevatron delší dobu na nové objevy. Podívejme se na to, co se fyzikům, pracujícím na tomto zařízení, podařilo během toho roku, který uběhl od článku, který jsem Tevatronu věnoval. Článek na předchozí příspěvek o Tevatronu  z minulého roku navazuje a pokud by čtenář potřeboval připomenout některé pojmy a skutečnosti, může do článku nahlédnout. Pokud by se zamotal do přehršle různých částic, může mu jako Ariadnina nit posloužit předchozí příspěvek o nich.


Produkce jednotlivého kvarku t

Jak bylo popsáno v minulém článku, patří k největšímu úspěchu Tevatronu potvrzení existence šestého nejtěžšího kvarku t v roce 1994. Kvark t se označuje jako svrchní (anglicky top). Od té doby je produkce  kvarků t a studium jejich vlastností jednou z nejzajímavějších oblastí výzkumu tohoto urychlovače. V téměř všech případech se kvark t produkuje v páru se svým antikvarkem. Je to tím, že je nositelem specifické fyzikální vlastnosti, která by se dala označit česky jako „svrchnost“, i když to zní velice nehezky. Ta nabývá pro kvark t hodnotu +1, hodnotu -1 pro antikvark t a pro ostatní kvarky i antikvarky je nulová. Ve všech procesech, které probíhají silnou interakcí, se musí hodnota této fyzikální veličiny zachovávat. Proto se při produkci kvarku t v silných interakcích musí zároveň produkovat i antikvark t, aby i v konečném stadiu byla výsledná hodnota „svrchnosti“ nulová. Je to podobné, jako se musí zachovávat podivnost spojená s třetím kvarkem s. O ní jsme si podrobně psali v článku  věnovanému tomu, jak můžeme odlišit levou a pravou stranu a hmotu od antihmoty. Tam je ukázáno, že slabá interakce může některé z přírodních zákonů porušovat a mezi ně patří i možnost narušení zákona zachování podivnosti či svrchnosti. Toto privilegium však příroda u této interakce penalizuje její extrémní slabostí ve srovnání s ostatními interakcemi, které se v přírodě vyskytují. Jestliže má vzniknout pouze osamocený kvark t nebo osamocený antikvark t, musí k tomu dojít v procesu probíhajícím slabou interakcí. Pravděpodobnost takového procesu je ovšem díky slabosti této interakce extrémně malá. To byl důvod, proč identifikace produkce osamělého kvarku t, o které se už na Oslovi psalo,   byla tak náročná a trvala tak dlouho.


Zprostředkující částicí slabé interakce jsou kromě neutrálního Z0 bosonu i nabité bosony W+ a W-. A právě přes virtuální bosony W probíhají procesy vedoucí ke vzniku osamoceného kvarku t. Osamocený je však jen v tom smyslu, že nevzniká antikvark t. Vždy však současně s ním vzniká kvark nebo antikvark b a někdy vznik těchto těžkých kvarků doprovází produkce i dalších lehčích kvarků.

 

Zvětšit obrázek
Zobrazení některých možných variant produkce osamoceného kvarku t pomocí Feynmanových diagramů. Proton i antiproton obsahují kvarky, antikvarky i gluony. Potřebné procesy pak vznikají při interakci kvarku s antikvarkem nebo gluonu s kvarkem. Jde o proces slabou interakcí, při kterém se mění náboj částic, takže je vždy účasten i W boson. (Zdroj Fermilab, experiment D0).


A k čemu je studium takové produkce osamocených kvarků t pomocí slabé interakce užitečná? V již zmíněném článku, který popisuje narušení různých symetrii v procesech probíhajících slabou interakcí, se diskutuje narušení CP symetrie. Nalezení jejího popisu se podařilo japonským fyzikům Makoto Kobajašimu a Tošihide Maskawovi, kteří za něj dostali Nobelovu cenu v loňském roce.   K popisu se využívá tzv. CKM (Cabibbo-Kobayashi-Maskawa) matice. Jedná se o matici, která popisuje míchání mezi kvarky d,s a b případně u, c a t v procesech probíhajících slabou interakcí. A právě parametry této matice spojené s kvarky b a t lze velice zpřesnit pomocí zmíněné společné produkce t a b kvarků v slabé interakci. Jde o důležitou možnost, jak zpřesnit naše znalosti teorie elektroslabých interakcí a celého standardního modelu částic a interakcí. A jen na základě jeho dokonalého poznání lze hledat projevy nové fyziky či nových částic nebo polí.

 

Nové informace o Higgsově bosonu

Velmi důležitou nepřímou informaci o existenci a hmotnosti Higgsova bosonu mohou přinést přesná měření hmotnosti W bosonu. Jedná se o zprostředkující částici slabé interakce, která má hmotnost zhruba 85krát větší než proton. Stejně jako Higgsova částice je součástí zmiňovaného standardního modelu částic a interakcí. V něm vystupuje hmotnost bosonu W a kvarku t jako důležitý parametr ve výpočtech pomocí nichž lze zpřesnit rozsah možných hmotností higgse.


V březnu byl publikován další společný výsledek experimentů D0 a CDF týkající se právě higgse. Jednalo se o pokračování práce na kombinované analýze dat získaných oběma experimenty, o které se mluvilo již v příspěvku z minulého roku. Nyní se podařilo vyloučit existenci higgse s hmotností v intervalu mezi hodnotami 160 až 170 GeV/c2. Doposud byla možná hmotnost higgse omezena zdola pozorováními na elektron pozitronovém srážeči LEP, který pracoval v laboratoři CERN a v jehož tunelu se nyní nachází urychlovač LHC. Zjistilo se tam, že musí být těžší než 114 GeV/c2 . Shora je pak omezen hodnotou 185 GeV/c2. Ta je dána právě zmíněnými výpočty v teorii elektroslabé interakce, která je součástí standardního modelu.


Energie srážek studovaných na Tevatronu zůstává stejná, takže kvalita získaných dat je dána množstvím srážek, které lze uskutečnit. V této oblasti se daří zvyšovat intenzitu i kvalitu svazků protonů a antiprotonů na tomto urychlovači i efektivitu provozu celého systému. Předpokládá se, že množství dat nabraných v následujícím období až do konce roku 2010 umožní zvýšit statistiku dat, ve kterých lze hledat higgse třikrát. Jestli to povede k jeho ulovení Tevatronem, záleží hlavně na jeho hmotnosti. Je pochopitelně jasné, že v případě, pokud příroda fyzikům z Fermilabu šanci poskytne, udělají vše pro to, aby urychlovač LHC předběhli.

 

Zvětšit obrázek
Rozpad těžkého baryonu omega b- (Zdroj Fermilab).


Doplňování „periodické tabulky“ baryonů

Situace v objevování velice těžkých hadronů, částic interagujících silnou interakcí a složených z kvarků, se během toho roku na jedné straně vyjasnila a na druhé dost zamotala. V předchozím článku jsme si popsali objev několika těžkých baryonů obsahujících druhý nejtěžší kvark b. Baryony jsou částice, které obsahují tři kvarky, patří mezi ně třeba proton a neutron.  Mezi nimi byla částice Ξb-, která je složená z kvarků dsb. Částici pozorovali fyzici experimentu D0. Teď se pozorování této částice podařilo i fyzikům z experimentu CDF. Potvrdili, že její hmotnost je zhruba šestkrát větší než je hmotnost protonu (přesněji 5,7909±0,0034 GeV/c2). Výsledek i pro další pozorované vlastnosti je ve velmi dobré shodě s údaji z experimentu D0.




Naopak v případě ještě exotičtějšího baryonu  omega b- , který se skládá z kvarků ssb a minulý rok jeho pozorování ohlásil experiment D0, se výsledky experimentu CDF publikované v tomto roce liší. I v případě experimentu CDF bylo po rozboru stovek bilionů srážek nalezeno zhruba šestnáct kandidátů na rozpad této částice. Liší se určená hmotnost baryonu, u současných měření experimentu CDF je o 0,111±0,026 GeV/c2 nižší, i pravděpodobnost produkce. Pro zajímavost lze uvést, že doba života této částice určená experimentem CDF je zhruba jedna pikosekunda. Nové výsledky experimentu CDF sice lépe souhlasí s teoretickými předpověďmi, ale to ještě nemusí znamenat, že právě ony jsou správné. Pro vyřešení rozporů mezi výsledky experimentu CDF a D0 bude potřeba dalších měření a analýz. Je tak možné, že si nakonec pro konečné vyřešení nesouladu budeme muset počkat na experimenty urychlovače LHC.



Ještě exotičtější hadrony

Začátkem roku 2009 se podařilo na Tevatronu pozorovat náznaky existence velmi podivného hadronu, který vznikal v některých rozpadech mezonu B. Jde o hadron, který není složen z kvarku a antikvarku, jako mezony. O jeho podstatě se zatím pouze spekuluje. Mohlo by jít o „molekulu“ složenou ze dvou mezonů nebo o vázané spojení kvarků a gluonu (to je boson zprostředkující silnou interakci). Podobné stavy byly již pozorovány dříve, například experimentem Belle v japonské laboratoři KEK, ale jejich existence a interpretace je stále zdrojem kontraverzí. Je proto velmi důležité každé nové nezávislé pozorování. O tom, jak taková pozorování probíhají a jak se určuje hmotnost těchto nových částic jsem psal v tomto článku.

 

 

Zvětšit obrázek
Produkce exotického a zatím dost kontroverzního hadronu Y(4140) (zdroj Fermilab).

Závěr

Doufám, že se mi podařilo čtenáře přesvědčit, že i přes potíže, se kterými se potýká urychlovač LHC, nebyl minulý rok pro částicovou fyziku ztracený. Snad jsem ukázal, že spuštění urychlovače LHC bude nadále velice náročnou a dlouhodobější operací, ale neschyluje se tu k žádnému vědeckému debaklu. Nakonec bych si ještě dovolil pár osobních poznámek. Když jsem téměř přesně před dvěma roky posílal první článek do Osla, vůbec mě nenapadlo, že si tak brzy budu pro jeho čtenáře připravovat téma již padesátého příspěvku. Zvolil jsem nakonec téma spojené s urychlovačem LHC, které se objevilo v řadě článků, které jsem pro čtenáře Osla připravil. Nakonec mi opět vyšel dost náročný a dlouhý text. Děkuji všem čtenářům, kteří vydrželi až do závěru. Nevím jaké budou v budoucnu mé časové možnosti, ale doufám, že se mi podaří ještě pár článků pro Osla napsat. A snad alespoň některé ze čtenářů osloví. Chtěl bych poděkovat redakci Osla že se o něj starají. Je to velice potřebná a užitečná činnost. Dále pak ostatním autorům, kteří se snaží popularizovat vědu a poznávání. Díky za poučení z jejich článků, jsou mi příjemnou společností. Čtenářům děkuji za poznámky i dotazy v diskuzích. A hlavně, že mě příliš nekamenovali za řadu chyb, kterých jsem se dopustil. Že mi odpustili řadu případů, kdy jsem nedokázal témata popsat dostatečně srozumitelně, názorně a zajímavě.

 

Stránky autora

Datum: 20.08.2009 01:08
Tisk článku

Fyzika v příkladech II - Samek Ladislav, Vlčák Petr
 
 
cena původní: 450 Kč
cena: 387 Kč
Fyzika v příkladech II
Samek Ladislav, Vlčák Petr
Související články:

Co opravdu říká supernova SN1987A k rychlosti světla     Autor: Vladimír Wagner (05.07.2014)
Přelomové pozorování magnetických monopólů ve kvantovém oblaku     Autor: Stanislav Mihulka (30.01.2014)
Kočka Šklíba novým kvantovým paradoxem     Autor: Stanislav Mihulka (28.11.2013)
Kvantové jámy jako účinné sběrače energie     Autor: Stanislav Mihulka (29.10.2013)
Nobelova cena za fyziku pro Peter W. Higgse a Francoise Englerta     Autor: Vladimír Wagner (08.10.2013)



Diskuze:

Ad únik vakua

Vladimír Wagner,2009-08-20 12:50:34

Děkuji Jakubovi Šenkýři za poznámku. V daném případě jsem ne úplně vhodně použil žargon. Opravdu netěsnostmi "unikalo" nebo "se ztrácelo" vakuum. Korektnějí a správněji jsem měl ale napsat, že netěsnostmi se do části s velmi vysokým vakuem dostával plyn.

Odpovědět


Jakub Šenkýř,2009-08-20 13:00:19

Má chyba, byl jsem poněkud horlivý v hlášení "chyby". Na konci následujícího odstavce je vysvětleno, o jaké vakuum se jedná. S unikáním vakua se to má jako s vnikáním zimy do pokoje - logický smysl to dává, jen mě taková formulace ve vědecko-popularizačním článku zmátla :-)

Odpovědět


únik vakua

Arccos Xy,2009-08-21 14:36:02

V žargonu se to objevuje, ale všichni ví, o čem se mluví. Spolupracuji momentálně s firmou, která vyrábí špičkové elektronové mikroskopy. Tam zase běžně vakuum 'pumpují do komory'. :)

Odpovědět

Errata

Jakub Šenkýř,2009-08-20 12:27:44

V sekci "V jakém stádiu jsou opravy a úpravy" ve třetí větě zřejmě nemá unikat vakuum, ale helium. Také by nebylo od věci trochu víc proškrtat "v září minulého roku" za téměř každou zmínkou o nehodě, protože jak zatím čtu, o jinou než tu ze září 2008 se nikdy nejedná a číst stále tentýž dovětek trochu ruší.

Jinak ale samozřejmě perfektní článek, za který panu Wagnerovi děkuji. You made my day :-)

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