Laboratorium dokonuje przełomu w generowaniu na Ziemi plazmy par elektron-pozyton podobnej do kosmicznej

WarsawNaukowcy stworzyli w laboratorium wiązki o wysokiej gęstości składające się z elektronów i pozytonów, zbliżone do tych występujących w głębokiej przestrzeni kosmicznej. To znaczący postęp w dziedzinie fizyki wysokich energii.

Naukowcy z całego świata, w tym z Laboratorium Energetyki Laserowej Uniwersytetu w Rochester, opublikowali swoje odkrycia w czasopiśmie Nature Communications. Udało im się dokonać przełomu, produkując od 100 do 1000 razy więcej par niż było to wcześniej możliwe.

Oto szybka lista najważniejszych informacji:

W projekt zaangażowane są instytucje takie jak Uniwersytet w Rochester, CERN oraz Uniwersytet Oksfordzki. Badania prowadzone były w ośrodku HiRadMat działającym przy akceleratorze Super Proton Synchrotron (SPS) w CERN. Udało się wyprodukować niemal neutralne wiązki elektronowo-pozytonowe. Każdy proton posiadał energię kinetyczną, która była 440 razy większa od jego energii spoczynkowej.

Czarne dziury i gwiazdy neutronowe to najbardziej gęste obiekty w kosmosie. W pobliżu nich występują plazmy, będące specyficznym stanem materii. Są to w szczególności plazmy par elektron-pozyton, w których elektrony i pozytony poruszają się z ogromną prędkością, prawie równą prędkości światła. Dotychczas wytworzenie takich plazm w laboratorium było dużym wyzwaniem.

Charles Arrowsmith, fizyk z Uniwersytetu Oksfordzkiego, dołączy do LLE jesienią. Wyjaśnia, że wytwarzanie dużych ilości par elektron-pozyton było niezwykle trudnym zadaniem, ograniczając naszą wiedzę do idei teoretycznych. Udały eksperyment otworzył teraz nowe możliwości badań w dziedzinie astrofizyki laboratoryjnej.

Zobacz również:

Dzisiaj · 13:23

Niezwykłe siły mechaniczne a ekspresja genów

Zespół wykorzystał ponad 100 miliardów protonów z akceleratora SPS w CERN. Te protony mają wystarczającą energię, by rozbijać atomy i uwalniać kwarki oraz gluony. Powoduje to powstanie kaskady cząstek, które przekształcają się w elektrony i pozytony. Przy takiej ilości cząstek, wiązka zaczyna przypominać plazmę spotykaną w kosmosie.

Dustin Froula i Daniel Haberberger z LLE współpracowali z Arrowsmithem w celu zaprojektowania eksperymentu. Współpracowali z naukowcami z różnych instytucji, w tym z Science and Technology Facilities Council Rutherford Appleton Laboratory, University of Strathclyde oraz Atomic Weapons Establishment w Wielkiej Brytanii.

To badanie może pomóc nam zrozumieć, jak zachowują się drobne cząstki w rozbłyskach gamma lub dżetach z blazarów. Arrowsmith twierdzi, że opracowali metody zmiany rozprzestrzeniania wiązek cząstek. Dzięki temu mogą badać interakcje plazmy w kontrolowany sposób.

Gianluca Gregori z Uniwersytetu Oksfordzkiego zwraca uwagę, że teleskopy nie są w stanie dostrzec bardzo małych szczegółów odległych obiektów kosmicznych. Eksperymenty laboratoryjne mają na celu sprawdzenie, czy prognozy modeli komputerowych są poprawne. Gregori podkreśla również potrzebę współpracy naukowców z różnych laboratoriów na całym świecie.

Inne instytucje współpracujące to Lawrence Livermore National Laboratory, Instytut Fizyki Jądrowej im. Maxa Plancka, Uniwersytet Islandzki oraz Instituto Superior Técnico w Portugalii. Wyniki zespołu pojawiają się w kontekście ich prób rozwijania nauki o plazmie poprzez zderzanie bardzo silnych laserów. Badania przeprowadzą w obiekcie NSF OPAL.