Socialiniai tinklai

Mokslas

Tamsiosios materijos detektoriumi stebėtas rečiausias kada nors užfikuotas įvykis

technologijos

Paskelbta

data

Kaip stebėti procesą, trunkantį daugiau nei trilijoną kartų ilgiau už Visatos amžių? XENON Collaboration tyrėjų komanda atliko tai instrumentu, skirtu neapčiuopiamų Visatos tamsiosios materijos dalelių paieškai. Balandžio 25 dieną žurnale Nature publikuotame straipsnyje tyrėjai praneša stebėję ksenono-124 skilimą, kurio pusperiodis yra 1,8×10²² metų.

„Iš tiesų matėme, kaip vyksta šis skilimas. Tai – ilgiausias, lėčiausias kada nors tiesiogiai stebėtas procesas, ir mūsų tamsiosios materijos detektorius pakankamai jautrus, kad jį išmatuotų,“ sakė Ethanas Brownas, fizikos asist. prof. Rensselaer, ir tyrimo benraautorius. „Nuostabu būti šio proceso liudininku, ir tai rodo, kad mūsų detektorius gali užfiksuoti rečiausią kada nors užfiksuotą įvykį.“

XENON Collaboration naudoja XENON1T, 1 300 kilogramų indą pilną supergryno skysto ksenono, nuo kosminių spindulių saugomo kriostate, panardintame į vandenį 1 500 metrų po Gran Sasso kalnais Italijoje. Tyrėjai ieško tamsiosios materijos (kurios penkis kartus daugiau, nei įprastos, bet kuri labai retai su įprasta materija sąveikauja) fiksuodami mažus šviesos žybsnius, kai dalelės sąveikauja su detektoriaus ksenonu. O kadangi XENON1T buvo skirtas fiksuoti tamsiosios materijos dalelės ir ksenono branduolio sąveiką, detektorius aptinka bet kokią sąveiką su ksenonu.

Ksenono skilimo požymiai radosi, ksenono atomo branduolio protonui pavirtus į neutroną. Daugumoje skylančių elementų tai nutinka, kai į branduolį įtraukiamas vienas elektronas. Bet kad pavirstų neutronu, protonas ksenono branduolyje privalo sugerti du elektronus, – įvykti „dvigubas elektrono perėmimas.“

Dvigubas elektrono perėmimas vyksta tik tada, kai visai šalia branduolio du elektronai atsiduria tinkamu metu – „retas įvykis turi vykti kartu su kitu retu įvykiu, tad bendras įvykis nutinka itin retai,“ paaiškino Brownas

.Kai ši ultrareta proga pasitaikė ir dvigubas elektrono perėmimas įvyko detektoriuje, instrumentas užfiksavo atomo elektronų persirikiavimo, užpildant poros branduolio absorbuotų elektronų vietas, signalą.

„Vykstant dvigubam perėmimui, elektronai perimami iš artimiausio branduoliui elektrono sluoksnio, ir jame atsiranda laisva vieta,“ sakė Brownas. „Likę elektronai peršoka į žemiausią lygį ir mes šį procesą užfiksavome detektoriuje.“

Šis pasiekimas pirmą kartą leido šmatuoti šio ksenono izotopo pusinio skilimo periodą, remiantis tiesioginiu jo radioaktyvaus skilimo stebėjimu.

„Tai – stulbinamas atradimas, praplečiantis fundamentaliausių materijos savybių pažinimo ribas,“ pabrėžė Mokslo mokyklos dekanas Curtas Brenemanas. „Dr. Browno darbas kalibruojant detektorių ir užtikrinant ksenono švarumą iki aukščiausio įmanomo lygio, buvo kritiškai svarbūs šiam svarbiam stebėjimui.“

XENON Collaboration dalyvauja daugiau nei 160 mokslininkų iš Europos, JAV ir Viduriniųjų Rytų, o nuo 2002 metų,naudojo tris vis jautresnius skysto ksenono detektorius Gran Sasso Nacionalinėje laboratorijoje Italijoje. XENON1T, didžiausias tokio tipo detktorius, duomenis rinko nuo 2016 metų iki 2018 metų gruodžio, kai buvo išjungtas. Dabar mokslininkai rengia eksperimentą naujai XENONnT fazei, kurioje aktyvi detektoriaus masė bus trigubai didesnė, nei XENON1T. Drauge su mažesniu foninio triukšmo lygiu, tai detektorius jautrumą padidins maždaug 10 kartų.

Komentarai

Jūsų komentaras

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *

Kosmosas

Ar Venera buvo tinkama gyvybei?

Konstanta 42

Paskelbta

data

Skelbia

Venera yra labai panašaus dydžio į Žemę planeta, tačiau daugeliu savybių ji visiškai nepanaši į mūsiškę. Pavyzdžiui, ją dengia labai tanki atmosfera, sukurianti daugiau nei 400 laipsnių karštį paviršiuje, o aplink savo ašį planeta apsisuka net per 243 Žemės dienas.

Naujame tyrime teigiama, kad šios savybės gali būti susijusios; maža to, abi jos galėjo kilti dėl to, kad Venera kadaise buvo tinkama gyvybei.

Remdamiesi skaitmeniniais modeliais, astronomai išnagrinėjo, kaip Veneros sukimąsi galėtų paveikti Saulės sukeliami potvyniai planetą dengiančiame vandenyne. Žinoma, vandenyno Veneros paviršiuje šiuo metu nėra, bet tolimoje praeityje galėjo būti. O Saulė potvynius Veneroje sukelia stipresnius, nei Žemėje, nes yra arčiau.

Potvyniai lėtina planetos sukimąsi; Žemės paros trukmė pailgėja vos 20 sekundžių per milijoną metų, bet kaimyninėje planetoje efektas gali būti daug stipresnis. Pavyzdžiui, jei Veneros vandenyno vidutinis gylis buvo 850 metrų – gerokai mažiau, nei Žemės 3,7 kilometro – potvyniai jos sukimosi periodą per milijoną metų galėtų pailginti net 72 Žemės paromis.

Kitaip tariant, vos per 10-50 milijonų metų Veneros sukimasis nuo panašaus į Žemę galėtų sulėtėti iki dabartinio. Taip lėtai besisukančioje planetoje stipriai išaugtų temperatūrų skirtumas tarp dienos ir nakties, taigi dienos pusėje vandenynas imtų garuoti. Per dar kelis milijonus metų jis galėtų išgaruoti visiškai, apgaubdamas Venerą tankia atmosfera ir sukeldamas negrįžtamą šiltnamio efektą.

Toks laikotarpis yra labai trumpas, kalbant geologiniais mastais, taigi net jei Veneroje kažkada buvo gyvybei tinkamos sąlygos ir gyvybė susiformavo, ji tikrai neturėjo šansų išgyventi iki šių laikų.

Šie rezultatai piešia niūrias prognozes egzoplanetų gyvybingumui, ypač planetų, kurios sukasi arti mažų žvaigždžių. Jose potvyniai yra labai stiprūs ir net jei jos nėra prirakinamos prie savo žvaigždžių, kad visada į jas būtų nukreipusios vieną pusrutulį, vandenynai vis tiek gali išgaruoti, o šansai užsimegzti gyvybei – išnykti.

Tyrimo rezultatai publikuojami Astrophysical Journal Letters.

Skaityti daugiau

Kosmosas

Visas Marso vanduo dingsta į kosmosą per gigantišką skylę atmosferoje

technologijos

Paskelbta

data

Skelbia

Kadaise Marse vandens netrūko. Dabar Marse sausa ir šalta. Kas išeidamas ištraukė kamštį?

Marso atmosferoje yra kas porą metų atsiveria skylė, per kurią į kosmosą išleidžiami riboti Marso vandens ištekliai — o likęs vanduo atsiduria ašigaliuose.Tai keistą Raudonosios planetos vandens elgesį tyrusios rusų ir vokiečių mokslininkų komandos pateikiamas paaiškinimas. Būdami Žemėje mokslininkai mato, kad aukštai Marso atmosferoje yra vandens, kuris migruoja į ašigalius. Bet lig šiol nebuvo gero Marso vandens apytakos rato veikimopaaiškinimo, ir kodėl kadaise permirkusi planeta dabar sausa kaip pintis.

Vandens garai aukštai Marso atmosferoje stebina, nes Raudonosios Planetos atmosferos vidurinis sluoksnis turėtų vandens apytaką sustabdyti visai.

„Vidurinė Marso atmosferos dalis pernelyg šalta, kad joje galėtų būti vandens garų,“ rašo tyrėjai Geophysical Research Letters žurnale pubblikuotame tyrime.

Tai kaip vandeniui pavyksta įveikti šį vidurinio sluoksnio barjerą?

Remiantis tyrime aprašytomis kompiuterinėmis simuliacijomis, tai susiję su dviem unikaliais Marso atmosferos procesais.

Žemėje vasara šiauriniame pusrutulyje ir vasara pietiniame pusrutulyje yra gan panaši. Bet Marse taip nėra: kadangi planetos orbita gerokai labiau ištęsta, ekscentriška, pietinio pusrutulio vasaromis (kurios ateina kas du Žemės metus) ji būna gerokai arčiau Saulės. Tad šioje planetos dalyje vasaros gerokai šiltesnės už vasaras šiauriniame pusrutulyje.

Kai tai nutinka, remiantis tyrėjų simuliacijomis, Marso viduriniame atmosferos sluoksnyje (tarp 60 ir 90 kilometrų aukščio), atsiveria langas, per kurį vandens garai patenka į aukštesnį atmosferos sluoksnį. Kitu metu dėl Saulės šviesos trūkumo Marso vandens ciklas praktiškai visai išsijungia.

Jau 15 metų Marse dirbantis „Opportunity“ pateko į didelę bėdą: NASA aiškina, kas su juo nutiko ir kodėl mokslininkai labai sunerimę

Marsas nuo Žemės skiriasi dar ir ten dažnai vykstančiomis milžiniškomis dulkių audromis. Šios audros blokuoja Saulės šviesą ir planetos paviršius vėsta. Bet mokslininkų atliktos simuliacijos parodė, kad Marso paviršiaus nepasiekusi šviesos energija kaupiasi atmosferoje, šildo ją ir kuria sąlygas geresniam vandens pernešimui. Vykstant globaliai dulkių audrai, panašiai į Marsą apgaubusią 2017-aisiais, dulkes apdengia mažos vandens ledo dalelės. Šios lengvos ledo dalelės į viršutinę atmosferą pakyla lengviau už kitas vandens formas, tad, per tokiu periodus į viršutinę atmosferą patenka daugiau vandens.

Tyrėjai parodė, kad dulkių audros į viršutinę atmosferą gali iškelti netgi daugiau vandens, nei pietinio pusrutulio vasaros.

Vandeniui vienu ar kitu būdu įveikus vidurinio atmosferos sluoksnio barjerą, vyksta du dalykai: dalis šio vandens nuslenka link šiaurės ir pietų ašigalių, kur galiausiai iškrenta. Bet aukštajame atmosferos sluoksnyje ultravioletinė šviesa gali nutraukti vandens molekulėje vandenilio ir deguonies atomus jungiančius ryšius, – taip vandenilis nuskrieja į kosmosą, palikdamas deguonį.

Šis procesas bent jau iš dalies gali paaiškinti, kaip kadaise kupinas vandens Marsas tapo tokia sausa vieta, kokia dabar yra, rašo tyrėjai.

Skaityti daugiau

Skaitomiausi