Ögeler etikete göre görüntüleniyor: fiziği

27 Mart 2018, Jennifer Chu, Massachusetts Teknoloji Enstitüsü tarafından

Bu hafta, MIT'de araştırmacılar da dahil olmak üzere uluslararası bir fizikçi ekibi, fiziğin en temel sorularını yanıtlamak için tasarlanan bir yeraltı deneyinden elde edilen ilk sonuçları rapor ediyor: Neden evrenimiz çoğunlukla maddeden oluşuyor?

Teoriye göre, Big Bang, eşit miktarda madde ve antimaddeden oluşmalıydı - ikincisi, esas olarak maddenin görüntüsünü yansıtan "antipartiküller" i, sadece protonların, elektronların, nötronların ve diğer parçacık muadillerininkilerin karşısındaki yükleri taşıyordu. Ve yine de, büyük ölçüde galaksilerden, yıldızlardan, gezegenlerden ve etrafımızda gördüğümüz her şeyden (ve çok az antimadde) oluşan, kesinlikle maddi bir evrende yaşıyoruz.

Fizikçiler, Big Bang'i izleyen ilk anlarda, bazı süreçlerin dengeyi maddeye göre hareket ettirmesi gerektiğini öne sürerler. Bu türden bir teorik süreç, neredeyse hiç kütleye sahip olmayan ve diğer maddelerle çok az etkileşime girmesine rağmen, evrene nüfuz ettiği düşünülen bir parçacık olan nötrinoyu içerir;

Nötrino'nun kendi antipartikülü olması ihtimali vardır, bu da kendisinin bir madde ve antimadde versiyonu arasında dönüşme yeteneğine sahip olabileceği anlamına gelir. Eğer durum buysa, fizikçiler bunun, evrenin dengesizliğini açıklayabileceğine inanırlar, çünkü Big Bang'den hemen sonra üretilen ağır nötrinolar, asimetrik olarak çürüyecekti, kendiliğinden antimadde değil, daha çok madde üretecekti.

Nötrino'nun kendi antipartikülü olduğunu teyit etmenin bir yolu, "  " olarak bilinen aşırı derecede nadir bir prosesi saptamaktır , burada tellurum veya ksenon gibi stabil bir izotop, elektronlar ve doğal olarak bozulduğu gibi, antineutrinos. Eğer nötrino aslında kendi antipartikülü ise, o zaman fiziğin kurallarına göre antineutrinos birbirini iptal etmeli ve bu çürüme süreci "nötrrenolüs" olmalıdır. Bu işlemin herhangi bir ölçüsü, sadece izotoptan kaçan elektronları kaydetmelidir.

Nadir Olaylar için Kriyojenik Yeraltı Gözlemevi için CUORE olarak bilinen yeraltı deneyi, 988  olan tellür dioksidin doğal çürümesinden nötrinolüssüz bir çift beta bozunumu tespit etmek için tasarlanmıştır . Bu hafta Fiziksel Gözden Geçirme Mektupları'nda yayınlanan bir makalede , MIT'deki fizikçiler de dahil olmak üzere araştırmacılar CUORE (“kalp” için İtalyanca) tarafından toplanan ilk iki ayda raporlar. Ve henüz söylem sürecini henüz tespit etmemiş olsalar da, böyle bir sürecin, eğer varsa, o zamana kadar alması gereken zamanın en katı sınırlarını belirleyebildiler. Elde ettikleri sonuçlara göre, tek bir atom tellürumun, en fazla 10 septilyonda (1 ve 25 sıfır) bir yıl sonra nötrinolüs bir çift beta bozunması gerektiğini tahmin ederler.

 

Araştırmacılar, denemenin 988 kristali içindeki muazzam sayıda atomu hesaba katarak, önümüzdeki beş yıl içinde, bu sürece giren en az beş atomu tespit edebilmeleri gerektiğini, eğer varsa, nötrino'nun kendine ait olduğunu gösteren kesin bir kanıt sağladığını tahmin ederler. antiparçacık.

Analize liderlik eden MIT'deki Fizik Profesörü Jerrold R. Zacharias CUORE üyesi Lindley Winslow, “Gözlemlenirse çok nadir bir süreçtir. "Burada büyük heyecan, 998 kristalin birlikte çalışabilmesiydi ve şimdi bir şeyler denemek ve görmek için bir yoldayız."

CUORE işbirliği, başta İtalya ve ABD olmak üzere toplam 150 bilim insanını kapsamaktadır. Bunlar arasında Winslow ve küçük bir postdokes ekibi ve MIT'den mezun öğrenciler de bulunmaktadır.

Bilim adamları, nötrino dağ deneyinden ilk sonuçları bildirdiler
Kriyostat üzerinde çalışan araştırmacılar. Kredi: CUORE İşbirliği

Evrendeki en soğuk küp

CUORE deneyi, evrenin kaynaklarından gelen sürekli radyasyon bombardımanı gibi dışsal uyaranlardan korunmak için, merkezi İtalya'da bir dağın derinliklerinde gömülü olan yeraltında yerleşiktir.

Deneyin kalbi 19 kuleden oluşan ve her biri toplamda 988 kristali olan ve toplamda 742 kilogram veya 1,600 lira olan küp küp şeklinde kristaller içeren 19 kuleden oluşan bir detektördür. Bilim adamları, bu kristal miktarının, belirli bir tellür izotopunun yaklaşık 100 septilyon atomunu içerdiğini tahmin ediyorlar. Elektronik ve sıcaklık sensörleri çürüklerinin izlerini izlemek için her kristale bağlanır.

Dedektörün tamamı, ultra millik bir buzdolabında bulunur ve yaklaşık 6 millikelvin veya -459.6 Fahrenheit derecesinde sabit bir sıcaklık sağlayan bir otomat makinesinin büyüklüğünde bulunur. İşbirliği içindeki araştırmacılar daha önce bu buzdolabının evrendeki en soğuk metreküp olduğunu hesapladılar.

Tek bir tellür atomunun bozunmasıyla oluşan sıcaklıktaki dakika değişikliklerini tespit etmek için deney aşırı derecede soğuk tutulmalıdır. Normal bir çift beta bozunma işleminde, bir tellür atomu iki elektronun yanı sıra ısı formunda belirli bir enerjiye sahip iki antineutrinos verir. Nötrinolüssüz bir çift beta bozunması durumunda, iki antineutrinos birbirini iptal etmeli ve sadece iki elektron tarafından salınan enerji üretilmelidir. Fizikçiler daha önce bu enerjinin 2.5 megaelektron volt (Mev) civarında olması gerektiğini hesaplamışlardır.

CUORE'un çalışmasının ilk iki ayında, bilim adamları aslında, 988 tellür kristalinin sıcaklığını alarak, 2.5 Mev işaretinin etrafında enerjide minik bir artışa neden oldular.

Winslow, "CUORE devasa bir termometre gibidir" diyor. "Bir kristal üzerinde ısı birikimi gördüğünüzde, dijital hale getirebileceğiniz bir nabız göreceksiniz. Ardından bu darbelere bakın ve nabzın yüksekliği ve genişliği orada ne kadar enerji olduğunu gösterir. yakınlaştırma ve 2,5 mevsimde kaç olay olduğunu saydık ve temelde hiçbir şey görmedik. Bu muhtemelen iyi çünkü verilerden ilk iki ayda hiçbir şey görmeyi beklemiyorduk. "

Kalp devam edecek

Sonuçlar, CUORE'un şimdiye kadar çalıştırdığı kısa pencerede, detektördeki 1000 septilyon tellür atomunun bir tanesinin, nötrenolüssüz bir çift beta bozunmasına maruz kalmayacağını göstermektedir. İstatistiksel olarak, bu, bir nötrino aslında kendi antipartikülü ise, tek bir atomun bu sürece girmesi için en az 10 septilyon yıl veya yıl alacağı anlamına gelir.

Winslow, “Tellurium dioksit için, bu sürecin bugüne kadar elde ettiğimiz en iyi zaman sınırı” diyor.

CUORE önümüzdeki beş yıl boyunca kristalleri izlemeye devam edecek ve araştırmacılar şimdi deneyi, daha fazla sayıda atom içinde aynı süreci arayacak olan dedektör olan CUPID adını verdikleri yeni nesli tasarlıyorlar. Winslow, CUPID'in ötesinde, bilim adamlarının kesin bir sonuç çıkarabilmesinden önce, mümkün olan daha büyük bir iterasyon olduğunu söylüyor.

Winslow, “Eğer 10 ila 15 yıl içinde bunu görmezsek, doğa bir şeyi gerçekten garip bir şekilde seçmedikçe, nötrino büyük ihtimalle kendi antipartikülü değildir” diyor. “Parçacık fiziği size nötrino'nun hala kendi antipartikülü olması için çok daha fazla serseri odası olmadığını ve sizin görmediğinizi söylüyor. Saklanacak pek çok yer yok.”

 Daha fazla keşfet CUORE deney, nötrino özelliklerini kısıtlar

Daha fazla bilgi: C. Alduino ve ark. CUORE'dan İlk Sonuçlar: Te130'un 0νββ Çürüme Yoluyla Lepton Numarası İhlali İçin Bir Arama, Fiziksel Gözden Geçirme Mektupları (2018). DOI: 10.1103 / PhysRevLett.120.132501 



Read more at: https://phys.org/news/2018-03-scientists-results-neutrino-mountain.html#jCp

Yayınlandığı Kategori Bilim ve Teknoloji Haberleri

Piller en rahatsız edici zamanlarda ölüyor. Cep telefonları önemli konuşmalar sırasında karanlıktır çünkü bir pil şarj edilmemiştir. Ya da otomotiv endüstrisi yeni bir akülü araç için heyecanla hareket ediyor, ama sık sık yeniden şarj edilmeye ihtiyacı var. Ya da dize düzelticinizin bataryasının ölmesi nedeniyle bahçe işleri ertelenir.

Dallas Üniversitesi'ndeki araştırmacılar,  önemli ölçüde uzatabilecek yüksek güçlü, çevre açısından güvenli bir lityum-sülfür ikamesini geliştirdiler . Onların çalışmaları Nature Nanotechnology dergisinde yayınlandı .

"Ortak lityum iyon piller sadece belirli bir kapasiteye sahiptir," diyor Dr. Kyeongjae "KJ" Cho, malzeme bilimi ve mühendisliği profesörü. "Çoğu insan telefonlarını daha uzun süre kullanmak istiyor."

Birçok akıllı telefon kullanıcısı, lityum iyon pillerin raf ömrüne aşinadır. Bazen bir ücret kabaca bir gün sürebilir. Cho, bu ücretin bir hafta veya daha fazla sürdüğü takdirde çoğu kişinin daha uygun olacağını kabul edeceğini söyledi.

Cho, araştırma uzmanı Dr. Jeongwoon Hwang ile birlikte, her ikisi de Erik Jonsson Mühendislik ve Bilgisayar Bilimleri Okulu, lityum-iyon akülerden evrimleşmek için uzun zamandır kabul edilen lityum-sülfür pillerini geliştirmek için diğer bölgesel bilimcilerle çalıştı.

Lityum-Kükürt Çözümü Olabilir

Lityum-sülfür pilleri, lityum iyon pillere göre önemli avantajlara sahiptir. Cho'ya göre, daha az tartmak, daha az tartmak, lityum iyon pillerin enerjisinin neredeyse iki katı depolamak ve çevre için daha ucuzdurlar.

Cho, “Bir lityum-kükürt bataryası, araştırma topluluğunun çoğunun yeni nesil batarya olduğunu düşünüyor” dedi. "Bu,  yaklaşık üç ila beş kat daha yüksek bir kapasiteye sahip , yani üç saat süren bir telefona alışırsanız, bir  dokuz ila 15 saat boyunca kullanabilirsiniz ."

Fakat lityum-sülfür piller problemsiz değildir. Sülfür zayıf bir elektrik iletkendir ve sadece birkaç şarj ve yeniden doldurma döngüsü boyunca kararsız hale gelebilir. Elektrotların parçalanması, lityum-sülfür pillerinin ana akım olmadığı başka bir nedendir.

Bilim adamları lityum-sülfür pillerinin lityum metalini bir elektrot ve diğer yandan kükürt üzerine koyarak geliştirmeye çalışmışlardır. Bununla birlikte,  genellikle çok kararsız ve sülfür çok yalıtıcıdır. Bilim adamları, bir elektrotta daha fazla iletkenlik oluşturan bir kükürt-karbon nanotüp maddesi üreten bir teknoloji ve diğeri için stabilite yaratmak için bir nanomalzemel kaplama keşfettiler.

Cho ve diğer araştırmacılar, genellikle çeliği güçlendirmek ve sertleştirmek için kullanılan metalik bir element olan molibdenin, iki atom kükürtle bir araya getirildiğinde kaplamanın kalınlığını ayarlayan bir malzeme oluşturduğunu, bir örümcek ağacının ipeğinden daha ince bir kaplama oluşturduğunu keşfetti. Daha iyi bir güç yoğunluğu ve lityum-sülfür pillerinin ticari olarak daha uygun hale getirilmesini sağlayarak, stabiliteyi arttırdı ve kükürdün zayıf iletkenliği için telafi edildi.

Cho, “Herkesin uzun zamandır aradığı şey buydu” dedi. "Bu atılım. Yan reaksiyonları bastırmaya çalışıyoruz. Bu bir koruma teknolojisi."

Bilim adamları, bu bulguların pillere bakma şeklimizi değiştirebileceğini ve  ömrünü yaşayabileceğini söylüyor .

Cho, "Bunu bir sonraki adıma taşıyoruz ve malzemeyi tamamen dengeleyip gerçek, pratik ticari teknolojiye getireceğiz." Dedi.

 Daha fazla keşfet: Organik / inorganik sülfür güvenli şarj edilebilir lityum piller için anahtar olabilir

Daha fazla bilgi: Eunho Cha ve diğ. Yüksek performanslı Li-S akülerde, Doğa Nanoteknolojisinde (2018) , lityum metal anotlar için etkili bir koruyucu tabaka olarak 2D MoS2 . DOI: 10.1038 / s41565-018-0061-y



Read more at: https://phys.org/news/2018-03-batteries.html#jCp

Yayınlandığı Kategori Bilim ve Teknoloji Haberleri
Cumartesi, 10 Şubat 2018 12:44

Işık hızı sıfıra düşürülebilir

Bilim insanları saniyede 300 bin kilometre hızla yol alan ışığın hızının sıfıra indirilebileceği tezini ortaya attı.

Yayınlandığı Kategori Bilim ve Teknoloji Haberleri
Pazar, 07 Ocak 2018 01:03

Parçacık fiziğinde bir keşif daha

İki ağır kuarkın kaynaşmasının, nükleer füzyondan yaklaşık 10 kat daha fazla enerji üretebileceği ortaya çıkarıldı.

Yayınlandığı Kategori Bilim ve Teknoloji Haberleri