keskiviikko 22. maaliskuuta 2017

Viisi uutta hiukkasta


CERNin suurella hiukkaskiihdyttimellä (LHC)[1] on tehty uusi ja jossain määrin odottamatonkin löytö. LHCn LHCb-koeasemalla tehdyt havainnot osoittavat viiden uuden viritystilahiukkasen löytymisen. Viritystilahiukkasilla on korkeampi energia kuin perustilan hiukkasilla. Hiukkaset ovat Oomega-c-nolla hiukkasia ja ne ovat baryoneja muodostuen kolmesta kvarkista, joista kaksi on s-kvakkeja (strange eli ”outo”) ja yksi c-kavrkki ( charm eli ”lumo”).

Oomega-c-nolla hiukkanen hajoaa toiseksi baryoniksi vahvan ydinvoiman vaikutuksesta. Syntyvä hiukkanen on nimeltään Xi-c-plus ja se sisältää c-, s- ja u-kvarkit (up eli ”ylös”). Hajoamisessa syntyy myös K- -kaoni. Xi-c-plus-hiukkanen puolestaan hajoaa protoniksi (p), kaoni K- ja pioniksi p+.

Löydetyt hiukkaset on nimetty nykykäytännön mukaisesti: Ωc(3000)0, Ωc(3050)0, Ωc(3066)0, Ωc(3090)0 ja  Ωc(3119)0 . Vaikka hiukkaset ovat löydetty, niissä riittää tutkittavaa lähivuosiksi vaikka kuinka paljon, kuten esimerkiksi kvanttilukujen määrittäminen. Erityisen suuren mielenkiinnon kohteena tulee olemaan se asia, että kuinka merkittäviä hiukkaset ovat teorioiden kannalta ja mikä niiden lopullinen asema siinä on?

Huomautukset

[1] Large Hadron Collider (LHC) sijaitsee Ranskan ja Sveitsin rajalla ja sen kehän pituus on 27 km. Hiukkaskiihdyttimen tyhjiöputki on superjohtavassa tilassa olevien sähkömagneettien ympäröimä, joiden magneettikenttä pitää putkessa kiihdytettävät varatut hiukkaset (protonit)putken keskellä. Kiihdyttimessä on seitsemän tutkimusasemaa, joiden kohdalla putkessa vastakkaisiin suuntiin kiitävät hiukkaset ohjataan törmäämään toisiinsa.

Hyvin lähellä valonnopeudella kiitävillä hiukkasilla on suuri energia, joka törmäyksessä vapautuu ja luo äärimmäisen lyhyeksi aikaa maailmankaikkeuden alkuhetkellä vallinneen tilan. Tässä tilassa syntyy ja hajoaa suuri joukko hiukkasia, joista tutkijat ovat kiinnostuneet. Tutkijat pystyvät päättelemään hiukkastyypit, energiat ja hajoamistuotteet niiden ilmaisimiin jättämän jäljen perusteella.



maanantai 20. maaliskuuta 2017

Kevätpäiväntasaus aloittaa astronomisen kevään

Kuva © Kari A. Kuure.
Kevätpäiväntasaus on maaliskuun 20 päivänä kello 12.29 Suomen aikaa. Silloin Aurinko näennäisellä vuotuisella radallaan ylittään taivaan ekvaattorin ja siirtyy pohjoiselle tähtitaivaalle. Tasaushetkellä maapallon etäisyys Auringosta on 148 989 994 km.

Samaan aikaan alkaa pohjoisen pallonpuoliskon astronominen kevät, sillä tähtitieteessä käytetään hieman ihmisten mielikuvista tai ilmatieteilijöiden käyttämistä määritelmistä poikkeavia vuodenaikoja. Kesä puolestaan alkaa kesäpäivänseisauksesta, joka tänä vuonna on 21.6.2017 kello 7.24, syksy alkaa syyspäiväntasauksesta (22.9.2017 kello 23.02) ja talvi alkaa talvipäivänseisauksesta (21.12.2017 kello 18.28)

Päivän pituus on jo yli 12 tuntia, sillä ilmakehällisellä planeetallamme auringonnousu näyttää tapahtuneen muutamaa minuuttia aikaisemmin kuin ilmakehättömällä planeetalla muutoin vastaavissa olosuhteissa. Päivän pituus oli 17. päivänä 11h 56m ja 18. päivänä 12h 02m. Vastaavasti yön pituudet olivat 12h 03m ja 11h 57m.



sunnuntai 12. maaliskuuta 2017

Fermin kuplien arvoitus ratkeaa

Kaavio havainnollistaa mittausmenetelmöö, jolla Fermin
kuplien arvoitusta on ratkottu. Kuplan värit ilmentävät
kaasun liikesuuntaa: sinin tulee meitä kohti ja punainen menee
meistä poispäin. Kuva NASA's Goddard Space Flight Center.
Linnunratamme on suhteellisen laakea järjestelmä, jossa on noin 400 miljardia tähteä jakaantuneena erilaisiin spiraalihaaroihin. Linnunradan keskustassa on noin 4,5 miljoonan auringonmassainen musta aukko[1], joka on ilmiselvästi hyvin rauhallinen. Siihen ei ole putoamassa kovinkaan suuria ainemääriä.

Toisin on ollut menneisyydessä, silloin mustaan aukkoon päätyi merkittävä määrä ainetta. Tiedämme tämän koska mustaan aukkoon päätyvä aine ei putoa sinne suoraan, vaan muodostaa kertymäkiekon aukon ympärille. Kertymäkiekossa oleva aine kuumenee plasmaksi ja osa siitä joutuu mustan aukon sijaan kertymäkiekon pyörimisakselin suuntaiseen ainesuihkuun. Suihkun lämpötila on noin 10 miljoonaa Kelviniä ja se kuumentaa Fermin kuplina[2] tunnettuja kaasukuplia niin paljon, että ne säteilevät röntgen- ja gammasäteilyä.

Samanlaisia kaasukuplia on havaittu muissakin galaksissa, mutta ne ovat liian kaukana tarkkojen havaintojen tekemiseksi. Linnunradan tilanne on toisin, sillä katselemme kuplia Linnunradan sisältä. 

Havainnot[4] on tehty Cosmic Origins spektrografilla (COS) ja Hubble avaruusteleskoopin kuvantavalla spektrografilla, joilla havaittiin 46+1 kaukaista kvasaaria[3]. Kvasaarien valo tulee Fermin kuplien läpi, jolloin spektrissä näkyy viileän kaasun aiheuttamia muutoksia. Muutokset kertovat Fermin kuplien kaasun kemiallisesta koostumuksesta, lämpötilasta ja laajenemisnopeudesta.

Tutkimukset ovat osoittaneet Fermin kuplissa olevan jonkin verran piitä ja hiiltä. Kuplien laajenemisnopeudeksi mitattiin noin 1000 km/s ja lämpötilaksi noin 10 000 K. Mustasta aukosta lähtöisin olevan suihkun lämpötila onkin sitten paljon korkeampi, sillä sen on noin 10 000 000 K. Fermin kupliin on kertynyt ainetta noin 2 miljoonan auringonmassan verran ja se ulottuu noin 23 000 valovuoden etäisyyteen Linnunradan keskustasta.

Fermin kuplien laajenemisnopeudesta voitiin laskea niiden syntyneen noin 6–9 miljoonaa vuotta sitten. Silloin Linnunradan keskustan mustaan aukkoon syöksyi merkittävä määrä ainetta, josta kuplat ovat muistona. Sen jälkeen kovinkaan suuria ainemääriä mustaan aukkoon ei ole joutunut ainakaan samassa mittakaavassa.

Huomautukset

[1] Linnunradan keskusta sijaitsee Jousimiehen tähdistössä ja musta aukko tunnetaan nimellä Sgr A* .

[2] Fermin kuplat havaittiin vuonna 2010 NASAn Fermi Gamma-Ray teleskooppia ja nimettiin teleskoopin mukaan.

[3] Kvasaarit ovat etäisten galaksien aktiivisia ytimiä, joissa on supermassiivisia mustia aukkoja. Nimitys kvasari viittaa kohteiden ulkonäköön Maasta katsottuna. Nimitys tulee englanninkielisistä sanoista quasi-stellar object (QSO) ja se tarkoittaa tähden kaltaista kohdetta (kvasistellaarinen kohde), sillä usein optisella kaukoputkella havaittuna ne näyttävät hyvin pieniltä tähdiltä. Erikoista niissä oli se, että niiden punasiirtymä oli suuri eli kohteet olivat niin kaukana ja etääntyivät meistä suurella nopeudella, että yksittäisten tähtien oli mahdotonta näkyä Maahan asti. Päätelmä oli, että kohteet ovat erittäin kirkkaita mutta hyvin pieniä. Ainoa tunnettu kohde voi olla supermassiivinen musta aukko, jonka kertymäkiekko säteilee jopa voimakkaammin kuin kymmenen galaksia yhteensä.

[4] Tutkimusryhmän johtajana toimii tähtitieteilijä Rongmon Bordoloi (Massachusetts Institute of Technology) ja tutkimus julkaistiin 10.1.2017 Astrophysical Journal tiedejulkaisussa.