nauki ścisłe
Autor: Matthew von Hippel | dodano: 2019-01-25
Kod cząstek

Naukowcy tworzą narzędzia matematyczne niezbędne do odkrywania nowych cząstek i zjawisk obserwowanych za pomocą największego akceleratora świata.

WIELKI ZDERZACZ HADRONÓW (Large Hadron Collider, LHC) to największe urządzenie zbudowane kiedykolwiek przez człowieka. Dzięki współpracy przeszło setki państw może rozpędzać protony tak bardzo, że mkną zaledwie o milionowe części procenta wolniej od światła. Zderzenia protonów o tak wielkiej energii powodują ich rozpad na części składowe (kwarki i spajające je gluony), z których następnie powstają nowe cząstki. W ten sposób w 2012 roku, obserwując zderzenia protonów w LHC, odkryto bozon Higgsa, ostatni brakujący element przewidziany przez Model Standardowy cząstek elementarnych. Teraz fizycy mają nadzieję, że dzięki dalszym obserwacjom zdołają znaleźć coś naprawdę nowego: cząstki nieznane w ramach obowiązującej dziś teorii, które być może pozwolą rozwikłać zagadkę ciemnej materii i inne tajemnice nauki. Aby takie odkrycie stało się możliwe, naukowcy muszą przeanalizować 30 petabajtów danych, których co roku dostarcza LHC, szukając w nich drobnych odchyleń w stosunku do przewidywań Modelu Standardowego.
Oczywiście cały ten wysiłek pójdzie na marne, jeżeli nie będziemy pewni, co naprawdę przewiduje Model Standardowy.
I to jest zadanie m.in. dla mnie. Pytania, na które staramy się odpowiedzieć dzięki eksperymentom w LHC, są formułowane w języku probabilistyki. Naukowcy obliczają prawdopodobieństwa zdarzeń, używając „amplitud rozpraszania”, wzorów, które mówią nam, na ile prawdopodobne jest, że cząstki ulegną „rozproszeniu” (zderzą się ze sobą) w pewien określony sposób. Należę do grupy fizyków i matematyków, którzy pracują nad udoskonaleniem obliczeń i poszukują skuteczniejszych metod niż te, które odziedziczyliśmy w spadku po naszych naukowych przodkach. Sami nazywamy się „amplitudologami”.
Podwaliny pod naszą specjalność położyło dwóch fizyków Stephen Parke i Tomasz Taylor. W 1986 roku znaleźli oni pojedynczy wzór, który pozwalał opisać zderzenie dowolnej liczby gluonów, upraszczając niezbędne wcześniej wielo­stronicowe rachunki oparte na żmudnej analizie poszczególnych przypadków. Rozwój dziedziny nabrał tempa w latach 90. i na początku nowego tysiąclecia, kiedy wysyp nowych metod dał nadzieję na przyspieszenie obliczeń w fizyce cząstek. Dziś jest ona w pełnym rozkwicie: w konferencji Amplitudes 2018 uczestniczyło 160 naukowców, a około setki wzięło udział w odbywającej się tydzień wcześniej szkole letniej, której celem było wprowadzenie młodych badaczy w tajniki naszej dziedziny. Udało nam się także zyskać nieco rozgłosu: wzmianki o amplituhedronie, strukturze geometrycznej, którą w 2013 roku Nima Arkani-Hamed i Jaroslav Trnka zaproponowali, aby opisać pewne amplitudy rozpraszania, przebiły się nawet do serwisów informacyjnych. A jeden z bohaterów Teorii wielkiego podrywu (The Big Bang Theory), fizyk Sheldon Cooper, również zabawia się amplitudologią.
Niedawno uczyniliśmy ważny krok naprzód, który rozszerzył nasz podstawowy zestaw narzędzi o bardziej zaawansowane metody. Dzięki nim nasze obliczenia mają szansę stać się wystarczająco dokładne, aby umożliwić dostrzeżenie nawet drobnych rozbieżności pomiędzy Modelem Standardowym a strumieniem danych płynących z LHC i w ten sposób doprowadzić do odkrycia nowych cząstek, co od dawna jest przedmiotem marzeń fizyków.

Więcej w miesięczniku „Świat Nauki" nr 02/2019 »
Drukuj »
Aktualne numery
01/2022
10/2020 - specjalny
Kalendarium
Styczeń
25
W 1983 r. wystrzelono amerykańsko-europejskiego satelitę IRAS, pierwszego przeznaczonego do badań promieniowania podczerwonego.
Warto przeczytać
Nie tylko tabliczka mnożenia, ale i dzielenia może sama wchodzić do głowy! Pomogą w tym zabawne, wpadające w ucho wierszyki, które pozostają w głowach uczniów. Dzięki błyskotliwym skojarzeniom pozwalają łatwo i bez wysiłku nie tylko nauczyć się tabliczki dzielenia w zakresie do 100, ale także zrozumieć, czym jest dzielenie i dlaczego nie musi sprawiać najmniejszych kłopotów.

Logowanie

Nazwa użytkownika

Hasło

Autor: Matthew von Hippel | dodano: 2019-01-25
Kod cząstek

Naukowcy tworzą narzędzia matematyczne niezbędne do odkrywania nowych cząstek i zjawisk obserwowanych za pomocą największego akceleratora świata.

WIELKI ZDERZACZ HADRONÓW (Large Hadron Collider, LHC) to największe urządzenie zbudowane kiedykolwiek przez człowieka. Dzięki współpracy przeszło setki państw może rozpędzać protony tak bardzo, że mkną zaledwie o milionowe części procenta wolniej od światła. Zderzenia protonów o tak wielkiej energii powodują ich rozpad na części składowe (kwarki i spajające je gluony), z których następnie powstają nowe cząstki. W ten sposób w 2012 roku, obserwując zderzenia protonów w LHC, odkryto bozon Higgsa, ostatni brakujący element przewidziany przez Model Standardowy cząstek elementarnych. Teraz fizycy mają nadzieję, że dzięki dalszym obserwacjom zdołają znaleźć coś naprawdę nowego: cząstki nieznane w ramach obowiązującej dziś teorii, które być może pozwolą rozwikłać zagadkę ciemnej materii i inne tajemnice nauki. Aby takie odkrycie stało się możliwe, naukowcy muszą przeanalizować 30 petabajtów danych, których co roku dostarcza LHC, szukając w nich drobnych odchyleń w stosunku do przewidywań Modelu Standardowego.
Oczywiście cały ten wysiłek pójdzie na marne, jeżeli nie będziemy pewni, co naprawdę przewiduje Model Standardowy.
I to jest zadanie m.in. dla mnie. Pytania, na które staramy się odpowiedzieć dzięki eksperymentom w LHC, są formułowane w języku probabilistyki. Naukowcy obliczają prawdopodobieństwa zdarzeń, używając „amplitud rozpraszania”, wzorów, które mówią nam, na ile prawdopodobne jest, że cząstki ulegną „rozproszeniu” (zderzą się ze sobą) w pewien określony sposób. Należę do grupy fizyków i matematyków, którzy pracują nad udoskonaleniem obliczeń i poszukują skuteczniejszych metod niż te, które odziedziczyliśmy w spadku po naszych naukowych przodkach. Sami nazywamy się „amplitudologami”.
Podwaliny pod naszą specjalność położyło dwóch fizyków Stephen Parke i Tomasz Taylor. W 1986 roku znaleźli oni pojedynczy wzór, który pozwalał opisać zderzenie dowolnej liczby gluonów, upraszczając niezbędne wcześniej wielo­stronicowe rachunki oparte na żmudnej analizie poszczególnych przypadków. Rozwój dziedziny nabrał tempa w latach 90. i na początku nowego tysiąclecia, kiedy wysyp nowych metod dał nadzieję na przyspieszenie obliczeń w fizyce cząstek. Dziś jest ona w pełnym rozkwicie: w konferencji Amplitudes 2018 uczestniczyło 160 naukowców, a około setki wzięło udział w odbywającej się tydzień wcześniej szkole letniej, której celem było wprowadzenie młodych badaczy w tajniki naszej dziedziny. Udało nam się także zyskać nieco rozgłosu: wzmianki o amplituhedronie, strukturze geometrycznej, którą w 2013 roku Nima Arkani-Hamed i Jaroslav Trnka zaproponowali, aby opisać pewne amplitudy rozpraszania, przebiły się nawet do serwisów informacyjnych. A jeden z bohaterów Teorii wielkiego podrywu (The Big Bang Theory), fizyk Sheldon Cooper, również zabawia się amplitudologią.
Niedawno uczyniliśmy ważny krok naprzód, który rozszerzył nasz podstawowy zestaw narzędzi o bardziej zaawansowane metody. Dzięki nim nasze obliczenia mają szansę stać się wystarczająco dokładne, aby umożliwić dostrzeżenie nawet drobnych rozbieżności pomiędzy Modelem Standardowym a strumieniem danych płynących z LHC i w ten sposób doprowadzić do odkrycia nowych cząstek, co od dawna jest przedmiotem marzeń fizyków.