Πέμπτη, 11 Μαΐου 2017

Ο νέος γραμμικός επιταχυντής του CERN έτοιμος να μπει στην πρίζα. CERN unveils new linear accelerator

Ο γραμμικός επιταχυντής αποτελεί το πρώτο κρίσιμο βήμα στην “αλυσίδα έγχυσης” σωματιδίων στον LHC, όπως ονομάζουν οι επιστήμονες την προετοιμασία των δεσμών που θα μπουν στη σήραγγα του LHC. Ο λόγος είναι πως αυτό το μηχάνημα αναλαμβάνει την παραγωγή και την αρχική επιτάχυνση των σωματιδίων, ενώ επίσης καθορίζει την ένταση και την πυκνότητα που θα έχουν οι δέσμες. Linac 4, CERN's newest accelerator acquisition since the Large Hadron Collider (LHC), was inaugurated today. (Image: M.Brice/CERN)

Ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Πυρηνικών Ερευνών (CERN) στα γαλλο-ελβετικά σύνορα εγκαινίασε το νέο γραμμικό επιταχυντή του Linac 4. Το νέο απόκτημα θα τροφοδοτήσει με ακτίνες υψηλότερης ενέργειας τον μεγάλο επιταχυντή αδρονίων (LHC), ώστε ο τελευταίος να αυξήσει σημαντικά τη φωτεινότητά του το 2021.

Μετά από μία μακρά περίοδο δοκιμών, ο Linac 4 θα συνδεθεί με τον μεγάλο επιταχυντή LHC, όταν ο τελευταίος τεθεί εκτός λειτουργίας για την καθιερωμένη τεχνική συντήρηση και αναβάθμιση τον χειμώνα της περιόδου 2019-2020.

Ο Linac 4 θα αντικαταστήσει τον γραμμικό επιταχυντή Linac 2, ο οποίος λειτουργεί από το 1978 και θα γίνει πλέον αυτός το πρώτο στάδιο στην αλυσίδα επιταχυντών του CERN, παράγοντας ακτίνες πρωτονίων για μια ευρεία γκάμα πειραμάτων.

Ο γραμμικός επιταχυντής είναι το πρώτο και θεμελιώδες βήμα στην αλυσίδα επιτάχυνσης των σωματιδίων, καθώς σε αυτόν παράγονται τα πρώτα σωματίδια και δέχονται την αρχική επιτάχυνσή τους. Ο Linac 4 έχει μήκος σχεδόν 90 μέτρων (έναντι 27 χιλιομέτρων του LHC), βρίσκεται σε βάθος 12 μέτρων κάτω από την επιφάνεια και χρειάσθηκε σχεδόν δέκα χρόνια για να ολοκληρωθεί, με κόστος περίπου 90 εκατ. ευρώ.

Linear accelerator 4 (Linac 4) is designed to boost negative hydrogen ions to high energies. It is scheduled to become the source of proton beams for the Large Hadron Collider (LHC) after the long shutdown in 2019-2020. Linac 4 will accelerate ions to 160 MeV to prepare them to enter the Proton Synchrotron Booster, which is part of the LHC injection chain. Negative hydrogen ions are pulsed through the accelerator for 400 microseconds at a time. Credit: CERN

Ο Linac 4 θα στέλνει αρνητικά ιόντα υδρογόνου, αποτελούμενα από ένα άτομο υδρογόνου με δύο ηλεκτρόνια, στο σύγχροτρο πρωτονίων (Proton Synchrotron Booster-PSB) του CERN, το οποίο θα επιταχύνει κι άλλο τα αρνητικά ιόντα, ενώ θα απομακρύνει τα ηλεκτρόνιά τους.

Η παραγόμενη ακτίνα του Linac 4 θα έχει ενέργεια έως 160 MeV, υπετριπλάσια σε σχέση με του Linac 2. Αφενός η αύξηση της ενέργειας και αφετέρου η χρήση ιόντων υδρογόνου θα διπλασιάσει την ενέργεια της ακτίνας που θα φθάνει στον μεγάλο επιταχυντή LHC, συμβάλλοντας καθοριστικά στην μελλοντική αύξηση της φωτεινότητας του τελευταίου.

Η φωτεινότητα (luminosity) είναι μια καθοριστική παράμετρος που δείχνει πόσο μεγάλος είναι ο αριθμός των σωματιδίων, τα οποία συγκρούονται σε ένα συγκεκριμένο χρονικό διάστημα. Η μέγιστη φωτεινότητα του LHC σχεδιάζεται να πενταπλασιαθεί έως το 2025, με στόχο τη δημιουργία του «Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων Υψηλής Φωτεινότητας» (High-Luminosity LHC).

Έτσι, τα πειράματα του LHC θα μπορούν να συλλέξουν περίπου δέκα φορές περισσότερα δεδομένα κατά την περίοδο 2025-2035. Αυτό θα επιτρέψει στους φυσικούς να κάνουν πιο ακριβείς μετρήσεις για τα θεμελιώδη σωματίδια από ό,τι σήμερα και ίσως να ανοίξουν ένα «παράθυρο» σε άγνωστες έως τώρα διαδικασίες της φύσης πέρα από το «Καθιερωμένο Πρότυπο» (Standard Model), όπως η σκοτεινή ύλη και ενέργεια ή οι έξτρα χωροχρονικές διαστάσεις.

Από την άλλη, η τεχνολογία του γραμμικού επιταχυντή Linac 4 αναμένεται να αξιοποιηθεί σε μικρότερα, ακόμη και φορητά μηχανήματα, ώστε να έχει και άλλες πρακτικές εφαρμογές, όπως στη βιοϊατρική έρευνα (π.χ. δημιουργία ισοτόπων για τη διάγνωση του καρκίνου) και στην ανάλυση έργων τέχνης (π.χ. πινάκων στα μουσεία).

Το Λούβρο του Παρισιού είναι το μόνο μουσείο στον κόσμο που ήδη διαθέτει στο υπόγειό του τον δικό του μικρό επιταχυντή. Όταν κλείνει τις Τρίτες, διάφορα έργα τέχνης μεταφέρονται εκεί για ανάλυση, μεταξύ άλλων για να αποκαλυφθεί αν είναι γνήσια, από ποιά υλικά κατασκευάσθηκαν και πόσο παλιά είναι.


Οι αρχαιότερες ενδείξεις μικροβιακής ζωής στην ξηρά προ 3,48 δισ. Ετών. Earliest Signs of Microbial Life on Land Found in 3.48-Billion-Year-Old Hot Spring Deposits

Η ζωή μπορεί πράγματι να γεννήθηκε σε μία ζεστή λιμνούλα. Επιστήμονες ανακάλυψαν ίχνη απολιθωμάτων της πιο πρώιμης ζωής με «στεριανή» προέλευση. Οι σφαιρικές φυσαλίδες που διασώζονται σε βράχους ηλικίας 3,48 δισεκατομμυρίων ετών στην απομονωμένη περιοχή Πιλμπάρα της Δυτικής Αυστραλίας περιέχουν στοιχεία για τις αρχέγονες μορφές ζωής που εμφανίστηκαν στη Γη. Fossil evidence of early microbial life has been found in ancient hot spring deposits in the Dresser Formation in the Pilbara Craton, Western Australia, that date back approximately 3.48 billion years. A paper reporting this discovery is published in the journal Nature Communications. Spherical bubbles preserved in 3.48 billion-year-old hot spring deposits in the Dresser Formation provide evidence for early microbial life having lived on land. Image credit: University of New South Wales

Πού ήταν η κοιτίδα της ζωής: Στην ξηρά ή μέσα στη θάλασσα; Οι περισσότεροι επιστήμονες τείνουν προς τη δεύτερη εκδοχή, αλλά μια νέα ανακάλυψη γέρνει τη ζυγαριά προς την πρώτη - αν και σίγουρα δεν θα είναι η οριστική απάντηση στο κρίσιμο αυτό ερώτημα.

Επιστήμονες ανακάλυψαν σε πανάρχαια κοκκινωπά ηφαιστειακά πετρώματα της Δυτικής Αυστραλίας ίχνη απολιθωμάτων της πιο πρώιμης ζωής με «στεριανή» προέλευση που έχει βρεθεί μέχρι σήμερα, καθώς χρονολογούνται προ περίπου 3,48 δισεκατομμυρίων ετών.

Την εποχή εκείνη, η συγκεκριμένη περιοχή μπορεί να ήταν ένα μικρό ηφαιστειακό νησί γεμάτο θερμοπηγές και λιμνούλες. Σε κάποια από αυτές ίσως ξεκίνησε η ζωή στη Γη.

Έως σήμερα, οι αρχαιότερες ενδείξεις μικροβιακής ζωής με προέλευση την ξηρά προέρχονταν από απολιθώματα σε πετρώματα της Νότιας Αφρικής με ηλικία 2,7 έως 2,9 δισεκατομμυρίων ετών.

Αν η ανακάλυψη στην κατάξερη και απομονωμένη περιοχή Πιλμπάρα της Αυστραλίας επιβεβαιωθεί, τότε ίσως δικαιώσει τον Κάρολο Δαρβίνο, ο οποίος το 1.871 δήλωσε ότι η ζωή πιθανότατα ξεκίνησε σε κάποια θερμή λιμνούλα της ξηράς και όχι στη θάλασσα.

Οι ερευνητές από την Αυστραλία και τη Νέα Ζηλανδία, με επικεφαλής την γεωεπιστήμονα Τάρα Ντζόκιτς του Πανεπιστημίου της Νέας Νότιας Ουαλίας (UNSW) στο Σίδνεϊ, έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό Nature Communications.

Όπως είπε η Ντζόκιτς, «τα συναρπαστικά ευρήματα δεν επεκτείνουν μόνο κατά τρία δισεκατομμύρια χρόνια τις αρχαιότερες ενδείξεις ζωής σε θερμοπηγές, αλλά επίσης δείχνουν ότι η ζωή κατοικούσε στην ξηρά πολύ νωρίτερα, περίπου 580 εκατομμύρια χρόνια παλαιότερα από ό,τι θεωρούσαμε έως τώρα».

Αυτό, πρόσθεσε, «μπορεί να υποδηλώνει την προέλευση της ζωής σε θερμοπηγές γλυκού νερού στην ξηρά μάλλον, παρά την πιο ευρέως διαδεδομένη ιδέα ότι η ζωή αναπτύχθηκε αρχικά στον ωκεανό και μετά προσαρμόσθηκε στην ξηρά».

Αυτές είναι οι δύο κυριότερες σήμερα θεωρίες για το πώς ξεκίνησε η ζωή στον πλανήτη μας: είτε σε υδροθερμικές «καμινάδες» στα βάθη των θαλασσών, είτε σε μια ζεστή λιμνούλα στην ξηρά. Αν όντως ισχύει η δεύτερη θεωρία, τότε αυξάνονται οι πιθανότητες εύρεσης ιχνών ζωής και στον Άρη, όπου έχουν εντοπιστεί γεωλογικές ενδείξεις παλαιότερων θερμοπηγών.

Schematic model of active Dresser hot spring system and its fossilized mineralized remnants. Left: proximal to distal hot spring facies, with spring vent fed by subsurface hydrothermal fluids. Right: preserved sequence of hot spring facies deposits, geographically patchy in nature, with spring vent infilled by late-stage crystallization of barite. Image credit: Djokic et al, doi: 10.1038/ncomms15263

«Τα πετρώματα της Πιλμπάρα έχουν περίπου την ίδια ηλικία με τον φλοιό του Άρη, πράγμα που καθιστά τις πρώην θερμοπηγές του "κόκκινου" πλανήτη τον ιδανικό στόχο για την εύρεση απολιθωμένης ζωής εκεί» δήλωσε ο καθηγητής Βαν Κράνεντοκ, διευθυντής του Αυστραλιανού Κέντρου Αστροβιολογίας και επικεφαλής της Σχολής Βιολογικών Επιστημών και Γεωεπιστημών του UNSW.

Οι ερευνητές έκαναν αναλύσεις που δείχνουν ότι τα πετρώματα στην Πιλμπάρα σχηματίστηκαν στην ξηρά και όχι μέσα στο νερό. Συνεπώς και τα ίχνη των μικροοργανισμών που βρέθηκαν -αλλά όχι τα ίδια τα μικρόβια- όπως οι στρωματόλιθοι (διαστρωματωμένοι γεωλογικοί σχηματισμοί που δημιουργούνται από βακτήρια) και οι φυσαλίδες (πιθανώς μικροβιακής προέλευσης) μέσα σε αυτά τα πετρώματα, εκτιμάται ότι δεν έχουν θαλάσσια αλλά «στεριανή» προέλευση.

Με άλλα λόγια, η ζωή αρχικά μπορεί να γεννήθηκε στην ξηρά και μετά να διείσδυσε στη θάλασσα, από όπου, πολύ πιο εξελιγμένη πια, αναδύθηκε ξανά μετά από δισεκατομμύρια χρόνια.

Τα παλαιότερα ίχνη ζωής στη Γη, ηλικίας περίπου 3,7 δισεκατομμυρίων ετών, πιθανώς είναι αυτά που έχουν βρεθεί σε απολιθώματα στρωματολίθων (κυανοβακτηρίων) στη Γροιλανδία, όπου είχαν δημιουργηθεί σε ρηχή θάλασσα. Στο Κεμπέκ του Καναδά έχουν βρεθεί ακόμη παλαιότερες αλλά λιγότερο σίγουρες ενδείξεις για μικροοργανισμούς ηλικίας 4,28 δισεκατομμυρίων ετών (η ίδια η Γη σχηματίσθηκε πριν από περίπου 4,5 δισ. χρόνια).

Όμως, όπως συμβαίνει πάντα με ανακοινώσεις σχετικά με τόσο πρώιμες ενδείξεις ζωής στη Γη, άλλοι επιστήμονες εκφράζουν επιφυλάξεις για το αν όντως τα ίχνη στα πετρώματα έχουν δημιουργηθεί από μικρόβια (από τη στιγμή που τα ίδια είναι αδύνατο να βρεθούν) ή από άλλες διαδικασίες.