Космические лучи — это частицы с высокой энергией из космоса, которые сталкиваются с атмосферой Земли, порождая потоки вторичных частиц, таких как мюоны, достигающие поверхности планеты. В последние годы наземные эксперименты зафиксировали больше космических мюонов, чем предсказывают современные теоретические модели. Это расхождение известно как загадка мюонов.
Подземные эксперименты
Подземные эксперименты обеспечивают хорошие условия для обнаружения космических мюонов, поскольку порода или почва над экспериментами поглощают другие компоненты ливня. Они могут помочь решить загадку мюонов. Одним из примеров является ALICE на Большом адронном коллайдере (LHC).
ALICE, предназначенный для изучения продуктов столкновений тяжёлых ионов, также хорошо подходит для обнаружения космических мюонов благодаря своему расположению в пещере на глубине 52 метра под землёй, защищённой 28 метрами породы и дополнительным 1 метром железного магнитного ярма.
Результаты ALICE
В недавней статье, опубликованной в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, коллаборация ALICE сообщает об обнаружении около 165 миллионов событий, содержащих по крайней мере один космический мюон, а также 15 702 событий с более чем четырьмя космическими мюонами.
Этот большой объём данных был собран между 2015 и 2018 годами во время пауз в Run 2 LHC, когда в коллайдере не циркулировали пучки частиц. Общее время сбора данных составило 62,5 дня — более чем в два раза больше продолжительности предыдущей кампании по изучению космических лучей в LHC Run 1 (2010–2013), в ходе которой было зарегистрировано примерно 22,6 миллиона событий с по крайней мере одним мюоном.
Анализ данных
Анализируя, как количество событий изменяется с увеличением множественности мюонов (количество мюонов на событие), коллаборация ALICE наблюдала плавный, убывающий тренд от множественности 5 до множественности 50, за пределами которого количество событий очень мало и подвержено большим статистическим неопределённостям.
Сравнение с моделями
Исследователи ALICE сравнили это распределение множественности мюонов с симуляциями, основанными на трёх моделях производства вторичных частиц и предполагающими два крайних состава первичных космических лучей — ядра водорода (протоны), представляющие наиболее лёгкий состав, и ядра железа, представляющие очень тяжёлый состав.
Эти сравнения показали, что измеренное распределение соответствует первичным космическим лучам с энергиями в диапазоне от 4 до 60 ПеВ, где 1 ПеВ равен 10^15 электронвольт. В этом диапазоне энергий состав первичных космических лучей, как ожидается, будет смесью ядерных видов, от протонов до железа.
Выводы
Результаты ALICE подтверждают расхождение между наземными данными и моделями, составляющее загадку мюонов. Улучшение моделей путём включения этих результатов из LHC может помочь решить загадку.
Предоставлено CERN
Исследование перехода твёрдого состояния кетчупа в жидкое
Надавливание на дно стеклянной бутылки с кетчупом — одна из мелких неприятностей жизни. Вывести густую массу из твёрдой фазы в жидкое состояние, когда вы голодны, занимает слишком много времени и может потребовать неряшливых стратегий с помощью ножа.
Теперь группа учёных показала, что точку перехода твёрдого состояния в жидкое можно предсказать, исходя из свойств твёрдой фазы. Исследование опубликовано в Physical Review Letters.
Пластическое течение
Новое исследование посвящено явлению текучести, когда твёрдоподобное вещество начинает вести себя как жидкость. «Это явление происходит постоянно вокруг нас, от десертов, таких как заварные кремы, которые плавно стекают на ложку, до средств личной гигиены, таких как зубная паста, которые легко выдавливаются из тюбиков, но сохраняют форму на зубной щётке», — сказал Райан Полинг-Скутвик из Университета Род-Айленда в США.
Такие вещества претерпевают изменение, когда индуцируется достаточный стресс; точка изменения называется «переход текучести», а вещество называется «жидкость с пределом текучести».
Применение
«Но это также происходит в более сложных приложениях для контроля роста тканей путём размещения клеток и 3D-печати, где жидкости должны проходить через сопло, а затем затвердевать по завершении», — продолжил Полинг-Скутвик.
«Хотя мы сталкиваемся с этим явлением ежедневно, учёные пытались связать явление текучести со свойствами материалов более века. Наша работа демонстрирует, что этот переход — по крайней мере частично — можно понять, исходя из того, насколько твёрдым является материал в состоянии покоя».
Модель KDR
Полинг-Скутвик и его команда сначала использовали гель YSF, изготовленный из полимера, распределённого в смеси воды и спиртового деканола. Его плотность зависела от концентрации полимера, которая изменялась в ходе измерений.
Их экспериментальный аппарат состоял из двух параллельных пластин, и гель встряхивали между ними, вращая одну из пластин с разной частотой и амплитудой, пока не индуцировали переход текучести.
Измеряя силы, приложенные к гелю (напряжение), и его деформации (деформацию), они смогли рассчитать модули накопления и потерь. Модули имеют единицы измерения давления, силы на единицу площади, но их отношение, называемое «тангенсом потерь», является чистым числом безразмерным; оно отражает степень, в которой вещество ведёт себя как твёрдое тело, по сравнению с тем, как оно ведёт себя как жидкость.
Они также провели те же измерения для других YSF, таких как эмульсии, связанные полимером (например, майонез, стабилизированный полимером, таким как ксантановая камедь), коллоидные гели, такие как желатин, и фибриллярные сети, подобные внеклеточному матриксу в тканях животных.
Построив график и проанализировав высоту превышения модуля потерь в зависимости от тангенса потерь, они заметили, что у него есть общая черта для многих YSF: превышение зависело от тангенса потерь таким же образом для жидкости всех составов протестированных YSF.
Это было удивительно, по их словам, потому что тангенс потерь определяется, когда вещество является твёрдоподобным, тогда как превышение происходит при переходе текучести в жидкость.
С помощью этой новой информации группа под руководством автора Дэниела П. Кина, также из Университета Род-Айленда, смоделировала физику аналитически, используя модель, разработанную всего несколько лет назад, называемую моделью KDR, которая способна точно моделировать многие особенности перехода текучести.
Они смогли показать как численно, так и путём приблизительного решения модели, что универсальная высота перехода в зависимости от тангенса потерь хорошо согласуется с моделью KDR.
Полинг-Скутвик сказал: «Наши результаты могут помочь упростить проектирование новых материалов, сосредоточив внимание на их свойствах в состоянии покоя, а не на том, чтобы напрямую решать более сложный вопрос о самом переходе текучести».
Их работа имеет применение ко многим веществам в пищевой промышленности и промышленном производстве, от зубной пасты до коллоидных суспензий, используемых в производстве аккумуляторов.
© 2025 Science X Network
iron magnet yoke.”,”In a recent article published in the Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, the ALICE collaboration reports the detection of around 165 million events containing at least one cosmic muon, as well as 15,702 events with more than four cosmic muons.”,”This large sample was collected between 2015 and 2018 during pauses in LHC Run 2, when no particle beams were circulating in the collider. The total data-taking time amounted to 62.5 days—more than double the duration of the previous cosmic-ray campaign in LHC Run 1 (2010–2013), which recorded approximately 22.6 million events with at least one muon.”,”By analyzing how the number of events varies with increasing muon multiplicity (the number of muons per event), the ALICE collaboration observed a smooth, decreasing trend from a multiplicity of 5 to a multiplicity of 50, beyond which the numbers of events are very small and subject to large statistical uncertainties (see figure below).”,”The ALICE researchers compared this decreasing muon multiplicity distribution with simulations based on three models of secondary-particle production and assuming two extreme compositions of primary cosmic rays—hydrogen nuclei (protons), representing the lightest possible composition, and iron nuclei, representing a very heavy composition.”,”These comparisons showed that the measured distribution corresponds to primary cosmic rays with energies ranging from 4 to 60 PeV, where 1 PeV is 1015 electronvolts. In this energy range, the composition of the primary cosmic rays is expected to be a mixture of nuclear species, from protons to iron.”,”One of the three models reproduces the observed distribution, but only when assuming that the primary cosmic rays are composed of iron. By contrast, the other two models underpredict the event count even when assuming an iron composition.”,”While these results suggest that heavy elements dominate the composition of the primary cosmic rays, they fail to account for the expected mixed composition and the increasing fraction of heavy elements as multiplicity, and thus primary cosmic-ray energy, increases.”,”Focusing on rare events with more than 100 muons, the researchers found that these high-multiplicity events are well described by two of the models when assuming an iron composition. These findings are compatible with an average energy of about 100 PeV for the primary cosmic rays that likely produced these events.”,”The new ALICE results confirm the discrepancy between ground-based data and models that constitutes the muon puzzle. Improving the models by incorporating these results from the LHC may help to solve the puzzle.”,”\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tProvided by\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tCERN\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t”,”\n\t\t\t\t\t\t\tMore from Other Physics Topics\n\t\t\t\t\t\t “]’>Источник