Записи с темой: волшебный мир физики (список заголовков)
20:33 

Супер С-тау фабрика — ключ к прогрессу!

Comprehension is the key to all things
В Институте ядерной физики разрабатывается проект электрон-позитронного коллайдера "Супер C-тау фабрика", и на него возлагаются большие надежды. В мае была конференция, посвящённая задачам будущего ускорителя (на которую я не пришла). Для конференции выпустили рекламные буклеты проекта (а вы что хотели? Хорошие идеи надо продвигать). Один из них завалялся в моём кабинете — я его стащила и теперь вам показываю.
Но для начала посмотрим на таблицу известных на сегодняшний день фундаментальных частиц (она впоследствии понадобится). Простите, что надписи на английском, но по-русски частицы называются так же, как и по-английски, так что всё будет понятно.





Заглянем под обложку...

@темы: слава Омниссии!, волшебный мир физики, Новосибирск, ИЯФ

20:25 

Global Physics Photowalk

Comprehension is the key to all things
В рамках конкурса Global Physics Photowalk научные институты по всему миру приглашают фотографов — профессионалов и любителей. Затем каждый институт выбирает три наилучших фото и отправляет на конкурс. С помощью открытого голосования выбирают трёх победителей, и экспертное жюри тоже выбирает три фотографии. Ниже вы увидите работы участников конкурса, ставших победителями в разные годы.

2010 год

2012 год

2015 год

2018 год

Фотографии, участвовавшие в конкурсе и не попавшие в подборку, можно посмотреть тут и здесь.

@темы: CERN, волшебный мир физики, слава Омниссии!

09:03 

Зачем каждому из нас коллайдер?

Comprehension is the key to all things
Юлия Чопорова — старший научный сотрудник Института ядерной физики, специалист по оптике. "Постойте", — скажете вы, — "какое отношение имеет ядерная физика к оптике?" Но в Институте ядерной физики занимаются не только физикой элементарных частиц. Например, в ИЯФе хорошо развито направление физики плазмы, есть несколько экспериментов по удержанию плазмы в магнитном поле, что может быть полезным для будущего термоядерного реактора (кое-что об этом здесь). Ещё ИЯФу принадлежит крупнейший лазер на свободных электронах в мире. На третьем курсе, в рамках лабораторного практикума по оптике я делала эксперимент с использованием излучения лазера на свободных электронах, и его результаты стали частью моей курсовой работы (об этом я рассказывала тут). Юлия Чопорова как раз является частью команды лазера на свободных электронах. Кстати, именно ей я сдавала лабораторные работы. Так что я её знаю лично, да.

А в этом видео Юлия Чопорова рассказывает о том, какие ускорители бывают и зачем они нужны простым людям.


@темы: what Terra cees, ИЯФ, Новосибирск, волшебный мир физики, жизнь замечательных людей

17:51 

Терра Си в Германии-2

Comprehension is the key to all things
Как я упоминала в прошлом посте, летняя школа проходила в Юлихе, потому что там находится один из крупнейших научно-исследовательских центров. Естественно, не обошлось без экскурсии, про которую я сейчас расскажу.

Юлихский исследовательский центр был построен в 1956 году. Может показаться странным, что его разместили в таком маленьком провинциальном городке, но на это была веская причина: в исследовательском центре находился экспериментальный ядерный реактор (ныне неактивный), и если бы он взорвался, то по крайней мере, было бы не очень жалко. :alles: Но ядерным реактором вклад центра в физику элементарных частиц не ограничился. В Юлихском исследовательском центре находится синхротрон COSY, на котором ускоряются и сталкиваются протоны и дейтроны (дейтрон — это связанная система протона и нейтрона). А теперь следует немного отвлечься и рассказать об ускорителях в целом, потому что я уверена, что никто из моих ПЧ про них не знает почти ничего. :glass:

Лекция об ускорителях

Юлихский исследовательский центр действительно велик, больше ИЯФа, но нас интересовало только одно из его строений — то, в котором находится COSY.
Вот и оно.



Во дворе растёт остролист.



А на бордюрах растёт лишайник — показатель экологического благополучия.



Но хватит, мы тут собрались физику обсуждать, а не цветочки! Поэтому заходим внутрь.
В фойе нас встречает странная инсталляция.



Написано, что это модель детектора, а какого, я так и не поняла.

Ещё в фойе нас встречает макет самого синхротрона.





Для проведения эксперимента сначала надо получить протоны. Сделать это очень просто: надо взять газ водород и с помощью сильного электрического поля оторвать от атомов все электроны. То, что останется, и будет протонами (потому что ядро атома водорода — это протон). Протоны попадают в циклотрон (зелёная коробочка на верхнем фото), где приобретают некоторую энергию, затем они по вакуумной трубе, обозначенной зелёным, попадают в кольцо синхротрона COSY и там ускоряются до нужной энергии. Затем пучок выводят из кольца по красным "дорожкам", и он сталкивается с мишенью. Вокруг места встречи стоит детектор: серым цилиндром показан времяпролётный детектор TOF, оранжевой коробочкой — магнитный спектрометр BIG KARL.

Макет — это хорошо, а настоящий синхротрон — лучше! Но прежде чем идти на настоящую установку, надо подумать о безопасности.



Каждой паре посетителей выдали по дозиметру (на каждого человека не хватило). Его следовало носить везде с собой, а в конце экскурсии сдать и записать в специальном журнале показатели прибора (в идеале равные 0) и расписаться. Так-то.

Про синхротрон COSY

Что делают эти установки, я не помню или не расслышала. Но один их вид может заставить сердце любого техножреца биться чаще (если оно у него ещё есть).

Радость техножреческая

В Дармштадте строится ускорительный комплекс "Центр по исследованию ионов и антипротонов" (FAIR), планируется, что он начнёт работу в 2025 году. Одним из направлений исследований будут эксперименты с неподвижной мишенью по столкновению протонов и антипротонов (PANDA). Учёные из Юлихского исследовательского центра вкладываются в этот эксперимент, в частности, они разработали трековую систему будущего детектора.

Про трековую систему

Это я точно не ожидало увидеть в центре. Русские повсюду. :)



После экскурсии было что-то вроде пикника, который мне не понравился по личным причинам.
Зато на память я получила буклет.





А это участники нашей школы. Темноволосая женщина в сарафане — это Элизабетта Пренчипе, организатор школы.


@темы: слава Омниссии!, пена дней, волшебный мир физики, Германия

21:36 

Продолжая тему науки и искусства

Comprehension is the key to all things
4 июля 2012 года мир облетела новость: на Большом адронном коллайдере был открыт бозон Хиггса. Два универсальных детектора, ATLAS и CMS, зарегистрировали события распадов этой частицы. Художник Ксавье Кортада в сотрудничестве с членом коллаборации CMS, физиком Питом Марковицем, создал серию панно "В поисках бозона Хиггса", посвящённую открытию и роли, которую сыграл детектор CMS.
Но, прежде чем я покажу сами работы, я расскажу о бозоне Хиггса и о том, почему его так важно было найти.

На этой картинке представлены все известные науки фундаментальные частицы (то есть частицы, не имеющие внутренней структуры). Прошу прощения за надписи на английском.



Все частицы делятся на две большие группы: фермионы и бозоны.
Фермионы — это строительный материал, из которого состоит вещество. На картинке они показаны слева. Фермионы в свою очередь делятся на лептоны и кварки.
К лептонам относится электрон, про который все хорошо знают, и его более массивные "братья" — мюон и тау. У каждого электрически заряженного лептона есть соответствующее нейтрино (у электрона — электронное и так далее). У нейтрино очень маленькая масса, нет электрического заряда, и они очень слабо взаимодействуют с веществом.
Кварки бывают шести типов; они имеют электрический заряд и так называемый цвет, который может принимать три значения ("красный", "зелёный" и "синий"). Благодаря цвету кварки могут участвовать в сильном взаимодействии (о котором ниже). Из-за свойств сильного взаимодействия кварки не могут существовать в свободном виде. В природе кварки собираются по три кварка (такая составная частица называется барионом) или объединяются в пары с антикварками и образуют мезоны. Есть ещё варианты с двумя кварками и двумя антикварками, четырьмя кварками и одним антикварком и даже с тремя кварками и тремя антикварками. Частицы, состоящие из кварков, называются адронами (Большой адронный коллайдер так называется, потому что в нём ускоряются и сталкиваются протоны, которые являются адронами (точнее, барионами)).
Бозоны — это переносчики взаимодействий. Со школы мы знаем, что тела взаимодействуют, потому что между ними существует поле (электрическое или гравитационное). Согласно квантовой теории, любое поле существует в виде порций, называемых квантами, и взаимодействующие тела поглощают и излучают кванты. Так вот, бозоны — это кванты соответствующих взаимодействий, коих числом четыре.
Электромагнитное взаимодействие всем знакомо, поэтому останавливаться на нём не буду. Его квантом является фотон. Он не имеет массы и электрического заряда. Фотонами обмениваться могут только электрически заряженные частицы.
Переносчиками сильного взаимодействия являются глюоны. Глюонами могут обмениваться частицы, имеющие цвет. Глюоны тоже безмассовые, как и фотоны, но, в отличие от электрически нейтрального фотона, имеют цвет (и поэтому их целых восемь штук). Поэтому глюон может испускать и поглощать другие глюоны. Это приводит к парадоксальным свойствам сильного взаимодействия: с увеличением расстояния оно не ослабевает, а усиливается. Из-за этого кварки и глюоны всегда держатся вместе и образуют адроны.
Слабое взаимодействие позволяет лептонам и кваркам превращаться в другие лептоны и кварки. Его квантами являются заряженные W и нейтральный Z бозон. Эти частицы очень тяжёлые (их масса близка к массе атомов рубидия и технеция). Нейтрино могут участвовать только в слабом взаимодействии.
Есть ещё гравитационное взаимодействие, но для таких маленьких объектов, как элементарные частицы, оно несущественно. Кроме того, к сожалению, нет квантовой теории гравитации, соответственно, мы не можем приписать гравитационному полю свой квант.

Существует теория электрослабого взаимодействия, которая, как следует из названия, описывает слабое и электромагнитное взаимодействие единым образом. Эта теория всем хороша, только если все бозоны в ней безмассовые. Если приписать W и Z бозонам массы, то теория портится: все рассчитанные по ней вероятности взаимодействия частиц равны бесконечности (что, очевидно, неправда). Питер Хиггс предложил решение этой проблемы. Он ввёл поле, существующее во всей Вселенной и всюду имеющее одинаковое значение. Это поле не имеет электрического и цветового заряда. Взаимодействуя с ним, W и Z бозоны приобретают массы, а теория не портится. Путём взаимодействия с полем Хиггса также приобретают массы лептоны и кварки, а фотон и глюоны остаются безмассовыми. Короче говоря, поле Хиггса было очень красивым решением, поэтому бозон Хиггса очень хотели обнаружить.

Теперь перейдём к самим панно.

Посмотреть

Все эти распады изучаются на Большом адронном коллайдере.

@темы: CERN, волшебный мир физики, картинная галерея

08:30 

Comprehension is the key to all things
Подруга недавно вернулась из ЦЕРНа и привезла мне подарки.

На футболке схематически показано столкновение пучков. Дугообразные линии в середине рисунка — это траектории заряженных частиц, рождённых в столкновении. Толстые "ветвистые" линии изображают ливни, которые рождают электроны и фотоны в детекторе.



А это миниатюрный значок с эмблемой ЦЕРНа.


@темы: CERN, волшебный мир физики, пена дней

12:35 

Comprehension is the key to all things
Подруга сейчас работает в Европейском центре ядерных исследований и поделилась со мной несколькими необычными плакатами, которые там попались ей на глаза. Теперь я делюсь с вами.

Перевод



А это объявления ЦЕРНовского клуба для ЛГБТК (да, оказывается, есть и такое).

"Мы хромодинамичны".



"Без цветов не будет сильного взаимодействия".



Здесь надо дать научную справку, чтобы было понятно, что написано на плакатах.
В природе существует 4 типа взаимодействий: электромагнитное, сильное, слабое и гравитационное. Поговорим о сильном взаимодействии. Есть такие элементарные частицы — кварки, их шесть разных видов (u, d, s, c, b и t кварки), и у них дробный электрический заряд: 2/3 или -1/3 от заряда электрона. Наличие в кварков электрического заряда позволяет им обмениваться фотонами и тем самым участвовать в электромагнитном взаимодействии. Но у кварков ещё есть цветовой заряд, и, в отличие от электрического, который бывает положительным и отрицательным, цветовой заряд бывает трёх видов (условно "красный", "зелёный" и "синий"). Цветовой заряд позволяет кваркам излучать и поглощать глюоны — безмассовые частицы. Фотоны не имеют электрического заряда и поэтому не могут непосредственно взаимодействовать друг с другом. Но глюоны имеют цветовой заряд и могут поглощать и излучать другие глюоны. Кажется естественным, что чем дальше два тела находятся друг от друга, тем слабее они взаимодействуют. Но сильное взаимодействие растёт с расстоянием! Поэтому кварки и глюоны держатся вместе маленькими кучками, которые называются адронами. Если в кучке лежат кварк и антикварк, она называется мезоном, если три кварка — барионом. Два бариона, про которые все знают, — это протон и нейтрон. Теория, описывающая сильное взаимодействие, называется квантовой хромодинамикой.

Кажется, эту шутку впервые написал в своём Твиттере Нил Деграсс Тайсон. Основана она на игре слов.



Перевод: "Ты материя (ты важен), пока не умножишь себя на скорость света в квадрате. Тогда ты энергия" (отсылка к формуле Эйнштейна E = mc^2).

@темы: я у мамы переводчик, волшебный мир физики, CERN

18:45 

Comprehension is the key to all things
Говорят, искусство и наука несовместимы. Искусство воздействует на чувства, наука — на разум. Искусство красиво и занимательное, наука... не очень. Я не согласна. Для меня наука и искусство служат одной цели — познанию мира, но достигают её разными способами. Искусство воодушевляло учёных (вспомним Эйнштейна и его скрипку), но и наука порой вдохновляет творчество скульпторов, музыкантов, художников.
Европейский центр ядерных исследований (CERN) поддерживает деятелей искусства, которые получают возможность посещать CERN и сотрудничать с местными исследователями и инженерами. Хочу показать самые впечатляющие произведения, созданные в рамках этой программы сотрудничества.

Дуэт Рут Джармен и Джо Герхардта "Semiconductors" ("Полупроводники") создал в 2015 году инсталляцию HALO, использующую сырые данные с детектора ATLAS. Мини-справка Внутри цилиндра диаметром 10 метров натянуты 384 вертикальных проволочки, по которым бьют молоточки. На экраны выводятся данные о траекториях частиц, зарегистрированных детектором ATLAS.



Японский музыкант Рёдзи Икэда создал две работы, посвящённые физике элементарных частиц. Первая из них — "supersymmetry" ("Суперсимметрия"). Что такое теория суперсимметрии





Вторая инсталляция Рёдзи Икэды — "micro|macro". Часть "micro" показывает Вселенную на планковском масштабе. Планковская длина равна 1.6×10^(−35) м, ей соответствует планковское время 5.4×10^(−44) с и планковская температура 1.4×10^32 градуса. Что же такого особенного в планковском масштабе? Из всех фундаментальных взаимодействий гравитационное — самое слабое и никак не влияет на жизнь элементарных частиц. Но сила взаимодействия зависит от энергии взаимодействующих частиц. При энергии, соответствующей планковской температуре, гравитация становится столь же существенной, что и остальные взаимодействия, и наши теории о элементарных частицах перестают работать. Когда возраст Вселенной не превышал планковское время, в ней существовали именно такие условия.



Часть "macro" посвящена современной Вселенной на самом большом наблюдаемом масштабе. На экране показывается крупномасштабная структура космоса — сверхскопления галактик, объединённые в нити и стены и разделённые пустотами (войдами).


@темы: волшебный мир физики, what Terra cees, CERN, космоса глубины

11:12 

Comprehension is the key to all things
Запостить, что ли, магнитики, которые подруга привезла аж из самого ЦЕРНа ещё осенью.



Это не просто симпатичные чудики, это все известные сегодня фундаментальные частицы (и даже одна неизвестная (гравитон)).
Дизайн их взят с этой картинки:


@темы: CERN, волшебный мир физики

09:45 

Comprehension is the key to all things
20:11 

Super Planet Crash — создай свою планетную систему!

Comprehension is the key to all things
Super Planet Crash — бесплатная онлайн игра, в которой, как следует из заголовка этого поста, можно смоделировать планетную систему.
В начале игры система состоит из звезды и планеты с массой, равной земной, вращающейся на произвольном расстоянии. Пользователь может добавлять объекты шести типов: "земли", "суперземли" (в 5 раз массивнее Земли), ледяные гиганты (в 15 раз массивнее), гиганты (в 300 раз массивнее), коричневые карлики (в 5000 раз массивнее) и карликовые звёзды (в 30000 раз массивнее). При добавлении каждого объекта игроку начисляют очки, причём тем больше, чем массивнее объект. Бонусные баллы даются за "скученность" (в системе более 10 объектов) и "обитаемость" (несколько объектов находятся в зоне обитаемости, обозначенной светло-серым кольцом).



Система на скриншоте состоит из четырёх "земель", одной "суперземли" и одного коричневого карлика.
Игра заканчивается, если два объекта сталкиваются или один из объектов вылетел за тонкую серую линию, обозначающую расстояние в 2 астрономические единицы. Цель игры — сделать так, чтобы система просуществовала 500 лет (и набрать побольше очков, естественно).

Сайт игры: www.stefanom.org/spc/

@темы: волшебный мир физики, космоса глубины, слава Омниссии!

19:20 

"Уважаемый редактор, может, лучше про реактор?.."

Comprehension is the key to all things
Тема термоядерной энергетики время от времени всплывает в средствах массовой информации. Обычно о ней говорят как о неисчерпаемом источнике энергии для процветания человечества. Тем более и нам стоит поговорить о термоядерной энергии, о том, что это такое и как продвигается работа по её получению.

Ядерные реакции

Термоядерная энергетика: плюсы и минусы

Схемы управляемого термоядерного синтеза

Вывод таков: термоядерная энергетика очень заманчива, но человечеству пока недоступна. И всё же учёные по всему миру продолжают работать над конструкцией термоядерного реактора.


@темы: слава Омниссии!, волшебный мир физики, Новосибирск, ИЯФ

08:29 

Comprehension is the key to all things
Отметим год моего пребывания на diary.ru весёлой копипастой!

Как бы начиналась библейская Книга Бытия, если бы её писали современные физики? Как-то так:

"Вначале не было ничего, только полная симметрия, и свободная калибровка летала над водами.
Потом отделил Бог целый спин от полуцелого, и повелел целому спину подчиняться статистике Бозе, а полуцелому статистике Ферми. И увидел он, что это хорошо.
И отделил Бог гравитацию, и поставил её константу взаимодействия ниже других констант, и повелел ей пресмыкаться на микроуровне, но сказал, что возвеличит её надо всеми, и будет она повелевать космологией, ибо всё будет подчиняться ей. И уползла гравитация на микроуровне на своё место, и поныне там пребывает.
И отделил Бог сильное взаимодействие от электрослабого, а кварки от лептонов, и повелел кваркам сильно и электрослабо взаимодействовать, а лептонам только электрослабо. И увидел он, что это хорошо.
И нарушил Бог симметрию электрослабого взаимодействия до слабого и электромагнитного, и обрели векторные бозоны массу, фотон же не обрёл. И стали векторные бозоны подобны фермионам, и возгордились, но не было у них закона сохранения числа частиц, ибо были они бозонами, и потому стало слабое взаимодействие короткодействующим.
И был вечер, и было утро: эра электрослабого фазового перехода.
Глюоны же обладали цветом, и были в том подобны кваркам, и взаимодействовали меж собой сильно, и порождали другие глюоны. И увидел Бог, что сильное взаимодействие асимптотически свободно, на больших же расстояниях линейно, аки в струнной модели.
И повелел Бог собраться кваркам по трое, и по одному и антиодному, и с глюонами в иные комбинации, по цвету синглетные, и затворил их там конфайнментом. И нарёк Бог кварки по трое барионами, а по одному и антиодному мезонами, и увидел он, что это хорошо.
И был вечер, и было утро: эра конфайнмента.
Мезоны состояли из кварка и антикварка, и не имели барионного числа, и распадались до излучения, а барионы же антикварков не содержали, и распадались только до нуклонов, а дальше не могли. И было барионов больше, чем антибарионов, и потому оставались нуклоны не аннигилировавшие.
И сочетались нуклоны за счёт сложного обменного взаимодействия, производного от сильного, и соединялись по двое, по трое, по четыре. По четыре же, в альфа-частицы, им было лучше всего соединяться.
И увидел Бог, что в альфа-частицы соединилась четверть всех нуклонов по массе, остальные же остались свободными, а остальные элементы в следовых количествах. И посему достаточно было в межзвёздном газе топлива для ядерных реакций и зажигания звёзд. И увидел он, что это хорошо.
И был вечер, и было утро: эра первичного нуклеосинтеза."



@темы: пена дней, волшебный мир физики

15:33 

Comprehension is the key to all things
Сейчас почти все знают, что радиация смертельно опасна. Многие её боятся, иногда, на мой взгляд, чрезмерно. А любое ЧП, связанное с выбросом радиоактивных веществ (например, авария на АЭС Фукусима-1), вызывает настоящую истерию.
Но так было далеко не всегда. Когда в 1896 году Беккерель открыл радиоактивность, никто не думал, что она опасна. Более того, в начале XX века она считалась полезной для здоровья, а слово "радий" было популярным брендом, под которым продавалась мука, крем для обуви и средства контрацепции. К сожалению, не всегда это слово размещалось на упаковке незаслуженно. Предлагаю посмотреть на некоторые радиоактивные предметы широкого употребления.

Окунуться в радиоактивное безумие

Предметы на фотографиях принадлежат коллекционеру Теодору Грею. Его сайт: www.periodictable.com/index.html

@темы: волшебный мир физики, стопами Менделеева

18:55 

Про эпоху рекомбинации и реликтовое микроволновое излучение

Comprehension is the key to all things
Самый ранний этап эволюции Вселенной, о котором имеются наблюдательные данные — эпоха первичного нуклеосинтеза, в течение которой образовались ядра дейтерия, гелия и лития. Что же дальше происходило с Вселенной?
Долгое время пространство было заполнено плазмой, состоявшей из электронов, фотонов, протонов и некоторого количества более сложных ядер. По мере расширения Вселенная остывала, и однажды стало возможным объединение электронов и ядер в нейтральные атомы: электроны и протоны стали достаточно медленными, и фотоны достаточно остыли, чтобы не разрушать атомы. Процесс образования атомов называется рекомбинацией, а период, когда он происходил, соответственно, — эпохой рекомбинации. В эпоху рекомбинации Вселенной было примерно 480000 лет. В это время произошло ещё одно знаменательное событие: Вселенная стала прозрачной для излучения. Что это значит? Фотоны могут взаимодействовать с заряженными частицами: излучаться ими, поглощаться, рассеиваться. В плазме фотон постоянно встречается с электронами и положительными зарядами и рассеивается ими. Когда плазма, заполнявшая Вселенную, превратилась в нейтральный газ, фотоны смогли свободно распространяться, не встречая преград на своём пути. В эпоху рекомбинации температура этих фотонов была равна 3100 градусам Кельвина; по мере расширения Вселенной они остывали, и теперь их температура в среднем равна 2,725 градусам Кельвина. Когда говорят о том, что температура космоса равна 3 градусам Кельвина (или -270 градусам Цельсия), имеют в виду именно температуру этих фотонов. Это излучение называют реликтовым микроволновым излучением, и оно несёт много информации об устройстве нашего мира.
Существование реликтового излучения было предсказано в 1948 году Георгием Гамовым, Ральфом Альфером и Робертом Германом в рамках теории Большого Взрыва, а открыто оно было дважды. В 1955 году аспирант-радиоастроном Тигран Арамович Шмаонов проводил измерения космического радиоизлучения на длине волны 32 см. Измерениям мешал шумовой сигнал, от которого никак не удавалось избавиться. Интенсивность сигнала не зависела от направления на небе и времени регистрации. Шмаонов решил, что это очень странно, опубликовал статью, но больше ничего делать не стал. Через 9 лет два американских физика, Арно Пензиас и Роберт Вудро Вильсон, проводили испытания антенны нового типа и зарегистрировали шумовой сигнал. Исключив все возможные источники шума (в том числе и помехи от садящихся на антенну голубей), исследователи признали, что зарегистрировали предсказанное реликтовое излучение.
Первый спутник для изучения реликтового микроволнового излучения, РЕЛИКТ-1, Советский Союз запустил в 1983 году. Спутник с хорошей точностью измерил температуру излучения, а также показал, что она примерно одинакова у излучения, приходящего со всех сторон. Ключевое слово здесь — "примерно". Температура реликтового микроволнового излучения зависит от того, с какой точки неба оно пришло. Различие совсем маленькое — порядка 10^(-5) градуса, но оно может многое рассказать о том, как выглядела Вселенная в эпоху рекомбинации. Например, масштаб неоднородностей (10^(-5)) говорит о том, что Вселенная тогда была куда более однородна, чем сейчас, когда галактики разделены пустым пространством. После РЕЛИКТ-1 были последовательно запущены ещё три спутника: COBE, WMAP и Planck. На картинке ниже показано, как улучшалась их точность в измерении неоднородностей реликтового излучения.



А это карта неоднородностей реликтового излучения, полученная спутником Planck. Синие точки соответствуют более холодному излучению. Разница температур самой горячей и самой холодной точки — порядка 10^(-5) градуса.



Из распределения неоднородностей реликтового микроволнового излучения было выяснено, что наше пространство плоское, каков состав Вселенной и многое другое. Поэтому изучение реликтового излучения — важная астрофизическая задача.

P. S. А ещё можно купить подушку с картой реликтового излучения.

@темы: волшебный мир физики, космоса глубины

09:33 

Comprehension is the key to all things
Вот такой кофе продают в ИЯФе. Нет, я его не покупала и не знаю, какой он на вкус.


@темы: ИЯФ, Новосибирск, волшебный мир физики, пена дней

18:22 

Comprehension is the key to all things
Если вы учитесь на физфаке НГУ, то вам приходится посещать лабораторные практикумы, причём каждый семестр разные. Со второго курса по итогам практикума полагается провести собственное исследование и написать курсовую работу. Расскажу-ка я про свою любимую курсовую. :inlove:

Тема её звучала как «Исследование распространения поверхностной электромагнитной волны по геодезической призме». Что же всё это значит?
Что такое электромагнитная волна, видит каждый (причём в буквальном смысле). Обычно мы имеем дело с электромагнитными волнами, свободно распространяющимися в пространстве (например, светом или радиоволнами). Однако есть волны, локализованные у поверхности проводящего вещества. Их называют поверхностными плазмон-поляритонами (ППП). Их мы и изучали в этой работе.
Для создания ППП использовалось терагерцовое излучение Новосибирского лазера на свободных электронах. Если расположить все виды электромагнитного излучения в порядке возрастания их частоты, то сначала будут радиоволны, потом инфракрасное излучение, затем видимый свет, ультрафиолетовое излучение, рентгеновское излучение и гамма-лучи. Терагерцовое излучение лежит между радиоволнами и инфракрасным излучением. Оно применяется в сканерах систем безопасности и медицинских сканерах, а также для изучения биологических молекул. В большинстве лазеров источником излучения является кристалл. В Новосибирском лазере на свободных электронах, как нетрудно догадаться, излучение генерирует пучок электронов, движущихся с околосветовыми скоростями. Его пропускают через систему магнитов, заставляющей его двигаться по синусоиде, тем самым испытывать ускорение и излучать (все заряженные частицы, движущиеся с ускорением, излучают фотоны). Лазер принадлежит Институту ядерной физики, но находится на территории Института химической кинетики и горения и занимает целое здание; его, как указку, в карман не положишь. Замечательная особенность лазера на свободных электронах заключается в том, что частоту излучения можно перестраивать в широких пределах (а ваша лазерная указка так не умеет :tease2: ).
Осталось разобраться с тем, что такое геодезическая призма. На скорость вычислений техники влияет скорость распространения электрического тока. Поэтому, когда в будущем нам понадобятся более мощные компьютеры, имеет смысл заменить электроны на что-нибудь побыстрее, например, фотоны. Пучком фотонов надо как-то управлять. Когда дело касается света, для поворота луча мы используем призмы, для фокусировки — линзы. В будущих оптических компьютерах, как один из вариантов, предлагается использовать ППП (уж они-то не будут разлетаться по всему устройству!). Линзой для них будет полусферическое углубление в проводящей поверхности, а призмой — коническая канавка. Такие оптические элементы называют геодезическими, потому что они меняют форму поверхности.

Кажется, со всем непонятным разобрались, теперь можно посмотреть на экспериментальную установку.



1. Излучение лазера доставляется на рабочую станцию по волноводу, заполненному сухим азотом. Выходное отверстие закрыто полиэтиленовой плёнкой, а когда излучение не нужно, то ещё и металлической заслонкой (на фото). С терагерцовым излучением надо быть осторожным: оно запросто может прожечь дырки в одежде экспериментатора. Для глаз оно тоже не очень полезно, поэтому работать следует в защитных очках.

2. Поляризаторы нужны, чтобы уменьшать мощность излучения.

3. Обтюратор представляет собой вращающийся диск с отверстиями; он периодически перекрывает поток излучения.

4. Диафрагма вырезает узкий пучок излучения.

5. Зеркало сделано из стекла с золотым покрытием. Нужно, чтобы поворачивать пучок.

6. А вот и наша главная героиня — геодезическая призма! Устроена она так же, как и зеркало. Вот фото, на котором её можно получше разглядеть.



7. Пойдя по поверхности призмы, ППП срывается с неё. Чтобы его зарегистрировать, мы использовали оптикоакустическую ячейку Голея. Она состоит из небольшого металлического цилиндра, закрытого затемнённой металлической пластиной с одной стороны и гибкой металлизированной диафрагмы с другой. Цилиндр заполнен ксеноном и запаян. Когда излучение падает на затемнённую металлическую пластину, газ нагревается, и его давление увеличивается. Это приводит к деформации диафрагмы, разделяющей две камеры. Свет от лампы, падающий на диафрагму, отражается от нее на фотодетектор. Движение диафрагмы изменяет величину отражённого потока.

Результаты я вам не покажу: во-первых, это не интересно, во-вторых, они не получились. Но мне всё равно понравилось делать эту работу.

@темы: слава Омниссии!, волшебный мир физики, Новосибирск, НГУ, ИЯФ

17:01 

Про первичный нуклеосинтез и проблему лития

Comprehension is the key to all things
LikeIason просила написать что-нибудь про звёзды и Вселенную. Я как раз занималась одной проблемой, имеющей к этому отношение...

Задумывались ли вы, откуда взялось столько химических элементов? Все атомы состоят из электронов, протонов и нейтронов. Если добавить электрически нейтральному атому, например, кислорода электроны (или отнять у него несколько электронов), то он превратится в отрицательно или положительно заряженный ион, но кислородом быть не перестанет. Если изменить число нейтронов в ядре, то атом тоже будет атомом кислорода, но другим его изотопом. Разные изотопы кислорода имеют немного разные свойства (например, некоторые из них радиоактивны), но в целом в химическом плане одинаковы: все они поддерживают горение и дыхание. А вот если изменить число протонов в атомном ядре, то он превратится в атом другого элемента. Итак, атомы разных химических элементов отличаются числом протонов. Поэтому если мы хотим понять, откуда взялись элементы, мы должны узнать, как образовались атомные ядра.
Когда Вселенная только-только родилась в процессе Большого Взрыва, она была заполнена частицами с очень высокими энергиями. Кварки тогда не были пленены внутри адронов и могли свободно распространяться. По мере расширения Вселенная остывала. В какой-то момент кварки образовали адроны: комбинации из трёх кварков (барионы) или из кварка и антикварка (мезоны), в которых и пребывают по сей день. Протоны и нейтроны — строительный материал атомных ядер — это легчайшие барионы. Но пока они существуют по отдельности и не образуют ядра. Вселенной надо было ещё остыть, чтобы протон и нейтрон смогли объединиться в ядро дейтерия — изотопа водорода. Ядра дейтерия в процессе ядерных реакций породили ядра трития (ещё одного изотопа водорода, состоящего из протона и двух нейтронов) и гелия-3 (3 — это 2 протона и 1 нейтрон). Затем возникли гелий-4 и литий-7. Оставшиеся протоны стали ядрами водорода. Время, когда во Вселенной проходили ядерные реакции, называется эпохой первичного нуклеосинтеза. Началась она через 2 минуты после Большого Взрыва, а температура заполнявшего Вселенную вещества составляла тогда примерно 80 млн градусов. Через некоторое время Вселенная ещё больше остыла, и ядерные реакции стали невозможны. Дело в том, что ядра положительно заряжены, а одноимённые заряды, как известно, отталкиваются. Ядра должны иметь очень высокую энергию, чтобы преодолеть отталкивание и провзаимодействовать. Элементы тяжелее лития начали образовываться в недрах первых звёзд.
Как предполагается, первые звёзды (звёзды III поколения) были массивными и жили мало, поэтому астрономы никогда их не наблюдали. Из обогащённого тяжёлыми элементами вещества, оставшегося от звёзд III поколения, образовались звёзды II поколения. Они смогли дожить до наших дней. Самые молодые — звёзды I поколения, к ним относится Солнце. Они богаты тяжёлыми элементами. Химические элементы вплоть до железа образуются в недрах звёзд. Более тяжёлые элементы рождаются при взрывах сверхновых.
Но вернёмся к эпохе первичного нуклеосинтеза. Пользуясь знаниями, полученными ядерной физикой, учёные разработали теорию, предсказывающую концентрации лёгких элементов, появившихся в ранней Вселенной — водорода, дейтерия, гелия-3, гелия-4 и лития-7. Предсказания надо сравнить с наблюдениями. Но как это сделать, если поколения звёзд переработали первичное вещество? Астрономам приходится искать самые древние и бедные звёздами области космоса и измерять концентрацию лёгких элементов в них. Например, дейтерий и гелий-3 наблюдают в облаках межзвёздного газа в далёких галактиках, а литий-7 — в карликовых звёздах II поколения. Сравнение наблюдаемых значений с теоретическими показывает, что концентрации дейтерия, гелия-3 и гелия-4 согласуются с предсказаниями, а вот наблюдаемая концентрация лития-7 в 2,5 раза меньше предсказанной. У такого большого расхождения может быть три возможные причины:
1) Астрономы не учитываю какие-то процессы, приводящие к тому, что литий в звёздах расщепляется или проваливается вглубь звезды и пропадает из вида;
2) Данные по ядерным реакциям неверны;
3) Имеют место неизвестные современной науке физические процессы (например, распады неизвестных тяжёлых частиц или отклонения от общей теории относительности Эйнштейна); пожалуй, самый заманчивый вариант.
Почему наблюдается так мало лития — неизвестно. Сейчас учёные разрабатывают все три направления. Какое из них принесёт плоды, покажет время. А может, на самом деле инопланетяне перевели весь литий на батарейки.

@темы: космоса глубины, волшебный мир физики

06:53 

Comprehension is the key to all things
1 апреля хочется запостить что-нибудь хулиганское. Пусть в этот раз будет стихотворение Джона Апдайка про нейтрино.

Космическая наглость

Нейтрино, крохотные тени,
Отринув массу и заряд,
Не признают закон общений,
Взаимодействий и преград.
Они по всей Вселенной шарят,
Не поступаясь прямизной.
Для них пустой надутый шарик —
Трилльоннотонный шар земной.
Ничто не сдвинув и не тронув,
Они проходят сквозь него —
Так сквозь стекло скользят фотоны,
Так пыль проносит сквозняком.
Ни стен для них, ни пьедесталов.
Они способны осадить
Холодную закалку стали
И жаркой меди звон и прыть.
Они летят таким карьером,
Что и не снился жеребцам,
Поверх всех классовых барьеров
Вторгаясь в тело мне и вам.
Их суд немыслимо высокий,
Их приговор неотвратим,
Он шлет на головы потоки
Неощутимых гильотин.
Ныряя где-нибудь в Евфрате,
Они уходят в глубину,
Чтобы пронзить из-под кровати
Ньюйоркца и его жену.
Средь ночи протыкать перину!
Вы скажете: вот молодцы!
А я считаю, что нейтрино —
Космические наглецы.

(перевод Г. Варденги)

Оригинал

@темы: минутка поэзии, волшебный мир физики, праздник к нам приходит

08:22 

Comprehension is the key to all things
Выпуклости и впадины на вибрирующей пластине образуют сложные узоры, называемые фигурами Хладни. Проявить их можно с помощью песка (или соли, как в этом видео). Чем выше частота колебаний пластины, тем более замысловатыми становятся фигуры.


@темы: волшебный мир физики, what Terra cees

Нулевая энтропия

главная