Metody badawcze współczesnych
fizyków.
Akceleratory.
Akceleratory
Definicja:
Urządzenie do przyspieszania cząstek naładowanych, tj. zwiększania ich
energii. Akceleratory można sklasyfikować ze względu na:
kształt toru przyspieszanych cząstek i krotność jego przebywania
przez cząstki w polu przyspieszającym (a. liniowe i cykliczne),
rodzaj przyspieszanych cząstek, metodę przyspieszania
maksymalnie osiąganą energię.
Np.
Akcelerator kołowy
Wielki Zderzacz Hadronów
Akcelerator kołowy
Akcelerator kołowy (cykliczny) - akcelerator, w którym
przyspieszane cząstki poruszają się po torach zbliżonych do
kołowych i spiralnych. Zakrzywienie toru wywołuje się za
pomocą elektromagnesów rozmieszczonych na planie
zbliżonym do okręgu. Elektromagnesy wytwarzają,
synchronicznie z przebiegiem cząstek, pole elektryczne o
dużej częstotliwości, albo wirowe pole elektryczne
wytwarzane przez zmienny strumień magnetyczny. Podczas
jednego cyklu cząstki doznają niewielkiego wzrostu energii,
dlatego aby otrzymać znaczny wzrost energii, cykl
przyspieszania należy wielokrotnie powtórzyć.
Akceleratorami kołowymi są:
betatron, cyklotron, mikrotron, synchrotron
Elektromagnes Labertsona stanowiący część
źródła protonów w akceleratorze w Fermilab, USA
Najbardziej znanym przykładem akceleratora
kołowego jest
Wielki Zderzacz Hadronów
Wielki Zderzacz Hadronów
największy na świecie akcelerator cząstek (hadronów), znajdujący się w
Europejskim Ośrodku Badań Jądrowych CERN w pobliżu Genewy. LHC leży na
terenie Francji oraz Szwajcarii.Wielki Zderzacz Hadronów jest największą
maszyną świata. Jego zasadnicze elementy są umieszczone w tunelu w kształcie
torusa o długości około 27 km[2], położonym na głębokości od 50 do 175 m pod
ziemią.
LHC jest zbudowany w tunelu akceleratora LEP (Large Electron Positron Collider –
Wielki Zderzacz Elektronowo Pozytronowy).
Betatron
cyklotron
Betatron - akcelerator indukcyjny, rodzaj akceleratora cyklicznego, służący
do przyspieszania elektronów. Betatron używany jest w przemyśle i w
medycynie jako źródło cząstek lub źródło promieniowania, w fizyce stanowi
jedynie urządzenie dydaktyczne. W fizyce jądrowej został wyparty przez
akceleratory umożliwiające uzyskanie wyższych energii cząstek szczególnie
synchrotrony.
Cyklotron - najprostsza i pierwsza historycznie forma akceleratora
cyklicznego cząstek obdarzonych ładunkiem elektrycznym.
Mikrotron
synchrotron
Mikrotron - akcelerator cząstek zaliczany do akceleratorów kołowych; używany jest do
przyspieszania elektronów. Układ składa się z elektromagnesów zakrzywiających tor
cząstek oraz elektrod przyśpieszających polem elektrycznym, swoją budową
przypomina cyklotron.
Synchrotron – szczególny typ akceleratora cyklicznego, w którym cząstki są
przyspieszane w polu elektrycznym wzbudzanym w szczelinach rezonatorów
synchronicznie do czasu ich obiegu. W synchrotronie, tak jak w każdym
cyklotronie (akceleratorze cyklicznym) przyspieszane cząstki krążą w polu
magnetycznym. W miarę wzrostu energii przyspieszanych cząstek, pole
magnetyczne jest zwiększane, by zachować stały promień obiegu cząstek.
Laboratoria i metody
współczesnych fizyków
Laboratoria
Jest je trudno opisać w skrócie, gdyż
mogą to być zarówno pomieszczenia
podobne
do
laboratoriów
analitycznych,
jak
i
duże
hale
mieszczące różnego rodzaju aparaturę
o
znacznych
gabarytach.
Ich
konstrukcja i rozmiary są silnie
uzależnione od rodzaju prowadzonych
badań.
Laboratoria
Badania z dziedziny fizyki ciała stałego czy fizyki
materiałowej można przeprowadzać w laboratoriach o
niewielkich rozmiarach i przy użyciu aparatury,
zajmującej niewielkie kubatury. Z kolei badania cząstek
elementarnych i ich zderzeń przeprowadza się przy
użyciu akceleratorów, których rozmiary mogą być
porównywalne z rozmiarami wielkiego miasta (np.
CERN).
Laboratoria
Warto odnotować, że typowe rozmiary detektora, których może być
kilka lub kilkanaście w takim laboratorium, to rozmiary małego
domu jednorodzinnego. Można zaryzykować stwierdzenie, że
współczesne laboratoria fizyczne są największymi obiektami
badawczymi budowanymi na użytek nauki i badań podstawowych
.
Współczesne Metody
Współczesne badania fizyczne można podzielić na kilka wyraźnych działów,
które zajmują się różnymi aspektami świata materialnego.
Fizyka fazy skondensowanej, bodaj największa dziedzina fizyki,
dotyczy własności materii i jej związków z własnościami i
oddziaływaniami atomów, z których się składa.
Fizyka atomów, cząsteczek i zjawisk optycznych opisuje pojedyncze
atomy i cząsteczki oraz ich oddziaływania ze światłem.
Fizyka cząstek elementarnych (znana też jako fizyka wysokich
energii) z kolei bada cząstki submikroskopowe mniejsze od atomów
i poszukuje elementarnych cząstek budujących wszystkie inne
jednostki materii.
Astrofizyka wykorzystuje prawa fizyki, żeby tłumaczyć zjawiska
astronomiczne, na przykład zjawiska związane ze Słońcem,
Układem Słonecznym oraz Wszechświatem jako całością.