Fizyka
  Wiw.pl   Na bieżąco:  Informacje   Co nowego   Matematyka i przyroda:  Astronomia   Biologia   Fizyka   Matematyka   Modelowanie rzeczywistości   Humanistyka:  Filozofia   Historia   Kultura antyczna   Literatura   Sztuka   Czytaj:  Biblioteka   Delta   Wielcy i więksi   Przydatne:  Słowniki   Co i gdzie studiować   Wszechświat w obrazkach    
 Jesteś tutaj:  Wirtualny Wszechświat > Fizyka > Wielkie wykłady - Boska cząstka 
  Indeks
Wielkie wykłady
Dramatis personae
Niewidoczna piłka
nożna

Pierwszy fizyk cząstek
Interludium A:
Opowieść o dwóch
miastach

Poszukiwania atomu:
mechanicy

Dalsze poszukiwania
atomu: chemicy
i elektrycy

Nagi atom
Interludium B:
Tańczący mistrzowie
wiedzy tajemnej

Akceleratory: one
rozkwaszają atomy,
nieprawdaż?

Czy Bogini stwarza to
wszystko . . .

Dlaczego aż tyle
energii?

Szczelina
Umasywniacz
Katedra Moneta, czyli
trzynaście sposobów
widzenia protonu

Nowa materia:
kilka przepisów

Cząstki z próżni
Wyścig
Wpływowa osobistość
z Kalifornii

Wielka nauka i genius
loci Kalifornii

Synchrotron: tyle
okrążeń, ile chcesz

Ike i piony
Damy Beppa
Pierwsza wiązka
zewnętrzna:
przyjmujemy zakłady

Dygresja w stronę
nauk społecznych:
pochodzenie wielkiej
nauki

Z powrotem do
maszyn: trzy przełomy
technologiczne

Czy większe jest
lepsze?

Czwarty przełom:
nadprzewodnictwo

Kowboj dyrektorem
laboratorium

Dzień z życia protonu
Decyzje, decyzje:
protony czy elektrony

Zderzenie czołowe
czy tarcza?

Wytwarzając
antymaterię

Zaglądanie do czarnej
skrzynki: detektory

Kłopoty
z pęcherzykami

Czego się
dowiedzieliśmy:
akceleratory i postęp
w fizyce

Trzy finały:
wehikuł czasu, katedry
i akcelerator na orbicie

Interludium C:
Jak w ciągu weekendu
złamaliśmy parzystość
i odkryliśmy Boga

A–tom!
I wreszcie boska
cząstka

Mikroprzestrzeń,
makroprzestrzeń
i czas przed
początkiem czasu

  Źródło
Leon Lederman,
Dick Teresi

BOSKA CZĄSTKA
Jeśli Wszechświat jest odpowiedzią, jak brzmi pytanie?

Przełożyła Elżbieta
Kołodziej-Józefowicz


  Wpływowa osobistość z Kalifornii
 
Wpływowa osobistość z Kalifornii
 
T
eraz przenieśmy się wraz z  akcją do Berkeley w  Kalifornii i  poznajmy Ernesta Orlando Lawrence'a,  przybyłego w  1928 roku z  Yale, gdzie dał się poznać jako bardzo zdolny młody fizyk. E. O. Lawrence wynalazł zupełnie inną technikę przyspieszania cząstek w  maszynie zwanej cyklotronem, za co otrzymał Nagrodę Nobla w  1939 roku. Nieobce mu były niezgrabne maszyny elektrostatyczne, które wymagały ogromnych napięć i  łatwo ulegały awariom. Lawrence uważał, że musi istnieć jakiś lepszy sposób. Gdy studiował literaturę w  poszukiwaniu metod otrzymywania wysokich energii bez pomocy wysokiego napięcia, natknął się na publikacje norweskiego inżyniera Rolfa Wideröe. Wideröe  zauważył, że jeśli się przepuści cząstkę przez dwie szczeliny pod rząd, to można podwoić jej energię nie podwajając napięcia. To zjawisko stanowi podstawę konstrukcji urządzenia, zwanego akceleratorem liniowym. Szczeliny umieszczane są w  nim jedna za drugą, a  mijająca je cząstka przy każdej z  nich zyskuje nową porcję energii.
       Dzięki artykułowi Wideröe  Lawrence'owi przyszedł do głowy jeszcze lepszy pomysł. Czemu by nie użyć wielokrotnie tej samej szczeliny z  umiarkowanym napięciem? Lawrence rozumował następująco: gdy naładowana cząstka porusza się w  polu magnetycznym, jej tor ulega zakrzywieniu i  tworzy okrąg. Promień okręgu zależy od siły magnesu (silny magnes – mały promień) i  od pędu cząstki (duży pęd – duży promień). Pęd cząstki jest po prostu równy iloczynowi masy cząstki i  jej prędkości. Oznacza to, że silny magnes będzie prowadził cząstkę po maleńkim okręgu, ale jeśli nabierze ona energii – a  co za tym idzie, zwiększy się jej pęd – wzrośnie także promień okręgu, po którym wędruje.
       Wyobraź sobie, drogi Czytelniku, pudło na kapelusze umieszczone między północnym a  południowym biegunem ogromnego magnesu. Niech pudło będzie zrobione z  jakiegoś niemagnetycznego, ale mocnego tworzywa, na przykład z  mosiądzu lub stali. Wypompujmy z  niego powietrze. W  środku umieśćmy dwa, niemal całkowicie wypełniające wnętrze pudła, obiekty w  kształcie wydrążonych połówek dysku (zwane fachowo duantami). Zwróćmy ich proste brzegi ku sobie, pozostawiając między nimi niewielką szczelinę. Przypuśćmy, że jeden duant jest naładowany dodatnio, a  drugi ujemnie, i  że różnica potencjałów wynosi 1000 V. Strumień protonów wytwarzany (nieważne w  jaki sposób) w  pobliżu środka układu kierujemy w  poprzek szczeliny od dodatniego duantu do ujemnego. Przechodzące przez szczelinę protony zyskują energię 1000 eV i  powiększa się promień okręgu, po którym się poruszają, ponieważ wzrósł ich pęd. Protony mkną po kolistym torze wewnątrz duantu i  gdy znów pojawiają się w  pobliżu krawędzi szczeliny – dzięki zmyślnemu sposobowi przełączania napięcia – pociąga je ujemny potencjał po drugiej stronie. Znowu przyspieszają i  mają już 2000 eV. Proces przebiega dalej. Za każdym razem, gdy protony przekraczają szczelinę, zyskują 1000 eV. W  miarę zwiększania się pędu coraz usilniej próbują uwolnić się od krępującej je mocy magnesu: nieustannie wzrasta promień toru, po którym krążą. W  rezultacie protony mkną po spirali od centrum układu ku jego obwodowi. Tu trafiają w  tarczę, dochodzi do zderzenia i  zaczynają się badania.
       Sprawą najważniejszą w  cyklotronie jest takie dopasowanie zmian napięcia, by zawsze po drugiej stronie szczeliny czekał na protony ujemnie naładowany duant. Ujemny potencjał musi szybko skakać z  jednego duantu na drugi w  sposób idealnie zsynchronizowany z  ruchem protonów. Zadajesz sobie pewnie pytanie, drogi Czytelniku, czy zsynchronizowanie zmian napięcia z  ruchem protonów, które w  miarę przyspieszania zataczają coraz większe i  większe kręgi, nie sprawia kłopotu? Odpowiedź brzmi: nie. Lawrence odkrył, że dzięki boskiej przemyślności protony w  swej wędrówce kompensują wydłużanie się ich drogi zwiększaniem prędkości. Każdą połowę okręgu pokonują dokładnie w  tym samym czasie; zjawisko to nazywamy przyspieszaniem rezonansowym. Aby dopasować zmiany napięcia do ruchu protonów, trzeba mieć źródło zmiennego napięcia o  stałej częstości. Technikę wytwarzania takiego prądu już dawno opanowała radiofonia. Stąd też nazwa mechanizmu przełączającego w  przyspieszaniu cyklotronowym: generator częstości radiowej. W  układzie takim protony przybywają do krawędzi dokładnie w  tym czasie, kiedy na przeciwległym duancie jest maksymalny ujemny potencjał.
       Lawrence opracował teoretyczne podstawy konstrukcji cyklotronu w  latach 1929–1930. Później zaprojektował urządzenie, w  którym protony wykonywały sto okrążeń. Podczas każdego obiegu miały po kolejnym przekroczeniu szczeliny zyskiwać 10 tysięcy eV. W  ten sposób powstawałaby wiązka o  energii 1 MeV (10 000 eV x  100 okrążeń = 1 MeV). Wiązka ta miała być „pożyteczna dla badań jądra atomowego”. Pierwszy taki cyklotron, zbudowany przez Stanleya Livingstone'a, ucznia Lawrence'a, osiągnął jedynie 80 keV (80 tysięcy eV). Lawrence zaczął wtedy działalność na wielką skalę. Otrzymał ogromną dotację w  wysokości tysiąca (!) dolarów na zbudowanie urządzenia mogącego doprowadzić do rozbicia jądra. Płyty pełniące funkcję biegunów magnesu miały 27 cm średnicy. Maszyna ta w  roku 1932 przyspieszała protony do bardzo wysokiej energii 1,2 MeV. Protony te zderzano z  atomami litu i  innych pierwiastków zaledwie w  parę miesięcy po podobnym osiągnięciu grupy Cockcrofta i  Waltona z  Cambridge. Lawrence zajął wprawdzie drugie miejsce, ale i  tak mógł się czuć zwycięzcą.
góra strony
poprzedni fragment następny fragment
Wiw.pl  |  Na bieżąco  |  Informacje  |  Co nowego  |  Matematyka i przyroda  |  Astronomia  |  Biologia  |  Fizyka  |  Matematyka  |  Modelowanie rzeczywistości  |  Humanistyka  |  Filozofia  |  Historia  |  Kultura antyczna  |  Literatura  |  Sztuka  |  Czytaj  |  Biblioteka  |  Delta  |  Wielcy i więksi  |  Przydatne  |  Słowniki  |  Co i gdzie studiować  |  Wszechświat w obrazkach