Мы ставим точку в нашем рассказе об ускорителях. Отрывок:
Наконец снова запущен большой коллайдер, и ученые обещают, что к концу
2012 года все увидят первые результаты его работы.
Из народного юмора.
После нашумевшего фильма «Код да Винчи» вышло его
продолжение – «Ангелы и демоны». Сюжет фильма закручен вокруг похищенного
антивещества, которое получили в Большом адронном коллайдере, и с помощью
которого похитители хотели взорвать Ватикан. Во многих фильмах-катастрофах
описываются события, произошедшие якобы после аварии на БАК. Так возможна ли
жизнь после Большого адронного коллайдера? Может ли БАК быть связан каким-то
образом с предсказанием 2012?
Чтобы выяснить это, ответим вначале на вопрос: «А зачем
вообще построили БАК?»
Продолжение истории ускорителей. В этой части вы сможете посмотреть уникальные фотографии, полученные из CERN.
Отрывок:
Вот мы и подошли к главному герою нашего рассказа – Большому
адронному коллайдеру. Для начала разберемся, что же такое коллайдер.
Если мы собираемся исследовать взаимодействие частиц, то не
обязательно направлять пучок в мишень. Можно попробовать столкнуть пучки лоб в
лоб. Идею реализовать не так просто, как кажется...
Все контакты внутри Большого адронного коллайдера скользящие
Как видно на фотографии... трубки
сделаны гафрироваными. Еще одна особенность – проводник в сверхпроводящем
магните...
А что если заставить частицы двигаться по окружности, а не
по спирали? В 1944 году Владимир Иосифович Векслер и несколько позже,
независимо от него американский физик Эдвин Маттисон Макмиллан открыли механизм
автофазировки. Идея заключалась в том, чтобы одновременно с изменением
направления электрического поля усиливать магнитное, причем таким образом,
чтобы радиус движения заряженной частицы не изменялся. Но так как движется не
одна частица, а пучок частиц, неизбежно как отставание в движении, так и
опережение...
Большие размеры высоковольных ускорителей не устраивали
практиков. Например, трудно применять столь громоздкие системы для лечения
онкологических заболеваний. Еще одна проблема – слишком высокие напряжения,
увеличивать которые было уже некуда. Проблемы удалось решить при помощи
переменного электрического поля, а также магнитного поля, которое заворачивало
частицы по окружности. В 1931 году Лоуренс впервые сконструировал циклический
ускоритель циклотрон.
В циклотроне используется резонансный метод, при котором
ускоренные частицы многократно проходят ускоряющий промежуток.
Резонансный метод можно использовать и в линейных ускорителях.
Еще в 1927 году норвежский физик Рольф Видероэ предложил схему линейного
синхронного ускорителя ионов.
Результаты экспериментов с разогнанными частицами превзошли
все ожидания ученых. Но для осуществления искусственных ядерных реакций
требовались частицы с все большей и большей энергией. Поэтому возникала
необходимость сверхвысоких напряжений для разгона частиц.
Преуспел в этом направлении Грегори Брейт, который в 1926
году приступил к разработке высоковольтного ускорителя в Институте Карнеги в
Вашингтоне. В качестве источника высокого напряжения он использовал
трансформатор Тесла. Для предотвращения электрического пробоя, Брейт поместил
его в масло под давлением в 200 атмосфер. Получив в итоге напряжение в 5
миллионов вольт, он не смог, однако его применить. Было установлено, что на
промежуток между электродами в вакууме нельзя подавать напряжение больше
400-500 тысяч вольт.
Тогда Уильям Дэвид Кулидж предложил каскадный принцип
ускорения частиц, когда общее напряжение делится не на два, а на несколько
электродов.
Следующий шаг сделал Ван де Грааф. В 1931 году он
сконструировал элетростатический генератор. Электрод заряжался
электростатическим способом до высокого напряжения. Во избежание стекания
заряда (как известно, заряд стекает к остриям), заряжающийся электрод делали в
форме полой сферы. Чем больше диаметр сферы, тем больший заряд она накапливала,
и тем более высоким было напряжение. В 1932-33 годах Ван де Грааф построил
двухполюсный генератор, состоящий из двух сфер с диаметром 4,5 метра каждая.
Одна сфера заряжалась положительно (2,4 миллион вольт), другая – отрицательно
(2,7 миллион вольт). Позднее обе сферы были объединены, а вторым полисом
служила Земля.
Гигантский двухполюсный генератор Вон де Граафа с диаметром
сфер 4,5 м (фото 1939 г.)
По вспышкам сверхновых можно определить, где еще во
Вселенной запускали адронные коллайдеры.
Из народного юмора.
Более ста лет назад в 1909 году Эрнест Резерфорд, Ганс
Гейгер и Эрнест Марсден провели эксперимент, который произвел настоящую
революцию в науке. Об этом эксперименте знают все, кто когда-нибудь изучал физику.
О нем написано и в учебном пособии для 11 класса по физике 2009 года (В.В.Жилкин,
Л.Г.Маркович) в § 33. Вот схема опыта,
приведенная в учебнике:
Схема экспериментальной установки Резерфорда (учебное пособие для 11
класса 2009 года)
Резерфорд с помощью свинцовой пушки направил пучок α-частиц
на тонкую золотую фольгу, в результате чего ему удалось доказать ядерное
строение атома. Правда, приведенная в учебнике схема, не дает ответ на вопрос,
как регистрировались частицы, отклоненные от первоначального направления на
угол 90˚ и больше.
Одна из задач нашего сайта – поиск описок, опечаток, ошибок
в учебниках, задачниках, на олимпиадах и т.д. Может это нехорошо, выискивать
чужие ошибки и их раскритиковывать, но я хочу привести один пример, который
касается непосредственно меня.
Когда я пришел работать в школу и мне доверили преподавать
астрономию, я стал работать по учебнику 1991 года (автор Воронцов-Вельяминов
Б.А.). Учебник на белорусском языке, но это не важно. Все дело в том, что за
годы учебы в институте я подзабыл астрономию, хотя в школе она мне нравилась. И
когда я рассказывал ученикам про планеты Солнечной системы, то характеристики
планет я брал из таблицы в конце учебника. Вот половина этой таблицы:
Масса Плутона в этой таблице 0,02 массы Земли (выделено
красным). На самом деле, это значение должно быть в 10 раз меньше – 0,002. Но
переводчик или кто-то еще допустил описку, так как в более ранних изданиях этой
ошибки нет. На первый взгляд ничего страшного – подумаешь, на один ноль
ошиблись, ноль это «пустое» место…
Но прикинув, что Плутон всего лишь (как следует из этой
злосчастной таблицы) в три раза меньше по массе за Меркурий, а по плотности он
меньше в четыре раза, получим, что объем Плутона больше за объем Меркурия. Вот
такая получилась арифметика. И у меня в голове закрепилось – Плутон больше
Меркурия.
А по книге этой мы учили детей долго, больше 10 лет.
В этих учебниках есть рисунки Солнечной системы. И на всех
рисунках изображен Плутон. Допустим, авторы учебников не интересуются новостями
астрономии и не знают, что Плутон уже давно не планета. Но обратите внимание на
размеры Плутона на этих рисунках. Плутон больше Меркурия, или, по крайней мере,
сравним с ним. То есть, авторы данных учебников читали ту же астрономию, что и
я. И у них тоже отложилось в голове: Плутон больше Меркурия.
Закончится ли на этом история с Плутоном? Я думаю – нет. Ученики
8-10 классов не изучают астрономию и, «благодаря» рисункам в учебниках физики,
твердо усвоят – Плутон планета, причем довольно большая. Больше Меркурия.
Учебник для ученика – истина последней инстанции. Он из
учебников черпает знания. Любая ошибка учебника или учителя может отложиться на
долгую память у учеников как непреложная истина. Поэтому каждая описка,
неточность могут нанести серьезный удар по знаниям учащихся.
А значит, надо минимизировать количество ошибок в учебниках,
что мы и пытаемся сделать.
В новом 2010-2011
учебном году в 10-х классах, как следует из инструктивно-методического письма
Министерства образования Республики Беларусь «О преподавании учебного предмета
”Физика" в 2010/2011 учебном году», по прежнему будет использоваться учебное
пособие «Физика, 10 класс» авторов В.В.Жилко, А.В.Лавриненко, Л.Г.Марковича
(Минск: Нар. асвета, 2001). С его помощью, учащиеся будут изучать темы
«Электрический ток в металлах», «Зависимость сопротивления металлов от
температуры», «Сверхпроводимость». Это параграф 20 данного пособия. А тема 21
параграфа: «Электрическое поле Земли и электрические явления в атмосфере», и
любопытный ученик с ним ознакомится. И здесь он встретиться с рисунком,
объясняющим принцип действия молниеотвода:
Странный рисунок. Почему внутри тучи заряды двух знаков? И какую роль в данном случае выполняет молниеотвод? В
ситуации, изображенной на рисунке, разряд скорее произойдет в атмосфере, а не
между тучей и Землей. Что ж, молнии в атмосфере не редкость.
Поэтому можно считать рисунки в учебнике 8-го класса (Физика:
уч. пособие для 8-го кл. учрежд. обеспечивающих получение общ. ср. образования
с рус.яз. обучения с 12-летним сроком обучения/ Л.А.Исаченкова, Ю.Д.Лещинский.
– 2-е изд. – Мн.: Нар.асвета, 2005) более приемлемыми:
Как видим, дому действительно грозит опасность, от которой ее спасет молниеотвод, отведя разряд в
землю.
Наконец-то обнаружен баг, который объясняет огромное количество ошибок в задачах 7-10 классов. И он находится в приложении к учебнику «Физика-9», Исаченкова
Л.А., Пальчик Г.В., 2006.
В связи с тем, что второй год подряд 11 классы учатся по ускоренной программе, некоторые темы по физике не включили в задания ЦТ прошлого года, и, судя по всему не включат и на этот год. Ниже выложен приказ МО РБ на этот счет (Программа вступительных испытаний по физике в 2008/09 учебном году // Фiзiка: праблемы выкладання. – 2008. – № 6. – С. 3–6.)
УТВЕРЖДЕНО Приказ Министерства образования Республики Беларусь
10.11.2008 № 795
1. ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЙ К УСВОЕНИЮ УЧЕБНЫЙ МАТЕРИАЛ
Механическое движение. Относительность движения. Характеристики механического движения: путь, перемещение. Скорость. Сложение скоростей. Равномерное движение. Графическое представление равномерного движения.
Неравномерное движение. Средняя и мгновенная скорости. Ускорение. Прямолинейное движение с постоянным ускорением. Графическое представление равноускоренного движения.
Движение материальной точки по окружности с постоянной по модулю линейной скоростью. Угловая скорость. Период и частота равномерного вращения. Центростремительное ускорение.
Свободное падение тел. Ускорение свободно падающего тела. Движение тела, брошенного горизонтально.