Навіщо потрібні прискорювачі елементарних частинок

Прискорювач часток – це пристрій, який прискорює субатомні частинки до високих швидкостей, використовуючи електромагнітні поля. Він генерує пучок заряджених частинок, який використовується в численних дослідницьких цілях.

Історія прискорювача елементарних частинок сходить до 1930 року, коли вчені розробили трансформатор на 200 000 вольт і прискорювали протони по прямій траєкторії. Хоча машина не виконала своє призначення, вона почала пошуки прискорювачів частинок більш високої енергії, які тривають і донині.

У 20-му столітті прискорювачі часток були названі атомними руйнівниками. Назва зберігається, незважаючи на те, що сучасні прискорювачі створюють зіткнення між двома субатомними частинками, а не атомними ядрами.

Зіткнення таких частинок можуть допомогти вченим зрозуміти, як працює Всесвіт. Прискорювачі часток високих енергій надзвичайно корисні для фундаментальних і прикладних досліджень в різних областях, від електроніки і медицини до міжнародної безпеки.

На базовому рівні прискорювачі часток генерують пучок заряджених частинок, який використовується для численних дослідницьких цілей. Зазвичай пучок складається з заряджених субатомних частинок (таких як протони й електрони), але в деяких випадках використовуються цілі атоми більш важких елементів (таких як уран і золото).

Наприклад, в кільцевих прискорювачах частинки безперервно прискорюються в круглій трубі. Напруженість електричного поля збільшується з кожним проходом, підвищуючи рівень енергії пучка частинок.

Коли частинки досягають необхідної швидкості, ціль (наприклад, тонкий шматок металевого листа) поміщається на їх шляху, де детектор частинок аналізує зіткнення.

В цілому, існує 6 ключових компонентів в прискорювачах елементарних частинок:

А) Частка S: забезпечує прискорення частинок (таких як електрони або протони). Один балон з газоподібним воднем, наприклад, може бути джерелом частинок. Один атом гідрогену містить один електрон і один протон.

Б) Металева труба: містить вакуум, в якому рухається пучок частинок. Вакуум підтримує чисте середовище для безперешкодного переміщення заряджених елементарних частинок.

C) Електромагніти: контролюють рух частинок, коли вони проходять через металеву трубу.

D) Електричні поля: регулярно переключаються з позитивного на негативний. Це генерує радіохвилі, які прискорюють заряджені частинки.

E) Цілі: коли частинки досягають бажаної швидкості, вони стикаються з нерухомою ціллю. Іноді стикаються два пучки часток.

F) Детектори: реєструють зіткнення частинок і виявляють радіацію або субатомні частки, які генеруються в процесі.

Найбільші прискорювачі часток в світі

В даний час в світі діють більше 30000 прискорювачів частинок. З них 44% використовуються для променевої терапії, 41% для іонної імплантації, 9% для промислової обробки і 4% для низькоенергетичних і біомедичних досліджень. Тільки 1% існуючих прискорювачів здатні генерувати енергії понад один мільярд електрон-вольт або 1 ГеВ.

В даний час Великий адронний колайдер (ВАК) є найпотужнішим прискорювачем частинок в світі. Він здатний прискорювати два пучки протонів до енергії 6, 5 тераелектрон-вольт. Коли ці два потужних пучка стикаються, вони створюють енергію центру мас 13 тераелектрон-вольт (ТеВ).

ВАК лежить в тунелі глибиною 175 метрів. Він має 27 кілометрів в окружності, і його кільце магнітів може створювати магнітне поле 8, 36 Тесла.

Колайдер містить понад 1000 дипольних магнітів, які утримують частинки, які рухаються майже зі швидкістю світла: одна частинка рухається по 27-кілометровому кільцю 11 000 разів в секунду. Розроблений Великий адронний колайдер Європейською організацією ядерних досліджень у співпраці з більш ніж 10000 дослідників і сотнями лабораторій та університетів з більш ніж 100 країн.

Частка бозона Хіггса, яку іноді називають «часткою Бога», була виявлена ​​в Великому адронному колайдері в 2012 році. У тому ж році фізики сформували кварк-глюонну плазму, яка могла досягати 5, 5 трильйона градусів за Цельсієм – найвищої температури, зареєстрованої рукотворної машиною.

У найближчі роки ця гігантська машина дозволить фізикам перевірити різні теорії фізики елементарних частинок, включаючи аналіз властивостей бозонів Хіггса, пошук нових елементарних частинок, пропонованих суперсиметричними теоріями, а також розв’язання інших загадок у всесвіті.

Також вже заплановано побудову нового прискорювача – Майбутнього кільцевого колайдера (ВКК), який буде ще потужнішим від ВАК. Запуск ВКК заплановано на 2040 р.

Від промисловості до енергопостачання, від охорони здоров`я до безпеки – крім наукових досліджень, існує кілька областей, в яких технологія, пов`язана з прискоренням частинок, позитивно впливає на життя людей.

Застосування в медицині. Щорічно мільйони пацієнтів отримують діагностику і лікування на основі прискорювачів в клініках і лікарнях по всьому світу. Прискорені частки (такі як протони, електрони або більш важкі заряджені частинки) використовуються для знищення ракових клітин і створення детального зображення зсередини тіла.

Споживчі товари. Прискорювачі часток в даний час використовуються в різних промислових процесах, починаючи від зшивання пластмаси для термічної плівки і закінчуючи виробництвом комп`ютерних чіпів. Зокрема, прискорювачі іонних пучків використовуються для виготовлення електронних мікросхем і зміцнення поверхонь матеріалів, подібних до тих, які використовуються в штучних з’єднаннях.

Національна безпека. Прискорювачі грають важливу роль в управлінні запасами, перевірці вантажів і характеристиці матеріалів. Вони в основному використовуються для сканування контейнерів і предметів та допомагають ідентифікувати зброю та інші небезпечні матеріали.

Що ще вони можуть зробити?

Аналіз зіткнень частинок високих енергій може бути корисним для фундаментальних і прикладних досліджень в науці. Це може допомогти фізикам вирішити деякі фундаментальні проблеми в фізиці, включаючи глибоку структуру простору-часу і взаємозв`язок між загальною теорією відносності та квантовою механікою.

Ось чотири основні питання, на які вчені сподіваються відповісти протягом наступних кількох десятиліть:

1. Чи існують додаткові виміри, передбачені моделями теорії струн?
2. Яка природа темної матерії?
3. Як виглядав ранній Всесвіт?
4. Чому ми бачимо асиметрію між речовиною і антиречовиною у Всесвіті?

За словами Стівена Хокінга, технологія, заснована на прискорювачі частинок, є найближчою річчю до машини часу. У 2010 році він написав статтю, яка пояснює, як можна подорожувати в часі.

Запрошуємо школярів підписатися на канал youtube “Готові Домашні Завдання (ГДЗ): Фізика”:

Шкільний реферат з фізики для учнів 10 класу на тему «Навіщо потрібні прискорювачі елементарних частинок». Бажаю отримати 12 балів за повідомлення та проєкт в цілому.

Поліанна М цікавиться

• Задонатити
• Добровільну фінансову допомогу на розвиток проекту у вигляді довільної суми коштів, яка Вас не обтяжує, можна швидко надіслати за вказаним під кнопкою “Задонатити” посиланням

Навіщо потрібні закони?

Закони – це нормативно-правові акти, якими регулюються суспільні відносини через встановлення загальноприйнятих правил. Закони потрібні для того щоб у суспільстві був порядок. Без них у світі пануватимуть хаос, безладдя та анархія. Законами встановлені загальноприйняті норми поводження в суспільстві, якими всі мають керуватися. Не слід також забувати і про духовні закони, які багато в чому схожі на земні. Людина ще від народження вже має певні права та обов’язки, але усвідомлювати це вона починає тільки через деякий час – за мірою дорослішання. Законослухняна особистість свідомо несе і розуміє свою відповідальність перед собою, суспільством і державою. Людині важливо знати закони, хоча б основні – ті, що найбільш відомі. Так людина розумітиме, що їй можна робити, а що – ні. Закони або дозволяють щось робити чи казати, або ж забороняють.

Ви точно не здогадувалися: навіщо на тертці чотири боки і як їх правильно використовувати

Часто для приготування їжі не обійтися без використання різних кухонних інструментів. Тертка, напевно, є на кожній кухні. Але не всі здогаються, навіщо на тертці чотири сторони і як вони використовуються?

За допомогою тертки можна легко і швидко підготувати інгредієнти, зокрема, шоколад, сир, горіхи тощо. На тертці можна побачити різні грані, кожна з яких призначена для певної мети.

Навіщо потрібна кожен бік тертки

Однією з особливостей терток, які можна побачити на сучасній кухні, є наявність поперечних прорізів. Навіщо їх створили? Вони виконують відразу декілька функцій:

• допомагають запобігти ковзанню продуктів під час натирання (наприклад, утримати сиру картоплину в руці буває доволі складно) — завдяки додатковому зчепленню між продуктом і терткою процес стає зручнішим та безпечнішим;
• їх можна використовувати, щоб створювати різні текстури продукту — наприклад, сирну стружку чи волоські горіхи для випічки з грубішою текстурою для надання страві цікавішого вигляду;
• щоб ділити різні складники — наприклад, для приготування настоянки з цитрусових, щоб в рідину не потрапила гірка біла частина.

Отже, дуже важливо пам’ятати, що кожен бік тертки має своє призначення:

• якщо потрібно отримати дрібну стружку чи порошок, вам підійде дрібніший бік тертки;
• для поділу продуктів чи грубішої текстури поперечні прорізи.

Як використовують шорстку грань тертки

Про шорстку грань тертки часто забувають, адже не здогадуються, як її правильно використовувати. Насправді невеликі зірочки дуже зручні і потрібні на кожній кухні.

Насамперед досвідчені кулінари використовують її для подрібнення твердого сиру, горіхів, шоколаду за кілька хвилин. Це значно спрощує кулірнарний процес і допомагає додати стравам особливого аромату та смаку.

А ще цей бік тертки просто незамінний, коли потрібно м’які фрукти перетворити на пюре для соусів, гарнірів чи десертів.

Читайте також: