Μετάβαση στο κύριο περιεχόμενο

Επιταχυνόμενα ποζιτρόνια.

Μια μελέτη, με επί κεφαλής ερευνητές από το SLAC National Accelerator Laboratory των Η.Π.Α. και το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, έδειξε ένα νέο, αποτελεσματικό τρόπο για την επιτάχυνση φορτισμένων σωματιδίων. Η μέθοδος μπορεί να βοηθήσει στην ανάπτυξη γραμμικών επιταχυντών σωματιδίων, οι οποίοι θα έχουν μικρότερο μέγεθος και αυξημένη ισχύ (επιταχυντές που θα χρησιμοποιηθούν για να διερευνηθούν οι ιδιότητες των θεμελιωδών δομικών στοιχείων της φύσης).

Οι επιστήμονες είχαν προηγουμένως δείξει ότι η αύξηση της ενέργειας φορτισμένων σωματιδίων, με την "τοποθέτησή" τους σε ένα κύμα ιονισμένου αερίου ή πλάσματος, λειτουργεί καλά για τα ηλεκτρόνια. Ενώ αυτή η μέθοδος, από μόνη της, θα μπορούσε να οδηγήσει στη δημιουργία μικρότερων επιταχυντών, τα ηλεκτρόνια αποτελούν μόνο το ήμισυ της εξίσωσης για τους μελλοντικούς επιταχυντές. Τώρα οι ερευνητές έχουν φτάσει σε ένα άλλο ορόσημο, με την εφαρμογή της παραπάνω μεθόδου στα ποζιτρόνια. Η νέα αυτή μελέτη αποτελεί ένα πολύ σημαντικό βήμα προς την δημιουργία μικρότερων και λιγότερο δαπανηρών επιταχυντών ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων.
Οι ερευνητές μελετούν τα θεμελιώδη σωματίδια της ύλης και τις δυνάμεις που αναπτύσσονται μεταξύ τους, μέσα από τη σύγκρουση σωματιδίων υψηλής ενέργειας. Οι συγκρούσεις μεταξύ ηλεκτρονίων και ποζιτρονίων είναι απλούστερες και ευκολότερες για μελέτη, διότι σε αντίθεση με τα πρωτόνια που συγκρούστηκαν στον LHC στο CERN, τα σωματίδια αυτά δεν είναι κατασκευασμένα από μικρότερα συστατικά μέρη. Ωστόσο, με τη σημερινή τεχνολογία, ένας επιταχυντής τέτοιου είδους θα έπρεπε να έχει μέγεθος μερικών δεκάδων χιλιομέτρων. Η επιτάχυνση φορτισμένων σωματιδίων, με τη χρήση πλάσματος, είναι ένας τρόπος με τον οποίο οι ερευνητές ελπίζουν να μειώσουν το μέγεθος και το κόστος των επιταχυντών.

Μέσα από προηγούμενες μελέτες, οι ερευνητές, έδειξαν πως όταν μία δέσμη ηλεκτρονίων εισέρχεται σε ένα ιονισμένο αέριο, δημιουργεί ένα είδος κυματισμού, το οποίο χρησιμοποιείται για να επιταχυνθεί μια δεύτερη δέσμη ηλεκτρονίων. Με αυτό τον τρόπο οι δύο δέσμες σωματιδίων εισέρχονται μαζί στον επιταχυντή και κινούνται η μία πίσω από την άλλη. Αυτή η μέθοδος παρέχει υψηλής απόδοσης ενεργειακή ώθηση, στα φορτισμένα σωματίδια, σε ένα σύντομο χρονικό διάστημα.
Όσον αφορά τα ποζιτρόνια όμως, η επιτάχυνση με τη χρήση πλάσματος είναι πολύ πιο δύσκολη. Στην πραγματικότητα, πολλοί επιστήμονες πίστευαν ότι εάν μια δέσμη ποζιτρονίων τοποθετηθεί σε μία τέτοια διάταξη, θα ήταν πιθανό να επιβραδυνθεί.
Η ομάδα ανακάλυψε ότι μια ενιαία δέσμη ποζιτρονίων, αντί για τη χρήση δύο, μπορεί να αλληλεπιδράσει με το πλάσμα κατά τέτοιο τρόπο, ώστε το μπροστά άκρο να δημιουργεί ένα κυματισμό, ο οποίος θα επιταχύνει το άλλο άκρο της δέσμης. 
Σε αυτή την σταθερή κατάσταση, περίπου 1 δισεκατομμύριο ποζιτρόνια απέκτησαν ενέργειες της τάξης των 5.000.000.000 eV σε απόσταση μόλις 1,3 μέτρων. Επίσης η ώθηση αυτή έγινε πολύ ομοιόμορφα, με αποτέλεσμα η επιταχυνόμενη δέσμη να έχει μία καλά καθορισμένη ενέργεια.

Τα αποτελέσματα αυτής της έρευνας είναι σημαντικά για την ανάπτυξη βελτιωμένων επιταχυντών. Στο επόμενο στάδιο, η ομάδα θα προσπαθήσει να βελτιώσει περαιτέρω τα πειράματα, ενώ παράλληλα πραγματοποιήθηκαν προσομοιώσεις ώστε οι ερευνητές να κατανοήσουν πώς δημιουργήθηκε αυτή η σταθερή κατάσταση. 
Αν και οι επιταχυντές σωματιδίων με βάση το πλάσμα δεν θα κατασκευαστούν στο εγγύς μέλλον, η μέθοδος θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την αναβάθμιση των επιταχυντών που βρίσκονται ήδη σε λειτουργία.

Δες στο βίντεο πως λειτουργεί η επιτάχυνση φορτισμένων σωματιδίων με τη χρήση πλάσματος:

  

Μετά:



Σχόλια

Δημοφιλείς αναρτήσεις από αυτό το ιστολόγιο

Απλή Αρμονική Ταλάντωση (Α.Α.Τ) Εξισώσεις κίνησης

Περιοδικά ονομάζονται τα φαινόμενα που επαναλαμβάνονται με τον ίδιο τρόπο σε ίσα χρονικά διαστήματα. Π.χ. ομαλή κυκλική κίνηση, κίνηση εκκρεμούς, περιστροφή γης γύρω από τον ήλιο κ.ά.
(Σκέψου μερικά ακόμη…)
Στοιχεία περιοδικής κίνησης Κάθε περιοδική κίνηση χαρακτηρίζεται από τα παρακάτω τρία στοιχειά:
Περίοδος (Τ) ενός περιοδικού φαινομένου ονομάζεται ο χρόνος που απαιτείται για μια πλήρη επανάληψη του φαινομένου ή ο χρόνος που μεσολαβεί μεταξύ δύο διαδοχικών επαναλήψεων του φαινομένου.
Η περίοδος είναι μονόμετρο μέγεθος και η μονάδα μέτρησής της είναι το 1 sec.

Συχνότητα (f) ενός περιοδικού φαινομένου ονομάζεται το φυσικό μέγεθος του οποίου το μέτρο θα δίνεται από το σταθερό πηλίκο του αριθμού Ν των επαναλήψεων του φαινομένου σε κάποιο χρόνο t, προς το χρόνο αυτό.Δηλαδή: Η συχνότητα είναι μονόμετρο μέγεθος και έχει μονάδα μέτρησης το 1 sec-1 ή 1 κύκλος/sec ή 1 Hz (Hertz).



Σχέση μεταξύ περιόδου – συχνότητας Επειδή σε χρόνο t ίσο με μια περίοδο Τ έχουμε μια επανάληψη (Ν=1) του φαινομένου έχουμ…

Ενέργεια Ταλάντωσης

Η ενέργεια της ταλάντωσης Ε (ή ολική ενέργεια) ενός συστήματος που εκτελεί απλή αρμονική ταλάντωση ισούται με την ενέργεια που προσφέραμε αρχικά στο σύστημα για να το θέσουμε σε κίνηση (ταλάντωση). 




Η ενέργεια αυτή θα δίνεται από τη σχέση:  Από την σχέση αυτή προκύπτει ότι το πλάτος Α καθορίζεται από την ενέργεια της ταλάντωσης, δηλαδή από την ενέργεια που προσφέραμε αρχικά στο σύστημα ώστε να αρχίσει να ταλαντώνεται. Σε όλη την διάρκεια της ταλάντωσης η ενέργεια παραμένει σταθερή. Η ενέργεια μιας απλής αρμονικής ταλάντωσης είναι σταθερή και ανάλογη µε το τετράγωνο του πλάτους της.

Απόδειξη της παραπάνω σχέσης. Αν το σώμα βρίσκεται ακίνητο στην θέση ισορροπίας, για να μετακινηθεί σε µια άλλη θέση πρέπει να του ασκηθεί κατάλληλη εξωτερική δύναμη Fεξ . Κατά την μετακίνηση αυτή θα ασκείται στο σώμα και η δύναμη επαναφοράς. 

Για να μετακινηθεί το σώμα στην θέση (x) θα πρέπει το μέτρο της εξωτερικής δύναμης να είναι ίσο µε το μέτρο της δύναμης επαναφοράς και να έχει αντίθετη φορά, σε κάθε χρονι…

Ταλάντωση και Ελατήριο

Ελατήριο ονομάζεται ένα μηχανικό εξάρτημα το οποίο έχει την ικανότητα να αποθηκεύει μηχανική ενέργεια παραμορφώμενο προσωρινά. Συνήθως το σχήμα είναι ελικοειδές, αλλά υπάρχουν και ελατήρια σε σχήμα ράβδου, οι σούστες.
Το κάθε ελατήριο μπορεί να παραμορφωθεί ως προς μία διάστασή του υπό την επίδραση δύναμης. Όταν ασκείται δύναμη σε αυτήν τη διάσταση, το ελατήριο παραμορφώνεται αποθηκεύοντας το έργο της δύναμης.
Ιδανικό ελατήριο Σε ιδανικά θεωρητικά ελατήρια ισχύει απόλυτα ο νόμος του Hook, δε χάνεται ενέργεια στο περιβάλλον και τα ελατήρια μπορούν πάντα να επιστρέψουν στο αρχικό τους μήκος. Επίσης η μάζα του ιδανικού ελατηρίου θεωρείται αμελητέα. [Στην πραγματικότητα χάνεται μικρό ποσό ενέργειας στο περιβάλλον ως θερμική ενέργεια, ενώ η παραμόρφωση μπορεί να γίνει μόνιμη. Κάθε ελατήριο έχει κάποια όρια αντοχής αν τα υπερβούν θα παραμορφωθεί ή θα σπάσει. Επιπλέον, με την επαναλαμβανόμενη χρήση το υλικό χάνει τις ιδιότητές του λόγω μηχανικής κόπωσης και αν δεν αντικατασταθεί θα σπάσει.]

Νόμο…

Απλή Αρμονική Ταλάντωση (Α.Α.Τ) - Συνισταμένη Δύναμη

Από την Α΄ Λυκείου γνωρίζεις τον θεμελιώδη νόμο της Μηχανικής (2ος νόμος του Newton), ΣF=mα. Επίσης, όπως γνωρίζεις για να υπάρχει επιτάχυνση πρέπει να υπάρχει και δύναμη που ασκείται σε κάποιο σώμα. Στην Α.Α.Τ. ισχύει α=-ω2x, ο συνδυασμός αυτών των δυο σχέσεων δίνει τη σχέση: 
ΣF=-m ω2x Από τη σχέση αυτή φαίνεται ότι όταν ένα σώμα εκτελεί απλή αρμονική ταλάντωση η συνολική δύναμη που δέχεται είναι ανάλογη με την απομάκρυνση του σώματος από την Θ.Ι. της τροχιάς του και έχει αντίθετη φορά από αυτήν. Όταν το σώμα περνά από την Θ.Ι. η συνολική δύναμη που δέχεται ισούται με μηδέν. (Για το λόγο αυτό, ονομάζεται θέση ισορροπίας της ταλάντωσης). Επίσης, στις ακραίες θέσεις της ταλάντωσης η ΣF είναι μεγίστη.


Στο βίντεο δες το διάνυσμα της δύναμης επαναφοράς (είναι πάντα προς την θέση ισορροπίας). 



Αν συμβολίσουμε το γινόμενο mω2 με D (που είναι σταθερό για κάθε ταλαντωτή), δηλαδή D = mω2
Τότε θα έχουμε τη σχέση που δίνει τη δύναμη:F = −Dx (Μάθε την απόδειξη)

Η παραπάνω σχέση είναι γνωστή και σαν συν…

Ταλάντωση και πλαστική κρούση

Θυμήσου την ορμή: 
Για ένα σώμα μάζας m που κινείται µε ταχύτητα u η ορμή του p δίνεται από τη σχέση: p=mu

Η ορμή p είναι ένα διανυσματικό μέγεθος το ο­ποίο έχει: μέτρο p = mu,διεύθυνση και φορά ίδια µε τη διεύθυνση και τη φορά της ταχύτητας u,μονάδα μέτρησης στο S.I. το 1 kg ∙ m/s (ισοδύναμη μονάδα είναι το 1 Ν∙s).Η ορμή, ως διανυσματικό μέγεθος, έχει όλες τις ιδιότητες των διανυσμάτων. Έτσι: μπορεί ν' αναλυθεί σε άξονες, δηλαδή σε συ­νιστώσες px και py,μεταβάλλεται αν μεταβληθεί τουλάχιστον ένα από τα στοιχεία της, δηλαδή το μέτρο της, η διεύθυνσή της ή η φορά της.Ο ρυθμός μεταβολής της ορμής (dp/dt) ισούται με την δύναμη ή τη συνισταμένη των δυνάμεων (ΣF) που ασκούνται στο σώμα.

Προσοχή:

Όταν στις ασκήσεις πρέπει να υπολογίσεις την μεταβολή της ορμής τότε θα υπολογίζεις την σχέση:Δp = pτελ – pαρχΕνώ όταν  ζητείται ο ρυθμό μεταβολής της ορμής θα υπολογίζεις τη σχέση: dp/dt ή ΣF. Θυμήσου:
Σύστημα σωμάτων ονομάζουμε κάθε σύνολο σωμάτων, τα οποία απομονώνουμε νοητι…