↑↑↑

↓↓↓
Флаг России Флаг Великобритании
Баннер Недвижимость в Коста-дель-Соль
🏠 |Образование | Ядерная физика |

Электронные методы в ядерной физике

Кафедра ядерной физики История кафедры
Конспекты и учебные материалы Статья в википедии

Курс Леонида Ивановича Виноградова

Конспекты:


1 - скачать
2 - скачать
3 - скачать

Учебники:

Р. Токхейм - "Основы цифровой электроники - скачать
П. Хоровиц, У. Хилл - "Искусство схемотехники" т.1 - скачать
П. Хоровиц, У. Хилл - "Искусство схемотехники" т.2 - скачать

Пособия:

Лаплас - скачать

Вопросы курса

1 - скачать

Статья из Журнала СПбГУ в которой пишут в том числе про Леонида Ивановича.

ЦЕРН: жаркий июль 2012 года

О работах в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН) рассказывает руководитель Лаборатории физики сверхвысоких энергий СПбГУ, кандидат физико-математических наук Григорий Александрович Феофилов.

Волна горячих новостей облетела мир 4 июля 2012 года, когда в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН) было объявлено об открытии новой субатомной частицы, которая очень похожа на «тот самый» Хиггсовский бозон. Данная частица обладает массой около 125 ГэВ (примерно как 130 протонов). Факт ее существования не вызывает ныне никаких сомнений: достигнутый на сегодня уровень достоверности в двух независимых экспериментах на Большом адронном коллайдере (БАК) подразумевает не более трех шансов из миллиарда, что это случайность. 31 июля в ведущий физический журнал Physics Letters B были направлены одновременно две статьи, подготовленные научными коллаборациями ATLAS и CMS на БАК, где подробно описываются методики экспериментов и приводятся результаты обработки данных. Установлено, что эта новая частица — бозон (причем самый тяжелый из всех известных).

Хиггсовский бозон: что дальше?

Если говорить о современной картине мира, то мы знаем, что есть четыре типа основных взаимодействий, осуществляемых путем обмена частицами, которые называются бозонами. Они отличаются от других частиц (фермионов) целым значением спина и подчиняются статистике Бозе-Энштейна. Известно, что термин «бозон» был введен Полем Дираком с тем, чтобы увековечить вклад физика из Индии Сатиендра Бозе в развитие теории таких частиц.

Один из парадоксов заключался в том, что один из бозонов, фотон — переносчик электро-магнитного взаимодействия, не имеет массы (и перемещается со скоростью света), а W и Z бозоны, которые отвечают за слабое взаимодействие, почему-то массу имеют. В попытке решить этот парадокс в 1964 году 6 теоретиков практически независимо друг от друга выдвинули гипотезу о том, что должно существовать некоторое поле, которое отвечает за то, что у некоторых из бозонов (и косвенным образом у элементарных частиц) появляется масса. Сегодня данное поле носит имя трех его предсказателей (Englert-Brout-Higgs). Говорят, что Хиггсу, когда он написал свою статью про существование такого нового поля и отнёс её в редакцию, сказали, что предлагаемый им механизм не дает никаких экспериментально проверяемых предсказаний. Тогда он добавил всего один абзац, из него следовало, что обнаружить это поле можно по следам распада некой гипотетической частицы — результата «возбуждения», или, другими словами, кванта этого поля. В 1964 году статью Хиггса приняли, были разные дискуссии, но это было настолько важное теоретическое предсказание, что ради него примерно 20 лет назад начали строить БАК. Сегодня не вызывает сомнения, что открытый бозон подтверждает существование поля Englert-Brout-Higgs’а.

Что такое бозон Хиггса на простом языке? Можно привести такую приблизительную аналогию: если подуть на практически невесомые пенопластовые крошки, то они разлетятся, поскольку у них почти нет массы. Но если их же бросить на поверхность воды и попытаться сдуть, то это окажется непросто, они станут «тяжёлыми», получат «массу». Вода здесь может служить аналогом хиггсовского поля, пронизывающего всё пространство. При взаимодействии с этим полем получают массу элементарные частицы. Если бы этого поля не существовало, то все элементарные частицы разлетелись бы — каждая со скоростью света, и, видимо, и нас не было бы… (Только не надо думать, что это поле отвечает непосредственно и за нашу массу, разве что за 1%, основная же наша масса возникает вследствие того сильного взаимодействия, которое удерживает кварки в нуклоне). Так вот, если следовать такой сильно упрощенной картине, приведенной выше, то волны, возникающие на поверхности воды при бросании камушка, и есть некий приблизительный аналог Хиггсовского бозона.

Таким образом, если нам удастся внести достаточную энергию в поле Englert-Brout-Higgs’а и «возбудить» его (а таким «камушком» как раз и являются столкновения протонов Большого адронного коллайдера), то можно ожидать появления квантовой флуктуации данного поля, или, другими словами, появления бозона Хиггса, который практически сразу распадется на несколько частиц. Последние могут быть обнаружены экспериментально, а в суммарных энергетических спектрах продуктов распада должен появиться пик, соответствующий полной массе. Как раз таким образом и велся многие годы поиск Хиггсовского бозона.

Заметим, что теория предсказывает возможность существования нескольких Хиггсовских бозонов. Вот почему данное открытие — это только начало. До конца 2012 года будут продолжаться детальные исследование свойств данной обнаруженной частицы, в том числе — будет точно измерен спин, будут уточняться вероятности распада на разные частицы и т.д.. Сегодня исследования продолжаются, работает коллайдер — каждую секунду происходит 40 миллионов протон-протонных столкновений, их регистрируют, обрабатывают, идёт набор статистики. Основная задача 2012 года: выяснить все свойства этого нового бозона. Это будет критерием того, насколько он соответствует Стандартной модели, которая существует на сегодняшний день. Исследования будут продолжены в 2015 году после перенастройки БАК — самого сложного устройства за всю историю науки — на вдвое большую энергию, чем сегодня.

Практическая польза фундаментальной науки

Группа учёных из СПбГУ в ЦЕРНе

Группа универсантов в ЦЕРН (июль 2012). На снимке: Арсений Титов, студент 5 курса кафедры физики высоких энергий и элементарных частиц, участник CERN Summer School -2012; Л. И. Виноградов, доцент кафедры ядерной физики; В. В. Вечернин, профессор кафедры физики высоких энергий и элемен-тарных частиц; Игорь Алцыбеев, Татьяна Дрожжова и Владимир Коваленко. Группа универ-сантов в ЦЕРН (июль 2012). На снимке: Арсений Титов, студент 5 курса кафедры физики высоких энергий и элементарных частиц, участник CERN Summer School -2012; Л. И. Виноградов, доцент кафедры ядерной физики; В. В. Вечернин, профессор кафедры физики высоких энергий и элемен-тарных частиц; Игорь Алцыбеев, Татьяна Дрожжова и Владимир Коваленко.

далеки такие масштабные эксперименты фундаментальной науки от практической жизни? Какой толк простым людям от элементарных частиц? Чтобы ответить на эти вопросы, стоит вспомнить, что вся история человечества проходит ряд важных этапов в плане развития технологий и технических революций, но в основе последних всегда лежит фундаментальная физика. Исследования иногда проходят в тиши кабинетов, где идеи возникают на кончике пера, или в скромных неприметных лабораториях на неказистом, с первого взгляда, оборудовании, или могут быть результатом работы больших коллективов в сверкающих супер-современных центрах, но и там и там фундаментальная наука приводит рано или поздно к прорыву в новое. В качестве примеров можно для начала вспомнить об одной элементарной частице — об электроне. Явление электричества изучалось человеком, наверное, с античных времен. В 1831 году Фарадей открыл законы электромагнитной индукции, но лишь после смерти Фарадея примерно к 1870 году в Европе появились первые генераторы, годные к промышленному применению, и только с 1873 года пошли коммерческие электромотры. Часто цитируются забавные истории, связанные с Фарадеем. Однажды на вопрос одной очень важной персоны по поводу исследований Фарадея: для чего всё это? — учёный ответил: а с этого, ваше высочество, вы будете собирать налоги. И он оказался прав. Надо отметить, что Фарадей понимал довольно хорошо, что он открыл, и как это может быть использовано — это редкий пример прозрения первооткрывателя. Как-то одна дама спросила у Фарадея: какой прок от вашего открытия? На что он ответил: а какой прок от новорожденного? Действительно, все открытия, которые происходят в лабораториях — это новорожденные, которым ещё предстоит вырасти… Когда Томпсон открыл электрон — как частицу — в 1897 году (Нобелевская премия по физике 1906 года), кто мог подумать о каком-либо практическом применении? Где работают электроны сегодня? (Проще сказать, наверное, где они не работают.) Так вот, краткий перечень помимо энергетики и электроники: электросварка, лазеры, ускорители частиц, радиационная терапия, электронные микроскопы.

Ещё пример с элементарными частицами: в 1928 году Поль Дирак предсказал существование антиматерии — «на кончике пера» был предсказан позитрон (он же антиэлектрон). Где во Вселенной находится антиматерия, куда она вся подевалась, — это, кстати, один из основных фундаментальных вопросов, на которые физики пытаются найти ответ сегодня, в том числе и в экспериментах на Большом адронном коллайдере. Известно, что при соприкосновении материи и антиматерии происходит взаимное уничтожение, аннигиляция, в результате чего появляется и остается лишь какое-то количество фотонов (вспомним посвящённую этой теме книгу Дэна Брауна «Ангелы и демоны», которую многие читали). Позитрон был открыт в 1932 году американским физиком Карлом Андерсоном, который в 1936 году получил Нобелевскую премию.

Позитрон — один из представителей антиматерии. Что до этого простому человеку? Оказывается, позитроны — это как раз те частицы, которые сейчас используются в самой современной, высокоточной медицинской диагностике: в позитронно-эмиссионных томографах. Без аннигиляции позитронов и без достижений эксперментальной ядерной физики не было бы у врачей такого —самого точного на сегодняшний день — способа выявления опухолей.

И вот недавно открыли новую элементарную частицу — бозон Хиггса. Слова о том, что произошёл революционный прорыв, что это величайшее открытие последних двух десятилетий и т.д. — ещё надо осмыслить. Сейчас никто не берется сказать о практическом применении бозона Хиггса. Но я глубоко уверен, что понимание картины мира с точки зрения современной науки совершенно необходимо. Без этого никогда не будет никакого движения вперед. Еще хотелось бы напомнить читателям, что изобретение технологии Всемирной паутины WWW было сделано в 1990 году в научной лаборатории ЦЕРН (Тимоти Джон Бернерс -Ли и Роберт Кайо), а в апреле 1993 года эта интернет-технология стала общественным мировым достоянием. ЦЕРН ведет сегодня — помимо Большого адронного коллайдера — практическую координацию создания европейских центров высокоэффективной адронной терапии онкологических заболеваний. Такие центры уже сегодня успешно работают в Италии и в Германии, строятся в Австрии и Франции, планируются в ряде других стран. «Всемирная паутина» и адронная терапия — среди многих других — это вот два самых ярких примера практической пользы от фундаментальной науки, которые «простой человек» должен знать.

Участие физиков СПбГУ

Рабочая смена на NA61(SHINE): Л.И.Виноградов

Рабочая смена на NA61 (SHINE): Л. И. Виноградов

Это очень здорово, что в поиске и исследовании свойств бозона Хиггса уже многие годы успешно участвуют несколько российских институтов (среди них и Петербургский институт ядерной физики — ПИЯФ), однако у физиков СПбГУ совершенно другие задачи, не менее интересные, чем исследования хиггсовского бозона.

С 1992 года специалисты СПбГУ участвуют в эксперименте ALICE по обнаружению образования в столкновениях ядер свинца при энергиях БАК сверхплотной и сверхгорячей «первоматерии», так называемой кварк-глюонной плазмы, которая существовала в первые микросекунды после Большого взрыва. Парадоксально, что мы говорим о Вселенной, о «первоматерии», и в связи с этим, в то же самое время, изучая свойства вещества в экстремальных состояниях, «заглядываем» с помощью Большого адронного коллайдера в глубь материи на расстояния чуть ли не «нано от нано» (10-18 м), то есть порядка одной миллиардной от миллиардной доли метра, что гораздо меньше размера нуклона. Это область новой физики, это новые открытия, которые ещё предстоят.

Петербургские ученые и инженеры внесли существенный вклад в разработку Внутренней трековой системы — уникальной центральной части экспериментальной установки ALICE, которая успешно и стабильно работает на БАК в регистрации столкновений ультрарелятивиских ядер свинца. С 2004 года университетский вычислительный кластер работает в мировой вычислительной сети GRID для Большого адронного коллайдера, более того, СПбГУ участвует вместе с ОИЯИ (г.Дубна) в координации российской обработки данных ALICE. В программу физических исследований эксперимента ALICE вошли петербургские идеи. Мы пытаемся продолжать лучшие традиции Университета, в том числе, тесную связь теории и эксперимента. В частности, одна из теорий, которую мы пытаемся проверить экспериментально, возникла в Университете — это предсказание явления слияния цветных струн. Теорию выдвинули ещё в 80-х годах заведующий кафедрой физики высоких энергий СПбГУ Михаил Александрович Браун и испанский теоретик Карлос Пахарес. Университетская группа сейчас находит интересные подтверждения. Продолжается накопление информации, ведется обработка данных, идет теоретический анализ, и важно, что в этих исследованиях активнейшим образом участвуют студенты и аспиранты СПбГУ. В 2012 году их результаты уже прозвучали в 10 докладах на нескольких международных совещаниях и семинарах, три приглашенных доклада универсантов предстоят в середине сентября на международной конференции в ОИЯИ(г.Дубна).

В январе-феврале следующего года на БАК предстоит сеанс протон-ядерных столкновений, где должна появиться новая, совершенно уникальная экспериментальная информация, проливающая свет на условия возникновения кварк-глюонной плазмы, о которой говорилось выше. Подробнее про кварк-глюонную плазму, первоматерию, пока рассказывать вообще-то непросто. Установлено, что в центральных («лобовых») столкновениях сверхрелятивистких ядер свинца на БАК образуется чрезвычайно горячая (примерно в 100 тыс. раз горячее, чем в центре Солнца) материя. Обнаружено, что эта материя гораздо плотнее, чем ядерная, в то же самое время она ведет себя как сверхтекучая жидкость. Интенсивные исследования продолжаются. Вещество в таком состоянии может существовать в недрах нейтронных звёзд, а мы его получаем в лабораторных условиях.

Непосредственно связана с данной темой — условиями образования кварк-глюонной плазмы в столкновениях сверхрелятивистских ядер — еще одна: физики СПбГУ уже несколько лет принимают участие в исследовании явления конфайнмента («заточения») кварков и в поиске так называемой «критической точки ядерной материи» в эксперименте NA61(SHINE).

Летняя школа: атмосфера научного поиска

Еще хотелось бы добавить несколько штрихов к портрету крупнейшей мировой лаборатории, где царит особая творческая атмосфера, являющаяся залогом успешного научного поиска и стабильного движения вперед в фундаментальных исследованиях свойств материи. Неким волшебным образом всепроникающая атмосфера научного поиска, царящая в ЦЕРН — своеобразное «поле», наделяющее исследователей творческим научным зарядом, трансформируется в мощнейшую образовательную, постоянно действующую систему подготовки высококлассных специалистов. И это имеет самое непосредственное отношение к СПбГУ.

Рабочая смена на NA61(SHINE). Татьяна Дрожжова контролирует работу газовых детекторов установки Рабочая смена на NA61(SHINE). Татьяна Дрожжова контролирует работу газовых детекторов установки

В широкомасштабных экспериментах на Большом адронном коллайдере сегодня участвуют более двух с половиной тысяч аспирантов со всех концов света, в том числе из России (и из СПбГУ). Они ведут свои исследования на уникальном оборудовании, создаваемом при их непосредственном участии на самом переднем крае технологий. Они получают новые экспериментальные данные и развивают теории, которые находятся на острие современной физической картины мира. Именно таким образом в ЦЕРН сохраняется важнейшая составляющая подготовки новых поколений естествоиспытателей — путем непосредственного участия в исследованиях, ведущихся на переднем крае современной науки. Но этим дело не ограничивается. ЦЕРН постоянно организует разнообразные школы для студентов, аспирантов, учителей физики и преподавателей — практически из всех стран мира.

Мировую известность и небывалую, грандиозную популярность получила ежегодная 2-х месячная летняя школа для студентов (CERN Summer School). Отрадно заметить, что через конкурсный отбор для участия в этой школе регулярно проходят 1-2 студента физического факультета СПбГУ, ч то дает им право не только слушать интереснейшие лекции, но и продолжать практическую работу в составе научных групп в ЦЕРН. Ряд специальных школ, также регулярных, ЦЕРН проводит с целью дать более глубокое профессиональное представление и навыки в какой-либо специфической области исследований. Так, только что закончилась 6-я международная школа по Монте-Карловским генераторам событий для Большого адронного коллайдера (MCnet-LPCC Summer School on Monte Carlo Event Generators for LHC). Сегодняшние исследования и открытия — на уровне поиска бозона Хиггса или расшифровки генома человека — просто невозможны без современных информационных и вычислительных технологий. Не случайно в ЦЕРН была изобретена Всемирная паутина, а сегодня крупнейшая в мире распределенная вычислительная система WLCG (The Worldwide LHC Computing Grid), Грид для коллайдера, также координируется ЦЕРН. Моделирование методом Монте-Карло — одно из важнейших звеньев цепи анализа экспериментальных данных, требующее основательной базовой теоретической подготовки и навыков вычислений, также ведется в ЦЕРН. В этом году для международной школы MCnet-2012 ЦЕРН отобрал более 100 студентов и аспирантов и обеспечил финансовую поддержку избранным участникам (в том числе и трем студентам СПбГУ).

Школы в ЦЕРН — это не только лекции. Важно заметить, что это и живое обсуждение решаемых сегодня студенченских задач. Новые идеи, представленные в постерных докладах наших студентов на MCnet-2012, связаны с самыми горячими направлениями исследований, которые ведутся в Лаборатории физики сверхвысоких энергий СПбГУ в области столкновений релятивистких ядер. Среди них, в частности, поиск нового физического явления — слияния кварк-глюонных струн, предсказанного ранее М.Брауном (СПбГУ, РФ) и К.Пахаресом (Университет Сантьяго-де-Компостела, Испания), точное определение центральности столкновений, поиск дальних корреляций и исследование процессов, предшествующих образованию кварк-глюонной плазмы — экстремального состояния материи, в котором, согласно современным физическим представлениям, находилась вся Вселенная в первые микросекунды после Большого взрыва.

Хотелось бы обратить внимание на тот факт, что образовательные программы в ЦЕРН не ограничиваются физикой высоких энергий. Так, в связи с развивающейся в Европе адронной терапией онкологических заболеваний ЦЕРН координирует уже несколько лет в рамках программы ENLIGHT/PARTNER подготовку нового поколения специалистов — молодых биологов, инженеров, врачей и физиков, которые будут активно развивать в тесном сотрудничестве с ведущими европейскими институтами современные методы лечение рака. При этом используется самая современная база новейших установок десяти академических исследовательских центров, а также и двух ведущих европейских компаний, принимающих участие в данной программе.

Лекции в июльских летних школах в ЦЕРН прошли, а научные исследования в самом разгаре. Игорь Алцыбеев должен продолжать обработку интереснейших данных, поступающих с коллайдера, и завершать работу над кандидатской диссертацией. Арсений Титов ведет работу в ЦЕРН под руководством Урса Виедемана — одного из ведущих сотрудников теоретического отдела ЦЕРН, Татьяна Дрожжова вместе с доцентом Л.И.Виноградовым продолжает участие в эксперименте NA61(SHINE), у Владимира Коваленко начинаются августовские смены на установке ALICE на Большом адронном коллайдере. Впереди у всех еще очень много работы!

…В Женеве жарко… В ЦЕРН удается (иногда) и отдохнуть — от лекций, расчетов и рабочих смен: из июльских горячих культурных событий Большого адронного коллайдера можно отметить «CERN Hadronic Festival» c таким хитами легендарной группы The Cernettes как Big Bang, Collider, Every Proton of You, Liquid Nitrogen и … Mr.Higgs! (См., читай и слушай: http://en.wikipedia.org/wiki/Les_Horribles_Cernettes).

Григорий Феофилов, заведующий Лабораторией физики сверхвысоких энергий НИИ физики им.В.А.Фока физического факультета СПбГУ

Фото: Г.А.Феофилов

Источник http://journal.spbu.ru/?p=8216

Вы нашли то, что искали на сайте?

ДА НЕТ

Или оцените по десятибальной шкале

Если сайт не помог, извиняемся за потраченное время - хочу заверить, что мы стараемся не попадать в нерелевантные запросы, но тем не менее не всегда успеваем обновлять ключевые слова. Ну и контролировать поисковую выдачу, конечно, невозможно.

Например: у нас есть статья про аэропорт Хельсинки и про аэропорт Риги но в выдаче по Риге всё равно статья про Хельсинки.

Если статья Вам помогла, нажимайте ДА. Так мы поймём, что переделывать её не нужно.

Занятно наблюдать в вебвизоре, как люди копируют текст, например вежливого отказа в трудоустройстве на английском но игнорируют кнопку ДА.

Сделаем поиск лучше!
Контакты и сотрудничество:
Рекомендую наш хостинг beget.ru
Пишите на info@urn.su если Вы:
1. Хотите написать статью для нашего сайта или перевести статью на свой родной язык.
2. Хотите разместить на сайте рекламу, подходящуюю по тематике.
3. Реклама на моём сайте имеет максимальный уровень цензуры. Если Вы увидели рекламный блок недопустимый для просмотра детьми школьного возраста, вызывающий шок или вводящий в заблуждение - пожалуйста свяжитесь с нами по электронной почте
4. Нашли на сайте ошибку, неточности, баг и т.д. ... .......
5. Статьи можно расшарить в соцсетях, нажав на иконку сети: