СФУ

Форум студентов СФУ


не является официальным сайтом Сибирского федерального университета
Вернуться   Форум студентов СФУ > Наука

Ответ
 
Опции темы Оценить тему
Старый 28.08.2010, 20:40   #1
bykovsky
Местный
 
Регистрация: 29.03.2009
Сообщений: 887
По умолчанию Ускоритель с перпендикулярным сведением пучков частиц

Тема вынесена на Форум: «Инновационные проекты для наукограда в Сколково», полный текст высказанного предложения здесь http://www.medvedev-da.ru/forum.php?...ID=42&TID=3516
Обсудим?

«Для развития и реализации программы «Нанотехнологии» было бы крайне полезно провести следующий эксперимент.
Необходим ускоритель частиц с перпендикулярным сведением пучков (в общем случае варьируемый угол в пределах 0 -180). Физически такой прибор это несколько усложненный электронный микроскоп с мишенью в виде второго пучка частиц. Электронные микроскопы стоят до 300 000$, здесь речь идет о необходимости некоторого изменения конструкции и проведении направленных исследований, что потребует несколько больших затрат. Но в итоге позволит, не только прояснить многие моменты физики частиц, но и создать новый инструмент с высокими разрешающими возможностями. Параметры проекта 1.5 – 2 года работы и бюджет 3-6 миллионов долларов.
Принципиальная схема опыта проста: перпендикулярное сведение пучков электронов, протонов, гамма квантов с варьируемыми углами сведения пучков частиц. Энергия частиц, от нескольких долей электрон вольт до нескольких тысяч, максимально 50 КэВ. Энергия в пределах стандартного ЭМ.
При использовании предлагаемой схемы, есть возможность проверить многие возникшие в последнее время идеи, в области квантовой химии, причем метод изучения и оборудование ненамного превысят сложность и стоимость эксплуатации стандартно выпускаемых РЭМ (Растровый Электронный Микроскоп).
В общем, осуществление проекта по силам любой лаборатории ФИАН или профильному производству ВПК.
О физической сути эксперимента.
Обычных ускорителей со встречным сведением пучков в данное время, построено несколько десятков, апофеозом которых является знаменитый БАК. Но не смотря на их многочисленность, все существующие ускорители работают только со встречными пучками. Уже одно это оправдывает идею перпендикулярного ускорителя.
На первый взгляд, сведение пучков перпендикулярно или под различными острыми и тупыми углами, не кажется разумным. Поскольку, при таком способе сведения пучков теряется часть или даже большая часть энергии.
Но, энергия в нашем случае не самое главное, при данной схеме важна не энергия, а прецизионная калибровка частиц на предварительном этапе и последующий статистический анализ.
В обсуждаемом опыте иные плюсы и их множество. Не являясь физиком теоретиком, но имея достаточный опыт работы инженера-наладчика, могу заявить.
Мой опыт говорит - для дальнейшего развития физики, химии, и областей связанных с нанотехнологиями, насущно необходимо экспериментальным путем, точно найти истинную конфигурацию электрических полей свободных электронов.
Что касается традиционных схем ускорителей, то здесь проявился эффект Хоторна - сверхожидания от запланированного - чрезмерная вера в надежно апробированную методику.
Обратим внимание, согласно самым общим законам: причинность, энтропия, законы сохранения - ускорение частиц в поле, просто обязано быть связано с появлением продольной асимметрии в структуре частиц. Последнее и необходимо проверить экспериментально, а заодно и многое другое. Поскольку всякий неординарный «ненормальный» эксперимент, приносит много такого, что даже не обсуждалось при его планировании. И данный эксперимент стоит гораздо дешевле, чем споры и рассуждения о его целесообразности. Ясность стоит денег, к тому же в темных углах, всегда прячется что-нибудь такое, что делает оправданным пошарить в темноте. А не понравиться изделие самим, на такую штуковину всегда можно найти покупателя.
Техническая реализация.
Необходимость создания высокой плотности (концентрации) частиц в точке пересечения пучков для профильного предприятия не представляется сложной задачей, так как может быть решена стандартными методами фокусировки.
Рассеянные частицы попадают на два экрана: два пересекающихся луча - два экрана. Наличие или отсутствие асимметрии проверяется методами статистического анализа. С технической и методологической точки зрения опыт вполне осуществим и даже не сложен.
Физическая сущность явления.
Под продольной асимметрией, подразумевается изменение конфигурации кулоновского поля заряженных частиц, как реакция на действие градиента поля. СТО, как известно, также указывает на похожую по смыслу асимметрию - сокращение продольных размеров релятивистских частиц.
Здесь подразумевается несколько иное - не сокращение, а «сжатие». Но за такие деньги можно проверить обе идеи… Так же возможно появление неких гармоник, связанных с несимметричным перераспределением плотности кулоновского поля, как продолжение квантовой механики. Но различие трактовки физической сути асимметрии не отменяет необходимости ее проверки экспериментальным образом.
Частица реагирует на внешнее поле индукцией и инерцией, а в микромире это вполне может быть связано с изменением конфигурации кулоновского поля. И здесь интересны обе версии - асимметрия частиц после ускорения при движении по инерции, и асимметрия в процессе ускорения, последнее есть эффект Унру.
В случае встречных пучков, обнаружение продольной асимметрии частиц, технически невозможно, при любой, даже многократно большей энергии. А поскольку на традиционных ускорителях пучки сводятся только строго параллельно и только навстречу, то при такой схеме даже случайно возникшие аномалии не могут создать никакой статистики.
Тогда как для большинства областей техники имеют значения напряжения, не миллиарды, а сотые и тысячные доли вольта.
Некоторые технические аспекты.
Обратим внимание, оба пучка, сканирующий и луч мишени - в случае пересечения под острым углом однонаправлено (вдогон) будут иметь равную собственную энергию, при небольшой разнице относительной скорости (калибровка скорости подобно сопротивлению электрического моста). Отсюда пучки электронов луча мишени и сканирующий лу, могут иметь энергию 50эВ или 50КэВ, но относительную энергию действия одной частицы на другую только один 1эВ или даже только доли эВ.
Поэтому рассеяние частиц при самых малых скоростях создаёт совершенно новые возможности и даст такие же неожиданные результаты. Собственно речь идет о естественном развитии растровых электронных микроскопов в область микромира.
Опять же, в данной концепции, речь идет не о простой замене «мишени» в электронном микроскопе, а совмещении квантовой статистики с иным базисом данных. Собственно, отсутствие данного метода, и есть причина, отсутствия каких-либо результатов в данном вопросе в наше время, несмотря на то, что существующие ускорители достигли энергии мега величины.
Напомним, как и в случае с опытом на двух щелях: пока эксперимент не поставлен, никто в принципе не может предвидеть результата. Так же и здесь - наличие «асимметричного результата» рационально просто проверить техническими средствами. Хотя бы потому, что подобный эксперимент никем не проводился, и данная область явлений никем не изучалась, а между миром квантомеханических явлений и макромиром должен быть некий мостик - сохраняющий преемственность законов природы. И через этот «мостик» можно пройти в мир новых технологий, которые принято отождествлять с приставкой нано.
Атомные орбитали.
Исходя из соображений все тех же самых общих законов физики, частицы в свободном состоянии, вне атома, обязательно должны иметь некие протоструктуры, ответственные за состояние атомных орбиталей частиц в составе атома (s,p,d,f,g…). Атомные орбитали, как свойство атома, не могут возникать из ничего - без соответствующей фундаментальной организации полевой формы материи на уровне протоструктуры частиц.
Учитывая энергию квантовых переходов в атоме водорода - порядка от мили вольт до десятков электрон вольт, то для луча мишени наиболее перспективной можно считать энергию: 0-100эВ.
И в пределах этой энергии ожидается изменение конфигурации плотности электрического поля частиц, ответственные за состояния орбиталей.
Поэтому с самого начала, имеет смысл, заложить в конструкцию обсуждаемого «перпендикулярного» ускорителя, возможность изменения энергии и угла сведения пучков. По сути, комнатный ускоритель, есть все тот же «карандаш» в руках советского космонавта, вместо шариковой ручки в руках астронавта. 1 рубль против миллиона долларов при несоизмеримо большей эффективности.
Преимущество двух экранов.
Поскольку данный прибор, не имеет камеры Вильсона или глубокой фотоэмульсии, то для фиксации результата рассеяния, необходимо иметь просто два экрана и прецизионно точно контролировать начальные параметры частиц. Известная начальная энергия и угол отклонения частицы, при последующей компьютерной обработке каждого акта рассеяния, в сумме точно покажут реальную объемную графику кулоновского поля частицы (эмерджентность). Эмерджентность возникает именно в виду программного перевода регистрируемых мест попадания частиц в угол отклонения и отсюда появления возможности «рисовать» графику кулоновского поля частиц.
Имеется в виду, что при изменении энергии в пределах 0 - 100эВ, здесь должны проявиться аномалии связанные с квантовыми состояниями микромира частиц, в своей совокупности определяющие орбитали и другие квантовые числа, а дальнейшее возрастание энергии частиц приведет к изучению природы ядерных сил и явлений связанных с ХЯС (ядерная трансмутация).
Еще и еще раз подчеркнем, опыт крайне полезен при всем диапазоне энергий, но все же наиболее интересна энергия от нуля до ста электрон вольт, как касающееся всех областей химии и биологии.

Опыты и явления - относящиеся к обсуждаемому эксперименту:
Двухщелевая интерференция (природа явления).
Эффект Мессбауэра. Куперовские пары.
Эффект предшествования-задержки (эффект Хааса).
Квантовая телепортация (эффект Хатчисона, проверить фантастика или реальность - а вдруг...).
Квантовая декогерентизация (твердотельные квантовые компьютеры на ядерных спинах - а почему нет??).
Эффект Холла
Эффект Рамзауэра, аномальное рассеяния медленных электронов нейтральными атомами . Экспериментально подтверждение волновой природы электрона.
Эффект Джозефсона - явление протекания сверхпроводящего тока через тонкий слой диэлектрика.
Эффект аномального пропускания X. Бормана.
Эффект Ааронова – Бома, Эффект Казимира.
Рассеяния атомов при малых скоростях.
Рассеяния атомов при малых относительных скоростях представляет большой интерес, поскольку в этом случае заметно проявляются волновые квантовомеханические свойства частиц. До последнего времени в экспериментах с ультрахолодными атомами не удавалось точно контролировать скорости атомов до рассеяния, потому что величины скоростей у охлажденной группы атомов обычно имели большой разброс. Новые эксперименты, выполненные в университете Yale, позволили решить эту проблему. Два облака атомов цезия, охлажденных до температуры 1К, подбрасывались на высоту в несколько сантиметров и изучалось их взаимодействие вблизи верхней точки траектории. По задержке в достижении верхней точки определялись относительные скорости. Скорости атомов до и после рассеяния контролировались с помощью лазерной техники. В верхней точке траектории атомы взаимодействовали в течение достаточно длительного времени без постороннего воздействия, неизбежного в магнитных или лазерных ловушках. Наблюдались s и p волны рассеяния и интерференция между ними. Была найдена относительная энергия, при которой происходило взаимное гашение s волн, и облака атомов проходили друг сквозь друга без рассеяния. Данная методика может оказаться полезной для создания сверхточных атомных часов.
Взято: http://ufn.ru/ru/news/1999/2/
Источник: http://publish.aps.org/FOCUS/
Комментарий к опыту с медленными частицами:
При всех достоинствах, тем не менее, здесь отсутствует возможность плавного изменения скорости частиц и регистрируемая статистика, по крайней мере, в обсуждаемом выше виде - двух пучков и двух экранов.»
bykovsky вне форума   Ответить с цитированием
Старый 01.09.2010, 10:47   #2
bykovsky
Местный
 
Регистрация: 29.03.2009
Сообщений: 887
По умолчанию

«Цитата:
Для того чтобы построить настоящий, трехмерный, портрет протона и узнать распределение партонов в пространстве, требуются гораздо более тонкие эксперименты, чем те, которые были возможны 40 лет назад. Такие эксперименты физики научились ставить совсем недавно, буквально в последнее десятилетие. Они поняли, что среди огромного количества разных реакций, которые происходят при столкновении электрона с протоном, есть одна особенная реакция — глубоко-виртуальное комптоновское рассеяние, — которая и сможет рассказать о трехмерной структуре протона.
Цитата:
в ноябре 2008 года появилась интересная теоретическая статья, в которой утверждается, что быстро летящий протон должен иметь вид не плоского диска, а двояковогнутой линзы. Так получается потому, что партоны, сидящие в центральной области протона, сильнее сжимаются в продольном направлении, чем партоны, сидящие на краях. Было бы очень интересно проверить эти теоретические предсказания экспериментально!
http://elementy.ru/lib/431034 »
bykovsky вне форума   Ответить с цитированием
Старый 26.12.2010, 22:48   #3
Гость
Гость
 
Сообщений: n/a
По умолчанию

Принцип относительности – равноправие всех ИСО, вместе с постоянством скорости света и условием синхронизации часов и есть СТО. Так вот мало кто обращает внимание, на строгость подобного подхода. Согласимся, что постоянство течения времени в СТО никак не контролируется. Правильно когда при проверке принципа относительности, синхронизация происходит не световым сигналом туда обратно (фокус Лоренца) а по сигналам внешних часов. Имея в виду идею пульсарного времени. Поскольку мы уверены в стабильности атомных водородных часов до 14 знака, но это не повышает строгости доказательства, так как постоянство темпа хода часов экспериментальный факт и ни как не задействован формально в уравнениях. В отличие от этого использование внешних часов, является общим временем для штрихованной и не штрихованной ИСО и соблюдает необходимую строгость как всех вводных чисел так и строгость самой методологии.
В этом смысле предлагаемое перпендикулярное сведение пучков в ускорителе, хотя внешне похоже на опыт Майкельсона – Морли, но за счет замены туда обратно на статистику сложения множества независимых квантовых результатов действия одной частицы на другую, дает возможность построить реальную картину наличия или отсутствия проверяемой продольной асимметрии. Это не позволит определить абсолютной скорости лабораторной ИСО, но будет практически полезно при анализе многих опытов, в частности опыта С.Э. ШНОЛЬ, В. А. КОЛОМБЕТ, Э.В. ПОЖАРСКИЙ, Т.А. ЗЕНЧЕНКО, И.М. ЗВЕРЕВА, А.А. КОНРАДОВ.О реализации дискретных состояний в ходе флуктуаций в макроскопических процессах / / УФН, 1998, т.168http://ufn.ru/ufn98/ufn98_10/Russian/r9810d.pdf
  Ответить с цитированием
Ответ

Опции темы
Оценка этой теме
Оценка этой теме:

Ваши права в разделе
Вы не можете создавать новые темы
Вы не можете отвечать в темах
Вы не можете прикреплять вложения
Вы не можете редактировать свои сообщения

BB коды Вкл.
Смайлы Вкл.
[IMG] код Вкл.
HTML код Выкл.

Быстрый переход


Часовой пояс GMT +7, время: 18:25.

Сайт sfu.su не является официальным сайтом Сибирского федерального университета. Администрация форума не несет ответственности за содержание данного форума.