Детекторы на Большом адронном коллайдере

На "Элементах", в проекте про Большой адронный коллайдер, появились странички про все шесть детекторов на LHC и про методы детектирования вообще (см. странички с пометкой new). если есть вопросы или замечания -- пишите сюда.

Как облучают ионосферу и что при этом получается

В свежем выпуске Physical Review Letters появились две статьи, в которых рассказывается об интересных экспериментах с ионосферой Земли, проведенных на американской станции HAARP на Аляске.

Эксперименты с ионосферой Земли -- это не так страшно, как может показаться на первый взгляд.

Задачка по оптике

Вот вам на выходные задачка по физике :).

Как известно, даже самая четкая собирающая линза не может сфокусировать свет в точку -- в фокальной плоскости всё равно будет пятнышко размером порядка длины волны. Хорошо, мы сфокусировали свет в такое пятно, а потом перешли в систему отсчета, движущуюся с релятивистской скоростью вдоль оптической оси, в направлении движения света. Все поперечные размеры при этом остаются неизменными, но длина волны света во много раз увеличится из-за эффекта Доплера. Получается, нам удалось сделать пятно во много раз меньше длины волны электромагнитного излучения!

В чём тут подвох?

Получение электричества из человека

Вырабатывать электричество из человека очень просто. Для этого вовсе не требуется "высасывать из него жизненные соки", как это делается в "Матрице", а достаточно просто покрутить ручку динамомашины. Существуют даже специальные девайсы, например, радио с ручной подзарядкой: покрутил минуту -- слушаешь радио.

У этих методов есть два недостатка. Как правило, приходится делать действия специально для вырабатывания электроэнергии, а также при этом затрачиваются заметные усилия. Поэтому хотелось бы придумать устройство, которое генерировало бы электричество "в фоновом режиме" и при этом почти не ощущалось бы.

Вот пара недавних достижений в этом направлении, опубликованные почему-то в научных журналах.

Сопротивление контакта

Кстати об аварии на LHC. Тем, кто дружит с электротехникой, будет наверно интересно узнать, какие сопротивления в сверхпроводящих магнитах считаются приемлемыми в Большом адронном коллайдере.

Прежде всего, при рабочей температуре сам сверхпроводящий кабель имеет нулевое сопротивление, но из-за необходимости механически соединять шины, несущие высокий ток, возникает сопротивление контактов.

У простого механического контакта двух металлов очень маленькое сопротивление, и кроме того, оно уменьшается с ростом прижимающей силы, но его вполне можно измерить, имея обычные советские вольтметр и амперметр, даже мне теоретику это когда-то удалось сделать :). У припаенного контакта наверно еще меньше. Но в обмотках магнита текут сильные токи, вплоть до 10 кА, поэтому приемлемое сопротивление определяется возможностями криогенной системы.

Криогенная система LHC, самая внутренняя, на сверхтекучем гелии, позволяет отводить локальное тепловыделение в 10 ватт. При токе в 10 кА это даёт сопротивление контакта 100 наноом. Поэтому безопасными являются контакты в несколько десятков наноом. Если сопротивление превышает 100 нОм, то начиная с некоторого момента гелий уже не может отводить всё тепло, часть тепла начинает поглощаться металлом, поддерживающим контакт (медь), он начинает нагреваться, нагрев передается сверхпроводнику, вызывая в какой-то момент его переход и -- бабах.

Впрочем, эта аварийная ситуация развивается не так быстро, как может показаться на первый взгляд. Уже после аварии были подняты все лог-файлы и было обнаружено, что температурные датчики начали регистрировать локальный рост температуры (на сущие милликельвины) еще за 5 минут(!) до аварии. Почему-то система была сконфигурирована так, что этому росту не придавалось большое значение. Отныне за таким ростом будут следить строго.

Измерения, проведенные по новой методике в тех секторах ускорителя, которые оставались холодными, показали, что подавляющее большинство контактов имеет сопротивление не более 10-20 нОм. Был обнаружен один контакт на 100 нОм в секторе 1-2, и соответствующий магнит уже заменили. Кроме того, еще один на 50 нОм был найден в секторе 6-7, его тоже решили заменить для пущей безопасности. У дефектного контакта в секторе 3-4, вызвавшего аварию, было сопротивление примерно 200 нОм.

Если кому интересно, вот доклад с прошедшей недавно конференции Chamonix-2009, полностью посвященный этим вопросам.

Цитата

Цитата:

Le public ne comprend pas assez chez nous que la science pure est la condition indispensable de la science appliquée et que le sort des nations qui négligent la science et les savants est marqué pour la décadence.

Albert Ier, 1er octobre 1927

Перевод:

Общество у нас недостаточно хорошо понимает, что фундаментальная наука является совершенно необходимым условием для науки прикладной и что участь любой нации, пренебрегающей наукой и учеными, отмечена печатью декаданса.

Эта фраза принадлежит Альберту I, Королю Бельгии c 1909 по 1934 год и между прочим герою Первой мировой войны. В 1928 году по его инициативе был основан бельгийский Национальный Фонд научных исследований (FNRS), на котором до сих пор во многом держится фундаментальная бельгийская наука.

Новости про Большой адронный коллайдер

Сегодня завершилась закрытая конференция Chamonix-2009, на которой принимались решения относительно работы LHC, как оказалось, на ближайшие два года. Точнее, по результатам конференции были составлены рекомендации, которые для вступления в силу должны быть одобрены на заседании Директората ЦЕРНа в ближайший понедельник.

Главные пункты (исправлено 9.02):

• охлаждение к концу августа;
  
• пучки к концу сентября;
  
• начало экспериментов в октябре;
  
• непрерывная работа сквозь зиму (с небольшой рождественской паузой) вплоть до осени 2010 года;
  
• работа на энергии 5 ТэВ на пучок; к осени 2010 года обещают накопить светимость 200 pb^-1 (что, вообще-то, довольно мало).
  

Задержка (составляющая 6 недель) связана с тем, что раньше сентября не успевают протестировать все свежеустановленные и охлажденные магниты. Работать сквозь зиму -- очень дорогое занятие из-за электричества, но оценки показывают, что иначе в 2009 и 2010 годах будет слишком мало пучкового времени.

Подробности см. в пресс-релизе ЦЕРНа, в специальном обращении генерального директора ЦЕРНа и на странице научной программы конференции, где сейчас в свободном доступе появились все доклады.

Напоминаю, что за новостями вокруг Большого адронного коллайдера и его научной программы я стараюсь следить на странице Новости LHC.

Полный геном неандертальца будет предъявлен через неделю

В свежем выпуске Nature появилась небольшая заметка, в которой говорится, что через неделю будут объявлены первые результаты трёхлетнего проекта по секвенированию полного генома неандертальца. Я в этой теме совсем слабо ориентируюсь, но судя по комментариям специалистов, ожмдается много интересного.

Подробнее об этом проекте см. в новости Александра Маркова на "Элементах" Полный геном неандертальца будет прочтен через два года (20 ноября 2006). Вероятно, там же будет подробная новость и о результатах, когда они появятся. Полезно также следить за сообщениями в антропологическом блоге Джона Хоукса.

Про мерцающие огни

А знаете ли вы, что невооружённым глазом можно легко отличать мерцающий огонек от непрерывно светящегося, даже если частота мерцания составляет сотни герц?

Удобнее всего это наблюдать, если это огонек небольшого углового размера на темном фоне (задние габаритные огни машин вечером, уличные фонари, светодиоды на бытовой технике в темноте). При прямом пристальном взгляде на такой огонек, разумеется, мерцание не заметно. Но если быстро мотнуть взглядом туда-сюда, то на сетчатке на мгновение запечатлеется развёртка света во времени. Непрерывный свет оставит на след в виде полоски, а мигающий -- в виде большого числа отдельных изображений.

При соответствующей сноровке можно нвооруженным глазом примерно определить частоту мерцания, если предварительно потренироваться на источниках известной частоты (откуда узнать частоту -- см. ниже). Можно даже измерить скважность сигнала (скважность -- это единица, поделить на долю периода, в течение которого огонёк горит). Например, наблюдения показывают, что уличные фонари имеют скважность, близкую в 1, а у некоторых автобусов габаритные огни имеют очень высокую скважность.

Интересно также рассматривать надписи на бегущей строке из светодиодов. При обычном взгляде буквы выглядят прямыми, но если мотнуть взглядом вверх или вниз вправо или влево, то они кажутся наклонёнными. Это результат того, что строки табло обновляются не одновременно, а поочереди, как правило сверху вниз.

Теперь о том, как измерить частоту в домашних условиях. Для этого потребуется фотоаппарат, причем подойдет и цифромыльница -- главное, чтобы вы могли выставлять выдержку (или просто знали её). Если сделать снимок, одновременно поворачивая камеру, то на снимке появятся несколько отдельных изображений, по количеству которых и восстанавливается частота.

Вот пример такого снимка, сделанный обычной кэноновской мыльницей:


Это снимок индикатора на микроволновке с выдержкой 0,1 сек. Видны четыре отдельных изображения (расположенные в строчку иконка часов и "0:28"). Это означает, что частота составляет 40 Гц. Проверка на других выдержках это число подтвердила. Можно также заметить, что скважность мерцания очень высокая (цифры не смазаны), а также, что часы "0" и минуты "28" обновляются не одновременно, а со сдвигом фаз.

Кстати, проверив несколько светодиодов на разной бытовой технике, я обнаружил как непрерывные, так и мерцающие, причём с самыми разными частотами, от 40 до 200 Гц. Глазом 200 Гц тоже прекрасно различается.

Update: сейчас повторил опыт с тем же индикатором. Оказывается, его частота не 40, а 200 Гц, т.е. выдержка на том снимке, получается, была 1/50.