14 апреля 2009 г.

Что такое термодинамика

Помнится, после школы мне термодинамика казалась страшно скучным разделом физики, и скорее даже какой-то "теплотехникой", чем вообще разделом физики. Набор непонятно откуда взявшихся эмпирических правил, в котором какая-то логика начинает проступать, только если вывести все это из молекулярной динамики (которая тоже, впрочем, казалась полной скукотищей).

А потом, когда я был в аспирантуре, мне пришлось вести семинары для третьекурсников по термодинамике и статфизике по одному учебнику, автора которого я, к сожалению, уже забыл. Там была шикарная первая глава, после которой у меня наступило "прозрение". Я хочу описать это построение термодинамики тут -- может, кому-нибудь оно пригодится.

13 апреля 2009 г.

Плазменный ускоритель электронов до Тэвных энергий

В журнале Nature Physics опубликована статья Proton-driven plasma-wakefield acceleration про перспективную технологию кильватерного ускорения электронов в плазме аж до ТэВных энергий. Статья доступна также в епринт-архиве: arXiv:0807.4599. Кстати, один из авторов работы -- Константин Лотов из Новосибирска, который уже более 10 лет занимается этой темой (см. его популярную лекцию для студентов НГУ про кильватерное ускорение).

Вообще, в современных ускорителях частицы всегда ускоряются электрическим полем. Чем сильнее поле, тем быстрее идет набор энергии пролетающей частицей. В нынешних ускорителях используются поля напряженностью в мегавольты на метр. Это, конечно, пожет показаться страшно сильным полем, но для современной физики элементарных частиц это очень мало: ведь для того, чтобы набрать энергию в 1 ТэВ, частице придется пролететь сотни километров(!) в поле такой напряженности.

У этой технологии есть физический предел: поля напряженностью заметно выше 100 МВ/м начнут вырывать электроны из металла и приведут к пробою ускоряющей камеры. Более сильные электрические поля можно получить, только если изменить саму среду, в которой поддерживаются такие поля. Например, можно взять плазму и запустить в нее короткий электронный сгусток, который возбудит в плазме колебание с напряженностью электрического поля в многие гигавольты на метр. Если вслед за первым сгустком, на небольшом расстоянии от него, запустить второй электронный сгусток, то это колебание подхватит его и начнет его ускорять (см. анимацию).

Вообще, этой идее уже больше полувека. (Для знакомства с этой технологией могу порекомендовать хорошую популярную статью в журнале "В мире науки" за 2006; см. также подборку ссылок на новые результаты в моей недавней записи.) В последние 10-15 лет в этой области пошел быстрый прогресс, и сейчас рекордные градиенты составляют десятки ГВ/м. Однако удается такие сильные поля поддерживать лишь на дистанции в несколько сантиметров, так что конечная энергия электронов всё равно остается не очень большой, порядка 1 ГэВ. Для того, чтобы достичь существенно больших энергий, требуется либо научиться состыковывать в ряд много таких коротких миниускорителей, либо как-то удлинить эту дистанцию в одном ускорителе.

В свежей статье как раз и предлагается перспективный метод решения этой задачи.

7 апреля 2009 г.

Туннелирование третьего рода

На днях в архиве е-принтов появилась статья с научно-фантастическим заголовком "Tunelling of the 3rd kind" ("Туннелирование третьего рода"). Таким экзотическим термином названа вполне простая, на самом деле, вещь, о которой можно рассказать простыми словами.