Τί τους θέλουμε τους επιταχυντές; Χ. Γκοτζαρίδης Σχ. Σύμβουλος ΠΕ4

Πώς βλέπουμε τα μεγάλα αντικείμενα; Πηγή φωτός (φωτονίων) Μια καθημερινή εμπειρία σκέδασης Ανιχνευτής Για να “δούμε” τη γατούλα, πρέπει να αναλύσουμε τα δεδομένα που ανιχνεύει-μετράει το μάτι μας με φορέα της πληροφορίας το ορατό φως και εργαλείο μέτρησης ανάλυσης αξιολόγησης τον εγκέφαλό μας.

Για τα μικρότερα σώματα; Αυτά όμως τα κύτταρα της γατούλας δεν μπορούμε να τα δούμε όσο και να τα χρωματίσουμε. Και τι κάνουμε γι αυτό;

Η λύση είναι το μικροσκόπιο Χρησιμοποιούμε το μικροσκόπιο για να «μεγαλώνει» τα κύτταρα και να τα βλέπουμε. Τα οπτικά μικροσκόπια έχουν μέγιστη μεγέθυνση 1600 φορές το μέγεθος του αντικειμένου. Τα οπτικά μικροσκόπια συνδυάζουν διαφόρων ειδών φακούς για μεγέθυνση, αποτελώντας ουσιαστικά άμεση εξέλιξη των μεγεθυντικών φακών.

Γιατί δεν βλέπουμε τα μικροσκοπικά σώματα; Αυτό το ωραίο μάτι που κοιτά μέσα από ένα μικρό άνοιγμα δεν μπορεί να αντιληφθεί, να μετρήσει και να επεξεργαστεί, το μήκος του κύματος της θάλασσας. Αυτό συμβαίνει γιατί το μήκος του κύματος είναι πολύ-πολύ μεγαλύτερο από το εύρος παρατήρησης και επεξεργασίας πληροφοριών που μας παρέχει το μικρό άνοιγμα. Κάτι ανάλογο γίνεται και με την μελέτη των «μικροσκοπικών» σωμάτων. Δεν έχουμε το «κατάλληλο παράθυρο» για να το βλέπουμε.

Άρα δεν μπορεί να διακρίνει τις λεπτομέρειες του ατόμου. Και λίγη φυσική Το μήκος κύματος λ του ορατού φωτός είναι από 400 nm ως 700nm. Η ακτίνα του ατόμου είναι της τάξης των 10-1 0 m δηλαδή= 0.1nm. Με άλλα λόγια το μήκος κύματος του ορατού φωτός είναι περίπου 5000 φορές μεγαλύτερο από τις διαστάσεις του ατόμου. Άρα δεν μπορεί να διακρίνει τις λεπτομέρειες του ατόμου. Και τότε τί κάνουμε;

Και; Και πώς γίνεται αυτό; ΑΡΑ Ή ΜΕΓΑΛΩΝΟΥΜΕ ΤΟ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ Είδαμε ότι το μεγάλο μήκος κύματος σημαίνει μικρή διακριτική ικανότητα (δηλαδή διακρίνουμε δύσκολα τα μικρά αντικείμενα) Και πώς κάνουμε το φως να μικραίνει το μήκος κύματος του; Δυστυχώς δεν μπορούμε να αλλάξουμε το μήκος κύματος του φωτός … γιατί τότε δεν θα είναι ….φως Μπορούμε όμως να δημιουργήσουμε άλλου είδους κύματα (ηλεκτρομαγνητικά) με πολύ- πολύ μικρό μήκος κύματος. Και πώς γίνεται αυτό; ΑΡΑ Ή ΜΕΓΑΛΩΝΟΥΜΕ ΤΟ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ ΌΠΩΣ ΜΕ ΤΟ ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΟ Ή ΜΙΚΡΑΙΝΟΥΜΕ ΤΟ ΜΗΚΟΣ ΚΥΜΑΤΟΣ ΠΟΥ ΤΟ ΜΕΛΕΤΑΕΙ

Τα σωματίδια ως κύματα «Αφού τα φωτόνια δείχνουν συγχρόνως χαρακτηριστικές ιδιότητες σωματίων και κυμάτων, γιατί να μην συμβαίνει και το ίδιο με όλες τις μορφές της ύλης, γιατί δηλαδή τα σωματίδια να μη συμπεριφέρονται και ως κύματα;». Ο Louis de Broglie (Μπρέιγ) ήταν αυτός συνέβαλε αποφασιστικά στη γέννηση της επαναστατικής, για την εποχή της, θεωρίας της κυματικής φύσης του ηλεκτρονίου επεκτείνοντας τη διττή φύση του φωτός και στην ύλη.

Δηλαδή Τα κινούμενα σωματίδια συμπεριφέρονται και ως κύματα. Τα κινούμενα σωματίδια συμπεριφέρονται και ως κύματα. Αν έχουν μεγάλη ταχύτητα έχουν μεγάλη ορμή, μεγάλη ενέργεια και μικρό μήκος κύματος. Για παράδειγμα: Με 10.000 μπαταρίες στη σειρά, θα έχουμε Δηλ.ένα αρκετά μικρό λ, ώστε να διακρίνει ένα άτομο! λ ~ 0.08 nm

Μα αφού δεν είναι φως πώς θα το βλέπουμε; Τα κινούμενα σωματίδια, που δείξαμε πριν (ηλεκτρόνια),επιταχύνθηκαν και μας έδωσαν ένα πολύ- πολύ μικρό μήκος κύματος. Έτσι μπορούν και «βλέπουν» τα άτομα, αλλά όμως αυτά τα μάτια δεν βλέπουν τα ηλεκτρόνια, γιατί δεν είναι φως! Και;

Τα νέα μάτια μας Τα ηλεκτρονιακά μικροσκόπια λειτουργούν με επιταχυνόμενες δέσμες ηλεκτρονίων, και «βλέπουν» πολύ ικανοποιητικά τα άτομα. Στα ηλεκτρονιακά μικροσκόπια η εικόνα σχηματίζεται πάνω σε μια οθόνη επικαλυμμένη με φωσφορίζουσα ουσία, η οποία διεγείρεται από τα ηλεκτρόνια που πέφτουν επάνω της.

Και για να δούμε μέσα στον πυρήνα; Το άτομο έχει διαστάσεις 0,1 nm. Ο πυρήνας του ατόμου 100.000 φορές μικρότερη!!! Ούτε το ηλεκτρονιακό μικροσκόπιο μας αρκεί!!!!!

Για να δούμε μέσα-μέσα; Χρειαζόμαστε πολύ- πολύ μεγάλες ενέργειες δηλαδή πολύ-πολύ μικρό λ Και πολύ-πολύ ευαίσθητα «μάτια», τους ανιχνευτές

Για τα υποατομικά σωματίδια Χρειαζόμαστε λοιπόν μεγάλους επιταχυντές, όπως ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (Large Hadron Collider, LHC) στο CERN και ισχυρούς ανιχνευτές για να «βλέπουν» τα αποτελέσματα των σκεδάσεων.

Έτσι λοιπόν η ιδέα της παρατήρησης εξελίχθηκε Πηγή φωτός (φωτονίων) Πηγή σωματιδίων Ανιχνευτής ανιχνευτής

...καλή περιήγηση στις σελίδες του CERN Για τη συνέχεια... ...καλή περιήγηση στις σελίδες του CERN Κάντε κλίκ στην εικόνα

Πηγές http://cern.gr/ http://kordas.web.cern.ch/kordas/Teaching/ http://www.physics4u.gr/articles/2002/brogl ie.html http://www.aua.gr/fasseas/electron%20micro scopes.htm