Помоги проекту - поделись книгой:
В Московском государственном техническом университете имени Н.Э. Баумана состоялся очередной XI Российский научный форум юных исследователей «Шаг в будущее. Юниор». Публикуем заметки нашего специального корреспондента Станислава ЗИГУНЕНКО.
Каждую зиму и весну в стране происходят несчастные случаи, связанные с падением сосулек с крыши.
Саша Богатый, 5-классник из г. Снежногорска Мурманской области, предлагает решить эту проблему раз и навсегда с помощью приспособления, позаимствованного у авиаторов. Из специальной литературы он выяснил, что еще в 1980 году инженер И.А. Левин изобрел электроимпульсную противообледенительную систему (ЭИПОС), которую после некоторой модернизации можно использовать не только в воздухе, но и на земле.
— Чтобы дворникам и промышленным верхолазам не приходилось каждую зиму и весну сбивать сосульки с крыш вручную, я предлагаю по краям крыши установить индукторы — электромагнитные катушки с обмотками, — рассказал Саша. — Катушки эти с некоторым зазором прикрепляются непосредственно под стрехой крышки. Дальнейшее уж дело техники…
А именно, время от времени к каждому дому подъезжает спецмашина с электрогенератором и накопителем энергии. Водитель подключает электрокабель к распределительной коробке, установленной в ящике на стене дома. Затем поворачивает рубильник. Накопитель выдает ряд электроимпульсов. Электромагнитное поле, возбуждаемое в катушках, притягивает к себе металлические листы кровли. Те под воздействием серии импульсов вибрируют, заставляя лед разрушаться. И сосульки слетают с крыши. Обезопасив один дом, спецмашина с генератором переезжает к следующему и т. д.
И никому уже не надо лезть на крышу, заниматься нелегкой и опасной работой на высоте.
В Москву сестры Татьяна (6-й класс) и Екатерина (8-й класс) приехали из Мурманска вместе. Но каждая со своей работой. Катя привезла спирограф, созданный на основе лазерной указки, а Таня — робота, который не только сам умеет считать, но и учит других.
О спирографе, используемом при создании лазерных шоу на дискотеках, мы расскажем как-нибудь в следующий раз. А вот с роботом давайте познакомимся поближе. История его создания такова.
— Началось все с «крестиков-ноликов», — рассказала 6-классница Татьяна Федулеева. — В 2010 году мною была проведена исследовательская работа по изучению роботов. Ее результатом стал робот-партнер для игры в эти самые «крестики-нолики». Он был показан на нескольких выставках, пользовался большой популярностью. Но я понимала, что это всего лишь игрушка. И тогда у меня возникла идея сделать робота, который будет не только развлекать, но и научит ребят чему-то полезному, например, считать…
Робот рассчитан на ребят 5 — 8-летнего возраста, которые только начали осваивать арифметику. Причем устройство можно перепрограммировать по мере усвоения устного счета тем или иным учеником. Стоит показать картонку с нарисованной на ней цифрой роботу, и он ее называет. Можно сделать и иначе — назвать самому цифру и показать роботу картинку. Если цифра названа правильно, робот говорит, что ученик молодец, если нет — указывает на ошибку. Кроме того, робот учит складывать и вычитать числа в пределах десяти.
Практика показала, что малыши воспринимают робота-учителя с большим интересом и быстро осваивают азы арифметики, — подвела итог Татьяна.
Московские 6-классники Алексей Васильев и Иван Лентищев представили на смотр модель кольцелета.
— Планеры и самолеты-рекордсмены обычно имеют крыло большого удлинения, — начал рассказ Алексей. — Вспомним хотя бы самолет АНТ-25, на котором Валерий Чкалов и его товарищи летали через полюс в Америку.
Размах его плоскостей был куда больше, чем длина самого самолета…
— Однако удлинять плоскости до бесконечности нельзя — они попросту поломаются, — продолжил Иван. — А что будет, если соединить между собой концы крыльев, соединив их в кольцо? Получим крыло бесконечного удлинения, поскольку «у кольца начала нет и нет конца», как пели когда-то в популярной песенке…
Попытки построить такой самолет-кольцелет ведутся еще с начала XX века. Однако долгое время они кончались неудачей по разным причинам. И только недавно в Беларуси состоялись первые испытания самолета с кольцевым крылом, построенного на основе знаменитой «Аннушки» — самолета Ан-2. Экспериментальная машина благополучно сделала несколько полетов, но до рекордных характеристик ей пока далеко.
Тем не менее, ребята верят, что кольцелеты могут стать перспективными летательными аппаратами. Сами они в скором времени собираются изготовить еще модели моноплана, биплана и провести сравнительные испытания с кольцелетом.
Ольга Оганова, ученица 3-го класса из Лицея естественных наук г. Кирова, очень любит рисовать. И рисует, сколько себя помнит. Став постарше, заинтересовалась, откуда берутся краски. И выяснила, что их можно изготовить из соков растений, овощей и ягод. В Москву Оля привезла целую картинную галерею своих рисунков, а также серию плакатов, показывающих, какую краску можно получить из того или иного растения и как краситель меняет свой цвет со временем.
Кстати, более подробно о растительных красителях мы уже рассказывали в «ЮТ» № 5 за 2013 г.
ПО СЛЕДАМ СЕНСАЦИЙ
Бозон Хиггса наконец обнаружен?
Ученые, работающие на Большом адронном коллайдере, после анализа собранных данных пришли к выводу, что открытая ими в июле 2012 года частица действительно является бозоном Хиггса. Такое объявление сделала недавно пресс-служба Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН). Что из этого следует?
«Предварительные результаты обработки всех данных, полученных в 2012 году, делают очевидным, что мы имеем дело с бозоном Хиггса. Однако нам предстоит еще долгий путь, чтобы выяснить, какой это тип бозона Хиггса», — заявил Джон Инкандела, руководитель одной из групп исследователей.
А суть дела тут такова. Летом прошлого года физики ЦЕРНа объявили, что им удалось обнаружить частицу, которая по всем параметрам очень похожа на предсказанную британским физиком-теоретиком Питером Хиггсом еще в 60-е годы XX века. Эта частица понадобилась ему для того, чтобы хоть как-то объяснить, почему другие элементарные частицы имеют массу.
До поры до времени никто не утверждал, что бозон Хиггса обнаружен, и лишь в марте 2013 года впервые решились это сделать.
Событие было тут же объявлено самым выдающимся открытием последних лет. Ведь бозон Хиггса, по идее, — последний недостающий элемент современной теории элементарных частиц, так называемой Стандартной модели, объединяющей все виды взаимодействий, кроме гравитационного, — сильное (связывающее кварки в протонах и нейтронах), слабое (взаимодействие между электронами и нейтрино) и электромагнитное.
Роль этой частицы так важна, что ее иногда даже называют «частицей Бога». Ведь согласно принципам Стандартной модели, в момент рождения Вселенной после Большого взрыва частицы приобрели массу под действием хиггсовского поля, сформированного именно бозонами Хиггса. А без этого поля не могло бы произойти образование атомов и молекул, поскольку частицы, не имеющие массы, просто разлетелись бы в космическом пространстве.
Согласно теории, неуловимые бозоны Хиггса существуют всюду. Через поле Хиггса, заполняющее пространство Вселенной, проходят абсолютно все частицы, из которых строятся атомы и молекулы, ткани и целые живые организмы. Тем не менее, долгое время экспериментаторам не удавалось обнаружить что-то похожее на бозон Хиггса.
Положение осложнялось тем, что теория не позволяет точно установить массу бозона Хиггса, поэтому для его обнаружения ученые прибегли к экспериментам. Упрощенно их можно представить так. По некой мишени в гигантском ускорителе ударяют потоком частиц высокой энергии, разгоняя их электромагнитными полями в кольцевом тоннеле ускорителя.
При соударении одни частицы преобразуются в другие. В том числе, согласно теории, рождается и бозон Хиггса, который тут же распадается на разные частицы. Одним из вариантов может быть распад на два Z-бозона, четыре лептона (электрона или мюона) и на два гамма-кванта.
Поэтому, если в экспериментах регистрируются перечисленные частицы — продукты возможного распада бозона Хиггса, физики говорят: «Вот следы частицы Бога…»
Однако, как ехидно заметил один из экспертов, такой способ изучения мира элементарных частиц смахивает на анекдот. Дескать, некие чудаки, чтобы узнать, что находится в закупоренной бочке, не нашли лучшего способа, как подложить эту бочку под тяжелый каток. А потом, попробовав на вкус сок из натекшей лужи, оставшейся от раздавленной бочки, отважно заявили: «В ней скорее всего были соленые огурцы, а не квашеная капуста…»
Ну, а если серьезно, то первые существенные попытки отловить бозон Хиггса были предприняты на рубеже XX и XXI веков с помощью Большого электронно-позитронного коллайдера (БАК) или
В результате многочисленных опытов на ускорителе был установлен нижний порог массы бозона Хиггса — 114,4 гигаэлектронвольта. Первый цикл экспериментов на БАКе был завершен в 2001 году.
Следующие циклы экспериментов проводили на коллайдере Теватрон (Tevatron), построенном в 1983 г. в Лаборатории имени Ферми (Fermilab), штат Иллинойс, США. Энергия столкновений в нем составляла около 2 тераэлектронвольт. В 2004 г. на Теватроне была установлена верхняя граница массы частицы Хиггса — 251 гигаэлектронвольт, а нижняя — 114 гигаэлектронвольт.
В ноябре 2011 г. цифры были скорректированы — 141 и 115 гигаэлектронвольт соответственно. Окончательные результаты Теватрон а, завершившего свою работу осенью 2011 г., показали, что масса бозона Хиггса находится в интервале от 115 до 135 гигаэлектронвольт.
Затем за дело снова взялся БАК, модернизированный за это время. На этом ускорителе ученые сталкивали разогнанные во встречных пучках до околосветовой скорости протоны, а затем фиксировали частицы и излучения, получившиеся в результате очередного столкновения, с помощью 4 специализированных детекторов — двух крупных (
В 2010 г. первыми положительными результатами работы коллайдера стало рождение четырех неустойчивых элементарных частиц — мюонов, образовавшихся в результате столкновения протонов. Физики предположили, что в цепочке превращений от протонов до мюонов промежуточным звеном мог быть неуловимый бозон Хиггса.
Далее физики стали накапливать статистику данных о столкновениях частиц в ускорителе, все повышая энергетику столкновений. Они заявляли, что порог, за которым коллайдер начнет «чувствовать» бозон Хиггса, находится на уровне пяти обратных фемтобарн. В «переводе» на наш обыденный язык, 5 обратных фемтобарн соответствуют примерно 350 квадриллионам столкновений протонов за сеанс.
Этот порог был перейден в октябре 2011 г. И тогда же было сообщено, что согласно завершившимся исследованиям ученых Физического института им. П.Н. Лебедева РАН, Института теоретической физики им. Л.Д. Ландау РАН и Кельнского университета «спектральный индекс космологических возмущений согласуется с наблюдениями, если хиггсовская масса лежит в интервале от 136 до 185 гигаэлектронвольт».
В переводе на более понятный язык, это значило, что и в материалах, полученных в результате работы ВАКа, и в данных, полученных со специализированного спутника WMAP, были обнаружены некие следы частицы, похожей на бозон Хиггса.
В декабре 2011 г. ученые подтвердили, что опять-таки видели некоторые «намеки» на бозон Хиггса.
В июне 2012 г. количество столкновений и плотность потока протонов в Большом адронном коллайдере были доведены до уровня, при котором в ускорителе должен рождаться и распадаться на другие частицы один бозон Хиггса в час — если, конечно, он существует.
В конце июня 2012 г. математик Питер Войт из Колумбийского университета в Нью-Йорке (США) проговорился, что с помощью
Впрочем, многие ученые пока еще сомневаются, является ли открытый тип бозона частью Стандартной модели или же это другой вариант частицы, о котором говорят некоторые другие теории.
Во всяком случае, новый бозон, который по ряду свойств соответствует бозону Хиггса, может оказаться лишь первым из ряда таких частиц. «Такая возможность предсказана теорией суперсимметрии, — заявил лауреат Нобелевской премии 1984 г. по физике, экс-гендиректор Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН) Карло Руббиа.
Однако профессор Руббиа все же осторожен в своих оценках. «Теория суперсимметрии, если она верна, предсказывает существование пяти бозонов Хиггса, поэтому то, что мы обнаружили, может быть всего лишь первым из них», — сказал он.
Дело в том, что теория суперсимметрии (SUSY) предполагает, что у всех известных элементарных частиц существуют «двойники» — суперсимметричные частицы, которые родились вместе с «обычными» частицами в момент Большого взрыва. Затем суперсимметричные частицы стали намного тяжелее обычного вещества и распались, а их остатки образовали темную материю, из которой, как предполагают, почти на четверть состоит Вселенная.
Таким образом, даже если исследователи и в самом деле обнаружили бозон Хиггса — это вовсе не конец истории. Нужны новые исследования.
Дальнейшее изучение суперсимметричных частиц, как считают эксперты, возможно на ускорителях нового типа — линейных. И они уже заговорили о двух новых проектах. Во-первых, это Международный электрон-позитронный линейный коллайдер (
Конкурент
Пока же и сам БАК остановили на два года для модернизации с целью получения дополнительных сведений о загадочной частице. Занимаются этим в основном русские и китайские физики. После модернизации суммарную энергию столкновений протонов увеличат с нынешних 8 тераэлектровольт до 14.
Пройдет еще несколько лет, будут проведены новые исследования и эксперименты, и лишь после этого будет подписан окончательный вердикт относительно бозона Хиггса, говорят многие ученые.
Ныне же физики Гордон Фрейзер и Майкл Райордан предлагают отказаться от длинного названия «бозон Хиггса» и назвать обнаруженную частицу «хиггсоном».
Такое название, по их мнению, не только органично дополнит ряд названий других «родственников» бозона по Стандартной модели, — электронов, протонов, нейтронов, но и пригодится на случай, если бозонов Хиггса окажется несколько.
Однако другие исследователи указывают, что «хиггсон» — это еще и фамилия британского писателя и актера Чарли Хигсона, автора нескольких книг «юношеской» серии о Джеймсе Бонде, написанных уже после кончины Йэна Флеминга.
Так что и тут нет единодушия. Дело пока запуталось настолько, что для выяснения истины впору приглашать знаменитого агента 007. Легендарный Джеймс Бонд, быть может, понадобится еще и для того, чтобы в очередной раз спасти мир, шутят физики. Дело в том, что само существование бозона Хиггса, по мнению некоторых теоретиков, означает, что конец света действительно когда-то наступит.
Поделиться книгой: