Номер 1, страница 70 - гдз по физике 11 класс учебник Касьянов

Творческие задания. § 21. Энергия магнитного поля тока. Глава 2. Магнитное поле - номер 1, страница 70.

ТВОРЧЕСКИЕ ЗАДАНИЯ

1. Подготовьте презентацию о большом адронном коллайдере.

Подготовьте презентацию о большом адронном коллайдере.

Слайд 1: Что такое Большой адронный коллайдер (БАК)?

Большой адронный коллайдер (БАК, англ. Large Hadron Collider, LHC) — это самая крупная и мощная в мире экспериментальная установка, ускоритель заряженных частиц. Он предназначен для разгона протонов и тяжёлых ионов (ионов свинца) и изучения продуктов их соударений.

• Цель: Понять, из чего состоит Вселенная и как она работает на самом фундаментальном уровне. Ученые используют БАК, чтобы воссоздать условия, существовавшие в первые мгновения после Большого взрыва.
• Организация: БАК построен и управляется Европейской организацией по ядерным исследованиям (ЦЕРН, фр. CERN).
• Расположение: Коллайдер находится на границе Швейцарии и Франции, недалеко от Женевы, в кольцевом туннеле на глубине от 50 до 175 метров.

Слайд 2: Как устроен и работает БАК?

БАК представляет собой гигантское инженерное сооружение со сложнейшей структурой.

• Кольцевой туннель: Длина основного кольца составляет 26.7 километров.
• Сверхпроводящие магниты: Более 9600 магнитов используются для удержания и фокусировки пучков частиц, движущихся со скоростью, близкой к скорости света. Магниты создают мощнейшие поля, изгибающие траекторию протонов.
• Экстремальный холод: Для работы магнитов в режиме сверхпроводимости (без потерь энергии) их охлаждают жидким гелием до температуры $1.9 \text{ K}$ (это $-271.25 ^\circ\text{C}$), что ниже, чем температура открытого космоса.
• Глубокий вакуум: Внутри труб, по которым летят частицы, создан сверхглубокий вакуум, чтобы протоны не сталкивались с молекулами воздуха.

Принцип работы:

1. Пучки протонов или ионов свинца ускоряются в серии меньших ускорителей.
2. Затем они инжектируются в основное кольцо БАК, где два пучка движутся в противоположных направлениях.
3. Магниты разгоняют частицы до энергии $6.8 \text{ ТэВ}$ (тераэлектронвольт) каждая. Скорость протонов достигает 99.9999991% от скорости света.
4. В четырех точках кольца пучки пересекаются, и частицы сталкиваются друг с другом. Суммарная энергия столкновения достигает $13.6 \text{ ТэВ}$.
5. Вокруг точек столкновения установлены гигантские детекторы, которые фиксируют результаты этих столкновений.

Слайд 3: Детекторы — глаза коллайдера

Вокруг точек столкновений установлены четыре основных детектора, каждый из которых представляет собой сложнейший многоцелевой прибор размером с многоэтажный дом.

• ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS): Детектор общего назначения для поиска новой физики. Один из двух детекторов, объявивших об открытии бозона Хиггса.
• CMS (Compact Muon Solenoid): Также детектор общего назначения, конкурент ATLAS. Его отличительная черта — мощнейший соленоидальный магнит. Также участвовал в открытии бозона Хиггса.
• ALICE (A Large Ion Collider Experiment): Специализируется на изучении кварк-глюонной плазмы — состояния вещества, которое существовало в первые микросекунды после Большого взрыва. Для этого в БАК сталкивают ионы свинца.
• LHCb (Large Hadron Collider beauty): Изучает асимметрию между материей и антиматерией, исследуя распад частиц, содержащих так называемый "прелестный" (beauty) b-кварк.

Слайд 4: Главные научные цели и открытия

Работа БАК направлена на решение самых фундаментальных загадок физики.

Основные цели:

• Поиск и изучение свойств бозона Хиггса.
• Поиск частиц темной материи.
• Исследование суперсимметрии — теории, которая предполагает, что у каждой известной частицы есть более тяжелый "суперпартнер".
• Изучение свойств кварк-глюонной плазмы.
• Проверка гипотез о существовании дополнительных измерений пространства.

Ключевые открытия:

• Открытие бозона Хиггса (2012 г.): Это стало триумфом Стандартной модели физики элементарных частиц. Бозон Хиггса — это частица, связанная с полем Хиггса, которое придает массу другим элементарным частицам.
• Открытие новых адронов: Были обнаружены экзотические частицы, такие как пентакварки (состоят из пяти кварков) и тетракварки (из четырех), что расширило наше понимание сильного взаимодействия.
• Точные измерения: Проведены сверхточные измерения свойств уже известных частиц, что позволяет проверять предсказания Стандартной модели с беспрецедентной точностью.

Слайд 5: Значение БАК для науки и технологий

Проект БАК имеет огромное значение не только для фундаментальной науки, но и для развития технологий.

• Фундаментальная наука: БАК позволяет заглянуть в самые основы строения материи и понять законы, управлявшие Вселенной в момент ее зарождения.
• Информационные технологии: Для обработки колоссальных объемов данных с детекторов (десятки петабайт в год) была создана всемирная вычислительная сеть — грид (Grid). Технология World Wide Web (WWW) также была рождена в стенах ЦЕРН.
• Медицина: Технологии, разработанные для ускорителей, находят применение в медицине, например, в адронной терапии для лечения онкологических заболеваний и в создании современных томографов (ПЭТ).
• Промышленность: Развитие технологий сверхпроводимости, криогеники, вакуумной техники и электроники стимулирует инновации в промышленности.

Слайд 6: Будущее коллайдера

Работа БАК распланирована на десятилетия вперед. Сейчас реализуется проект High-Luminosity LHC (HL-LHC) — модернизация коллайдера с целью повышения светимости (количества столкновений в секунду) в 5–7 раз. Это позволит:

• Накопить в 10 раз больше данных к концу 2030-х годов.
• Провести еще более точные измерения свойств бозона Хиггса.
• Увеличить шансы на открытие редких и трудноуловимых явлений, выходящих за рамки Стандартной модели.

Параллельно ученые уже проектируют коллайдеры следующего поколения, такие как Future Circular Collider (FCC), который может иметь длину кольца до 100 км и позволит достичь еще более высоких энергий.

Ответ:

Представлена структура и содержание презентации о Большом адронном коллайдере, охватывающие его устройство, принцип работы, научные цели, ключевые открытия, технологическое значение и перспективы на будущее.