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Um escudo de supercondutores para astronautas

Uma equipe do CERN está trabalhando com a Espacial Europeia Radiação Superconducting Escudo projeto (SR2S) para desenvolver um magneto supercondutor que poderia proteger os astronautas da radiação cósmica durante as missões no espaço profundo. A ideia é criar um campo magnético activo para proteger a sonda a partir de partículas de alta energia.

As bobinas supercondutoras para o ímã protótipo será feita de diboreto de magnésio (MgB 2), o mesmo tipo de condutor que foi desenvolvido sob a forma de fio para o projeto alta luminosidade fria Powering a do CERN Large Hadron Collider.

"No âmbito do projecto, vamos testar, nos próximos meses, uma bobina racetrack ferida com uma fita supercondutora MgB2", diz Bernardo Bordini, coordenador da atividade CERN no âmbito do projecto SR2S. "A bobina protótipo foi concebido para quantificar a eficácia da tecnologia de blindagem magnética supercondutor."

Durante as viagens de longa duração no espaço e na ausência da magnetosfera, que protege as pessoas que vivem na Terra, os astronautas são bombardeados com raios cósmicos de alta energia que podem causar um aumento significativo na probabilidade de vários tipos de cânceres. Devido a isso, missões de exploração a Marte ou outros destinos distantes só será possível se não for encontrada uma solução eficaz para os astronautas que protegem adequadamente. "Se a bobina protótipo que será o teste produz resultados bem sucedidos, vamos ter contribuído informações importantes para a viabilidade do escudo magnético supercondutor", diz Amalia Ballarino, Supercondutores e dispositivos supercondutores líder de seção.

Há muitos mais desafios a superar antes de um escudo nave espacial pode ser construído: várias configurações possíveis magnéticas precisam ser testadas e comparadas e outras tecnologias facilitadoras essenciais precisam ser desenvolvidos. O MgB 2 supercondutor parece estar muito bem posicionada para participar nesta aventura desafiadora como, entre suas muitas vantagens, há também sua capacidade de operar a temperaturas mais elevadas (até cerca de 25 K), permitindo assim a nave espacial a ter um criogênico simplificado sistema.

Os raios cósmicos partículas do espaço exterior

Em agosto de 1912, o físico austríaco Victor Hess fez um vôo de balão histórico que abriu uma nova janela sobre a matéria no universo. Como ele subiu para 5300 metros, mediu a taxa de ionização na atmosfera e descobriu que ele aumentou para cerca de três vezes maior do que ao nível do mar. Ele concluiu que a radiação penetrante estava entrando na atmosfera a partir de cima. Ele tinha descoberto os raios cósmicos.

Estas partículas de alta energia que chegam do espaço exterior são principalmente (89%) prótons - núcleos de hidrogênio, o elemento mais leve e mais comum no universo - mas eles também incluem núcleos de hélio (10%) e os núcleos mais pesados ​​(1%), todo o caminho até ao urânio. Quando eles chegam na Terra, colidem com os núcleos dos átomos na atmosfera superior, criando mais partículas, principalmente pions. Os pions carregadas pode rapidamente decair, emitindo partículas conhecidas como múons. Ao contrário pions, estes não interagem fortemente com a matéria, e pode viajar através da atmosfera de penetrar abaixo do solo. A taxa de muões que chega na superfície da Terra é de tal forma que cerca de um por segundo, passa através de um volume do tamanho da cabeça de uma pessoa.

Um novo mundo das partículas

Estudos de raios cósmicos abriu a porta para um mundo de partículas para além dos limites do átomo: a primeira partícula de antimatéria, o pósitron (a antielétron) foi descoberto em 1932, o múon em 1937, seguido pelo pião, o kaon e vários Mais. Até o advento da aceleradores de partículas de alta energia no início de 1950, esta radiação natural fornecida a única maneira de investigar o crescimento de partículas "zoo". Na verdade, quando o CERN foi fundado em 1954, sua convenção incluído raios cósmicos na lista de interesses científicos. Mas, apesar de aceleradores veio a fornecer o melhor terreno de caça para novas partículas, a física de raios cósmicos ainda é amplamente estudada.

As energias dos raios cósmicos primários variam de cerca de 1 GeV - a energia de um relativamente pequeno acelerador de partículas - a tanto quanto 10 8 TeV, muito maior do que a energia do feixe do Large Hadron Collider. A velocidade à qual estas partículas chegar ao topo da atmosfera cai com o aumento da energia, a partir de cerca de 10.000 por metro quadrado por segundo em 1 GeV para menos de um por quilómetro quadrado por século para as maiores partículas de energia. Os raios muito alta energia cósmica gerar grandes chuvas de até 10 bilhões de partículas secundárias ou mais, que podem ser captados por detectores de partículas quando eles distribuídos por áreas tão grandes quanto 20 quilômetros quadrados na superfície da Terra.

Aceleradores cósmicos

Apenas como raios cósmicos alcançar tais altas energias? Onde estão os aceleradores naturais? Os raios cósmicos de energia mais baixo chega do Sol em uma corrente de partículas carregadas conhecidas como vento solar, mas fixando-se a origem das partículas de maior energia é feita difícil, pois eles torcer e girar no campo magnético do espaço interestelar.

Pistas vieram através de estudo dos raios gama de alta energia do espaço. Estes são muito menos do que os raios cósmicos carregados, mas ser eletricamente neutro que não são influenciadas por campos magnéticos. Geram uma chuva de partículas secundárias que podem ser detectadas na Terra e cujo ponto de volta para o ponto de origem dos raios gama. Fontes dos mais altos de raios gama de energia em nossa própria galáxia, a Via Láctea, incluem os restos de supernovas, como a famosa Nebulosa do Caranguejo; as ondas de choque destas explosões estelares têm sido propostas como possíveis aceleradores naturais. Outras fontes de raios gama de altíssima energia mentir em outras galáxias, onde os objetos exóticos como buracos negros supermassivos podem conduzir a aceleração. Há também evidências de que a maior energia cobrada raios cósmicos também têm origens semelhantes em outras galáxias.

Testes de vibração para o projeto de alta Luminosidade LHC começa

         Estas medidas irão ajudar os engenheiros a entender como funciona poderia afetar o funcionamento do LHC, e irá fornecer detalhes cruciais sobre a geologia do local antes do início da construção.

A alta luminosidade do LHC é uma atualização importante para o Large Hadron Collider (LHC), que irá aumentar o seu potencial de descoberta a partir de 2025.

A partir de R & D em state-of-the-art ímãs, para o desenvolvimento de material inovador, robusto capaz de suportar o impacto do feixe, a alta luminosidade LHC é um projeto multi-facetado que envolve muitas equipes em todo o CERN.

Uma dessas equipes foi mandatada para medir vibrações no ponto 1 do anel do LHC onde o experimento ATLAS é instalado para ver se o trabalho de engenharia civil para a alta Luminosidade LHC pode começar enquanto o LHC está em execução. Embora o trabalho de engenharia civil para o LHC foi realizada durante a operação Large Electron Positron Collider-(LEP), o LHC é muito mais sensível a vibrações.

"Embora o principal trabalho de engenharia civil, é claro, ter lugar durante a longa parada programada para julho de 2018, nós gostaríamos de identificar quais partes de que poderia ser realizada durante a operação LHC", diz Paolo Fessia, que está a cargo de a integração HL-LHC. É um esforço complicado. Imagine um escavador enorme martelando a apenas 40 metros da viga. Enquanto isso, a estabilidade do feixe LHC seria necessário para permanecer dentro do nível micrómetros, ou seja, um milionésimo de um metro.

Isso poderia ser viável?

A equipe encarregada do estudo começou em um túnel ATLAS, a instalação de quatro sensores para medir vibrações no solo. Outros sensores foram colocados sobre a superfície, e ligado ao metro sensores.

"As primeiras vibrações que estudamos foram gerados por uma máquina de núcleo-perfuração, usado para examinar geológica make-up do site", diz Paolo. "Esta informação será essencial para projetar e construir o cavernas subterrâneas e galerias técnicas necessárias para a HL-LHC novo, como empresas de construção precisa saber exatamente o que vai encontrar quando eles cavam (hard rock, areia, água, etc.). Embora esta seja a principal finalidade da perfuração, que também tem sido utilizada para estudar o efeito de vibrações pulsados. "

Poucos dias depois, o caminhão chegou sísmica. Este, máquina de 24 toneladas exclusivo usa todo o seu peso para empurrar para baixo na terra, gerando vibrações wave-like até 100 vezes por segundo.

"Nós criamos ondas com uma vasta gama de frequências e olhou para sua atenuação", diz Michael Guinchard, que está a cargo do laboratório de medição mecânico. Medidas também foram tomadas com o feixe de LHC e irá fornecer um conjunto de dados valiosos para análise mais detalhada.

Assim, enquanto a HL-LHC é ainda muitos anos de distância de operação, seu impacto sobre o LHC já pode ser sentida ... neste caso, literalmente.

espectrofotômetro

O Espectrofotômetro é um instrumento de análise, amplamente utilizado em laboratórios de pesquisa, capaz de medir e comparar a quantidade de luz (radiação eletromagnética) absorvida, transmitida ou refletida por uma determinada amostra, seja ela solução, sólido transparente ou sólido opaco.Existem duas classes de espectrofotômetros: o de feixe simples e o de duplo feixe e eles são constituídos, essencialmente, por cinco componentes principais: as fontes de radiação, o monocromador, o porta-amostras, os detectores e o indicador de sinal.

O resultado da espectrofotometria é dado por um gráfico que é conhecido como espectro e fornece informações de intensidade por comprimento de onda da fonte de luz. Essa faixa de comprimentos de onda desejados pode ser selecionada antes da realização das medidas, o que torna a medida mais específica e eficaz já que não será necessário um número excessivo de dados para obter o resultado esperado. Os espectrofotômetros mais sofisticados cobrem uma gama de luz entre 200 nm e 2500 nm (ultravioleta a infravermelho). A faixa de comprimentos de onda da radiação eletromagnética mais utilizada está, aproximadamente, entre 350 nm e 750 nm, ou seja, no espectro de luz visível. Para que os resultados obtidos pelas medidas realizadas no espectrofotômetro sejam precisos, é necessário sempre fazer a calibração do instrumento utilizando padrões conhecidos.  

Um vácuo vazio como o espaço interestelar

Com a primeira start-up de vigas em 2008, o Large Hadron Collider (LHC) tornou-se o maior sistema de vácuo operacional no mundo. Ela opera em uma variedade de níveis de pressão e usa uma impressionante variedade de tecnologias de vácuo.

Um sistema de vácuo de três-em-um

O LHC é incomum, pois tem três sistemas de vácuo separadas: uma para os tubos de feixe, um para isolar o criogenicamente resfriado ímãs e um para isolamento da linha de distribuição de hélio.

Para evitar a colisão com as moléculas de gás dentro do acelerador, os feixes de partículas no LHC deve viajar em um vácuo tão vazio quanto espaço interestelar. Nos cryomagnets e da linha de distribuição de hélio, o vácuo serve a um propósito diferente. Aqui, ela age como um isolador térmico, para reduzir a quantidade de calor que escoa a partir do ambiente à temperatura ambiente circundante para as partes criogénicos que são mantidos na em 1,9 K (-271,3 ° C).

O maior sistema de vácuo do mundo

Com um total de 104 quilômetros de tubulação sob vácuo, o sistema de vácuo do LHC está entre os maiores do mundo. O vácuo de isolamento, o equivalente a cerca de 10 -6 mbar, é composta por um impressionante 50 km de tubulação, com um volume combinado de 15.000 metros cúbicos, mais do que suficiente para encher a nave de uma catedral. Construir este sistema de vácuo necessário mais de 250.000 juntas soldadas e 18.000 selos de vácuo. Os restantes 54 km de tubos a vácuo são os tubos de feixe, através do qual dois feixes do LHC viajam. A pressão nestes tubos é da ordem de 10 -10 a 10 -11 mbar, um vácuo quase tão rarefeita como a encontrada na superfície da Lua. Sistemas de vácuo do LHC estão equipados com 170 Bayard-Alpert medidores de ionização e 1084 Pirani e Penning medidores para monitorar a pressão de vácuo.

A mais fino do que o vazio vácuo interestelar

Ultra-alto vácuo é necessária para os tubos em que feixes de partículas viajam. Isso inclui 48 km de seções de arco, mantida em 1,9 K, e 6 km de trechos retos, mantido à temperatura ambiente, onde os sistemas de controle de feixe e as regiões de inserção para os experimentos estão localizados.

Nos arcos, os ultra-alto vácuo é mantido por meio duma bomba criogénica de 9000 metros cúbicos de gás. Como os tubos de feixe são arrefecidos a temperaturas extremamente baixas, os gases condensam e aderir às paredes do tubo de feixe por adsorção. Pouco menos de duas semanas de bombeamento são obrigados a trazer as pressões abaixo 1,013 × 10 -10 mbar (ou 10 -13 atmosferas).

Duas características de design importantes manter o vácuo ultra-alto nas secções a temperatura ambiente. Em primeiro lugar, estas seções fazer uso generalizado de um não-evaporável "revestimento getter" - desenvolvido e industrializado no CERN - que absorve moléculas residuais quando aquecido. O revestimento é constituído por um revestimento fino de uma liga de titânio-zircónio-vanádio depositada no interior dos tubos do feixe. Actua como um sistema de bombeamento de distribuição, eficaz para remover todos os gases, com excepção do metano e os gases nobres. Estes gases residuais são removidos pelas bombas de íons 780.

Em segundo lugar, as seções a temperatura ambiente permitir "bakeout" de todos os componentes a 300 ° C. Bakeout é um procedimento em que as câmaras de vácuo são aquecidos a partir do exterior, a fim de melhorar a qualidade do vácuo. Esta operação tem de ser realizada em intervalos regulares para manter o vácuo na baixa pressão desejada.

Embora estas tecnologias foram desenvolvidas para a investigação fundamental, eles têm encontrado usos cotidianos: tecnologia de ultra-alto vácuo possibilitou uma melhoria significativa no desempenho de painéis de colectores térmicos solares, por exemplo.

LHC Um próton referência executar para preparar para o chumbo

Com o próton prazo em 13 tera eléctron-volts (TeV) agora mais para 2015, os preparativos estão em pleno andamento para o Large Hadron Collider (LHC) para investigar íons de chumbo, como faz para parte de cada ano. Mas, primeiro, a equipe de operações está colidindo prótons a energias mais baixas do que o habitual para fornecer uma linha de base para a execução de chumbo.

As colisões entre íons de chumbo são muito mais complexos do que aqueles entre prótons individuais. Ao colidir íons de chumbo em energias de vários tera eléctron-volts (TeV), as condições extremas dar origem a um quente, sopa densa de partículas conhecidas como "plasma quark-glúon" - um estado da matéria pensado para existiram logo após o Big Bang. As experiências no CERN estudar esse plasma para obter insights sobre a natureza do início do universo.

Para cortar a complexidade da bola de fogo chumbo, físicos do CERN irá comparar seus dados de colisões chumbo-liderança com medições anteriores de próton-próton, bem como próton-lead colisões.

"Um núcleo de chumbo no LHC tem 82 vezes a energia de um próton", diz acelerador físico John Jowett. "Mas essa energia é distribuída entre seus 208 núcleos (os prótons e nêutrons que compõem o núcleo de chumbo). Como 82 dividido por 208 é 0,39, segue-se que um próton ou nucleon em um núcleo de chumbo colidindo tem apenas menos de 40% de a energia de uma colisão de prótons independente ".

É por isso que, em próton-próton corrida de hoje, a equipe de operações tem ajustado a energia do feixe de prótons para baixo. "Para os próximos colisões entre íons de chumbo, vamos reduzir os campos magnéticos do LHC um pouco - a partir dos níveis correspondentes a uma energia de prótons de 6,5 TeV, a 6,37 TeV - porque isso nos dá o mesmo centro de massa de energia de 5,02 TeV por par nucleon como tivemos em 2013, quando colidiu 4 TeV prótons com íons de chumbo ", diz Jowett. "Os dados de referência protão-protão a ser tomadas nesta semana está em 2,51 TeV por feixe, que é a energia correspondente para protões. Então, finalmente, os experimentos será capaz de fazer comparações precisas entre os conjuntos de dados com três combinações diferentes de partículas que colidem na mesma energia eficaz. "

Accelerator físico Jorg Wenninger da equipe de operações do LHC diz que a preparação do LHC para feixes de prótons a 2,51 TeV era relativamente simples. "Nós tivemos que re-comissão do prazo para reduzir energia, encontrar as colisões e criadas todas as condições para a física", diz ele. "Mas nós já correu o LHC em alta energia este ano, para que possamos beneficiar da experiência adquirida. No entanto, vamos aplicar uma inovação: em vez de apertar a ótica do feixe nos pontos de colisão após a rampa de energia, vamos realizar ambas as operações em paralelo. Se este está a funcionar sem problemas, poderemos decidir usar a mesma técnica para encurtar os ciclos do LHC em 2016 e além. "

"Esta referência prazo próton-próton dará os experimentos uma idéia do que as equações próton-próton parecer; dá-lhes uma comparação para as próximas colisões chumbo-chumbo", diz Mike Lamont da equipe de operações do LHC.

Os experimentos do LHC também estão se preparando para a corrida de chumbo-chumbo. ALICE é especializado para a física de iões pesados, ATLAS e CMS têm calorímetros adicionado ao túnel do LHC, e pela primeira vez, o LHCb experiência vai levar os dados a partir destes de íons pesados colisões.

Efeito Doppler

Efeito Doppler é um fenômeno físico observado nas ondas quando emitidas ou refletidas por um objeto que está em movimento com relação ao observador. Foi-lhe atribuído este nome em homenagem a Johann Christian Andreas Doppler, que o descreveu teoricamente pela primeira vez em 1842. A primeira comprovação experimental foi obtida por Buys Ballot, em 1845, numa experiência em que uma locomotiva puxava um vagão com vários trompetistas.

Este efeito é percebido, por exemplo, ao se escutar o som - que é uma onda mecânica - emitido por uma ambulância que passa em alta velocidade. O observador percebe que o tom, em relação ao emitido, fica mais agudo enquanto ela se aproxima, idêntico no momento da passagem e mais grave quando a ambulância começa a se afastar. Graças também ao conhecimento deste efeito é possível determinar a velocidade de estrelas e galáxias, uma vez que a luz é uma onda eletromagnética.

Nas ondas eletromagnéticas, este fenômeno foi descoberto de maneira independente, em 1848, pelo francês Hippolyte Fizeau. Por este motivo, o efeito Doppler também é chamado efeito Doppler-Fizeau.

espaço-tempo

Na física, espaço-tempo é o sistema de coordenadas utilizado como base para o estudo da relatividade restrita e relatividade geral. O tempo e o espaço tridimensional são concebidos, em conjunto, como uma única variedade de quatro dimensões a que se dá o nome de espaço-tempo. Um ponto, no espaço-tempo, pode ser designado como um "acontecimento". Cada acontecimento tem quatro coordenadas (t, x, y, z); ou, em coordenadas angulares, t, r, θ, e φ que dizem o local e a hora em que ele ocorreu, ocorre ou ocorrerá.

Pontos no espaço-tempo são chamados de eventos e são definidos por quatro números, por exemplo, (x, y, z, ct), onde c é a velocidade da luz e pode ser considerado como a velocidade que um observador se move no tempo. Isto é, eventos separados no tempo de apenas 1 segundo estão a 300.000 km um do outro no espaço-tempo.

Assim como utilizamos as coordenadas x,y e z para definir pontos no espaço em 3 dimensões, na Relatividade especial utilizamos uma coordenada a mais para definir o tempo de acontecimento de um evento.