Was ist auf dem Bild? • Igor Ivanov • Populärwissenschaftliche Aufgaben zu "Elementen" • Physik

Was ist auf dem Bild?

Aufgabe

Poster der Baikal School 2016 mit verschlüsselten Hinweisen zur Teilchenphysik und Astrophysik. Der Autor der Idee ist Dmitry Naumov, die Künstlerin ist Julia Sabelkina. Bild von astronu.jinr.ru

Im Juli 2016 fand am Ufer des Baikalsees die traditionelle Internationale Baikalschule für Teilchenphysik und Astrophysik statt, die gemeinsam vom Joint Institute for Nuclear Research (Dubna) und der Irkutsk State University organisiert wird. Die Vorträge beinhalteten nicht nur Grundkurse, sondern behandelten auch die aktuellsten Fragen der Teilchenphysik und Astrophysik. Viele dieser Themen, von klassischen Phänomenen bis hin zu den heißesten Nachrichten, wurden auf dem Poster der Baikalschule kodiert (siehe Abbildung). Wenn Sie sich für die fundamentale Physik und ihre Geschichte interessieren, wenn Sie die Ereignisse der letzten Jahre verfolgt haben, können Sie viele dieser Hinweise leicht erraten.

Finden auf diesem Plakat alle Hinweise, direkt oder indirekt, auf Phänomene der Teilchenphysik oder Astrophysik.


Hinweis

Der Leser der Elemente, der sich für die neuesten Nachrichten der Physik interessiert, wird wahrscheinlich sofort mehrere Merkmale erkennenund sogar die bereits berühmten Bilder; Sie haben sich in unseren Nachrichten getroffen. Andere Hinweise sind nicht so offensichtlich und beziehen sich auf das wissenschaftliche Programm der Schule. Schließlich gibt es Hinweise, die sich auf die Merkmale der Schule selbst beziehen.


Lösung

Auf dem Plakat sind zwei Arten von Hinweisen verschlüsselt, die sich entweder direkt auf wissenschaftliche Errungenschaften oder auf einige Merkmale der Baikalschule selbst beziehen. Beginnen wir mit rein wissenschaftlichen Themen.

1) Der "Chandelier", bestehend aus einer zentralen und sieben Seitengirlanden, ist der erste Cluster des aktualisierten Baikal-GVD-Neutrinoteleskops, das nun im Baikalsee intensiv gebaut wird. Die Skala an der Vorderkante zeigt die Seetiefe in Metern an, die die Ebenen angibt, auf denen sich die optischen Detektionsmodule befinden. Der Detektor dehnt sich aktiv aus und wird in einigen Jahren in seinem sensiblen Volumen (GVD bedeutet nur Gigaton Volume Detector) auf einen Kubikkilometer anwachsen und das Niveau des aktuellen IceCube erreichen. Das Triple von IceCube-, KM3NeT- und Baikal-GVD-Detektoren wird das Rückgrat eines globalen Netzwerks von Neutrinoteleskopen für das Studium von astrophysikalischen Neutrinos sein.
2) Spiralförmige Wellen, die sich vom Zusammenfluss zweier Quellen lösen, sind unten abgebildet – dies ist eine Hommage an die lang erwartete Entdeckung von Gravitationswellen durch ein Paar Gravitationswellen-Detektoren LIGO, eine EntdeckungDas wurde das bekannteste Ereignis des Jahres 2016 in allen grundlegenden Physik.
3) Neutrinos, die über ihnen schweben, gehören nach der Idee des Autors zum Baikal-GVD-Neutrinoteleskop und nicht zu den Gravitationswellen. Wenn Sie jedoch im Geiste der Allsignalastronomie argumentieren, können Sie hier einen Hinweis sehen, dass wir in Zukunft lernen werden, die Verschmelzung kompakter Objekte durch Gravitationswellen nicht nur zu "hören", sondern auch die Reaktion von ihnen in Form eines Stoßes verschiedener Teilchen, zum Beispiel Neutrinos, zu "sehen".
4) Der Hintergrund links zeigt schematisch den aktuellen Stand der Problematik der direkten Suche nach Partikeln der Dunklen Materie. Horizontal – die Masse der Teilchen, vertikal – der Querschnitt von der Streuung am Kern in Bezug auf ein Nukleon. Durchgezogene Linien sind Einschränkungen von oben, die von Jahr zu Jahr stetig nach unten abfallen, und dunkle Flecken sind Bereiche von Parametern, über die die Dama / Libra-Kollaboration sagt, dass sie seit fast zehn Jahren das Signal solcher Teilchen beobachtet.
5) Eine Blase mit der Aufschrift "750", die an die Oberfläche schwebt und zu platzen droht, ist der unglückselige Zwei-Photonen-Peak, der im Dezember 2015 am Large Hadron Collider gefunden und sechs Monate später geschlossen wurde. Er hat jedoch eine Sensation in der wissenschaftlichen Gemeinschaft hervorgebracht, und Physiker werden sich lange an diese Geschichte erinnern.
6) Im Hintergrund sind hochenergetische Teilchen, die von Weltraumobjekten aus dem fernen Raum, zum Beispiel von aktiven galaktischen Kernen, auf die Erde gelangen. Die gewundene Flugbahn ist Protonen, die Hauptteilchen der kosmischen Strahlung. Da sie elektrisch geladen sind, driften sie zufällig in einem chaotischen galaktischen und intergalaktischen Magnetfeld, so dass die Richtung ihrer Ankunft in keiner Weise mit der tatsächlichen Richtung der Quelle korreliert. Die Protonen der kosmischen Strahlung erreichen die Erdatmosphäre und erzeugen einen atmosphärischen Regen – einen Strom sekundärer Teilchen, durch den die Detektoren ihre Anwesenheit registrieren.
7) Die direkte Flugbahn am selben Ort, die ohne Schauer in die Erde gesteckt wird, sind astrophysikalische Neutrinos. Neutrinos werden nicht vom Magnetfeld abgelenkt und müssen daher direkt auf die Quelle zeigen. Bisher ist es jedoch nicht gelungen, die mehreren Dutzend astrophysikalischen Neutrinos, die der IceCube-Detektor am Südpol bislang mit aktiven Weltraumobjekten erfasst hat, zuverlässig zu vergleichen.
8) Die zweite mehr oder weniger direkte Flugbahn, die jedoch atmosphärischen Regenguss erzeugt, ist entweder Photonen hoher Energien oder die gleiche geladene kosmische Strahlung ultrahoher Energien aus relativ nahen Quellen auf kosmologischen Skalen.Aufgrund ihrer enormen Energie gelang es ihnen nicht, auf dem Weg zur Erde in bedeutendem Winkel abzuweichen. Wenn solche Quellen existieren, dann gibt es eine Chance, sie in der Winkelverteilung von kosmischer Strahlung ultrahoher Energie zu erraten. Es gab solche Versuche, aber eine zuverlässige Identifizierung gibt es noch nicht.

Und hier sind ein paar Hinweise zur Schule selbst.

1) Der See selbst und seine Ufer sind das stilisierte Baikal, der Schauplatz der Schule. Das felsige Ufer links ist der Mount Skriper, den die Teilnehmer während des Tagesausflugs traditionell erklimmen. Klettern natürlich nicht direkt über die Felsen und umgeht den Weg.
2) Das Baikal-Siegel ist eine endemische Art von Süßwasserrobben, eines der einprägsamsten Symbole des Baikal. Die Farbe des adulten Siegels ist irisierend grau, aber das Siegel, das Belek, ist weiß.
3) Zwei Fischer sind Albert Einstein und Bruno Pontecorvo. Einstein, der unter anderem Gravitationswellen vorausgesagt hat, weiß alles. Bruno Pontecorvo ist der Öffentlichkeit weniger bekannt, obwohl er in der Tat einer der Gründerväter der modernen Neutrinophysik war. Ihm gehörte die Idee, Neutrinos mit der Chlor-Argon-Reaktion nachzuweisen.Zusammen mit Vladimir Gribov brachte er erstmals die Hypothese zum Ausdruck, dass Neutrinos direkt von einem Typ zum anderen oszillieren können und dass dies genau der Grund für das Fehlen von solaren Neutrinos ist. Er baute auch die erste Massentheorie der Majorana-Neutrinos und nahm direkt an anderen revolutionären Arbeiten teil. Der gebürtige Italiener zog 1950 in die Sowjetunion und arbeitete fast ein halbes Jahrhundert bei JINR; Auf der JINR-Website können Sie mehr über sein Leben erfahren und auf den ihm gewidmeten Seiten arbeiten. Im Allgemeinen symbolisiert Bruno Pontecorvo die Neutrinophysik am JINR, und da das wissenschaftliche Programm der Schule Vorlesungen über Neutrinophysik enthielt, überrascht sein Erscheinen auf dem Plakat nicht. Das Fahrrad hier ist übrigens auch nicht ohne Grund. Pontecorvo fuhr es ständig und fuhr es perfekt. Es wird gesagt, dass er manchmal ritt, ein offenes Buch in seinen Händen haltend und es unterwegs lesend. Vor einigen Jahren wurde in Dubna ein Denkmal für Pontecorvo und Dzhelepov eröffnet, auf dem auch ein Fahrrad steht.
4) Wellen von zwei Booten und ihre Interferenz symbolisieren Neutrinooszillationen – eine tägliche Analogie dieses rein quantenphysischen Phänomens, das von der Schule geliebt wird.


Nachwort

Die Baikal School-2016 war ein Erfolg; alle seine Teilnehmer, russische und ausländische, hatten die lebhaftesten Eindrücke. Herzliche Erinnerungen sind das Ergebnis des hervorragenden Lehrkörpers, des aktiven wissenschaftlichen Lebens und der spirituellen Atmosphäre der Schule sowie natürlich die schicke Natur des Baikalsees.

Die Schule 2017 ist gleich um die Ecke. Ein Stoßforschungsprogramm wurde erstellt, das die Balance zwischen theoretischer Elementarteilchenphysik, experimenteller FEC und astrophysikalischen Fragestellungen hält. Alle Vorlesungen beginnen mit einer Einführung, die auch für Studenten des dritten Studienjahres zugänglich ist, und werden dann zu modernen Fragen der Teilchenphysik und Astrophysik übergehen, die sich für Doktoranden, Doktoranden und junge Forscher interessieren. Die Liste der Schulteilnehmer wird vorzeitig ausgefüllt, und ausländische Teilnehmer werden aktiv registriert. Wenn Sie also die Baikalschule besuchen wollen – willkommen, Sie werden es hier mögen!


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