✈️ Первый циклотрон, который был разработан американскими физиками Э. Лоуренсом и С. Ливингстоном в далеком 1930 году, обладал относительно небольшим диаметром – около 10 см и мог легко ускорять частицы до энергии, составляющей приблизительно 80 кэВ. Совсем недавняя публикация, подготовленная американскими физиками из Колорадского университета в Болдере, Национального института стандартов и технологий (NIST) и их совместного исследовательского центра JILA, предоставила обновленную оценку максимального значения электрического дипольного момента (ЭДМ) электрона. Благодаря повышению точности на порядок, полученная оценка составила (−1,3 ± 2,0 ± 0,6) × 10⁻³⁰ e·см с учетом всех погрешностей. Данные могут представлять значительный интерес как для области физики элементарных частиц, так и для современной космологической теории происхождения Вселенной.

Физика частиц родилась вместе с фактически случайным наблюдением радиоактивности урана членом Французской академии наук Антуаном Анри Беккерелем в феврале 1896 года. Уже на следующий год Джозеф Джон Томсон после интенсивных поисков открыл первую элементарную частицу, электрон, а потом, как говорится, пошло-поехало. В 1899 году перебравшийся в Монреаль бывший сотрудник Томсона двадцатипятилетний уроженец Новой Зеландии Эрнест Резерфорд обнаружил, что уран испускает два вида частиц (или, как тогда говорили, эманации), которые он назвал альфа- и бета-лучами. Природа бета-лучей выяснилась в том же году, когда Фриц Гейзель, Беккерель и Мария Склодовская-Кюри пришли к заключению, что это просто быстрые электроны. Проблему альфа-частиц в основном разрешил сам Резерфорд в счастливом для себя 1908 году, принесшем ему Нобелевскую премию по химии. Он доказал, что там, где присутствует источник альфа-излучения, появляются атомы гелия (сейчас даже школьник знает, что альфа-частицы — это ядра гелия-4, но тогда понятия атомного ядра просто не существовало). А в интервале между этими событиями, в первый год XX века, француз Поль Виллар открыл у урана еще один вид излучения, которое тот же Резерфорд обозначил третьей буквой греческой алфавита — гаммой. В 1910 году английский физик Уильям Генри Брэгг доказал, что гамма-лучи представляют собой электромагнитные волны очень малой длины.

Об истории физики частиц можно писать до бесконечности, но сейчас я хотел бы выделить в ней очень интересный тренд. Приблизительно до конца 1930-х годов исследования в этой области осуществлялись, как говорится, на лабораторных столах. Такими были, в частности, исторические эксперименты Резерфорда и его ассистентов Эрнеста Марсдена и Иоганнеса Гейгера по бомбардировке альфа-частицами мишеней из золотой фольги, результаты которых в 1911 году привели Резерфорда к планетарной модели атома. Такими были и прочие фундаментальные достижения этой науки — скажем, открытие нейтрона Джеймсом Чедвиком в 1932 году (а также «почти» открытие той же частицы Фредериком и Ирен Жолио-Кюри, которые имели полный набор релевантных экспериментальных данных, но не смогли его правильно осмыслить, равно как и последующее открытие ими же искусственной радиоактивности). Наконец, таким же было и открытие деления ядер урана под действием нейтронного облучения, сделанное в 1938 году в берлинском Институте химии общества кайзера Вильгельма его тогдашним директором профессором Отто Ганом и его ассистентом Фрицем Штрассманом.

Как известно, ядерную физику и физику частиц (в 1930-е годы это была практически одна и та же сфера исследований) революционизировало изобретение циклического резонансного ускорителя протонов, сделанное в 1930 году американскими физиками Эрнестом Орландо Лоуренсом и Милтоном Стэнли Ливингстоном. Однако и эти замечательные машины поначалу опять-таки вполне умещались (или могли умещаться) на лабораторных столах. Первый демонстрационный циклотрон Лоуренса и Ливингстона имел в диаметре около 10 см, второй — 25 см, третий (а это уже была вполне серьезная машина, разгонявшая протоны до энергии 5 МэВ) — 69 см. #физика #ядерная_физика #physics #science

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

🔵 Области 1 и 2 имеют одинаковый цвет: верите в это?

Эффект одновременного светового контраста — представляет собой психофизический феномен, однако его физический и оптический анализ требует строгого разделения причин на две группы: оптические процессы в глазу и нейронная обработка сигнала. Рассмотрение ведётся строго в рамках физической оптики и биофизики сетчатки.

▪️ Формирование ретинального изображения и рассеяние света. Изображение наблюдаемого поля (центральный стимул на ином фоне) строится оптической системой глаза на сетчатке. Идеальной передачи распределения яркости не происходит из-за аберраций, дифракции на краях зрачка и внутриглазного светорассеяния в роговице, хрусталике и стекловидном теле. Свет от яркого фона рассеивается на микронеоднородностях сред и формирует паразитную вуаль, накладывающуюся на ретинальное изображение тёмного поля. Физически это увеличивает освещённость в зоне тёмного тест-объекта по сравнению с идеальным геометрическим предсказанием. Контраст в ретинальном изображении оказывается ниже объективного фотометрического контраста сцены, однако оптическое вуалирование — лишь первое звено, а не полное объяснение эффекта.

▪️ Латеральное торможение как биофизический механизм усиления контраста. На уровне наружного сетчатого слоя (фоторецепторы – горизонтальные клетки – биполяры) реализуется операция, математически описываемая как свёртка распределения освещённости с функцией, имеющей положительный центр и отрицательную периферию (мексиканская шляпа). Горизонтальные клетки интегрируют сигнал с группы колбочек и палочек, формируя тормозной потенциал, вычитаемый из сигнала центрального рецептора. Освещённость сетчатки E(x,y) преобразуется в нейронную активность, приближённо пропорциональную –ΔE (лапласиану распределения освещённости). Граница яркого и тёмного полей создаёт резкий градиент, который латеральное торможение усиливает: с яркой стороны рецептивная периферия нейрона частично попадает на тёмную область, снижая торможение и субъективно увеличивая яркость края; со стороны тёмного поля периферия захватывает яркую зону, увеличивая торможение и делая край темнее. Так возникает полоса Маха вблизи границы.

▪️Пространственная интеграция и адаптация как источник одновременного контраста. Для больших равномерных полей решающую роль играет не градиентная иллюзия, а установившаяся локальная адаптация. Каждый фоторецептор адаптирует свой динамический диапазон (коэффициент усиления) к среднему уровню фоновой засветки. При фиксации взора на границе полей центральная область сетчатки подвергается одному среднему потоку, периферия — другому. Механизм адаптации основан на биохимических процессах фотопигментов и перестройке кальциевого гомеостаза в наружном сегменте. Локальный коэффициент чувствительности пространственно неоднороден и определяется константой электрического сопряжения фоторецепторов и горизонтальных клеток. В результате одинаковое количество квантов, падающих на две локальные зоны сетчатки, вызывает разный нейрональный ответ, если зоны находятся под разным адаптирующим воздействием фона. Субъективно яркость тестового поля смещается в сторону, противоположную яркости фона, — в этом количественная суть эффекта.

▪️Оптическая некорректность изолированного физикалистского объяснения. Световой поток, падающий на фоторецепторы в области тест-объекта, объективно не меняется в зависимости от удалённого фона, если исключить рассеяние, а оно объясняет лишь малую долю эффекта. Основной механизм — пространственно-временная модуляция усиления сигнала нейронной сетью, которая оперирует градиентами освещённости и локальной историей засветки, а не абсолютными значениями светового потока. Следовательно, эффект не является чисто оптическим феноменом: он детерминирован оптическими параметрами ретинального изображения как входными данными, но реализуется через динамическую нелинейную систему преобразования, имеющую биофизическую природу. #физика #оптика #биофизика #наука #science

👁 Одновременный световой контраст [1989]

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

🟡Профессор Эрик Лейтуэйт формирование будущего - 1972 г. [RU]

🟡 Professor Eric Laithwaite Shaping Things to Come 1972 [EN]

Профессор Эрик Лайтуэйт (1921—1997) из Имперского колледжа Лондона показывает, как учет формы и размера оказал глубокое влияние на конструкцию электромагнитных машин. Это один из серии цветных 16-миллиметровых фильмов, снятых для школ. Все они были изготовлены в "Лаборатории тяжелой электротехники" Эрика Лайтуэйта на факультете электротехники Имперского колледжа Лондона.

#физика #электротехника #гидродинамика #электромагнетизм #научные_фильмы #physics

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib