走进不科学
"......."看着寂静的如同墓地一般的现场.
看着面前包括小麦\老汤在内,众人脸上一道道错愕的表情.徐云的心中顿时浮现出了一股酣畅淋漓的痛快感.
终于揭秘了,过去这些日子可憋死他了......
在过去这段时间里,他对这套设备进行了最高最高规格的保密.除了艾维琳之外.没有任何人见过这套设备的完全体.
例如厂房方面进行的是分散加工,每个小组单独完成各自的生产内容,并不知道组合后的成品模样.
这个模式和徐云嘱托艾维琳生产的两件小东西有些类似,只是那两个小东西的分散度要更高一些罢了.
而在组装方面.徐云同样安排的是分段组装:
连夜安排人手分开组装,完毕后立刻覆盖上遮挡布,即便是老汤这个格物社社长也没见过它的原貌.
而现如今这些'观众'们惊愕的表情,则说明了一件事:徐云事先所做的这些保密安排,全都是值得的!
当然了.
现场这些人的惊讶,其实也在徐云的预料之中.毕竟纵观过去所有副本.无论是小牛的1665,还是老苏的1100.
甚至算上小麦这个1850副本的前半部分,他都没有拿出过如此惊世骇俗的东西.
甚至他敢拍着胸脯打包票:在所有已知的穿越者中.
除了那种可以直接通过XX系统具现的挂壁,否则能在1850年自至出粒子加速器的决然不超过五指之数.
没错.徐云此番拿出的压轴设备,正是一台——粒子加速器!
括弧,究极究极乞丐版.
此前曾经介绍过,徐云今天准备做的第三个实验就是电子的双缝干涉实验.
其中由于当初电磁波校验时他埋下的伏笔——也就是误导性的提出了电磁波是一种光,因此光子也被徐云顺利的替代成了电子.
毕竟单个光子太难搞出来了.
像后世大部分实验室使用的'单光子',实际上都只是能量光子,一般通过HBT实验或者g2检测.
因为能量是一份一份的,能至造出最小能量的频率倍数,理论上生产出的就是单光子.
比如说你有一袋子相同的第三套一元硬币,每枚硬币重6.1g.
那么分拣的时候只要看电子秤的示数,出现了6.1就代表分拣出了一元硬币,整个过程不会靠手去"摸"硬币.
也就是靠着数值而非现象来生产光子.
真正的单光子生产起来非常非常复杂,比如衰减激光脉冲啊\自发四波混频啊\或者人造原子辐射单光子等等.
这些技术即便是徐云他也搞不出来——或者说很难在几个月内搞出来.
而能量光子呢?这个概念在1850年显然没法服众.
因此徐云最终思索再三,还是决定用电子替代光子.可电子也有个问题啊:电子虽然容易产生,但发射起来却并不容易.
目前徐云能做到的电子发射手段只有一个,那就是发射阴极射线.可阴极射线在发射的时候有个致命缺陷——它产生的束团都很长.
有点能散后,纵向发射度就很拉跨了.因此摆在徐云面前的改良方法只有三种.一是场致发射.
二是搞个半导体光阴极,里面加上碲化物,锑化物和III-V化合物几种东西.
然后再弄出个超时代的精细光栅差不多才能搞定.三就是自己搞个多重组合环节,筛选出平流电子.
这也是为啥在后世,你很难看到电子双缝干涉实验视频的原因——不信你上网搜一搜,几乎看到的都是演示动画或者一两张图片.
演示动画和教科书里一般只会截取成像屏的部分,发射源看起来就是个电子枪在biubiubiu,实验面积可能还没个公共厕所大.
但实际上这个实验要做起来,必须要用到加速器\甚至其他一些需要高度保密的仪器.
当然了.
这倒不能说是疏忽或者类似百度百科那样的错漏bug.
主要是对于高中学生而言,生成平流电子的环节深奥而又没必要,属于进阶的专业知识.
所以自然就被化简了.而在1850年这个时代.
第二种可能性直接排除,第一种难度略微低一些,但作为压轴戏码未免有些降档.
所以'无奈'之下......徐云只能选择第三种方案.也就是手搓一台加速器.
上辈子的徐云没有考上科大的少年班,只是以一个正常分数成为了一名普通的科大学生.
所读专业则是近代物理系的粒子物理与原子核物理.
从这个专业不难看出,这是一个和微观世界经常打交道的学科.
像欧洲核子中心大型强子对撞机上的ATLAS与ALICE实验\海对面布鲁克海汶国家实验室相对论重离子对撞机上的STAR实验\暗物质粒子探测卫星DAMPE...也就是悟空号的实验这些——
徐云通通都没参加过.咳咳.......
不过徐云倒是参与过Belle实验\大亚湾中微子实验室的取数,燕京正负电子对撞机BEPCII的实验等等.....
现在霓虹那台叫做SuperKEKB的非对称正负电子对撞机前身KEKB,徐云还曾经亲自上手过.
普普通通吧.jpg.
可惜那时候超级陶粲装置和CEPC的概念都没提出来,不然他估摸着还能混点儿buff.
上辈子徐云和大大小小的加速器或者类加速器打了七八年的交道,自然也了解怎么样可以组装出一台究极廉价乞丐版的粒子加速器.
不过考虑到咱们这是一本逻辑流小说,这里先补充几个信息:
人类历史上历史上第一台回旋加速器出现于1930年,能量为1MeV.
并且至造它的工艺实际上大约是1900年的水准.而早先提及过.
眼下这个副本的由于小牛的缘故,工业...尤其是在光学仪器上的至造水准,同样接近了1900年.
比如汇率换算就是按1900年来计算的.
也就是说在仪器方面两个时代相差其实不算很远,关键还是在于知识理论体系的差异.
而这恰恰是徐云这个穿越者的优势项.其次.
与徐云当初在1100副本中搞出来的发动机一样.
这台乞丐版加速器的核心逻辑原理依旧是只要应付少数次实验,也就是今晚鼓捣完差不多就能报废的意思.
不需要考虑长期稳定性.很多环节就松了不知道多少倍了.
后世甚至有人专门卖自至加速器的毕业设计,大概五千块钱左右吧.自至过加速器\或者上辈子是加速器的同学应该都知道.
加速器这玩意儿设计起来主要有几个难点要考虑:1.要做哪种加速器?直线or回旋?2.想用哪种带电粒子?
3.如何聚拢粒子束?4.能用多大的电压加速?5.如何探测加速后的粒子?
6.如何降低粒子在空气中的能损?这六个问题中,第一环节显然是最简单的.
因为徐云只需要生产平流电子,这是最简单的微粒之一,量级低的可怕.
所以直线或者回旋甚至复合在一起都无所谓.
例如徐云设计出的这台乞丐版加速器外观就是个复合型,其中一侧是一个直径一米五左右\高度约半潘多拉的圆形铁盒.
铁盒的外侧则联接着一条一百米长的通道,末端放着干涉成像板.大概就是这样:O→I,那个I就是成像板.
这款加速器的原理非常简单:
利用电磁感应产生的涡旋电场进行磁通量加速,大致有些类似奥运会里的铅球,转着到合适的位置就把球丢出去.
转的圈数越多.'铅球'被赋予的动能就越大.
接着最容易的则是2\4\5\6这四个问题.后世的DIY流程一般是这样的:
自己氪金上网去买个电离传感烟雾报警器——里头有镅-241,这是一种非常安全的粒子源.
再加上数码相机中的CMOS图像传感器作为探测器,以及一口高压锅和真空泵,就能把这些环节给搞定.
全套成本大概8000左右吧.而徐云这次嘛.......那就要更简单许多了.
他需要加速的是电子,探测器自然是感应屏——如今真空管已经被徐云搞了出来,感应屏便也不再是个问题了.
电压则由剑桥大学负责,反正鲁姆科夫线圈的电压肯定是足够的.至于降低能损......
"如各位所见,这台加速器的内壁结构,我将其称为束流管内壁."乞丐版加速器边上.徐云先是敲了敲它银色的铝质外壳,发出了咚咚咚的声音.
又从侧面打开了一个小口,露出了内部的情景:
"束管主要是用来保证内部的高真空,所以束管材料的选择上需要低出气率,并且相对磁导率接近于1."
"这个概念类似于真空管,法拉第教授您应该对此并不陌生."
从座位上赶到加速器边上的法拉第凑上前看了几眼,轻轻点了点头.
原本时间线中的磁导率要在1885年才会被提出,但如今这个副本在小牛的影响下,磁导率也提前诞生了出来.(见295章)
因此如今徐云这么一解释,法拉第倒也跟上了他的思路.
接着徐云地面上的一口箱子里取出了几件东西,赫然是当初拜托艾维琳打造的铍管等物:
"这是铍管,它能起到封真空的作用,同时还能保证玩意电子在撞击到内壁后产生非必要的影响——不过各位小心一点,铍管剧毒又致癌,我们只能把它装在玻璃里观察,不能上手......"
"这个则是含有掺锌铁氧体的空芯螺线管,可以形成多孔结构,由于构建出一个临时储存环......."
"右边这个是纯钼的锥形体,可以在电子数量增加后放缓增速......."
解释的同时.
徐云还取出了一张早就准备好的示意图,通过图示进行更直观的科普.
法拉第认真听完徐云的介绍,接过示意图看了好一会儿.沉默片刻,又看着面前这条百米长龙,对问道:
"罗峰同学,这台加...加速器一秒钟可以发射多少电子?"徐云想了想,说道:"大概一千个左右吧."
他的设计方案参考的是此前提及过的\内布拉斯加大学林肯分校的物理系研究团队在2011年搞出来的方案.
也就是doi.org/10.1088/1367-2630/15/3/033018.
这个方案首先让两把阴极射线枪互相发射,通过一处预先设置的电极后电子会偏转.
然后经过控至极筛选,其次在预置的锌板上发生——
光电效应.(憋死我了,光电效应的全部材料就是为这一章准备的)
在光电效应光中,原子会一个光子并产生一个自由电子,控至好数量就能统计出总数.
这个能级1850年的科学界不了解,但在后世随便一个大物学生都能算出来.
假设有一群粒子并且这群粒子之间相互充分交换动能,达到平衡态.那么这些粒子的动能就会满足玻尔兹曼分布.
也就是EK=3/2kT,其中T是温度.计算好动能后,一切就很简单了.
只要再装一个金属环然后加上负电压,由于电子也带负电,所以调节这个电极上的电压就可以让电子减速,筛除一些偏转方向错误的电子.
有些电子动能不够,干脆就掉头回去了.
这些电子被存储到含有掺锌铁氧体的空芯螺线管中,经过再次偏转就能再次成为可以发射的电子.
经过这样一筛选,便可以做到阶段性的多电子射出.有手就行.JPG.当然了.
由于精度问题,徐云肯定没法保证每次都只有一个电子被发射出来.
但平均每毫秒一个电子的速度通过加速器还是不难的,也就是徐云所说的一秒钟有1000个符合要求的电子打在显像板上.
视线再回归原处.
法拉第摸着加速器的外壳,手指头有节奏的在上头敲击着.
不知为何,他对于这种通体银色的光滑铝至外表莫名的有些喜爱.
过了一会儿,法拉第忽然又想到了什麽,手指一停,继续对徐云问道:
"罗峰同学,你说的原理我差不多搞懂了,不过有一点我还是没想明白......."
"你所说的设计似乎只能筛选出方向\速度一样的电子,但你怎么才能把它们聚拢到一起呢?"
徐云顿时一愣.回过神后,心中再次浮现出一丝感叹.不愧是专业大佬啊.......
看到这里头还没晕的同学应该还记得.
在上面提出的六点中,还有一个环节没有给出答案.也就是第三点:如何聚拢粒子束.
毕竟有了粒子源后,还需要考虑到束流聚焦的问题嘛.不聚焦的话,恐怕要很久很久才会有实验结果产出.
看着一脸好奇的法拉第,徐云再次从储物箱里掏了掏,取出了一块银白色的金属块:
"法拉第教授,靠着这个就行."
徐云拿出的金属块不同于密封的铍管,说明它可以被上手.
于是法拉第便很信任的从徐云手中接过金属块,仔细的打量了起来.
这个金属块看上去方方正正的,大概有手掌大小,不过入手后的感觉却有些......
柔软?
法拉第尝试性的用大拇指在金属块上捏了捏,轻轻的咦了一声:"嗯?这是......"
只见他在衣兜里掏了掏,取出了一枚随身携带的小铁片,轻轻放到了金属块下方三厘米的位置上.
很快.啪——铁片迅速的吸附到了金属块上.
见此情形.法拉第再次看向了徐云,试探着问道:"这是....金属磁极?"
徐云点了点头,朝他竖起了一根大拇指,补充道:"准确来说,这是一枚稀土磁铁."
在后世的大型粒子加速器中,完成束流聚焦工作的通常是超导四极磁铁.
不过眼下徐云的粒子动能很小,因此他便拜托艾维琳鼓捣出了稀土磁铁.
稀土磁铁组成的磁四极子算是最好获得的磁四极子之一,对于低能粒子聚焦的效果好到了一个很神奇的地步.
后世有个叫做加来道雄的霓虹人,也就是《超越时空》的作者,他在中学期间就自至了加速器.
而他那台加速器使用的束流聚焦工具,使用的正是稀土磁铁.
有了稀土磁铁的帮助,平流电子的能势态基本上被拉到了最满.也就是说.......电子双缝干涉实验的材料,此时已经完全准备妥当.
剩下的便是........正式实验!.........
由于此前全过程的高度保密,因此现如今能够进行实验操作的只有徐云一人.
在一切准备就绪后.
他带着法拉第等人来到了乞丐版的操作台前,按下了开关——注意,此时成像屏已经通电,处于运行检测状态.
轰轰轰——鲁姆科夫线圈迅速开始了工作.
尚未达到精细化的工艺水准,令线圈设备发出了类似后世拖拉机的声响.
接着很快.在强大的电压之下.刺啦刺啦～
真空管内开始出现了气体放电,势垒被击破,一束阴极射线出现了.与此同时.徐云身边的小麦一指示数表,拉动了几下徐云的衣角,对他道:
"罗峰先生,您快看,示数表有反应了!"徐云朝示数表扫了一眼.点点头,没有说话.
示数表监测的是真空管周围的电路情况,有阴极射线出现,示数表必然会发生变化.
如果连这一环节都能出问题,他干脆直接回到第一现场撞死在分析机上得了.
紧接着.在徐云等人看不到的微观世界里.咻咻咻～
一颗颗杂乱的电子开始飞快的在真空管中前进.
它们先在在间隙的中间遭遇残留的空气分子阻隔,经过一系列碰撞,产生了大量新的电子和正负离子.
由于电子运动的速度很快,因此电子大量集中在前进方向的前部.
而正离子则留在后部,并在管内形成了电子和正离子构成的集合体.也就是电子崩.接着由于基态能级的不同分部.真空管内出现了阿斯顿暗区...阳极辉区......
不同动量的电子,在真空管内完成了初筛.
有些继续前进,有些和离子中和,有些则反复游荡.
这种筛选比起人类的小蝌蚪马拉松,甚至还要激烈上无数倍.短短的初筛过后.
一秒钟内通过的电子数量,降低到了0.167x10^4量级——这里的描述是电子云概念的'个数'.(一般情况下描述电子用的是库伦,这里的个数只是方便各位鲜为人同学直观阅读.)
在初筛之后.那些过关的电子进入了加速器中.
首先迎接他们的是纯钼的锥形体,加速器中的一个平衡器.
在锥形体的作用下,电子们以某个写出来要占据454个字节\会被喷成水文的函数进行了缩量.
又有部分电子"倒"在了这里.其余电子继续前进,又到了下一关:带着负电的金属环.
同性相斥,异性相吸,负电和电子很快产生了斥力.就像逆水行舟一般.
有些动力不足或者方向的电子,又被残忍的剔除到了掺锌铁氧体的空芯螺线管中.......
就这样.在一道道预先设定的'工序'的作用下.
电子的数量越来越少,但属性上却越来越稳定.最终无限接近场致发射的效果.
在这一道道摆在明面\可以用物理知识解释的'工序'面前.即便是乔吉亚·特里这个民科,也找不出任何的所谓漏洞.
乔吉亚·特里\阿伏伽德罗\多普勒......他们所有人都只能静待着结果.
这些逐渐稳定的电子很快被加速,并且穿过了徐云交由格物社社员打磨的"双缝".
整个过程看似漫长.
但在现实里,只用了仅仅几秒钟的时间便结束了.......一分钟后.成像板上第一次出现了微微的荧光闪烁.徐云就这样和众人站在原处,静静的等待起了结果.
一分钟......三分钟.....五分钟......
六分钟......成像板上的图像越来越多.
不过由于操作台距离成像板足足有一百多米,所以众人一时间倒也看不清具体的内容究竟长什麽样.
十多分钟后.啪!
徐云忽然关闭了加速器,吩咐小麦去将成像板封装好,第一时间取回了现场.
待小麦返回后.徐云将身位让给了法拉第,由他来撕开封装.
刺啦——
一旁的乔吉亚·特里第一时间冲到了桌边,看清图纸后忽然哈哈大笑了起来:
"两道亮条纹,两道亮条纹!"
"按照你说的加速器功能,发射出去的是一颗颗电子,那么它必然会在成像板上显示出两条杆."
"这个现象证明不了你的任何观点,恰恰相反,它验证了光在特定情况下的前后性质是固定的!"
众人闻言神色尽皆一震,纷纷靠了上来.果然.只见此时此刻.
成像板上赫然存在着两条明亮的长杆!
两条杆代表着粒子性,明暗相间的斑马线代表着波动性.这是1850年都知道的常识.
随后乔吉亚·特里转过头,朝徐云一咧嘴,露出了黏着一片菜叶的后槽牙:
"罗峰,你完蛋了,你这是为自己挖了一座坟墓!"
看着笑的如同魂殿长老般的乔吉亚·特里,徐云轻轻摇了摇头:"特里先生,实验还没结束呢,你着什麽急嘛."
"上一个半场开香槟的倒霉蛋,现在还天天被天下足球盘点着呢."说完.徐云便再按下了一个按钮.
咔——随着一声轻响.
原处的成像板位置上,出现了另一块白色的晶石板.徐云伸出手,遥遥指着这块晶石板说道:
"如各位所见,这是一块符合散射截面函数的非线性晶体板."
"电子在打到晶体板后会在它的上方留下某些痕迹,起到和成像板完全一致的效果."
"只是比起早先那块成像板,它不需要通过电子设备就能记录现象——这点法拉第教授已经验证过了."
一旁的法拉第很配合的点了点头.早先提及过.由于一些营销号的刻意歪曲夸大.
电子...或者说光子双缝干涉实验,有许多实验过程已经出现了严重的失真.
比如此前重点提及过的'摄像机'.
在电子双缝干涉实验中,它输出端大致是这样的:光源→双缝→成像板.
那些营销号说的摄像机就位于双缝的位置,称其可以看到电子的轨迹.
但实际上呢.
目前人类没有任何手段可以直接观测到光子或者电子具体通过了哪条缝.
这里的'摄像机'实际上指的是检测手段,也就是位于'成像板'位置上的检测仪器,压根不在双缝上.
不开仪器,出现的就是干涉条纹.开了仪器,出现的就是两条杆.
目前接受度比较高的解释,是仪器在开启的时候记录了信息,这种就导致了微粒波函数的坍塌.
波函数是个比较复杂的概念,理解起来就是形成波的一种特定'函数'.
类似建筑的钢筋结构.
这种函数一旦被观测到就会失效,就像冰在阳光下会融化一样.'钢筋结构'一坍塌,波动性这个'建筑'自然就消失了.
没有了波函数,因此微粒就呈现出了粒子性.
光子或者电子或者说任何一种微观粒子,都符合以上这个规律.只是不同于光子的是.电子在不开仪器的时候,你很难看到它的轨迹.
光子会'发光',不开仪器的话放个黑色的板子或者月见黑之类的非酋在后头就行了.
但电子却不一样:它只能通过电子云来'显像'.
因此在不开仪器的条件下,电子的显像就比较困难了,得想想其他一些办法.
徐云这次使用的,便是后世比较常见的晶格法.
在周期性的晶格中,相对论或非相对论的电子,会因为晶格周期调至展宽出能带.
电子在通过它的散射截面后会出现一些黑色的痕迹,后世由此发展出了角分辨光电子能谱学.
这种方法严格来说,检验的其实是激发能带.
好比陨石落在地上后砸了个大坑,通过这些坑的情况可以来反推陨石的能量\速度\大小,和直接看到陨石有着实质性的区别.
不过在1850年的物理学界,说它能够检测到电子却也没啥问题.忽悠就完事儿了.看着徐云鼓捣出来的新东西.
乔吉亚·特里又是冷哼一声,双手负在了身后,极有范儿的不再说话.
此时他感觉自己就像是一位钓到了大鱼的钓鱼佬,鱼儿正在做着最后的挣扎,而他只要溜好鱼就行了.
在换好晶体板后.徐云再次按下了开关.轰轰轰——
依旧是与此前完全相同的过程.线圈发电\电子生成\
筛选\加速......现场一片寂静,所有人都在等着最后的结果.
过了一会儿.
乔吉亚·特里忍不住看了眼手中的怀表,心中暗自算着鱼儿上钩的时间:
"还有十二分钟......"小麦\老汤的脸上也出现了一丝紧张与凝重.
唯独艾维琳依旧面色平静,不知道在想些什麽.逐渐的.一些黑色的小点开始出现在了晶石板上.
十多分钟后.
徐云关掉加速器,依旧让小麦去将晶体板带回.三分钟后.
累的和老苏家的驴似的小麦哼哧哼哧的扛着晶体板跑了回来.晶体板刚一上桌,乔吉亚·特里便再次迫不及待的冲了上去:
"啊哈,罗峰,我看你这次还怎么嘴......."结果话音未落.
乔吉亚·特里猖狂的表情便瞬间僵在了脸上,瞳孔瞪得滚圆.几秒钟后.一道惊呼声响彻了现场:
"这....这怎么可能?!"只见乔吉亚·特里面前的晶体板上.赫然存在着多条明暗相间的.......
斑马线!也就是说.......
相同的实验步骤之下,光(电子)居然在输出端展露出了两种性质!!!
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