Fyzikální veličiny, jednotky, systém SI, rozměr, rozměrová ...
Transcript of Fyzikální veličiny, jednotky, systém SI, rozměr, rozměrová ...
Fyzika 3 OPTIKA A ATOMISTIKAmoderní fyzika 21.století
1
Optika• Zkoumá světelné jevy, původně ty, které byly viditelné
lidským okem
• Později se zjistilo, že stejnou fyzikální podstatu mají i jevy, které nejsou viditelné okem• Infračervená
• Ultrafialová optika
• Rentgenová optika
Fyzika 3, Optika a atomistika, úvod 2
Optika má velký význam ve vědě i
technice po celou lidskou historii
Fyz
ika
3, O
ptik
a a
atom
isti
ka,
úv
od
3
Spektrum citlivosti oka je blízké spektru slunečního zářeníSvětlo ze Slunce
- velký význam
pro evoluci lidí
Optika umožnuje zkoumat mikrosvět i
Vesmír
Teleskopy – pozorování okolního
vesmíru
Mikroskopie - Zkoumání
mikrosvěta
Optika,
světlo, velký
nástroj pro
zkoumání
světa
Fyz
ika
3, O
ptik
a a
atom
isti
ka,
úv
od
4
METRO WAN
METRO WAN
TRANS-
OCEANIC
V
Technologické revoluce v optice
Optické
komunikace
Zápis a
uchovávání dat
Přesné laserové
opracování
Medicína
Blu-ray disc (25GB)CD/DVD
Telephony/data/internet
Laser cutting
Laser writing on
human hair Photolithography for manufacture
of computer chips
Corrective laser eye surgery 3-D laser imaging of cell
Fyz
ika
3, O
ptik
a a
atom
isti
ka,
úv
od
5
Vojenská výstroj Bezpečnostní systémy
Fyz
ika
3, O
ptik
a a
atom
isti
ka,
úv
od
6
•Pokrok v oblasti optiky, atomové fyziky a hlavně částicové fyziky je v poslední době veliký
• Svědčí o tom i Nobelovy ceny za fyziku, udělené v posledním desetiletí
Fyz
ika
3, O
ptik
a a
atom
isti
ka,
úv
od
7
The Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory and the first direct observation of gravitational waves
• The Nobel Prize in Physics Rainer Weiss, Barry C. Barish and Kip S. Thorne "for decisive contributions to the LIGO detector and the observation of gravitational waves".
Fyz
ika
1 úv
od
8
2017 Nobel Prize In Physics
• David J. Thouless, F. Duncan M. Haldane and J. Michael Kosterlitz "for theoretical discoveries of topological phase transitions and topological phases of matter"
Fyz
ika
1 úv
od
9
2016 Nobel Prize In Physics
Strange phenomena in matter’s flatlands
Tajemné kvantové skoky
2015 Nobel Prize In Physics
Fhe Nobel Prize in Physics 2015 was awarded jointly to Takaaki Kajita and Arthur B. McDonald "for the discovery of neutrino oscillations, which shows that neutrinos have mass"
Fyz
ika
3, O
ptik
a a
atom
isti
ka,
úv
od
10A. Mahmoud
Takaaki Kajita
Arthur B. McDonald
2014 Nobel Prize In Physics
The Nobel Prize in Physics 2014 was awarded jointly to Isamu Akasaki, Hiroshi Amano and Shuji Nakamura "for the invention of efficient blue light-emitting diodes which has enabled bright and energy-saving white light sources".
Fyz
ika
3, O
ptik
a a
atom
isti
ka,
úv
od
11
OIL LAMP (approx. 15 000 B.C.) 0,1 lm/WLIGHT BULB (19th century) ) 16 lm/WLED FLUORESCENT LAMP (20th century) 70 lm/W LED (21st century) 300 lm/W
LED lamps require less power to emit light than the older light sources.
2013 Nobel Prize In Physics
The Nobel Prize in Physics 2013 was awarded jointly to François Englert and Peter W. Higgs "for the theoretical discovery of a mechanism that contributes to our understanding of the origin of mass of subatomic particles, and which recently was confirmed through the discovery of the predicted fundamental particle, by the ATLAS and CMS experiments at CERN's Large Hadron Collider"
Fyz
ika
3, O
ptik
a a
atom
isti
ka,
úv
od
12
2012 Nobel Prize In Physics
Serge Haroche and David J. Wineland
For ground-breaking experimental methods that enable
measuring and manipulation of individual quantum systems
Fyz
ika
3, O
ptik
a a
atom
isti
ka,
úv
od
13
2011 Nobel Prize In Physics
Saul Perlmutter, Brian P. Schmidt, Adam G. Riess
For the discovery of the accelerating expansion of the Universe
through observations of distant supernovae
Fyz
ika
3, O
ptik
a a
atom
isti
ka,
úv
od
14
2010 Nobel Prize In Physics
Andre Geim, Konstantin Novoselov
For groundbreaking experiments regarding the two-dimensional material
graphene
Fyz
ika
3, O
ptik
a a
atom
isti
ka,
úv
od
15
2009 Nobel Prize In Physics
"for groundbreaking achievements concerning the transmission of light in fibers for optical communication"
"for the invention of an imaging semiconductor circuit – the CCD sensor"
Fyz
ika
3, O
ptik
a a
atom
isti
ka,
úv
od
16
2008 Nobel Prize In Physics
"for the discovery of the origin of the broken symmetry which predicts the existence of at least three families of quarks in nature"
Fyz
ika
3, O
ptik
a a
atom
isti
ka,
úv
od
17
2007 Nobel Prize In Physics
"for the discovery of Giant Magnetoresistance"
Fyz
ika
3, O
ptik
a a
atom
isti
ka,
úv
od
18
2006 Nobel Prize In Physics for their discovery of the blackbody form and
anisotropy of the cosmic microwave background radiation"
Fyz
ika
3, O
ptik
a a
atom
isti
ka,
úv
od
19
2005 Nobel Prize In Physics "for contribution to the quantum theory of optical coherence"
"for their contributions to the development of laser-based precision spectroscopy, including the optical frequency comb technique"
Fyz
ika
3, O
ptik
a a
atom
isti
ka,
úv
od
20
2004 Nobel Prize In Physics
"for the discovery of asymptotic freedom in the theory of the strong interaction"
Fyz
ika
3, O
ptik
a a
atom
isti
ka,
úv
od
21
Nobel Prize In Physics
Sources of all pictures: http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/
Fyz
ika
3, O
ptik
a a
atom
isti
ka,
úv
od
22
Aktivity katedry fyziky
•Piezoelektrické materiály
•MEMS - zkoumání tenkých vrstev
• Interferometrie
•CERN
•Compass
•OSQAR
• ELI
Fyz
ika
3, O
ptik
a a
atom
isti
ka,
úv
od
23
Katedra fyziky TULMateriálový výzkum piezoelektrických materiálů
•
V piezoelektrických laboratořích se zkoumají materiálové vlastnosti piezoelektrických látek, připravují se i piezoelektrické součástky, např. transformátory založené na piezoelektrickém jevu.
Experimentální studium piezoelektrických, dielektrických a elastických vlastnostímonokrystalů, polykrystalických a kompozitních materiálů
Fyz
ika
3, O
ptik
a a
atom
isti
ka,
úv
od
24
Interferometrie
V laboratoři laserové interferometre se měří amplitudy vibrací piezoelektrických vzorků až s přesností 10-12 m.
Fyz
ika
3, O
ptik
aa
atom
isti
ka,
úvo
d
25
CERN European Organization for Nuclear Research
Fyz
ika
3, O
ptik
a a
atom
isti
ka,
úv
od
26
Large HadronCollider
Fyz
ika
3, O
ptik
a a
atom
isti
ka,
úv
od
27
Fyz
ika
3, O
ptik
a a
atom
isti
ka,
úv
od
28
COMPASS(COmmonMuonProtonApparatus forStructure andSpectroscopy)
Fyz
ika
3, O
ptik
a a
atom
isti
ka,
úv
od
29
Pohled do haly experimentu Compass
Fyz
ika
3, O
ptik
a a
atom
isti
ka,
úv
od
30
Detekce částic pomocí detektoru RICH(Ring Imaging Chereknov Counter)
Fyz
ika
3, O
ptik
a a
atom
isti
ka,
úv
od
31
RICH – princip
Fyz
ika
3, O
ptik
a a
atom
isti
ka,
úv
od
32
Příspěvky k celkovému spinu protonu
• naive QPM: only valence quarks
• QCD: sea quarks and gluons
• orbital angular momentum:
Fyz
ika
3, O
ptik
a a
atom
isti
ka,
úv
od
33
Spolupracujeme na vývoji nových detektorů Čerenkovovazáření, hlavně na přípravě a výrobě nových optických prvků
Návrh a konstrukce křemenného teleskopu, promítajícího fotony na mnohokanálové fotonásobiče
Montáž části detektoru Čerenkovova záření
Fyz
ika
3, O
ptik
a a
atom
isti
ka,
úv
od
34
Hledání axiónů - experiment OSQAR
Axiony jsou předpověděné částice, které by mohly tvořit i část dosud neobjevené temné hmoty. Fotony mají podle teorie reagovat s magnetickým polem a přeměnit se v axiony. Ty mohou projít překážkou a následně se zpětně přeměnit v magnetickém poli v fotony. Světlo by tedy mohlo „svítit skrz zeď“. Na obrázku je argonový laser, svítící do náhradního magnetu, určeného pro urychlovač LHC v CERN.
Fyz
ika
3, O
ptik
a a
atom
isti
ka,
úv
od
35
Fyz
ika
3, O
ptik
a a
atom
isti
ka,
úv
od
36
ELI (Extreme Light Infrastructure): projekt nejvýkonnějšího laseru na světě pro výzkum a vývoj technologií
Fyz
ika
3, O
ptik
a a
atom
isti
ka,
úv
od
37
ELI: intenzita v ohnisku
>5x1024 Wcm-2
ELI = Slunce vyzařující veškerý svůj výkon (4x1026 W) z plochy cca 10x10 cm
Ultrakrátké laserové pulsy: rekordní výkon
ELI: První laser exawattové třídy na světě (EW = 1018 W)
Femtosekundové lasery: revolučně nové zdroje částic a rtgzáření
Světelný puls5 femtosekund = 5x10-15 s
Délka pulsu v prostoru = 1.5 µm
ElektronyProtony
Nabité částice
Rentgenové zářeníUV záření
Gama záření
• Fundamentální výzkum v ultrarelativistém režimu interakce laseru s hmotou
• Aplikace v materiálovém výzkumu, medicínském výzkumu, biologii, atd.
Fyz
ika
3, O
ptik
a a
atom
isti
ka,
úv
od
38
Spolupráce KFY v dalších oblastech -Nanotechnologie a optika• Nanotechnologie představují obecně vědní obor, zabývající se
záměrným vytvářením a využíváním částic a struktur v měřítku 1 nm až 100 nm (10-9 až 10-7 metru. Nanostruktury jsou dostatečně maléna to, aby se v nich mohly uplatňovat kvantové jevy.
• Nanovlákna – zkoumání optických nanovláken
• Laboratoř laserové anemometrie –
měření rychlostní profilů proudění
• Laboratoř Optických Metod Měření
holografická měření deformací
Optika a částicová fyzika – velmi důležité pro rozvoj všech oborů
• Optika je velmi užitečný nástroj pro studium nanomateriálů – je to metoda, která nepoškodí materiál
• Zároveň je možné použít optické paprsky pro manipulaci s nanomateriály -např. optická pinzeta ÚPT Brno
• Částicová fyzika (fyzika vysokých energií) – zkoumá fundamentální fyzikální zákony
Fyz
ika
3, O
ptik
a a
atom
isti
ka,
úv
od
40
Spolupráce v dalších oblastech Nanotechnologie TUL
• Nanovlákna
Spolupráce s Ústavem fyziky plazmatu AV ČR, TOPTEC Turnov
• Nanovlákna s nanoabrazivy pro velmi jemné leštění optických povrchů
• Optická ultrapřesná měření indexu lomu, dvojlomu, vývoj přístroje pro měření asférických ploch
• Vývoj optických nedifraktivních svazků
Crytur Turnov - scintilační a laserové krystaly
SQS Nová Paka – optická vlákna
Fyz
ika
1 úv
od
41