Geneve

Hiukkasen fysiikkaa Genevessä

Su, 07/31/2016 - 12:29 By Jari Mäkinen
Microcosm

Zürichin museon jälkeen suunnataan Sveitsin ranskankieliseen osaan, Geneveen. Kaupungissa on paljon kansainvälisiä organisaatioita, joista yksi on Euroopan hiukkastutkimuskeskus CERN. Sillä on aivan upea museo – tai itse asiassa kaksi sellaista.

”KesälläCERN sijaitsee Genevessä Meyrinin kaupunginosassa aivan Sveitsin ja Ranskan rajalla hyvin lähellä kaupungin lentoasemaa. Sieltä noustessa tai sinne laskeutuessa saattaakin huomata ikkunasta omituisia rinkulamaisia rakennelmia, 50-lukuisia teollisuusrakennuksia, 70-lukuisia toimistotaloja sekä aivan uuden metallisen pallon, jotka kaikki kuuluvat CERNin ydinkampukseen.

Itse tutkimuskeskus on levittäytynyt LHC-kiihdyttimen myötä laajemmallekin alueelle, mutta paikalle tulevan yleisön kannalta tällä ei ole merkitystä: vain keskuspaikassa oleviin museoihin pääsee ilman erikoisjärjestelyjä käymään.

Tiedeturistin kannalta kiinnostavia kohteita on siis kaksi. Ensimmäinen on CERNin museo, nimeltään Microcosm, eli Mikrokosmos.

Se on CERNin kampusalueella sisäänkäynnin luona, ja siellä on paljon hiukkastutkimuksen historiaan liittyviä laitteita (muun  muassa tietokone, jolla WWW kehitettiin), osia vanhoista hiukkaskiihdyttimistä sekä hyvin havainnollinen osasto, missä kerrotaan hiukkastutkimuksesta sekä hiukkasfysiikasta laajemmin.

Näyttelyssä voi mennä myös ikään kuin kiihdyttimen sisään ja ihailla mm. LCH-kiihdyttimen koeaseman täysikokoista mallia. Nykyinen näyttely uudistettiin vuoden alussa, joten se on vielä nyt paitsi tuore ilmeeltään, niin myös ajan tasalla sisällöltään.

Alun perin Microcosm oli ainoa CERNin yleisölle avoin kohde, mutta nyt sitä täydentää tien toisella puolella oleva 40 metriä halkaisijaltaan oleva upea metallinen pallo, jonka sisällä on toinen hiukkasfysiikkaa esittelevä näyttely.

 

Tämä Globe ei ole virallisesti CERNin oma näyttely, vaan paikka on Globe of Science and Innovation -säätiön hallinnoima paikka, joka avattiin paikalla vuonna 2004 CERNin 50-vuotisjuhlan kunniaksi.

Sen sisällä on "Hiukkasten maailma" -niminen interaktiivinen näyttely, joka kertoo hieman yleisemmällä tasolla kuin CERNin oma näyttely hiukkasfysiikasta sekä hiukkasten tutkimisesta; Globen näyttely on lisäksi hyvin interaktiivinen ja paikka sinällään, suuri pallo, on arkkitehtonisesti kiinnostava. Se olikin aluksi "vain" kahden geneveläisarkkitehdin, Hervé Dessimoz ja Thomas Büchin Neuchâtelissä vuonna 2002 olleeseen kestävän kehityksen näyttelyyn tekemä esimerkkirakennus, jolle näyttelyn jälkeen keksittiin loppusijoituspaikka CERNin naapurista.

CERNin alueelle pääsee Genevessä kätevimmin raitiovaunulla: linja 18:n päätepysäkki on CERN ja se lukee kaikissa liikennekartoissa ja raitiovaunuissakin. Myös bussilinja Y vie perille Meyrinin tutkimuskompleksiin.

Tiedetuubin esittelemiä tiedekeskuksia ja muita kiinnostavia kohteita

Näin ääni kulkee tavallista nopeammin

La, 04/09/2016 - 13:59 By Jari Mäkinen
Colladonin ja Sturmin vedenalaisia äänimittauksia

190 vuotta sitten omituinen venekaksikko seilasi Genevenjärvellä. Veneissä olivat sveitsiläiset Jean-Daniel Colladon ja Charles-Francois Sturm, jotka mittasivat äänen nopeutta vedessä.

Päivän kuvaÄäni on väliaineessa etenevää mekaanista aaltoliikettä, joka välittyy tiheyden pienenpieninä vaihteluina väliaineessa. Kuivassa ilmassa, jonka lämpötila on 20°C, merenpinnan tasolla mitattuna äänen nopeus on 343,2 metriä sekunnissa, eli 1236 km/h.

Nyt tiedämme tämän hyvin, samoin kuin sen, että äänen nopeus riippuu oikeastaan vain kahdesta tekijästä: lämpötilasta ja väliaineesta. Esimerkiksi korkealla ilmakehässä äänen nopeus ei riipu ilman tiheydestä, vaan sen lämpötilasta.

Ääntä voi olla myös muussa kuin ilmassa: mikä tahansa väliaine voi välittää aaltoliikettä, ja on sitten toinen asia, pystymmekö kuulemaan korvillamme tuota ääntä – mutta ääni kulkee.

Näihin aikoihin vuonna 1826 Genevenjärvellä tehtiin äänen nopeuteen liittyvää kiinnostavaa tutkimusta, kun fyysikko Colladon ja matemaatikko Sturm vertasivat äänen nopeutta ilmassa ja vedessä.

He olivat kehittäneet varsin näppärän koejärjestelyn, missä yhdessä veneessä oli veden alle laskettu kello, jota pystyttiin kolauttamaan samoin veden alla olevalla vasaralla. Kyseessä oli vähän kuin kirkon kello, paitsi pieni ja se oli upotettu veden alle. Samaan aikaan kun kello kumahti, vasaraa liikuttanut laitteisto sytytti pienen ruutiannoksen, jolloin tuloksena oli myös paukahdus pinnan päällä.

Toisessa veneessä 15 kilometrin päässä oli puolestaan suuri kuulotorvi, jonka avulla vedenalainen ääni saatiin kuuluviin. Jotta ilmatiivis torvi pysyi upoksissa, oli siihen kiinnitetty paino.

Kun pamahdus ilmassa ja kolahdus veden alla saapuivat eri aikaan, pystyttiin aikaeron perusteella laskemaan nopeus äänelle.

He onnistuivat mittaamaan äänen nopeuden veden alla hämmästyttävän tarkasti: lämpötilaltaan 8°C olleessa vedessä nopeus oli 1435 m/s, eli tulos oli vain kolme metriä sekunnissa pielessä oikeasta.

Samoihin aikoihin ranskalainen François Sulpice Beudant teki samanlaisia mittauksia Marseillen luona merivedessä ja sai äänen nopeudelle siellä arvoksi noin 1500 m/s.

Otsikkokuvana oleva kuvapari on Geneven tiedemuseosta, missä on esillä myös Colladonin ja Sturmin käyttämiä torvia; kokeita tehtiin useita ja yhä tarkempia, joten kaksikko valmisti useita versioita torvistaan. Alla oleva kuva on käännetty vaakatasoon, joten se näyttää kummalliselta. Museossa torvet ovat pystyssä kaikkien ihailtavissa.

Kuinka nopeasti ääni kulkee missäkin aineessa?

Äänen nopeus riippuu siis väliaineen tiheydestä, ja se puolestaan on riippuvainen mm. lämpötilasta. Eri lämpötilassa olevalle ilmalle äänen nopeuden voi laskea nopeasti vaikkapa tällä netissä olevalla laskimella (sivulla on myös paljon muuta tietoa äänen nopeudesta) ja alla on keskimääräisiä nopeuksia (metreinä sekunnissa) äänelle eri aineissa:

  • beryllium: 12 550
  • rauta: 5 120
  • alumiini: 5 080
  • graniitti: 4 000
  • lasi: 4 000 – 5 000
  • betoni: 4 300
  • tiili: 3 650
  • puu: 3 500
  • jää (−4°C): 3 280
  • vesi: 1 403–1 543
  • korkki: 500
  • ilma: 343