Sådan bygger du en 3-D-printet partikelfælde med gratis CERN-skemaer

CERN er synonymt med acceleratorer, designet til at booste partikler til tæt på lysets hastighed. Men hvad nu hvis du vil bremse en partikel og holde den på plads, mens du studerer den? Partikelfælder er enheder, der bruger elektromagnetiske felter til at suspendere partikler - makroskopiske eller elementære - i stase længe nok til at gøre det. Hos CERN, eksperimenter som GBAR bruger ionfælder til at fange antihydrogen-ioner til forskning. I tilfælde af antistof, det er særligt vigtigt at anvende elektromagnetiske felter i vakuumkamre, så antipartiklerne ikke kommer i kontakt med normalt stof – hvis de skulle gøre det, de ville tilintetgøre øjeblikkeligt i et lille udbrud af energi.

Nu, takket være 3-D-printteknologi, du kan bygge din egen partikelfælde som den hos GBAR, ved hjælp af skemaer udviklet af S'Cool LAB-teamet på CERN. Frigivet frit under CERN Open Hardware Licens, skemaerne kommer med et sæt instruktioner og selvstudier, der hjælper med at bringe banebrydende teknologi ind i klasseværelset eller hjemmet. Selvfølgelig, S'Cool LAB-partikelfælden hjælper dig ikke med antistofforskning – den er bedst egnet til at suspendere makroskopiske partikler såsom kanel- eller lycopodium-sporer. Men dens designprincipper har meget til fælles med de større enheder, der bruges i partikelfysiklaboratorier.

I hjertet af dets design er en elektrisk quadrupol en speciel konfiguration af positivt og negativt ladede elektroder. Felterne genereret af disse elektroder forbundet til en AC-strømforsyning begrænser retningen, som partiklerne kan bevæge sig i, effektivt at fange dem i midten. Elektrisk ladede partikler faldet ned i quadrupol ionfælden oscillerer langs de elektriske feltlinjer, giver dig mulighed for at observere deres orientering i tre dimensioner.

S'Cool LAB-faciliteten giver gymnasieelever og lærere mulighed for at deltage i praktiske partikelfysiske eksperimenter på stedet på CERN. Men de har også en række åbent licenserede værktøjer, som alle med adgang til 3-D-printere kan lave. Disse omfatter småkageudstikkere til at producere dine helt egne småkager med kvarktema, puslespil, der udfordrer dig til at danne partikelsystemer i henhold til reglerne i standardmodellen og en skalamodel af det toroidale magnetiske system i LHC's ATLAS-detektor.