2011年7月1日

嘈杂的难题

一位科学家利用太阳的古老力量进行尖端研究。

凯瑟琳·劳芬伯格著

有时候,你必须回头才能往前走。听起来很奇怪,但这正是MagLab的一位物理学家所做的,他利用太阳的原始能量来解决一个复杂的高科技问题。作为帮手,他有两个不太可能的候选人:一个是农村小学老师,一个是大学
本科生。

物理学家Irinel Chiorescu站在他实验室的坑磁铁旁。物理学家Irinel Chiorescu站在他实验室的坑磁铁旁。

科学家伊瑞奈尔·基奥雷斯库(Irinel Chiorescu)的困境——以及他的研究——的核心是一种非常微小的东西,你甚至无法在显微镜下看到它:光子,一束难以捉摸的辐射能。基奥雷斯库研究了这种神秘的能量单位,希望能创造出第一台量子计算机。

“在我们的研究项目中,我们正在测量单个光子的能量,而单个光子的能量非常非常小,”Chiorescu说,他在法国格勒诺布尔的约瑟夫·傅里叶大学获得了高级学位。

小信号,大收获

大多数时候,你会发现这位高大的罗马尼亚研究人员在他的“坑磁铁”上徘徊——一个200磅重、冰箱大小的机器正沉入地板。他的实验都是在里面完成的,所以他实验室里的一切都是围绕着人造磁铁进行的。

“我们正在研究非常小的信号,”佛罗里达州立大学的物理学副教授Chiorescu说。“我们需要放大信号,这样我们就可以很容易地读取和测量它。”

为此,他使用特殊的电子放大器来调高音量。但有一个问题:当他放大微弱信号的声音时,他也增加了他不想要的东西:电噪声。为我们的家庭供电的电力含有噪音,即使我们听不到,也能在超敏感的实验中造成严重破坏。

这个计划

为了减少这种不必要的噪音,科学家们经常求助于电池。然而,基奥雷斯库想尝试太阳能电池。他希望,除了环保之外,太阳能也能被证明是超清洁的(即无噪音)。

为了验证他的想法是否可行,佛罗里达州立大学物理系给了他7500美元的资助。

“这个项目在科学上非常有趣,也非常重要,”佛罗里达州立大学物理系主任马克·莱利说。“应该鼓励利用太阳能的新方法。”

基奥雷斯库刚拿到这笔赠款,两个热心的助手就来了:一个是五年级的教师,一个是加州大学伯克利分校的本科生。他们一起绞尽脑汁想出了一个行动计划:创建一个模型,然后让MagLab的工作人员安装太阳能电池板,建造一个电池控制台,并为系统接线。

这是关于挑战

Chiorescu的工业实验室里有电子控制台,大型液氦容器,墙上有手写的方程式和图表,这与克劳福德维尔的Medart小学Jodie Martin明亮的教室里摆满了学生的艺术作品是完全不同的空间。

但马丁想在暑假期间挑战一下自己。所以她申请了MagLab教师研究经历这个暑期项目将K-12教师与科学家配对,为期六周,深入到现实科学中。

她说,这是一个挑战。

“我确实学到了很多关于太阳能的知识,但我也学到了更多。我学到了更多关于元素周期表的知识,现在我可以谈论硅,以及它如何用于太阳能电池板,以及它如何让电子更容易移动。”

基奥雷斯库还指导了加州大学伯克利分校的大二学生Akshita Dutta,她是该实验室选中的22名学生之一本科生研究经历暑期项目。

这两个女人集思广益,想出了一个太阳能存储系统的工作模型——马丁后来一直用这个模型教她的五年级学生。家里有三个儿子,这表明她的模特绝对能吸引孩子们的注意力。

“我的三个儿子都忍不住要玩它,”她说。“他们都不得不把它拿到室外,看看能储存多少阳光。”

意想不到的奖金

但马丁在实验室也获得了其他的见解。

“我感受到了学生在尝试学习新东西时的挫败感。有几次我感到非常非常沮丧,真的很想放弃。”

她在高等数学计算中苦苦挣扎,直到她说服自己无法计算。然而,基奥雷斯库坚持认为她可以。

“他说,‘哦,学生们经常犯这个错误。我不会帮你,因为我知道你能解决。’”

就在那天晚上,忧心忡忡的马丁做了个数学计算,这让她自己都大吃一惊。

第二天,我向他表示感谢。在我搞清楚之后,我对自己很有信心,我觉得我可以做任何事情!”

当她看到自己的学生在挣扎时,她希望这种兴奋的记忆能指导她。

化学工程专业的杜塔同样从实验室实习中获得了意想不到的奖励。在基奥雷斯库的敦促下,她写了一篇论文,题为《太阳能电池板是一种无噪音电力的来源》,并在她大学的本科生研究研讨会上发表了这篇论文。

杜塔说:“这是一次美妙的经历。“这激励我尝试将我在课堂上学到的东西应用到现实世界中。”

开始运行

师生团队完成工作后,MagLab的工作人员——电子工程师安迪·鲍威尔、维护和施工主管理查德·布鲁克斯和其他人——就该参与进来,使项目成为现实。

他们制作了一个便携式电子控制台,可容纳8块电池(每块大约50磅重,比汽车电池稍大一点)。他们在基奥雷斯库实验室上方的屋顶上安装了三块太阳能电池板,然后将系统连接到磁铁上。幸运的是,这笔赠款涵盖了所有的物质费用。

“物理系一直鼓励优秀的年轻教师,这是我们这样做的一个例子,”系主任莱利说。“Irinel在MagLab做着非常棒的工作。”

去年12月,基奥雷斯库开始使用太阳能系统为他的放大器和实验的数据采集阶段供电。

问他今天的结果如何,他笑了。

“现在的信号好了50倍,”教授说。“我对结果非常满意。”


这个故事最初发表在第7期通量杂志,国家强磁场实验室已停止出版的出版物。爱游戏体育是什么爱游戏提现客服