Zastosowania fizyki współczesnej: medycyna, sztuka, archeologia 0800-OG-ZAFIW

Celem wykładu jest dostarczenie studentom, różnych kierunków, informacji o technikach diagnostycznych, badawczych, terapeutycznych wywodzących się z fizyki i chemii XX wieku. Wykład jest uporządkowany według tematyk odpowiadających zjawiskom fizycznym (promieniowanie Röntgena, promieniowanie jądrowe, lasery itd.), ale rozwija treści innych dziedzin naukowych (radioterapia, badanie struktury białek, analiza dzieł sztuki, badania w dziedzinie archeologii) – przydatne do praktycznych zastosowań we współczesnej medycynie, geologii, biologii itd.
Szczegółowe treści wykładu:
1) Promieniowanie Roentgena – historia odkrycia. Medyczna tomografia rentgenowska. Odkrycie struktury DNA. Promieniowanie synchrotronowe: badania struktury białek. Zastosowania w defektoskopii materiałów, analizie obrazów i odlewów, oraz w kontroli bezpieczeństwa. Astronomia rentgenowska.
2) Spektroskopia optyczna. Laser – historia odkrycia, zasada działania, typy laserów. Zastosowania medyczne (okulistyka, terapia nowotworów). Niebezpieczeństwa nadużycia laserów IR. Spektroskopia foto-akustyczna – detekcja procesów metabolicznych roślin, sterowanych hormonami gazowymi
3) Spektroskopia masowa, w tym spektroskopia transferu protonu – zastosowania w chemii, biologii, kontroli jakości w przemyśle spożywczym. Spektroskopie kombinowane w analizach archeologicznych (w szczególności pożywienia).
4) Promieniotwórczość naturalna i indukowana. Radionuklidy w medycynie. Zagadnienia bezpieczeństwa radiologicznego. Problemy energetyki atomowej. Perspektywy energii termojądrowej.
5) Początek fizyki XX wieku: hipoteza kwantów Plancka. Stara i nowa teoria kwantów, równanie Schrödingera, zastosowania chemii kwantowej do projektowania związków organicznych i leków
6) Annus mirabilis A. Einsteina (1905); szczególna i ogólna teoria względności; E=mc2, poprawki teorii względności do GPS
7) Antymateria. Anihilacja pozytonów w badaniach materiałowych. Tomografia emisji pozytonów w medycynie. Perspektywy radioterapii pozytonowej.
8) Spin cząstek elementarnych. Rezonans jądrowy (NMR) i jego zastosowania w badaniach mózgu, w medycynie, w geologii. .
9) Bilans energetyczny Ziemi. Procesy fizyczne i chemiczne w atmosferze a efekt cieplarniany; wymiar ekonomiczny.
10) Cząstki elementarne – fascynujący wyścig w odkrywaniu najgłębszej struktury materii. Bozon Higgsa – czy koniec poszukiwań?
11) Einstein, Lemaître, Hubble: rozszerzający się Wszechświat. Ekstrapolacja do początków Wszechświata. Ciemna energia i ciemna materia – największa zagadka XXI wieku?
12) Paradoks Rosena-Podolsky’ego-Einsteina i kryptografia kwantowa.

Przykład: Adrenaliną dla roślin, gazowym hormonem, jest etylen (C2H4). Od dawna wiedziano, że od skrzynki jabłek dojrzeje natychmiast hangar bananów. Nie wiadomo, dlaczego.
Jabłonie wydzielają etylen, gdy dojrzewają owoce, orchidee gdy rozkwitają kwiaty. Skąd to wiadomo? Dzięki laserom.
Ilości etylenu są znikome, 10 części na miliard drobin powietrza - potrzebna metoda specjalna. Nazywa się foto-akustyką.
Tak więc, gdy foto-akustyka będzie dostępna już w domu, po przyjściu z pracy można zapytać: "Jak się pani dziś czuje, pani orchideo?".