¿Qué artículo de física sería capaz de leer un estudiante de secundaria?

Si desea trabajos de física de nivel de investigación sobre temas que los estudiantes de secundaria puedan entender, su mejor opción podría ser mirar hacia el pasado. Los documentos antiguos son muy divertidos de leer, pero con su lenguaje y notación arcaicos, no siempre son la forma más eficiente de aprender.

Una famosa excepción es el clásico de Einstein de 1905 Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento . Aquí es donde la relatividad especial se introdujo por primera vez en el mundo. Un estudiante de secundaria puede tener dificultades con la segunda mitad, una vez que la electrodinámica entra en juego, pero las primeras 12 páginas son matemáticamente simples y una lectura gratificante. Sin embargo, si pueden superar todo el proceso, serán recompensados ​​con un pequeño apéndice de bonificación , que deriva en cierto famoso$E=mc^2$.

En termodinámica, Reflections on the Motive Power of Heat de Sadi Carnot es bastante fácil de leer, y On the Motive Power of Heat de Joule es fascinante. Dicho esto, ninguno de estos autores escribe como Einstein, y hoy en día hay mejores lugares para aprender termodinámica.

Me parece que el artículo de Fermi de 1949 Sobre el origen de la radiación cósmica ( enlace de copia en pdf ) es bastante accesible y requiere E&M básico y conservación de energía e impulso.

El documento fue escrito como una propuesta de un mecanismo para acelerar los rayos cósmicos desde velocidades térmicas hasta velocidades relativistas. El mecanismo que propone (basado en las ondas de Alfven ) implica "nubes de gas magnetizadas" en el espacio que reflejan partículas tras la colisión de las dos (partícula y nube). Él encuentra que la ganancia promedio en energía es cuadrática en velocidad,$\Delta E\propto v^2$, y a menudo se le llama Fermi de segundo orden por esta razón ¹ , aunque este cálculo es más para protones que para otras partículas energéticas (p. ej.,$\alpha$-partículas).

Me gustaría señalar que el estilo de Fermi en este artículo es bastante diferente a los artículos más modernos (e incluso a los artículos de la época). Él agita con la mano muchas matemáticas y razonamientos y hace declaraciones que son obvias (para él) que no son necesariamente sencillas de derivar por sí mismas. Todavía creo que sería accesible principalmente para estudiantes de secundaria, pero es posible que se pierdan algunos de los puntos más finos de la física ocultos en el documento.

^{1. Resulta que este mecanismo es demasiado lento para explicar la energía que se ve en los rayos cósmicos. Afortunadamente, se descubrió un mecanismo de primer orden, generalmente llamado aceleración de choque difusiva (enlace arXiv), que es la principal línea de investigación en la aceleración de rayos cósmicos.}

Lo intentaré: Jesse L. Silverberg, Matthew Bierbaum, James P. Sethna e Itai Cohen, Phys. Rev. Lett. 110 , 228701 (2013): "Movimiento colectivo de humanos en Mosh y Circle Pits en conciertos de heavy metal". (Tuve la idea de un video de Sixty Symbols).

http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.110.228701

No está escrito por alguien famoso, pero es bastante legible, tiene una aplicación muy práctica en el mundo real y todavía se usa para combinar sus resultados con los fundamentos de la termodinámica (en el sentido de que la masa de personas básicamente se comporta como un gas ideal). El documento tiene algo de matemáticas, pero solo levemente, por lo que, combinado con los métodos muy modernos con los que los estudiantes pueden relacionarse (utilizan videos de YouTube como fuentes de datos), debería mantener a los estudiantes interesados. Tampoco es muy largo :-)

Como se señaló en la revisión de P. Weinberger de la tesis doctoral de Louis de Broglie de 1924 :

La contribución de De Broglie en Philosophical Magazine de 1924 es fascinante desde muchos puntos de vista: por su uso moderado de las matemáticas, la estrecha conexión con la teoría especial de la relatividad de Einstein y, por supuesto, por la propuesta de ondas de materia. Repasamos esta publicación en su mayoría especulativa, que contribuyó de manera crucial al nacimiento de la mecánica cuántica.

Aunque probablemente no sea publicable en el entorno actual, debido a que es puramente especulativo, el artículo le valió a De Broglie el Premio Nobel de física solo 5 años después, por su hipótesis pionera de la dualidad onda-partícula, después de que se obtuvo la verificación experimental de su hipótesis.

El documento podría contrastarse con el experimento de Michelson Morley por la forma complementaria en la que tanto el experimento como la teoría son elementos esenciales complementarios para el desarrollo de la nueva física. A veces, un experimento que se creía rutinario proporciona un resultado totalmente inesperado; ya veces hay que concebir una idea novedosa para que uno pueda buscar lo inesperado.

Voy a ser perverso y sugerir los "Primeros resultados de un detector superconductor para monopolos magnéticos en movimiento" de Blas Cabrera (Phys. Rev. Lett. 48, 1378 (1982).) Cabrera no es un nombre muy conocido, por supuesto, pero tiene algunas ventajas como documento didáctico: primero, el experimento es muy sencillo de explicar a los estudiantes que conocen los campos electromagnéticos y la inducción. (Si saben acerca de la Ley de Ampere, mucho mejor; podría presentar algunos buenos argumentos por analogía con las corrientes eléctricas que crean campos magnéticos circulantes). En segundo lugar, podría conducir a un buen debate sobre el método científico, y específicamente si los resultados que tienen nunca reproducido debe considerarse "incorrecto". Y tercero, tiene un aura tentadora al respecto. Como joven científico, siempre sentí curiosidad por los límites de la ciencia y lo que aún quedaba por descubrir, y aprender sobre un evento como este realmente me habría fascinado.

Por los detalles, asumo que debe referirse a un experimento específico, en lugar de solo algunas reflexiones.

En noticias recientes, en Nature Chemestry, "Explosión de Coulomb durante las primeras etapas de la reacción de metales alcalinos con agua" ( versión en línea ) tiene el atractivo de Mythbusters . Cuando se combina con la preparación de YouTube para los experimentos formales, es bastante accesible, y el equipo, etc., se explica en los videos informales.