头发直径测量实验
这是2016年高能物理研究所公众开放日
公众参与的实验
基于光的衍射物理现象
测量参与者头发的直径
约有200人参加了实验
收集并记录167人的实验数据
物理学家发现
除了实验数据本身
还有一些其他有趣的现象
......
让我们看看物理学家如何玩弄一缕头发
简单的实验工具
激光笔
市面上常见的激光笔
约13元/件
封装规格：波长650纳米，功率5毫瓦
头发
参加实验的在校学生（包括小学生、初中生和高中生）、学校教师、家长及公众
实验原理
衍射是光经过物体边缘时发生的偏转。
这种偏转的程度取决于光波长与开口尺寸的相对大小。如果开口尺寸远大于光波长，光的偏转将很难被察觉。如果两者尺寸相似或相等，这种现象可以用肉眼轻易观察到。
d = 头发直径
m = 距中心的暗带数量（根据方向，可以是±1、±2 等）
θ' = 衍射角
λ = 激光波长
θm=函数值为0时sin(y)值对应的角度
D = 投影屏幕（白纸）与头发之间的距离
ym = 暗带距光束中心的距离
为了减少测量衍射图暗点之间距离的误差，我们决定使用衍射图第二暗的点。头发夹到投射衍射图的纸屏的距离为1.14米。正如前面提到的，实验的主要参与者是学生，因此假设测量的发束上没有染发或其他护发产品造成的染料层，因此头发不会因为额外染料层的厚度而变粗，从而干扰头发直径本身的测量。最后，我们在头发直径的测量中添加了±22%的相对误差。
实验结果
该实验最终记录了167人（其中3人为非中国人）的实验数据，测量结果的趋势线为一条直线，且负斜率很小。
所有参与者的头发直径测量趋势图（实心黑点，以微米为单位）：
图1：头发直径测量结果（黑色实心点）与所有实验参与者顺序的关系。两个红色三角形（最高点和最低点）被排除在外。红色直线表示实验结果的线性拟合（拟合度显示在图的右上角）。
简要描述;简介：
1. 大部分数据都分布在平均值92微米附近的一个小范围内
2.部分数据点与拟合结果偏差较大留学之路，同一年龄段测量数据的最大值与最小值之比可达3倍。
3. 大部分结果均在亚洲人头发直径的正常范围内（80微米至120微米，平均99微米）
4. 有两个数据点与其他测量结果的趋势偏差较大，分别是最大的165微米和最小的35微米（两个红色三角形数据点）。实验并未记录到这两台测试仪有任何异常，因此认为这两个数据点是测量错误导致的，将在进一步研究中排除。
有趣的现象
物理学家通过将实验数据与实验参与者的年龄和性别进行比较，进行了更加深入的研究。
图2：头发直径与实验对象年龄、性别的关系。红色三角形代表男性参与者的结果物理学家观察衍射，紫色方块代表女性参与者的结果。横轴代表实验对象的年龄。图中有两组与年龄相关的数据，图2左侧第一组数据代表学生的数据，其中年龄最大的为18岁（实验对象中只有一名19岁）。
第二组数据（图2右侧）代表年龄较大的实验参与者（教师领导、家长和分散的民众），年龄范围为33至66岁。
从左侧学生的数据中，我们可以看到，同龄学生的头发直径差异很大。即使加上足够大的误差线，同一年龄组仍可以看到3倍的差异。这表明大多数学生可能来自中国不同地区。遗憾的是，我们没有记录每个学生的祖籍地来验证这一解释。
此外物理学家观察衍射，我们还可以看到一个有趣的现象：同龄男性的头发直径差异大于同龄女性。学生之间差异最大的是13至17岁的学生。我们还没有找到这种现象的合理原因，但我们相信这是一个真实存在的现象，并计划今年进行更精确的实验来证实或否定这一结果。
对于右侧组（年龄较大的参与者），同一年龄组内的差异并不像年轻参与者那样大。有趣的是，年长女性和年轻女性的头发直径在同一范围内。
■塔梅尔·托尔巴/文