Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика
§ 235. Детекторы элементарных частиц
жүктеу/скачать 6,71 Mb. Pdf көрінісі
|
| § 235. Детекторы элементарных частиц. В гл. XXIII мы по-
знакомились с приборами, служащими для обнаружения микро- частиц, — камерой Вильсона, счетчиком сцинтилляций, газораз- рядным счетчиком. Эти детекторы, хотя и применяются в иссле- дованиях элементарных частиц, однако не всегда удобны. Дело в том, что наиболее интересные процессы взаимодействия, со- провождающиеся взаимными превращениями элементарных ча- стиц, происходят весьма редко. Частица должна встретить на своем пути очень много нуклонов дли электронов, чтобы произо- шло интересное столкновение. Практически она должна пройти в плотном веществе путь, измеряемый десятками сантиметров — метрами (на таком пути заряженная частица с энергией в мил- 1 ) Более подробно о свойствах адронов см. § 239. 602 Гл. XXV. Элементарные частицы лиарды электронвольт теряет вследствие ионизации только часть своей энергии). Однако в камере Вильсона или газоразрядном счетчике чув- ствительный слой (в пересчете на плотное вещество) крайне тонок. В связи с этим получили применение некоторые другие Очень плодотворным оказался фотографический метод. В спе- циальных мелкозернистых фотоэмульсиях каждая заряженная ча- стица, пересекающая эмульсию, оставляет след, который после проявления пластинки обнаруживается под микроскопом в виде цепочки черных зерен. По х а р а к т е р у с л е д а, оставленного частицей в фотоэмульсии, м о ж н о у с т а н о в и т ь природу этой частицы — ее з а р я д, м а с с у, а также э н е р г и ю. Фотографический метод удобен не только из-за того, что можно использовать толстые слои вещества, но и потому, что в фото- пластинке, в отличие от камеры Вильсона, следы заряженных частиц не исчезают вскоре после пролета частицы. При изучении редко случающихся событий пластинки могут экспонироваться длительное время; это особенно полезно в исследованиях косми- ческих лучей. Примеры редких событий, запечатленных в фото- эмульсии, приведены выше на рис. 414, 415; особенно интересен рис. 418. Другой замечательный метод основан на использовании свойств перегретых жидкостей (см. том I, § 299). При нагреве очень чистой жидкости до температуры, даже чуть большей температуры кипения, жидкость не вскипает, так как поверх- ностное натяжение препятствует образованию пузырьков пара. Американский физик Дональд Глезер (р. 1926) заметил в 1952 г., что перегретая жидкость мгновенно вскипает при достаточно ин- тенсивном γ-облучении: добавочная энергия, выделяемая в сле- дах быстрых электронов, создаваемых в жидкости γ-излучением, обеспечивает условия для образования пузырьков. На основе этого явления Глезер разработал так называемую жидкостную пузырьковую камеру. Жидкость при повышенном давлении нагревается до температуры, близкой, но меньшей температуры кипения. Затем давление, а с ним и температура кипения понижаются и жидкость оказывается перегретой. Вдоль траектории заряженной частицы, пересекающей в этот момент жидкость, формируется след пузырьков пара. При подходящем освещении он может быть запечатлен фотоаппаратом. Как прави- ло, пузырьковые камеры располагают между полюсами сильного электромагнита, магнитное поле искривляет траектории частиц. Измеряя длину следа частицы, радиус его кривизны, плотность Гл. XXV. Элементарные частицы 603
Рис. 418. Превращения частиц, зафиксированные в стопке фотоэмуль- сий, облученной космическими лучами. В точке E невидимая быстрая нейтральная частица вызвала расщепление одного из ядер фотоэмуль- сии и образовала мезоны («звезда» из 21 следа). Один из мезонов, K +
и конец следа; при использованном на фотографии увеличении длина всего следа была бы 30 м), остановился в точке C и распался по схеме K + → π + + π
+ + π
− . π − -мезон, след которого направлен вниз, в точке D захватился ядром 16 O, вызвав его расщепление. Одним из осколков расщепления было ядро 8 Li, которое путем β -распада превратилось в ядро 8
ные стороны α -частицы — на снимке они образуют «молоток», π + -ме- зон, остановившись, превратился в μ + -мюон (и нейтрино) (точка B ). Окончание следа μ + -мюона приведено в правом верхнем углу рисунка; виден след позитрона, образованного при распаде μ +
+ + 2 ν 604 Гл. XXV. Элементарные частицы Рис. 419. Образование и распад Λ -гиперонов. В водородной пузырько- вой камере, находившейся в магнитном поле и облученной антипрото- нами, зафиксирована реакция p+ p → Λ + Λ . Она произошла в точке окончания следа p (см. схему в верхней части рисунка). Нейтраль- ные лямбда- и антилямбда-гипероны, пролетев без образования следа небольшой путь, распадаются по схемам Λ → p + π − , Λ → p+ π + . Ан- типротон p аннигилирует с протоном, образуя два π + - и два π − -мезона пузырьков, можно установить характеристики частицы. Сейчас пузырьковые камеры достигли высокого совершенства; работают, например, камеры, заполненные жидким водородом, с чувстви- тельным объемом в несколько кубических метров 1 ). Примеры фотографий следов частиц в пузырьковой камере приведены на рис. 416, 417, 419, 420. 1 ) Самая большая водородная камера имеет объем 30 м 3 .
Гл. XXV. Элементарные частицы 605
Рис. 420. Следы пар электрон–позитрон в пузырьковой камере. Во- дородная камера облучалась энергичными заряженными частицами и γ
тат взаимодействия γ -кванта с электроном, приведшего к образованию пары e + – e − (спирали, закручивающиеся в противоположные сторо- ны); слабо искривленный след принадлежит первичному электрону, получившему в этом процессе большую энергию. Стрелка с надписью «пара» указывает на пару e +
e − , образованную γ -квантом на протоне; протон не дает видимого следа, так как ввиду большой массы не получает при взаимодействии с γ -квантом достаточной энергии жүктеу/скачать 6,71 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|