Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика


§ 235. Детекторы элементарных частиц



Pdf көрінісі
бет318/346
Дата19.01.2022
өлшемі6,71 Mb.
#24105
түріУчебник
1   ...   314   315   316   317   318   319   320   321   ...   346
Байланысты:
Ð Ð Ð½Ð Ñ Ð ÐµÑ Ð³ Ð Ð ÐÐ ÐµÐ¼ÐµÐ½Ñ Ð Ñ Ð½Ñ Ð¹ Ñ Ñ ÐµÐ

§ 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

методы регистрации частиц.

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

+

-мезон, пройдя путь около 6 см (на снимке приведены лишь начало



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

Ве, мгновенно распадающееся на две летящие в противополож-



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

+

→ e



+

+

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

-квантами. Тройка следов (стрелка с надписью «тройка») — резуль-



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





Достарыңызбен бөлісу:
1   ...   314   315   316   317   318   319   320   321   ...   346




©emirsaba.org 2024
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет