Вихман Э. Квантовая физика (1185110), страница 58
Текст из файла (страница 58)
рн конструнроваппн счетчика. показанного справа, было желательно получить возможно к большее входное окно 1его диамегр окало 4.0 см1. Металлическая оболочна служит одним из заектродаа, другой электрод виден через слюдяное окошко мы совершенно отвлекаемся от реальных игтодических трудностей, с которыми имеют дело в любом эксперименте. Наше теоретическое обсуждение измерений не может, таким образом, считаться верным отображением того, чтб реально происходит в лаборатории. 21. Процесс измерений часто удобно представить в виде двух этапов: приго1иовдение системы к измерению, за которым следует само измерение. Это лишь схематическое описание, так как в действительности часто нет резкого различия между приготовлением и измерением; многие процессы приготовления системы могут с равным основанием считаться процессом измерения, и наоборот.
Анализ, основанный на разбиении процесса на две стадии, иногда очень удобен, в частности, это относится к опытам по рассеянию. Мы изучаем взаимодействие частицы из пучка с частицей в мишени. Стадия приготовления заключается в установке мишени и создании пучка в ускорителе. Стадия измерений заключается в наблюдении частиц, испускаемых из той области мишени, где происходит взаимодействие.
К тому же классу принадлежат опыты с пучками света. «Приготовление» фотонов происходит в источнике, который может быть какой-нибудь «лампой» с системой линз, призм, поляризаторов, щелей н т. п. Игсиерения прогзводятся в некоторой области наблюден.гя, физически отделенной от источника. Измерительным прибором может служить, например, фотоумножитель, соединенный с нскоторымн оптическими устройствами. 22.
Характерной особенностью измерений в мпкрофизикс является то, что мы можем их многократно повторять, каждый раз приводя систему в одно и то же состояние. Поэтому результат измерений имеет статистический характер: мы говорим, что из Л' упавших на мишень фотонов в среднем гу' фотонов регистрируется фотоумножителем. Одиночный оньтг или однократное измерение имеет дело лишь с одшгм фотоном, но в окончательном результате производится статистическое усреднение по большому числу идентичных экспериментов. Конечно, два одинаковых опыта в принципе не идентичны, потому что они произведены в разные моменты времени.
Однако мы верим, что законьг.природы инвариантны относительно смещения во времени, и поэтому момент времени, в который произведены измерения, безоазлнчен. По этой причине последовательность позтореннг«х одиночных экспериментов можно считать последовательностью идентичных экспериментов (в том смысле, что предварительное состояние системы в каждом опыте одно и то же). 23. Пучок состоит нз очень большого числа частиц, но если его интснсивность не слишком велика, то в каждом индивидуальном рассеянии участвует лишь одна частица из пучка.
Это условие всегда выполняется при рассеянии материальных частиц и почти всегда при рассеянии фотонов. Поэтому можно считать, что пучок состоит нз одной чаепгийы. Практическим способом многократного повторения одиночного опыта (в котором участвует одновременно одна частица) является опыт с пучком частиц. В опытах по рассеянию служить мишенью может как тонкая пластина или фольга твердого вещества, так и газ или жидкость, заключенные в контейнер. Если интенсивность пучка достаточно велика, то может случиться, что в мишени одновременно произойдут два илп больше взаимодействия. Это не мешает считать пучок состоящим из одной частицы, так как два (или несколько) одновременных взаимодействия в мишени полностью друг от друга независимы.
Они соответствуют двум элементарным и независимым опытам, выполненным в одно и то же время. В принципе можно осуществить опыт с пучком очень малой интенсивности, равной, скажем, одной частице в минуту. В этом слу- 230 Па««юи~ий свет ллтйв «к«о ооо Оогуеф у «ток«ю«д Яут яр, 5а«ящ .,«ею етк Рис. 24А. саста фотоумножителя, щвроко э с ~ээьэуююго в качестве д гектора фотоновг ! — >Π— диноды. э> — анод.
фотоны попадают в трубку через стеклянное входное окно к выб~ в.юг электро~ и иэ че ьт юнойплсаки щел ч г ~ лла, ээапсссэнэйо нз внутреннюю прверхпость акг а Электроны ускоряются и диноду l и фокусируются я; г" Каждый спектров, достигшая динодя ь образует ьссколько вторичных электронов о, сиоряются и фокуснруэотся ьа диноде 2, ~эз которого в свою очередь выбиисют втори юмс и этроим. н т. д. Г авсдому фотояу соответстнует лавина злектрааов, достнгаюпэая анод*.
С е эстройство аналоги ~но, таким образом, йютозлемснту с усилителем. заключеняым в общая стеклянный сосуд. В фотоумноэьнтеле лсгко достичь усээле~ вя тока порядка! П". 24. Для иллюстрации этих идей рассмотрим опыт с пучком света. Проанализируем единичный опыт, т. е. последовательность явлений, происходящих после того, как фотон покидает источник. Лопустим, что регистрирующая система представляет собой некоторое оптическое устройство, снабженное счетчиком бротонов (например, фотоумножителем).
После испускания фотона мы замечаем, что некоторые счетчики асрабатываютв, а другие нет, и отлйечаем сработавшие счетчики. Представим себе, что еще до появления следующего фотона все регистрирующие устройства приводится в исходное состояние, и ждем следующего фотона. После восстановления исходного состояния могут сработать счетчики, но совсем не обязательно те самые, которые сработали в предыдущем опыте. Вновь регистрируем этот факт, восстанавливаем исходное состоя- 231 чае мы уверены, что с мишенью одновременно взаимодействует лишь одна частица. Опыты по рассеянию методически проще описывать как последовательность элементарных опытов, выполняемых с пучком интенсивностью в одну частицу. Поэтому в дальнейшем мы будем считать, что имеем дело с пучком столь малоп интенсивности.
В действитсльностр в реально>э опыте мы пе то,твко не ограничиваем интенсивность пучка, но почти в егда стремимся работать с наибольшеп из достууэных интенспвн>стей. ние и ждем следующего фотона. Продолжая в таком роде, мы накапливаем достаточно большое число, например У, прохождений фотонов через нашу систему. Одиночный опыт над системой заключается, таким образом, в наблюдении за всеми счетчиками, и регистрируемое событие за- ключается в срабатывании или не- — — — срабатывании данного счетчика. туч - - -,,~Ь ' -';,,— —;-ч — Производя У одиночных опытов, можно сделать, например, следующие утверждения ' !!! ' ~ ' ' ! 1) Счетчик 1 срабатывает в сред- !ч ~ ~ у' ! ', нем р, раз за каждое прохождение — -р!!-,— + —,, ~ фотона.
Это среднее определяется на опыте следующим образом: р,=У„гУ; (24а) здесь У, — число срабатываний лу~ — -;„'! †, †+ †" — 4 ч- — счетчика 'в У одиночных опытах. р ' . 1 ..' " '. ту~-', -! 2) Среднее число срабатываний Ф', ~ ) ~ 1, ' ~ счетчиков 1 и 2 равно р„на каж"!!а ~ .т: ',,' дый фотон. Это среднее экспери- 1 ментально определяется следую- щим образом' 1 раз=У!а~У; (24Ь) — — — здесь ӄ— число срабатываний обоих счетчиков 1 и 2 в У одиночных экспериментах. 3) Среднее число срабатываний „И .Ь.2Г чдяв л:чн оьнг ВЬ22 СЧЕтЧИКа ! Иа ОДНО СрабатЫВаиИЕ счетчика 2 равно р (1; 2). Эта ве- рне.
2аа. график зффективвостн фы ЛИЧИНИ Онрсдслястея СЛЕдушщИМ тоумножителя! ! — относительная чувствительность, %; 2 — абсолютная чув- ОбраЗОМ: стнительиость. мд/Вт; ! — квавтовы!! выход, %. Одратнзе внвманв на !" (1, "2) ==Л'за)Л'г, (24с) кривую В. Она дает вероятность регнстрании фотон: в зависимости от длины го!мы Максимал!я!ая вероятность ГДЕ Л з — ЧИСЛО СрабатЫВИНИИ близьа к 25',,'.
чго означает очень высокую еффектйвность фотоумножителя СЧЕтЧИка 2; Ухе ОнрЕДЕЛЕНО ВЫ- ше. 25. Представляя опыт в указанном выше виде, мы приводим непосредственные результаты наших измерений; указанные выше числа являются нашими первичными данными. Можно, однако, сообщить о результатах измерений в другой, более абстрактной, форме: 1) Вероятность срабатывания счетчика 1 в условиях нашего опыта равна Ро 2) Вероятность срабатывания обоих счетчиков 1 и 2 (в одном опыте) равна р„. 3) Вероягпность того, что счетчик 1 срабатывает при срабатывании счетчика 2, равна р(1; 2). Представляя данные в таком виде, мы делаем одно допущение, которое заключается в следуюшем.
Если продолжать опыт сколь угодно долго, то отношения р„р„и р(1; 2) должны стремиться к определенным пределам. Эти гипотетические пределы и являются целью наших измерений. Мы обозначаем их р„р„и р(1; 2). В каждой реальной последовательности число опытов У по необходимости конечно. Предположение о том, что такие пределы существуют и их можно определить с желаемой точностью и степенью достоверности при достаточно большом значении У, нуждается в доказательстве, которое завело бы нас далеко в философские основы теории вероятности. Мы будем считать существование этих пределов, являющееся свойством природы, эмпирическим фактом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
