Савельев - Курс общей физики Том 3 - Оптика, Атомная физика, элементарные частицы (934757), страница 76
Текст из файла (страница 76)
П, $68), который позволил получать протоны существенно большей энер-. гии (до 3 Гав), чем давали существовавшие до тех пор ускорители. Энергия в 3 Гэв попадает уже в область энергий первичного космического излучения, Поэтому 477 брукхавенский синхрофазотрон получил название косм отрон а. В настоящее время (1970 г.) в г. Серпухове (под Москвой) действует ускоритель, позволяющий получать протоны с энергией до 76 Гэв.
С появлением ускорителей космические лучи утратили свое исключительное значение при изучении элементарных частиц. Однако они по-прежнему остаются единственным источником частиц сверхвысоких энергий. $95. Методы наблюдения элементарных частиц Элементарные частицы удается наблюдать благодаря тем следам, которые они оставляют при своем прохождении через вещество. Характер следов позволяет судить о знаке заряда частицы, ее энергии, импульсе и т. и. Заряженные частицы вызывают ианизацню молекул на своем пути, Нейтральные частицы следов не оставляют, по они могут обнаружить себя в момент распада на заряженные частицы или в момент столкновения с каким- либо ядром. Следовательно, в конечном счете нейтральные частицы также обнаруживаются по ионизации, вызванной порожденными ими заряженными частицами.
Приборы, применяемые для регистрации ионизирующих частиц, подразделяются на две группы. К первой группе относятся устройства, которые регистрируют факт пролета частицы и, кроме того, позволяют в некоторых случаях судить об ее энергии. Вторую группу образуют так называемые трековые приборы, т. е. приборы, позволяющие наблюдать следы (треки) частиц в веществе. К числу регистрирующих приборов относятся и он изационные камер ы и га вор а зря дн ы е сч етчи кн (см.
т. П, 5 86). Широкое распространение получили также черенков с к не сче т ч и к и (см. $48) и сцинтилл я цно нные счетчики. Заряженная частица, пролетающая через вещество, вызывает не только ионизацию, но и возбуждение атомов. Возвращаясь в нормальное состояние, атомы испускают видимый свет. Вещества, в которых заряженные частицы возбуждают заметную световую вспышку (сцинтилляцию), называют ф о сф бр а м и.
Фосфоры бывают органические (бензол, нафталин, антрацеи, иафтацен и др.) и неорганические. Наиболее употребитель47а ными неорганическими фосфорами являются Хпб — Ад (2п5, активированный серебром) и ХаЛ вЂ” Т1. Для протонных счетчиков обычно используют пласгмассовые сцннтилляторы. Применяются также жидкие сцинтилляторы. Сцинтнлляционный счетчик состоит из фосфора, от которого свет подается по специальному светопроводу к фотоумножителю. Импульсы, получающиеся на выходе фотоумножителя, подвергаются счету. Определяется также амплитуда импульсов (которая пропорциональйа интенсивности световых вспышек), что дает дополнительную информацию о регистрируемых частицах. Счетчики часто объединяются в груп.- Г 1 пы и включаются так, чтобы регистрировались только такие события, которые ! отмечаются одновременно несколькими 1 приборами, либо, напротив, только од- 1 ннм из них.
В первом случае говорят, что счетчики включены по схеме совпадений, во втором — по схеме антис о в п а д е н и й. Применяя различные схемы включений, можно из множества явлений выделить то, которое предста- Я вляет интерес. Например, два счетчика Рас ззв. (рис. 265), установленные один над другим и включенные по схеме совпадений, зарегистрируют летящую вертикально частицу 1 и не зарегистрируют частиц 2 н 3. К числу трековых приборов относятся камеры Вильсона, пузырьковые камеры, искровые камеры и змульсионные камеры.
Кроме того, существуют еще и диффузионные камеры, которых мы, однако, не будем рассматривать. Камера Вильсона. Так называют прибор, созданный английским физиком Ч. Вильсоном в 1912 г. Дорожка из ионов, проложенная летящей заряженной частицей, становится видимой в камере Вильсона, потому что иа ионах происходит конденсация пересыщенных паров какой-либо жидкости. Прибор работает не непрерывно, а циклами. Сравнительно короткое ( О,1 — 1 сек) время чувствительности камеры чередуется с мертвым временем (в !ОΠ— 1000 раз ббльшим), в течение которого 479 камера готовится к следующему рабочему циклу.
Пересыщение достигаегся за счет внезапного охлаждения, вызываемого резким (адиабатическим) расширением рабочей смеси, состоящей из неконденсирующегося газа (гелия, азота, аргона) и паров воды, этилового спирта и т. п. В этот же момент производится стереоскопическое (т. е. с нескольких точек) фотографирование рабочего объема камеры. Стереофотографии. позволяют воссоздать пространственную картину зафиксированного явления. Так как отношение времени чувствительности к мертвому времени очень мало, приходится иногда делать десятки тысяч снимков, прежде чем будет зафиксировано какое-либо событие, обладающее небольшой вероятностью. Чтобы увеличить вероятность наблюдения редких явлений, используются управляемые камеры Вильсона, у которых работой расширительного механизма управляют счетчики частиц, включенные в электронную схему, выделяющую нужное событие.
В 1927 г. советский ученый Д. В. Скобельцын впервые поместил камеру Вильсона между полюсами электромагнита, что сильно расширило ее возможности. По искривлению траектории, вызываемому действием магнитного поля, удается определить знак заряда частицы и ее импульс. В качестве примера фотографии, полученной с помощью камеры Вильсона, помещенной в магнитное поле, может служить рис. 270 (стр. 490). 1Тузырьковая камера. В изобретенной Д. А.
Глезером:в 19б2 г. пузырьковой камере пересыщенные пары заменены прозрачной перегретой жидкостью (т. е. жидкостью, находящейся под внешним давлением, меньшим давления ее насыщенных паров; см. т. 1, $120). Пролетевшая через камеру ионизирующая частица вызывает бурное вскипание жидкости, вследствие чего след частицы оказывается обозначенным цепочкой пузырьков нара — образуется трек (см. рис.
271, стр. 500). Пузырьковая камера, как и камера Вильсона, работает циклами. Запускается камера резким снижением (сбросом) давления, вследствие чего рабочая жидкость переходит в метастабильное перегретое состояние. В качестве рабочей жидкости, которая одновременно служит мишеньюю для пролетающих через нее частиц, применяются жидкий водород (в этом случае нужны низкие темпе- 480 ратуры), пропан (Сз)!в), фреоиы (СС!Гм СС!зГз) и т.
д. Рабочий объем камер достигает 1000 л. Искровые камеры. В 1957 г. Краншау и де-Биром был сконструирован прибор для регистрации траекторий заряженных частиц, названный искровой камерой. Прибор состоит из системы плоских параллельных друг другу электродов, выполненных в виде каркасов с натянутой на них металлической фольгой либо в виде металлических пластин (рис. 266). Электроды соединяются Рис. 266. через один. Одна группа электродов заземляется, а на другую периодически подается кратковременный (длительностью 1О ' сек) высоковольтный импульс (10— 15 кв). Если в момент подачи импульса через камеру пролетит ионнзирующая частица, ее путь будет отмечен цепочкой искр, проскакивающих между электродами.
Прибор запускается автоматически с помощью включенных по схеме совпадений дополнительных счетчиков, регистрирующих прохождение через рабочий объем камеры исследуемых частиц. В камерах, наполненных инертными газани, межэлектродное расстояние может достигать нескольких сантиметров. Если направление полета частицы образует с нормалью к электродам угол, не превышающий 40', разряд в таких камерах развивается по направлению трека частицы, Метод фотоэмульсий.
Советские физики Л. В. Мысовский н Л. П. Жданов впервые применили для !6 н. в. Сьььльев, с 1и 481 регистрации элементарных частиц фотопластинки. Заряженная частица, проходя через фотоэмульсию, вызывает такое же действие, как и фотоны. Поэтому после проявления пластинки в эмульсии образуется видимый след (трек) пролетевшей частицы. Недостатком метода фотопластинок была малая толщина эмульсионного слоя, вследствие чего получались полностью лишь треки частиц, летящих паралелльно плоскости слоя.
В э мульсионных ка мер а х облучению подвергаются толстые пачки (весом до нескольких десятков килограммов), составленные из отдельных слоев фотоэмульсии (без подложки). После облучения пачка разбирается на слои. Рис. 267. каждый из которых проявляется и просматривается под микроскопом. Для того чтобы можно было проследить путь частицы при переходе из одного слоя в другой, перед разборкой пачки на все слои наносится с помощью рентгеновских лучей одинаковая координатная сетка. Получающиеся таким способом треки частиц показаны на рис.
267, на котором зафиксировано последовательное превращение и-мезона в мюон и затем в позитрон. $ 96. Классы элементарных частиц и виды взаимодействий Под элементарными частицами понимают такие микрочастицы, внутреннюю структуру которых на современном уровне развития физики нельзя представить как объединение других частиц. Во всех наблюдавшихся до сих пор явлениях каждая такая частица ведет себя как единое целое. Элементарные частицы могут превращаться друг в друга. Примеры таких превращений Я82 встречались нам в предыдущей главе (см. (87.5), (89.3), (89.4) и (89.5)). Для того чтобы объяснить свойства н поведение элементарных частиц, их приходится наделить, кроме массы, электрического заряда и спина, рядом дополнйтельных, характерных для ннх величин (квантовых чисел), о которых будет речь идти ниже.
В настоящее время известны четыре вида взаимодействий между элементарными частицами: сильное'), электромагнитное, слабое и гравитационное (мы перечислили их в порядке убывания интенсивности). Сильное взаимодействие. Этот внд взаимодействия называют иначе ядерным, так как ояо обеспечивает связь нуклонов в ядре (см. $ 89). Интенсивность взаимодействия принято характеризовать безразмерной к о иста нтой взаимодействия 6Я, Эта же константа характеризует вероятность процессов, обусловленных данным взаимодействием.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
