Методы наблюдения и регистрации элементарных частиц

Методы наблюдения и регистрации элементарных частиц

Назначение: предназначены для того, чтобы обнаружить факт появления частиц и идентифицировать ее(определить модуль и знак заряда, массу, импульс, энергию)

Принцип работы: заряженная частица, попадая в прибор, пролетает через газ, жидкость или твердое тело, при этом они могут вызвать: возбуждение атома, ионизацию, расщепление молекул на атомы.

1. Счетчик Гейгера-Мюллера

Состоит из закрытой трубки, по оси которой натянута металлическая струна(анод). Стенки покрыты тонким проводящим слоем(катод).Трубка заполнена аргоном. Действие основано на ударной(лавинной) ионизации. Между анодом и катодом образуется сильное электрическое поле; частица, попадающая в трубку, пролетая в газе, отрывает от атомов электроны и создает положительные ионы и свободные электроны(ионизирует газ, вследствие чего возникает разрядный ток). Таким образом, частица вызывает импульс тока, который через усилитель подается на регистрирующее устройство.

Вольт-амперная характеристика:

Существуют счетчики, работающие на разных участках этой характеристики. Если используется участок ВС(ток не изменяется), то прибор называют ионизационной камерой. Импульс тока в этих случаях очень мал, т.к. он определяется лишь числом пар ионов, образованных первичной частицей.

Чаще применяются счетчики, работающие в режиме лавинного разряда(CD). Импульс тока значительно усиливается вследствие ударной ионизации (в 10³-10⁴ раз). Но при этом он остается пропорциональным числу пар ионов, образованных первичной ионизирующей частицей. Поэтому представляется возможным по импульсу тока судить о Е частицы. Счетчики, работающие в таком режиме, называются пропорциональными.

Область лавинного самостоятельного заряда была впервые использована в газоразрядном счетчике в 1928г. Мюллером. Здесь сила тока увеличивается в 10⁸ раз, но сила тока не зависит от числа первичных ионов, образованных попавшей в счетчик частицы. Чтобы регистрировать в таком счетчике раздельные частицы, разряд, возникший от каждой частицы надо гасить – с помощью внешнего большого сопротивления.

2. Трековые камеры

1912г. – камера Вильсона – цилиндр со стеклянными боковыми стенками и крышкой, в которой перемещается поршень. Камера заполнена парами спирта или воды. При быстром выдвижении поршня воздух в камере охлаждается – давление падает, температура падает(адиабатный процесс). Пар становится перенасыщенным. Частица, пролетая через камеру, ионизирует воздух, а на образовавшихся ионах конденсируется пар. Ионы – центры конденсации --> трек

3. Пузырьковая камера.

1952г – Глезер

Содержит перегретую жидкость(Н₂,Не,пропан)

t>t_КИП, давление высокое(кипения нет)

Поршень опускаем вниз --> давление понижается --> жидкость становится перегретой, закипает, пузырьки пара возникают, прежде всего, там где имеются заряженные частицы --> ионы – центры преобразования.

4. Метод толстослойной фотоэмульсии

1928г. – Мысовский и Жданов

Частица, попадая на фотоэмульсию, выбивает электроны из атомов бромистого серебра

5. Спинтарископ – короткая трубка, дно которой покрыто сернистым цинком (экран), светящимся(флорисцирующимся) под ударом сравнительно тяжелых частиц. Вспышки – сенцеляции. По длине трека судят о энергии, по числу капелек на еденицу длины – о скорости, по направлению изгиба – знак заряда, по кривизне траектории – удельный заряд(заряд/масса)