Изначально изучающая атомы, их ядра и элементарные частицы (ЭЧ) физика не делилась на разделы. С накоплением знаний о микро- и наномирах появилось несколько разделов науки. Один изучает атомное ядро, второй – “зоопарк” частиц. Толчком к их развитию стали приборы, способные фиксировать микрочастицы. Рассмотрим методы наблюдения и регистрации элементарных частиц, которые широко используются физиками всего мира.
Методы наблюдения и регистрации радиоактивных излучений
Работа детекторов ЭЧ схожа с выстрелом порохового оружия: эффект от выстрела многократно превосходит приложенные к нажатию на курок усилия. Прибор представлен сложной макроскопической системой, заранее переведённой в неустойчивое состояние. Незначительное возмущение, вызванное попаданием в поле зрения миниатюрной частицей, переводит агрегат в состояние поустойчивее.В зависимости от условий и конечной цели наблюдения применяют ряд регистрирующих устройств. Все отличаются техническими характеристиками, но принцип работы у них очень схож.
Счётчик Гейгера (газоразрядный)
Счётчик Гейгера – самый распространённый прибор для регистрации элементарных частиц. Представлен стеклянной колбой покрытой изнутри слоем металла. Вдоль неё тянется тонкая токопроводящая нить. Внутри корпуса закачан инертный газ. Пролетающая сквозь газ частичка «отрывает» от его атомов электроны.Вследствие появляются свободные носители зарядов и положительно заряженные ионы. Поле между катодом и анодом разгоняет электроны, вызывающие лавинообразную ударную ионизацию. В результате растёт электрический ток, который регистрирует нагрузочный резистор R. Он генерирует импульсы напряжения и отправляет их на регистрирующий прибор.
Далее разряд автоматически гасится.
Камера Вильсона
Следующий метод наблюдения элементарных частиц основывается на образовании капель жидкости из ионов перенасыщенных паров. В герметичном сосуде посредством движения поршня образовывается перенасыщенный пар. Даже одна элементарная частица способна вызвать конденсацию на пути перемещения. Трек видим на протяжении ~0,1 с. После электрическое поле устраняет ионизацию. Камера предоставляет информацию об энергии и скорости ЭЧ
Пузырьковая камера
Жидкий пропан или водород накачаны в камеру под давлением при температуре выше точки кипения. После резкого снижения давления вещество переходит в неустойчивое состояние. На пути пролёта элементарной частицы – в центрах ионизации перегретой жидкости – появляются микроскопические пузыри пара.Из-за высокой плотности жидкости длина треков весьма ограничена – элементарные частицы погрязают в веществе, что дарит возможность наблюдать сразу несколько взаимодействий ЭЧ с веществом. Эффект обладает завораживающим действием для наблюдателя.
Толстослойные фотоэмульсии
Фотоэмульсия включает множество кристаллов бромида серебра. Элементарная частица с зарядом, проходящая сквозь кристалл, выбивает из него электрон. Несколько заряженных кристаллов образуют скрытую картинку. В процессе проявления изображения серебро восстанавливается, делая траекторию пролёта частицы видимой. Трек позволяет оценить её массу и энергетический потенциал.
Метод позволяет наблюдать взаимодействие между атомными ядрами и ЭЧ.
Как вы считаете, материал был полезен?