Измерение неизмеримого - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Для измерения более коротких периодов полураспада используют электронные схемы. В этом случае исходное радиоактивное вещество наносят прямо на электрод ионизационной камеры или на пластинку, прислоняемую к кристаллу сцинтилляционного счетчика. Поскольку распад дочернего ядра всегда следует очень скоро после распада ядра исходного элемента, электрические импульсы от детектора будут все время идти парами. Измерить продолжительность интервала между импульсами каждой пары можно с помощью схемы запаздывающих совпадений или, еще лучше, временного анализатора. В последнем случае первый импульс пары включает отсчет времени, а второй импульс регистрируется тем или иным каналом в зависимости от времени задержки. Таким образом, каждый канал анализатора подсчитывает, сколько было распадов, при
180
которых дочерний атом прожил 1, 2, 3 мкс и т. д. В результате задача опять сводится к предыдущей и период полураспада можно найти прямо по зависимости числа зарегистрированных импульсов от номера канала, т. е. от времени.
ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ жизни МЮОНОВ И ДОКАЗАТЕЛЬСТВО ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ВРЕМЕНИ
Раньше уже говорилось о том, как были открыты мюоны — нестабильные частицы, распадающиеся на электрон и два нейтрино. Остается выяснить, сколько времени живет мюон, или, иначе говоря, каков его период полураспада.
Измерение периода полураспада мюона осуществил в 1942 году Росси с помощью специальной установки, схема которой показана на рис. 51. Эта установка имела несколько счетчиков, объединенных в три группы (I9II9IIl). Счетчики первой группы, включенные в схему совпадений CC9 регистрировали только такие случаи, когда частица пролетала через все три счетчика в направлении свинцовой пластины 2. Другая свинцовая пластина 1 служила для поглощения электронов и предотвращения попадания в счетчик лишних импульсов. В итоге сигнал на выходе схемы совпадений появлялся лишь в том случае, если в пластину 2 попадал мюон.
Дальше могло произойти одно из двух. Бели энергия мюона была большой, то он мог пролететь пластину 2 насквозь и вызвать появление импульса в системе счетчиков III. Когда же мюон останавливался в пластине 2, сигнал от счетчиков группы III не появлялся. С помощью схемы антисовпадений CAC отбирались случаи, когда мюон останавливался в свинце. Остановившийся мюон распадался, и образующийся при этом электрон регистрировался одним из счетчиков группы II. Так как между остановкой мюона и его распадом проходило некоторое время, импульс от счетчиков группы //приходил несколько позднее импульса от схемы антисовпадений. Интервал между этими импульсами можно было измерить с помощью схемы запаздывающих совпадений СЗС: меняя время запаздывания, измеряли число актов, при которых распад происходил через
1 мкс после остановки мюона, потом число актов распада через
2 мкс после остановки и т. д. По полученным результатам строили график зависимости числа распадов от времени. При
181
Рис. 51. Схема установки для измерения времени жизни остановившегося мюона (обозначения в тексте)
этом опять получалась знакомая нам экспонента, по которой и определяли период полураспада мюона; он оказался равным 1,5 •1(T6 с. Очень часто время существования элементарных частиц характеризуют не периодом полураспада T9 а средним временем жизни г = 1/Х. Между этими величинами существует простое соотношение T = 0,693 г. Таким образом, среднее время жизни мюона составляет 2,15 • 10"6 с.
Попутно отметим один факт, не имеющий прямого отношения к нашей основной теме. Короткое время жизни мюона убедительно говорит о том, что эта частица, найденная в космических лучах, не могла прилетать из Космоса. В самом.деле, космические расстояния столь огромны, что даже от сравнительно близкого к нам Солнца свет доходит до Земли лишь за 8,3 мин, а между звездами свет идет годы, сотни, тысячи и миллионы лет. Совершенно ясно, что мюоны не могут сохраняться так долго, а потому и в излучении, попадающем из глубин Космоса на Землю, их быть не может. Об этом же говорят и прямые данные, полученные при исследовании космических лучей на больших высотах. Отсюда следует, что мюоны рождаются в земной атмосфере при попадании в нее быстрых истинно космических частиц. Дальнейшие исследования показали, что дело именно так и обстоит. Прилетающие из Космоса про-
182
тоны и а-частицы сталкиваются с ядрами кислорода и азота и расщепляют их. При этом кроме осколков ядер возникают рождающиеся в момент столкновения нейтральные и заряженные я-мезоны (пионы). Эти частицы очень быстро распадаются, порождая новые частицы:
Возникающие таким образом мюоны д+ и ?" и нейтрино обладают очень большой проникающей способностью в любых веществах, поэтому их относят к так называемой жесткой компоненте космических лучей. Нейтральные пионы тоже распадаются, рождая фотоны, которые в поле ядер рождают электрон-пози-тронные пары, а те в свою очередь опять могут рождать фотоны в результате торможения атомными ядрами и аннигиляции позитронов с электронами:
я0 2у\ 7-*е~ + е+; е" -> е"* + 7; е" + е* 2у и т.д.
Возникающая таким образом "смесь" электронов, позитронов и фотонов составляет мягкую компоненту космических лучей. Некоторый вклад в мягкую компоненту дают также электроны, образующиеся при распаде мюонов:
