Как регистрируют частицы - Боровой А.А.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 24. При отражении в зеркале скорость меняет знак, а спин не меняет. Нейтрино переходит в антинейтрино. Нарушается пространственная четность.
115
частицы на античастицы, только тогда ничего в природе не изменится. И опять эксперименты подтвердили эти предсказания теоретиков. Наконец-то различие между нейтрино и антинейтрино стало более осязаемым!
2.6. Сохранение лептонного заряда
Легкие частицы, участвующие в слабом взаимодействии, электрон, нейтрино, и-мезон и их античастицы, получили название лептонов. Рассматривая реакции с их участием, физики пришли к выводу, что можно ввести характерную для таких частиц величину — лен-тонный заряд I. В таблице приведены значения I для ряда частиц.
Частица Лептонный
заряд I
е- +1
е+ —1
V +1
V —1
V +1
ц+ —1
Остальные 0
частицы
Рассмотрим некоторые реакции:
,!--> 6- + V-T-V1 (37)
H+->e++v + v, (38)
гС-+рГ + у, (39)
K°-»jT + e+ + v. - (40)
Во всех них, так же как и в процессах (29), (30), (32), (34), алгебраическая сумма зарядов I остается неизменной при превращениях частиц. Поэтому список законов сохранения пополнился еще одним—законом сохранения лептонного заряда. Через некоторое время он был уточнен и усложнен, о чем речь будет впереди.
116
2.7. Вопросы и задачи
34. При выделении полония и радия из урановой смоляной руды Пьер и Мария Кюри заметили, что новые элементы всегда следуют вместе с двумя уже известными. Посмотрите таблицу Менделеева и постарайтесь ответить, к каким элементам близки по своим химическим свойствам полоний и радий?
35. Тепловая мощность солнечного излучения составляет W«3,9.10ae Вт. Она обеспечивается выделением энергии в термоядерных реакциях. В каждом цикле четыре протона превращаются в ядро гелия-4, вылетают два нейтрино и в виде тепла выделяется энергия Q » 20 МэВ. Оцените поток нейтрино, падающий на 1 сма земной поверхности (расстояние между Солнцем и Землей R — = 149.106 км).
36. В каких из приведенных ниже реакций испускается нейтрино, в каких антинейтрино:
я+ -> U+ + . . . , К+-,и++..., К- -* р,- -f-. . . (см. с. 116)?
37. Используя данные задачи 35, найдите, какое количество водорода должно сгорать за 1 с в недрах Солнца, чтобы обеспечить такое энерговыделение с его поверхности.
Глава 3
СЧЕТЧИКИ, КАМЕРЫ И СЮРПРИЗЫ СЛАБОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
3.1. Газовый разряд
Как часто явления, имеющие одинаковую природу, самым разительным образом отличаются друг от друга.
Матросов парусного флота приводили в суеверное оцепенение неожиданно появляющиеся во время грозы и шторма на мачтах и вантах огни. Они выглядели факелами или светящимися шарами и горели слегка потрескивающим голубым пламенем. По имени церкви в Италии, на шпиле которой в непогоду часто загорался такой же факел, загадочное явление назвали огнями святого Эльма. Существовало поверие, что корабль, на котором они загорелись, не погибнет в шторме.
|у Не меньшее удивление вызывало у путешественников северное сияние. Его загадку пытались решить многие ученые, в их числе и М. В. Ломоносов, который совершенно справедливо предполагал, что причина его «злектри-
11?
ческая сила». А зигзаги молнии в ночном небе! Как не просто далось ее исследование. И все эти явления, и еще многие, многие другие, например, мигающие лампочки на пульте вычислительной машины,— многообразные проявления электрического разряда в газах. Больше семидесяти лет назад его начали использовать в приборах, регистрирующих элементарные частицы.
Работа по изучению разряда в газах велась в Кавеп-дишской лаборатории в течение многих лет. И здесь же, под руководством Резерфорда, был в 1908 г. сконструирован первый газовый счетчик. Он выглядел не слишком сложно: кусок металлической трубки, закрытый с обеих концов пробками из изолирующего материала. По центру трубки была протянута проволока (нить) и концы ее выведены через пробки. Воздух из счетчика откачивался до давления в 10 30 мм. рт. ст. и между проволокой и стенками трубки прикладывалось высокое напряжение — около 1000 В. Через специальное тонкое окошко в счетчик влетали альфа-частицы (источник часто помещался и внутри), ионизовали воздух, возникал газовый разряд, и импульс тока, проходящий через счетчик, мог быть зарегистрирован. Резерфорд и Гейгер использовали этот прибор в своих опытах и он позволял надежно регистрировать сотни импульсов в секунду. Никакого сравнения со счетом сцинтилляций и многочасовым сидением в темной комнате. Газоразрядный детектор быстро завоевывал популярность, в течение ряда лет он усовершенствовался, менялась конфигурация электродов, искались наиболее приемлемые режимы работы, газы для наполнения счетчиков и т. д., и т. п. К настоящему времени создано множество видов таких детекторов. Они успешно конкурируют с другими счетчиками элементарных частиц и очень широко используются в ядерной физике, химии, геологии, медицине и в технике.
3.2. Типы газоразрядных счетчиков
В разных по своему назначению счетчиках используют различные типы газового разряда, и нам следует, хотя бы и очень кратко, но все же познакомиться с физикой этого явления. На рис. 25 изображен в двух проекциях (сбоку и с торца) газовый счетчик. Между его нитью, которая служит положительным электродом-анодом, и стенками трубки (катод) батарея создает разность
