Физика 20 века: ключевые эксперименты - Тригг Дж.
Скачать (прямая ссылка):
было
335
порядка 20 кГс) Анализ искривления треков и плотности пузырьков позволяет
судить об импульсах и природе исходных частиц Таким образом, пузырьковая
камера Почти аналогична старой ионизационной камере Вильсона, где следы
частиц обозначались каплями жидкости, сконденсированной из пересыщенного
пара на ионах, образовавшихся при прохождении заряженных частиц. Большим
преимуществом пузырьковой камеры является то, что плотность жидкости в
ней много больше плотности газа, и частица с данной энергией проходит
здесь меньшее расстояние до остановки, а конверсия фотонов в электроны
происходит с большей вероятностью Кроме того, циклы в пузырьковой камере
повторяются значительно чаще, чем в ионизационной
В пузырьковых камерах могут быть использованы различные жидкости В
брукхейвенской камере использовался жидкий водород, который по сравнению
с другими жидкостями в смысле плотности обеспечивает наименьшее
преимущество (хотя он все-таки гораздо лучше, чем пар), но, с другой
стороны, в нем не содержится никаких сложных ядер, сталкиваясь с которыми
исследуемые частицы могли бы вступать в посторонние реакции С технической
точки зрения использование такой камеры связано со значительными
трудностями: во-первых, она очень опасна из-за легкой воспламеняемости
водорода и возможности взрыва и требует больших мер предосторожности, во-
вторых, точка кипения водорода при атмосферном давлении порядка -253°С
(критическая температура -241°С), и поэтому требуется холодильная
установка большой мощности. Таким образом, большая пузырьковая камера
является весьма внушительным сооружением На рис 15 3 показан общий вид
двухметровой камеры, а на рис 15 4 она дана в разрезе.
/("-мезоны создаются протонами, ускоренными до энергий порядка 30 ГэВ на
большом брукхейвенской ускорителе - синхротроне с переменным градиентом
(сокращенно AGS - alternating-gradient synchrotron). Протоны бомбардируют
мишень из вольфрама, расположенную в конце одного из прямолинейных
участков ду-анта, и создают поток (направленный в основном вперед)
различных частиц в широком диапазоне энергий^ Важнейшим этапом является
выделение из этого набора
336
частиц нужного сорта и с нужной энергией, их фокуси* ровка в пучок и
транспортировка его на детектор. Работа системы основана на двух
принципах 1) заряжен-
Рис 15.3 Двухметровая пузырьковая камера в Брукхейвенской национальной
лаборатории / - обмотка из меди и железное ярмо магнита 2-окно для
прохождения пучка в вакуумной камере, окружающей собственно пузырьковую
камеру (вакуумная камера требуется для создания вакуумной теплоизоляции,
подобной существующей между стеиками сосуда Дьюара), 3-система вакуумных
насосов, 4-система расширения, 5-водородный рефрижератор расположенный
позади магнита и лестницы, г> - осветители и фотографическая установка,
7--тележка для передвижения всей 450 тонной установки.
ная частица, движущаяся перпендикулярно к постоянному магнитному полю,
описывает дугу окружности радиусом, пропорциональным ее импульсу; 2)
заряженная частица, движущаяся в постоянных электрическом и магнитном
полях, перпендикулярных Друг другу и
337
первоначальному направлению полета частицы, не отклоняется от своей
траектории тогда и только тогда, когда ее скорость v равна (в системе
МКС) Е/В - отношению напряженности электрического поля к величине
Видны обмотки магнита и сама камера.
магнитной индукции. В действительности создание системы транспортировки
пучка довольно сложная проблема ионной оптики, так как любая система
коллиматоров, определяющая исходные траектории, дает хотя и малый, но
отличный от нуля разброс по направлениям; кроме того, приложение
электрических и магнитных полей на ограниченных участках пространства
сопровож-
338
дается появлением краевых полей, которые сами по себе оказывают заметное
фокусирующее или расфокусирующее воздействие на пучок. Система,
использованная в данном эксперименте и показанная схематически на рис.
15.5, включала в себя семь дилольных магнитов
Рис 15.5. Схема прохождения пучков частиц в эксперименте по обнаружению
?2"-гиперона (из-за недостатка места разбита на две
части).
Часть кольца ускорителя показана на рисунке вверху слева, пузырьковая
камера внизу справа. Г -вольфрамовая мишень; А\ - Л5 - коллиматоры (Лз
находится внутри Si), Di - Dj - дипольные магниты для отклонения пучка и
разделения частиц по импульсам; Qi -Qis и Si, S2-квадрупольные и сексту-
польные фокусирующие магниты. Длинные прямоугольники без обозначений
представляют собой масс-спектрометры со скрещенными полями. На рисунке не
показаны магниты для окончательного формирования пучка (расположенные
между магнитом DT и пузырьковой камерой). Траектория пучка частиц
изображена штриховой линией.
для отклонения пучка, пятнадцать квадрупольных и два секступольных
магнита для его фокусировки, пять диафрагм для вырезания нужной части
пучка и два сепарирующих устройства со скрещенными полями, а также семь
