Физика 20 века: ключевые эксперименты - Тригг Дж.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 10.4. Схема экспериментальной установки, использованной в
эксперименте по изучению четности на циклотроне Колумбийского
университета [Phys. Rev., 105 (1957), стр. 1415, рис. 1].
неподвижное счетное устройство. Этого удалось добиться, прикладывая
вертикальное магнитное поле перпендикулярно направлению поляризации
мюонов. Связанный с поляризацией магнитный момент вызывает
гироскопическую прецессию (спинов мюонов) в горизонтальной плоскости,
приводя, таким образом, к относительному смещению счетчиков на угол
цН
I = со t ¦
sh
¦t.
207
где (х-магнитный момент мюона, s - спин мюона1, Н - напряженность
магнитного поля. Знак угла, указывающий направление вращения, как обычно,
выбран так, Что оно происходит против часовой стрелки при положительном
поле Н (направление вверх) и положительном моменте...
Требуемое магнитное поле получалось при помощи катушки, намотанной вокруг
мишени, при пропускании через нее тока подходящей величины". Этот метод
был предложен Гарвином2.
"Детектирующее устройство состояло из двух телескопов счетчиков. Один из
них - детектор пучка - содержал два сцинтилляционных счетчика, второй -
телескоп электронов - состоял из двух или грех счетчиков, размещенных под
углом 100° к пучку; на рис. 10.4 изображена схема установки с двумя
счетчиками.
Первым на пути пучка находился пластмассовый сцинтиллятор размерами 4 X 4
X 7г дюйма, связанный с фотоумножителем. Расположенный в 20 дюймах за ним
второй счетчик имел толщину 72 дюйма и то же самое поперечное сечение.
Импульсы от каждого счетчика усиливались сначала быстродействующим
усилителем с ограничением, а затем передавались на схему совпадений с
разрешающим временем 10~8 с... Импульсы совпадений усиливались и
подавались на дискриминатор, за которым следовал формирователь
стандартных импульсов3. Позитроны, испущенные мишенью, детектировались
телескопом счетчиков, состоящим из пластмассовых сцинтилляторов
(обозначенных на схеме цифрами 3, 4) размерами: высота 6,5 дюйма, ширина
- 5 дюймов, толщина - '/2 дюйма; при помощи конусообразного световода
свет от них подавался на фотоумно-
1 В то время считалось, что s имеет лишь полуцелые значения Значение 7г
рассматривалось как наиболее вероятное, .но весьма возможным считалось и
3/2. По существу, один из результатов эксперимента явился дополнительным
подтверждением в пользу значения '/г-
2 Широко распространена, по-видимому, недостоверная история о том, что,
когда Гарвин впервые появился в группе, разрабатывался способ вращения
системы счетчиков вокруг мишени. И тогда Гарвин якобы заметил: "А почему
бы вместо этого не вращать спиньП"
3 Соответствующий импульс обозначался как импульс 1-2 (по
номерам, обозначающим описанные выше счетчики).
208
житель. Схема совпадений та же, что для детектора пучка, с тем лишь
отличием, что для счетных импульсов требуется большее усиление".
Дальнейшая процедура описана в опубликованной работе.
"Об остановке мюона сигнализирует импульс 1-2, регистрируемый схемой
совпадений. Последующий бета-распад обнаруживается телескопом электронов
3-4, который срабатывает, если пробег частиц превышает 8 г/см2 (энергия
электронов >25 МэВ)... Скорости счета составляют обычно около 20
импульсов/мин в пучке р+, тогда как фоновый счет - порядка 1
импульса/мин.
В данном эксперименте по импульсу 1-2 вырабатывается прямоугольный сигнал
"ворот" продолжительностью Т = 1,25 мкс. Этот сигнал задерживается на t\
= = 0,75 мкс п затем с сигналом от детектора электронов подается на схему
совпадений. Таким образом система регистрирует электроны с энергией > 25
МэВ, которые рождаются в интервале 0,75-2,0 мкс после остановки мюона в
графите. Предположим возможность рождения мюона [в реакции л+-> р^ + v] с
большой поляризацией в направлении движения. Если гиромагнитное отношение
равно 2, эти мюоны сохраняют свою поляризацию на протяжении всего пути.
Примем далее, что процессы замедления и остановки не приводят к
деполяризации мюонов'. В этом случае испущенные мишеныо электроны могут
(при условии, что четность в порождающем их процессе распада не
сохраняется) обладать угловой асимметрией относительно направления
поляризации, а именно для спина '/г их распределение должно иметь вид 1 +
a cos 0. В отсутствие вертикального магнитного поля система счетчиков
измерит это распределение при значении угла 0 = 100?. Приложим теперь
слабое вертикальное поле внутри магнитного экрана2 вокруг мишени; оно
заставит мюоны прецессировать с угловой скоростью (nlsti)H рад/с. Угловое
распределение вероятности связано с направлением спина мюона. Таким
образом, мы можем при фиксированной системе
1 Это предположение, строго говоря, несправедливо (см. ниже в этой главе
обсуждение опыта Фридмена и Телегди)
2 Магнитная экранировка необходима для зашиты от краевых полей магнита
циклотрона, равных обычно по порядку величины 20 Гс и направленных вверх.
209
счетчиков измерить полное распределение, отложив на графике число
