Как регистрируют частицы - Боровой А.А.
Скачать (прямая ссылка):
Цепочки пузырьков, отмечающих след пролетевшей или родившейся частицы, фотографируют несколькими аппаратами. Это делается для того, чтобы потом восстановить его в пространстве — по всем трем координатам. Затем снимки постилают на обработку. Камера может выдавать их десятками тысяч за сутки. Миллионы за год во всем мире. Фотоснимки, фотоснимки, фотоснимки. Еще недавно тысячи людей в лабораториях сидели у просмотровых столиков за проекционными микроскопами *). Здесь совершался первичный отбор интересующих физиков событий. Затем в действие вступали автоматизированные и полуавтоматизированные установки, соединенные с быстродействующими ЭВМ. Надо измерить длины треков, восстановить пространственный вид событий и многое, многое другое. Наконец, исследователи получают нужную информацию и могут строить графики, делать расчеты, что-то подтверждать и от чего-то отказываться. Стоимость такой обработки вместе с созданием необходимой для этого аппаратуры измеряется в семизначных и восьмизначных цифрах и это обходится дороже, чем сами пузырьковые камеры. Есть и еще проблема. Обработка не поспевает ва информацией, которую выдают камеры. И последние часть времени либо должны простаивать, либо работать в «архив». А каково хранить такие архивы?
Трудностей много, но какой огромный шаг вперед позволили сделать физике пузырьковые камеры, с тех пор, когда молодой сотрудник Мичиганского университета Дональд Глейзер сконструировал первую из них. Она выглядела совсем не устрашающе. Главная часть — стеклянная ампула с эфиром, объемом всего около 2,5 см3.
*) Сейчас первые втады обработки тоже автоматизируются.
148
Жидкость находилась 'при температуре 130° С и давлении 20 атм. Затем специальным устройством давление сбрасывалось до нормального.
После этого эфир находится в перегретом состоянии. Что это значит? Для начала кипения жидкости, кроме соответствующей температуры и давления, необходимо еще создать условия образования пузырьков пара. Известно, что химики для этого издавна пользуются обрезками стеклянных или фарфоровых трубок, положенных на дно колбы. Так называемыми «кипелками». На них возникают пузырьки и кипение проходит без досадных происшествий. Если не использовать этих мер предосторожности и подогревать чистую, обезгаженную жидкость, то при достижении температуры кипения и дальнейшем ее повышении пар будет образовываться только на поверхности. Жидкость находится в перегретом состоянии. Наконец, в результате появления внутри нее какой-либо неоднородности пузырьки смогут образоваться. Процесс идет очень бурно и часто сопровождается полетом пробки в потолок, а колбы в исследователя.
В камере Глейзера роль «кипелок» отводилась ионам, образующимся на следе частицы. В течение нескольких тысячных долей секунды пузырьки возрастали до видимых размеров. За это время ионы не успевали сместиться на заметное расстояние и цепочка пузырьков точно совпадала с треком частицы. Сфотографировав след, можно сжать жидкость поршнем, пузырьки исчезнут и прибор снова готов к работе.
Первые снимки (х-мезона, пролетевшего сквозь камеру, были опубликованы в 1953 г. После этого конструирование и изготовление разных типов пузырьковых камер пошло очень быстрым ходом. Их несомненное преимущество было очевидно — большое количество вещества мишени, следовательно, большая вероятность провзаимодей-ствовать с ним проникающему излучению. В качестве жидкостей использовались: жидкий водород, жидкий дейтерий, более сложные жидкости: пропан, фреоны. За десять лет размеры камер увеличились до метра. Следующее десятилетие привело к созданию настоящих гигантов, с которых начался рассказ.
Камеры работают синхронно с импульсами ускорителя. Жидкость находится в сильном магнитном поле, что (так же, как и характер следа) позволяет получать возможно более полную информацию о частице.
149
5.4. Нейтральные токи
Вернемся теперь к нейтринному эксперименту. Пучок мюонпых нейтрпно попадал в пузырьковую камеру «Гаргамель» *), наполненную десятью тоннами фреона, взаимодействовал с веществом и рождал вторич-пые частицы. К лету 1973 г. были накоплены сотни тысяч фотографий, из которых отобрали те, что были связаны с нейтрино. Их разделили на две группы. К первой отнесли процессы, в которых среди продуктов реакции обнаруживались заряженные лептоны — U+- или и~-мезоны. Появление их связано с заряженными токами, в которых переносчиками слабого взаимодействия выступают W+-или W~-6o3oiibi. Во вторую группу отнесли реакции, не сопровождающиеся рождением заряженных лептонов (см., например, рис. 31, в). Число таких событий оказалось ненамного меньше, чем в первой группе, и это убедительно говорило о существовании нейтральных токов и Z°-6o30iia. Теоретические предсказания подтверждались этим экспериментом, но физики не успокоились. Столь фундаментальная теория должна была быть проверена и перепроверена самым тщательным образом и в самых различных опытах. И снова проводились эксперименты и на ускорителях, и на реакторах, и в лабораториях.
В специальном помещении, в 11 метрах от активной зоны реактора Саванна-Ривер (2000 МВт) помещалась установка, с помощью которой американские физики во главе с Ф. Рейнесом обнаружили существование нейтральных токов. Каждую секунду на 1 см2 поверхности этой установки падал поток из 2-Ю13 антинейтрино. Он должен был сначала пройти через пассивную защиту из свинца и кадмия, затем миновать бак, содержащий больше двух тонн жидкого сцинтиллятора — активную защиту. И, наконец, антинейтрино попадали в центральную часть, где 10 газоьых пропорциональных счетчиков, наполненных гелием-3, пронизывали сосуд с 250 л чрезвычайно чистой тяжелой водой. В отличие от обычной ЕОДЫ, ь состав которой входит легкий изотоп водорода }Н, в тяжелой он заменен дейтерием — JH. Ядро последнего, состоящее из протона и нейтрона, носит название «дей-
