Elementar hissəciklərin müşahidəsi və qeydə alınması üsulları - Bilik Hipermarketi. Elementar hissəcikləri müşahidə etmək və qeyd etmək üsulları Yüklənmiş elementar hissəcikləri müşahidə etmək və qeyd etmək üsulları

Sayğac içəridən metal təbəqə (katod) ilə örtülmüş şüşə borudan və borunun oxu (anod) boyunca uzanan nazik metal sapdan ibarətdir. Boru qazla, adətən arqonla doldurulur. Qaz vasitəsilə uçan yüklü hissəcik (elektron, alfa hissəcik və s.) atomlardan elektronları çıxarır və müsbət ionlar və sərbəst elektronlar yaradır. Anod və katod arasındakı elektrik sahəsi elektronları təsir ionlaşmasının başladığı enerjilərə qədər sürətləndirir. İş prinsipi İonların uçqunu baş verir və sayğacdan keçən cərəyan kəskin şəkildə artır. Bu halda, qeyd cihazına qidalanan yük rezistoru R üzərində bir gərginlik impulsu yaranır.

Xüsusiyyətlər Sayğacın ona dəyən növbəti hissəciyi qeyd etməsi üçün uçqun atqısı söndürülməlidir. Bu avtomatik olaraq baş verir. Sayğac ona daxil olan demək olar ki, bütün elektronları qeyd edir; γ-kvanta gəlincə, o, təxminən yüz γ-kvantdan yalnız birini qeyd edir. Ağır hissəciklərin (məsələn, α-hissəciklərin) qeydiyyatı çətindir, çünki sayğacda bu hissəciklər üçün şəffaf olan kifayət qədər nazik "pəncərə" etmək çətindir.

Bulud kamerası 1912-ci ildə yaradılmış bulud kamerasında sürətli yüklü hissəcik birbaşa müşahidə oluna və ya fotoşəkil çəkilə bilən iz buraxır. Bu cihazı mikrokosmosa, yəni dünyaya “pəncərə” adlandırmaq olar elementar hissəciklər və onlardan ibarət sistemlər.

İş prinsipi Bulud kamerası doymağa yaxın su və ya spirt buxarı ilə doldurulmuş, hermetik şəkildə bağlanmış qabdır. Piston kəskin şəkildə aşağı salındıqda, pistonun altındakı təzyiqin azalması səbəbindən kameradakı buxar genişlənir. Nəticədə, soyutma baş verir və buxar həddindən artıq doymuş olur. Bu, buxarın qeyri-sabit vəziyyətidir: buxar asanlıqla kondensasiya olunur. Kondensasiya mərkəzləri kameranın iş yerində uçan hissəcik tərəfindən əmələ gələn ionlara çevrilir. Bir hissəcik genişlənmədən dərhal əvvəl və ya dərhal sonra kameraya daxil olarsa, onun yolu boyunca su damcıları görünür. Bu damcılar uçan hissəcik izinin görünən izini əmələ gətirir. Sonra kamera orijinal vəziyyətinə qayıdır və ionlar elektrik sahəsi ilə çıxarılır. Kameranın ölçüsündən asılı olaraq, iş rejimini bərpa etmək vaxtı bir neçə saniyədən on dəqiqəyə qədər dəyişir.

Xüsusiyyətlər Trasın uzunluğu hissəciyin enerjisini təyin edə bilər və onun sürətini qiymətləndirmək üçün yolun vahid uzunluğuna düşən damcıların sayından istifadə etmək olar. Hissəciyin izi nə qədər uzun olsa, onun enerjisi bir o qədər çox olar. Və yolun vahid uzunluğuna nə qədər çox su damcısı əmələ gəlirsə, onun sürəti bir o qədər aşağı olur. Daha yüksək yüklü hissəciklər daha qalın bir iz buraxır. Bir maqnit sahəsi müəyyən bir qüvvə ilə hərəkət edən yüklü hissəciklərə təsir göstərir. Bu qüvvə hissəciyin trayektoriyasını əyir. Hissəciyin yükü nə qədər çox olarsa və kütləsi nə qədər az olarsa, yolun əyriliyi də bir o qədər böyük olar. Yolun əyriliyindən hissəciyin yükünün kütləsinə nisbətini müəyyən etmək olar.

İş prinsipi İlkin vəziyyətdə kameradakı maye yüksək təzyiq altındadır və bu, mayenin temperaturunun atmosfer təzyiqində qaynama nöqtəsindən yüksək olmasına baxmayaraq, onun qaynamasına mane olur. Təzyiqdə kəskin azalma ilə maye həddindən artıq istiləşir və qısa müddət ərzində qeyri-sabit vəziyyətdə olacaq. Bu zaman uçan yüklü hissəciklər buxar qabarcıqlarından ibarət izlərin yaranmasına səbəb olur. İstifadə olunan mayelər əsasən maye hidrogen və propandır.

Xüsusiyyətlər Flakonun kamerasının işləmə dövrü qısadır, təxminən 0,1 s. Baloncuk kamerasının Wilson kamerasından üstünlüyü işləyən maddənin daha yüksək sıxlığı ilə bağlıdır. Nəticədə hissəciklərin yolları kifayət qədər qısa olur və hətta yüksək enerjili hissəciklər də kamerada ilişib qalır. Bu, bir hissəciyin bir sıra ardıcıl çevrilmələrini və onun yaratdığı reaksiyaları müşahidə etməyə imkan verir.

Qalın qatlı foto emulsiyaların üsulu Sürətli yüklü zərrəciklərin fotoplitənin emulsiyasına ionlaşdırıcı təsiri fransız fiziki A.Bekkerelə 1896-cı ildə radioaktivliyi kəşf etməyə imkan verdi. Metod sovet fizikləri L.V.Mısovski, A.P.Jdanov və başqaları tərəfindən hazırlanmışdır.

İş prinsipi: Fotoemulsiya gümüş bromidin çoxlu sayda mikroskopik kristallarını ehtiva edir. Kristala nüfuz edən sürətli yüklü hissəcik ayrı-ayrı brom atomlarından elektronları çıxarır. Belə kristalların zənciri gizli təsviri əmələ gətirir. İnkişaf etdikdə bu kristallarda metal gümüş bərpa olunur və gümüş dənələri zənciri hissəcik izi əmələ gətirir. Yolun uzunluğu və qalınlığı hissəciyin enerjisini və kütləsini qiymətləndirmək üçün istifadə edilə bilər.

Xüsusiyyətlər Foto emulsiyasının yüksək sıxlığına görə izlər çox qısadır (radioaktiv elementlər tərəfindən buraxılan α hissəcikləri üçün sm sırası ilə), lakin fotoşəkil çəkildikdə onları böyütmək olar. Fotoqrafik emulsiyaların üstünlüyü ondan ibarətdir ki, ekspozisiya müddəti istənilən qədər uzun ola bilər. Bu, qeydiyyatdan keçməyə imkan verir nadir hadisələr. Fotoemulsiyaların yüksək dayanma gücünə görə müşahidə olunanların sayının artması da vacibdir maraqlı reaksiyalar hissəciklər və nüvələr arasında.

Elementar hissəciklərin qeydə alınması üsulları

1) Qaz-boşaltma Geiger sayğacı

Geiger sayğacı avtomatik hissəciklərin sayılması üçün ən vacib cihazlardan biridir.

Sayğac içəridən metal təbəqə (katod) ilə örtülmüş şüşə borudan və borunun oxu (anod) boyunca uzanan nazik metal sapdan ibarətdir.

Boru qazla, adətən arqonla doldurulur. Sayğac zərbə ionlaşması əsasında işləyir. Qaz vasitəsilə uçan yüklü hissəcik (elektron, £-hissəcik və s.) atomlardan elektronları çıxarır və müsbət ionlar və sərbəst elektronlar yaradır. Anod və katod arasındakı elektrik sahəsi (onlara yüksək gərginlik tətbiq olunur) elektronları təsir ionlaşmasının başladığı enerjiyə qədər sürətləndirir. İonların uçqunu baş verir və sayğacdan keçən cərəyan kəskin şəkildə artır. Bu halda, qeyd cihazına qidalanan yük rezistoru R üzərində bir gərginlik impulsu yaranır. Sayğacın ona dəyən növbəti hissəciyi qeyd etməsi üçün uçqun atqısı söndürülməlidir. Bu avtomatik olaraq baş verir. Bu anda cari nəbz göründüyündən, axıdma rezistoru R-də gərginlik düşməsi böyükdür, anod və katod arasındakı gərginlik kəskin şəkildə azalır - axıdılması dayanacaq qədər.

Geiger sayğacı əsasən elektronları və Y-kvantaları (yüksək enerjili fotonları) qeyd etmək üçün istifadə olunur, lakin Y-kvantaları aşağı ionlaşma qabiliyyətinə görə birbaşa qeyd edilmir. Onları aşkar etmək üçün borunun daxili divarı Y-kvantasının elektronları yıxdığı materialla örtülür.

Sayğac ona daxil olan demək olar ki, bütün elektronları qeyd edir; Y kvantına gəlincə, o, təxminən yüz Y kvantından yalnız birini qeyd edir. Ağır hissəciklərin (məsələn, £-hissəciklərinin) qeydiyyatı çətindir, çünki sayğacda bu hissəciklər üçün şəffaf olan kifayət qədər nazik "pəncərə" etmək çətindir.

2) Bulud kamerası

Bulud kamerasının hərəkəti su damcılarının əmələ gəlməsi üçün həddindən artıq doymuş buxarın ionlar üzərində kondensasiyasına əsaslanır. Bu ionlar onun trayektoriyası boyunca hərəkət edən yüklü hissəcik tərəfindən yaradılır.

Cihaz, düz şüşə qapaq ilə örtülmüş bir piston 1 (şəkil 2) olan silindrdir 2. Silindrdə su və ya spirtin doymuş buxarları var. Tədqiq olunan radioaktiv preparat 3 kameranın iş həcmində ionlar əmələ gətirən kameraya daxil edilir. Piston kəskin şəkildə aşağı düşdükdə, yəni. Adiabatik genişlənmə zamanı buxar soyuyur və həddindən artıq doymuş olur. Bu vəziyyətdə buxar asanlıqla kondensasiya olunur. Kondensasiya mərkəzləri həmin vaxt uçan hissəciyin əmələ gətirdiyi ionlara çevrilir. Kamerada dumanlı cığır (yol) belə görünür (şək. 3), onu müşahidə etmək və fotoşəkil çəkmək olar. Trek saniyənin onda biri üçün mövcuddur. Pistonu ilkin vəziyyətinə qaytarmaqla və ionları elektrik sahəsi ilə çıxarmaqla, adiabatik genişlənmə yenidən həyata keçirilə bilər. Beləliklə, kamera ilə təcrübələr dəfələrlə aparıla bilər.

Kamera elektromaqnit qütbləri arasında yerləşdirilirsə, kameranın hissəciklərin xüsusiyyətlərini öyrənmək imkanları əhəmiyyətli dərəcədə genişlənir. Bu vəziyyətdə, Lorentz qüvvəsi hərəkət edən hissəcik üzərində hərəkət edir ki, bu da hissəciyin yükünün dəyərini və trayektoriyanın əyriliyindən onun impulsunu təyin etməyə imkan verir. Şəkil 4 elektron və pozitron izlərinin dekodlanmasının mümkün variantını göstərir. İnduksiya vektoru B maqnit sahəsi rəsmdən kənarda rəsm müstəvisinə perpendikulyar yönəldilmişdir. Pozitron sola, elektron isə sağa əyilir.

3) Bubble kamerası

Bir bulud kamerasından fərqlənir ki, kameranın iş həcmində həddindən artıq doymuş buxarlar həddindən artıq qızdırılan maye ilə əvəz olunur, yəni. doymuş buxar təzyiqindən az təzyiq altında olan maye.

Belə bir mayenin içərisindən uçan bir hissəcik buxar baloncuklarının görünüşünə səbəb olur və bununla da bir iz əmələ gətirir (şək. 5).

İlkin vəziyyətdə, piston mayeni sıxır. Təzyiqdə kəskin azalma ilə mayenin qaynama nöqtəsi temperaturdan azdır mühit.

Maye qeyri-sabit (həddindən artıq qızmış) vəziyyətə düşür. Bu, hissəciyin yolu boyunca baloncukların görünüşünü təmin edir. İşçi qarışığı kimi hidrogen, ksenon, propan və bəzi digər maddələr istifadə olunur.

Baloncuk kamerasının Wilson kamerasından üstünlüyü işləyən maddənin daha yüksək sıxlığı ilə bağlıdır. Nəticədə hissəciklərin yolları kifayət qədər qısa olur və hətta yüksək enerjili hissəciklər də kamerada ilişib qalır. Bu, bir hissəciyin bir sıra ardıcıl çevrilmələrini və onun yaratdığı reaksiyaları müşahidə etməyə imkan verir.

4) Qalın təbəqəli emulsiyaların üsulu

Hissəcikləri aşkar etmək üçün bulud kameraları və qabarcıq kameraları ilə yanaşı qalın qatlı foto emulsiyalardan istifadə olunur. Sürətli yüklü hissəciklərin fotoplitənin emulsiyasına ionlaşdırıcı təsiri. Fotoqrafik emulsiya gümüş bromidin çoxlu sayda mikroskopik kristallarını ehtiva edir.

Kristala nüfuz edən sürətli yüklü hissəcik ayrı-ayrı brom atomlarından elektronları çıxarır. Belə kristalların zənciri gizli təsviri əmələ gətirir. Bu kristallarda metal gümüş göründükdə, gümüş dənələri zənciri hissəcik izi əmələ gətirir.

Yolun uzunluğu və qalınlığı hissəciyin enerjisini və kütləsini qiymətləndirmək üçün istifadə edilə bilər. Fotoqrafiya emulsiyasının yüksək sıxlığına görə, izlər çox qısadır, lakin fotoşəkil çəkərkən onları böyütmək olar. Fotoqrafik emulsiyanın üstünlüyü ondan ibarətdir ki, ekspozisiya müddəti istənilən qədər uzun ola bilər. Bu, nadir hadisələri qeyd etməyə imkan verir. Fotoemulsiyanın yüksək dayanma gücünə görə hissəciklər və nüvələr arasında müşahidə edilən maraqlı reaksiyaların sayının artması da vacibdir.

İndiyə qədər hadisələrdə hər bir belə hissəcik özünü vahid bir bütöv kimi aparır. Elementar hissəciklər bir-birinə çevrilə bilər. Hal-hazırda elementar hissəciklər arasında dörd növ qarşılıqlı təsir məlumdur: güclü, elektromaqnit, zəif və qravitasiya (intensivliyin azalan ardıcıllığı ilə). Güclü qarşılıqlı əlaqə. Bu cür qarşılıqlı əlaqə başqa cür nüvə adlanır, çünki rabitə təmin edir...

... (dozimetrlər). İonlaşdırıcı şüalanmanın hüceyrələrə bioloji təsirinin tədqiqi və molekulyar səviyyələrşüalanma enerjisinin maddənin mikrostrukturlarına ötürülməsini öyrənən mikrodozimetriyanın inkişafına səbəb olmuşdur. Dozimetriya üsulları Təkamül prosesində insanlarda ionlaşdırıcı şüaları xüsusi olaraq qəbul edə bilən, görünməz, rəngsiz, qoxusuz, ...

Laboratoriya təcrübələrində və astronomik müşahidələrdə. Kosmik mikrofizikanın bu tərkib elementlərinin öz xüsusiyyətləri var ki, biz indi onları müzakirə etməyə davam edirik. 4. Kosmik şüalar Elementar hissəciklər fizikasının inkişafı kosmik şüalanmanın - kosmosun bütün istiqamətlərindən demək olar ki, izotrop şəkildə Yerə gələn şüalanmanın öyrənilməsi ilə sıx bağlıdır. İntensivlik ölçüləri...

Qaraciyərdən televiziya şousu və s. Maraqlı effektlər və dahiyanə həllər: insan radioaktivliyi, radioaktiv pendir, fotoşəkillərdə itkin şəkillərin bərpası, görünməyən insanların avtoqrafları. Fizikanın tədrisində axtarış və tədqiqat üsulları Giriş Miflərdən sadə faktlara. Başlanğıcda dünyanı dərk etmək zərurəti dünyanı bütövlükdə izah etmək, dərhal cavablar almaq cəhdlərinə səbəb oldu...

Elementar hissəciklərin mənbələri

Elementar hissəcikləri öyrənmək üçün onların mənbələri tələb olunur. Sürətləndiricilərin yaradılmasından əvvəl belə mənbələr kimi təbii radioaktiv elementlərdən və kosmik şüalardan istifadə olunurdu. Kosmik şüaların tərkibində çox fərqli enerjilərə malik elementar hissəciklər, o cümlədən bu gün süni yolla əldə edilə bilməyənlər var. Kosmik şüaların yüksək enerjili hissəciklərin mənbəyi kimi mənfi cəhəti belə hissəciklərin çox az olmasıdır. Cihazın baxış sahəsində yüksək enerjili hissəciyin görünüşü təsadüfi olur.

Hissəcik sürətləndiriciləri eyni dərəcədə yüksək enerjiyə malik elementar hissəciklərin axınlarını əmələ gətirir. Sürətləndiricilərin müxtəlif növləri var: betatron, siklotron, xətti sürətləndirici.

Cenevrə yaxınlığında yerləşən Avropa Nüvə Tədqiqatları Təşkilatı (CERN*), yeraltı dairəvi tuneldə 100 m dərinlikdə inşa edilmiş bu günə qədər ən böyük hissəcik sürətləndiricisinə malikdir. (halqanın diametri təxminən 8,6 km-dir). Super kollayderin 2007-ci ildə işə salınması planlaşdırılırdı. Təxminən 4000 ton metal mütləq sıfırdan cəmi 2 dərəcə yuxarı soyudulacaqdı. Nəticədə 1,8 milyon amperlik cərəyan superkeçirici kabellərdən demək olar ki, itkisiz keçəcək.

Hissəcik sürətləndiriciləri o qədər möhtəşəm strukturlardır ki, onları 20-ci əsrin piramidaları adlandırırlar.

* CERN abbreviaturası fransızcadan gəlir. Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire (Avropa Nüvə Tədqiqatları Şurası). Rus dilində adətən CERN abbreviaturasından istifadə olunur.

Elementar hissəciklərin qeydə alınması üsulları

1. Parıldayan sayğaclar

Başlanğıcda elementar hissəciklərin qeydiyyatı üçün lüminessent ekranlardan - udduğu enerjini işıq şüalanmasına (lüminesans) çevirə bilən xüsusi maddə, fosforla örtülmüş ekranlardan istifadə olunurdu. Elementar zərrəcik belə bir ekrana dəydikdə, o qədər zəif bir parıltı verir ki, onu yalnız tam qaranlıqda müşahidə etmək olar. Tamamilə qaranlıqda oturmaq və fərq edilən parıltıların sayını saatlarla saymaq üçün kifayət qədər səbr və diqqət tələb olunurdu.

Müasir bir parıldama sayğacında flaşlar avtomatik olaraq sayılır. Sayğac sintillyatordan, fotoçoxaldan və impulsların gücləndirilməsi və hesablanması üçün elektron cihazlardan ibarətdir.

Sintilator hissəciyin enerjisini görünən işıq kvantlarına çevirir.

İşıq kvantları onları cari impulslara çevirən fotoçoğaltıcı boruya daxil olur.

Pulslar elektrik dövrəsi ilə gücləndirilir və avtomatik olaraq hesablanır.

2. Kimyəvi üsullar

Kimyəvi üsullar nüvə radiasiyasının müəyyən bir katalizator olmasına əsaslanır kimyəvi reaksiyalar, yəni onların baş vermə ehtimalını sürətləndirir və ya yaradır.

3. Kalorimetrik üsullar

Kalorimetrik üsullarda radiasiyanın maddə tərəfindən udulması zamanı ayrılan istilik miqdarı qeydə alınır. Məsələn, bir qram radium saatda təxminən 585 joul buraxır. istilik.

4. Cherenkov effektinin tətbiqinə əsaslanan üsullar

Təbiətdə heç bir şey işıqdan daha sürətli hərəkət edə bilməz. Amma biz bunu deyəndə işığın vakuumda hərəkətini nəzərdə tuturuq. Maddədə işıq olduğu sürətlə yayılır ilə vakuumda işığın sürətidir və n– maddənin sınma əmsalı. Nəticə etibarilə, işıq maddədə vakuumdan daha yavaş hərəkət edir. Maddədə hərəkət edən elementar hissəcik vakuumda işığın sürətini keçmədən bu maddədəki işığın sürətini keçə bilər. Bu zaman Çerenkovun vaxtında kəşf etdiyi radiasiya yaranır. Çerenkov şüalanması, sintillyasiya metodunda olduğu kimi, fotoçoxaltıcılar tərəfindən aşkar edilir. Metod yalnız sürətli, yəni yüksək enerjili, elementar hissəcikləri qeydiyyatdan keçirməyə imkan verir.

Aşağıdakı üsullar yalnız elementar hissəciyi qeydiyyatdan keçirməyə imkan vermir, həm də onun izini görməyə imkan verir.

5. Wilson otağı

1912-ci ildə Charles Wilson tərəfindən icad edilmiş və 1927-ci ildə o, a Nobel mükafatı. Bulud kamerası çox mürəkkəb mühəndislik strukturudur. Biz yalnız sadələşdirilmiş diaqramı təqdim edirik.

Bulud kamerasının iş həcmi qazla doldurulur və su və ya spirt buxarını ehtiva edir. Piston sürətlə aşağı hərəkət etdikdə qaz kəskin şəkildə soyuyur və buxar həddindən artıq doymuş olur. Bir hissəcik bu boşluqdan keçərək yolu boyunca ionlar yaradaraq, bu ionların üzərində qatılaşdırılmış buxar damcıları əmələ gəlir. Duman damcılarının dar bir zolağı şəklində kamerada hissəcik trayektoriyasının izi (iz) görünür. Güclü yan işıqlandırmada treki görmək və fotoşəkil çəkmək olar.

6. Bubble kamerası(1952-ci ildə Glaser tərəfindən icad edilmişdir)

Baloncuk kamerası bulud kamerasına bənzər şəkildə işləyir. Yalnız işləyən maye həddindən artıq soyudulmuş buxar deyil, həddindən artıq qızdırılan mayedir (propan, maye hidrogen, azot, efir, ksenon, freon...). Aşırı soyudulmuş buxar kimi çox qızdırılan maye qeyri-sabit vəziyyətdədir. Belə bir mayenin içindən uçan hissəcik ionlar əmələ gətirir, onların üzərində dərhal qabarcıqlar əmələ gəlir. Maye qabarcıq kamerası qaz buludlu kameradan daha səmərəlidir. Fiziklər üçün təkcə uçan hissəciyin izini müşahidə etmək deyil, vacibdir. Müşahidə zonası daxilində hissəciyin başqa bir hissəciklə toqquşması vacibdir. Hissəciklərin qarşılıqlı təsirinin təsviri daha informativdir. Proton və elektronların yüksək konsentrasiyası olan daha sıx bir mayedən keçərək, hissəciyin toqquşma şansı daha çox olur.

7. Emulsiya kamerası

İlk dəfə sovet fizikləri Mysovski və Jdanov tərəfindən istifadə edilmişdir. Fotoqrafik emulsiya jelatindən hazırlanır. Sıx jelatin vasitəsilə hərəkət edən elementar hissəcik tez-tez toqquşmalara məruz qalır. Buna görə də, emulsiyadakı hissəciyin yolu çox vaxt çox qısa olur və foto emulsiya işlənib hazırlandıqdan sonra mikroskop altında öyrənilir.

8. Qığılcım kamerası (ixtiraçı Cranshaw)

Hüceyrədə A mesh elektrodlar sistemi yerləşir. Bu elektrodlar enerji təchizatından yüksək gərginliklə təmin edilir B. Elementar hissəcik kameradan keçdikdə IN, ionlaşmış cığır yaradır. Bu cığır boyunca bir qığılcım tullanır, bu da hissəcik izini görünən edir.

9. Streamer kamerası

Streamer kamerası qığılcım kamerasına bənzəyir, yalnız elektrodlar arasındakı məsafə daha böyükdür (yarım metrə qədər). Gərginlik elektrodlara çox qısa müddətə elə tətbiq olunur ki, əsl qığılcım yaranmağa vaxt tapmasın. Yalnız bir qığılcımın əsas elementləri - axınçıların görünməyə vaxtı var.

10. Geiger sayğacı

Geiger sayğacı, bir qayda olaraq, ox boyunca bir telin uzandığı silindrik bir katoddur - anod. Sistem qaz qarışığı ilə doldurulur.

Sayğacdan keçərkən yüklü hissəcik qazı ionlaşdırır. Müsbət elektroda - filamentə doğru hərəkət edən elektronlar güclü bölgəyə düşür elektrik sahəsi, sürətləndirir və öz növbəsində qaz molekullarını ionlaşdırır, bu da tac boşalmasına səbəb olur. Siqnal amplitudası bir neçə volta çatır və asanlıqla qeydə alınır.

Geiger sayğacı bir hissəciyin sayğacdan keçməsini qeyd edir, lakin hissəciyin enerjisini ölçmür.

Bu yazıda biz sizə fizika dərsinə (9-cu sinif) hazırlaşmağa kömək edəcəyik. Hissəciklərin tədqiqi sıradan bir mövzu deyil, molekulyar nüvə elmi dünyasına çox maraqlı və həyəcanlı ekskursiyadır. Sivilizasiya çox yaxınlarda belə bir tərəqqiyə nail ola bildi və elm adamları hələ də mübahisə edirlər ki, bəşəriyyətə belə biliyə ehtiyac varmı? Axı, insanlar Kainatın yaranmasına səbəb olan atom partlayışı prosesini təkrarlaya bilsələr, o zaman bəlkə də təkcə planetimiz deyil, bütün Kosmos dağılacaq.

Söhbət hansı hissəciklərdən gedir və niyə onları öyrənirik?

Bu suallara qismən cavablar fizika kursu tərəfindən verilir. Eksperimental üsullar hissəcik tədqiqatları hətta ən güclü mikroskoplardan istifadə etməklə insanlar üçün əlçatmaz olanı görməyin bir yoludur. Ancaq ilk şeylər.

Elementar hissəcik artıq daha kiçik parçalara bölünə bilməyən hissəciklərə aid olan kollektiv termindir. Ümumilikdə fiziklər 350-dən çox elementar hissəcik aşkar ediblər. Biz ən çox protonlar, neyronlar, elektronlar, fotonlar və kvarklar haqqında eşitməyə alışmışıq. Bunlar əsas hissəciklər adlananlardır.

Elementar hissəciklərin xüsusiyyətləri

Bütün ən kiçik hissəciklər eyni xüsusiyyətə malikdir: onlar öz təsirlərinin təsiri altında bir-birinə çevrilə bilərlər. Bəziləri güclü elektromaqnit xüsusiyyətlərə malikdir, digərləri zəif cazibə xüsusiyyətlərinə malikdir. Lakin bütün elementar hissəciklər aşağıdakı parametrlərlə xarakterizə olunur:

• Çəki.
• Spin daxili bucaq impulsudur.
• Elektrik yükü.
• Ömür vaxtı.
• Paritet.
• Maqnit momenti.
• Baryon ittihamı.
• Lepton yükü.

Maddənin quruluşu nəzəriyyəsinə qısa ekskursiya

İstənilən maddə öz növbəsində nüvə və elektronlara malik olan atomlardan ibarətdir. Elektronlar planetlər kimidir günəş sistemi, hər biri öz oxu boyunca nüvə ətrafında hərəkət edir. Aralarındakı məsafə atom miqyasında çox böyükdür. Nüvə proton və neyronlardan ibarətdir, aralarındakı əlaqə o qədər güclüdür ki, onları heç kim ayıra bilməz. elmə məlumdur yol. Hissəciklərin tədqiqi üçün eksperimental metodların mahiyyəti budur (qısaca).

Təsəvvür etmək bizim üçün çətindir, lakin nüvə rabitəsi yer üzündə tanınan bütün qüvvələri milyonlarla dəfə üstələyir. Biz kimyəvi, nüvə partlayışını bilirik. Ancaq protonları və neyronları bir yerdə saxlayan başqa şeydir. Bəlkə də bu, kainatın mənşəyinin sirrini açmaq üçün açardır. Buna görə hissəcikləri öyrənmək üçün eksperimental üsulları öyrənmək çox vacibdir.

Çoxsaylı təcrübələr alimləri neyronların daha da kiçik vahidlərdən ibarət olması fikrinə gətirib çıxardı və onları kvarklar adlandırdı. Onların içərisində nə olduğu hələ məlum deyil. Lakin kvarklar ayrılmaz vahidlərdir. Yəni birini ayırmaq üçün heç bir yol yoxdur. Alimlər bir kvarkı təcrid etmək üçün hissəcikləri tədqiq etmək üçün eksperimental üsuldan istifadə edirlərsə, nə qədər cəhd etsələr də, həmişə ən azı iki kvark təcrid olunur. Bu, nüvə potensialının sarsılmaz gücünü bir daha təsdiqləyir.

Hissəciklərin tədqiqi üçün hansı üsullar mövcuddur?

Gəlin birbaşa hissəciklərin öyrənilməsi üçün eksperimental üsullara keçək (Cədvəl 1).

Elementar hissəciklərin qeydə alınması üsulları uçan yüklü hissəciyin təsiri altında sabit vəziyyətə keçidin baş verdiyi uzunmüddətli qeyri-sabit vəziyyətdə sistemlərin istifadəsinə əsaslanır.

Geiger sayğacı.

Geiger sayğacı— zərrəciklər detektoru, işləməsi bir hissəcik öz həcminə daxil olduqda qazda müstəqil elektrik boşalmasının meydana gəlməsinə əsaslanır. 1908-ci ildə H. Geiger və E. Rutherford tərəfindən icad edilmiş, sonradan Geiger və Muller tərəfindən təkmilləşdirilmişdir.

Geiger sayğacı təxminən 100-260 GPa (100-260 mm) təzyiq altında qazla (adətən arqon) doldurulmuş möhürlənmiş həcmdə qapalı bir metal silindrdən - katoddan və öz oxu boyunca uzanan nazik bir məftildən - anoddan ibarətdir. Hg). Katod və anod arasında 200-1000 V-lik bir gərginlik tətbiq olunur, yüklənmiş hissəcik sayğacın həcminə daxil olaraq, müvafiq elektrodlara və bir nöqtədə hərəkət edən müəyyən sayda elektron-ion cütləri meydana gətirir. orta sərbəst yolda yüksək gərginlik (növbəti cədvələ gedən yolda) ionlaşma enerjisini aşan enerji qazanır və qaz molekullarını ionlaşdırır. Uçqun əmələ gəlir, dövrədə cərəyan artır. Yük müqavimətindən qeyd cihazına bir gərginlik nəbzi verilir. Yük müqavimətində gərginliyin azalmasının kəskin artması anod və katod arasında gərginliyin kəskin azalmasına gətirib çıxarır, axıdma dayanır və boru növbəti hissəciyi qeyd etməyə hazırdır.

Geiger sayğacı əsasən elektronları və γ-kvantları qeyd edir (sonuncu, bununla belə, damarın divarlarına tətbiq olunan əlavə materialın köməyi ilə, γ-kvantalardan elektronları çıxarır).

Wilson otağı.

Wilson otağı- trek (ingilis dilindən. iz— iz, trayektoriya) hissəcik detektoru. 1912-ci ildə Charles Wilson tərəfindən yaradılmışdır. Wilson kamerasının köməyi ilə nüvə fizikası və elementar hissəciklər fizikasında bir sıra kəşflər edildi, məsələn, 1929-cu ildə geniş hava leysanlarının (kosmik şüalar bölgəsində), pozitronun kəşfi. 1932-ci ildə müonların izlərinin aşkarlanması, qəribə hissəciklərin kəşfi. Sonradan Wilson kamerası praktiki olaraq daha sürətli olan qabarcıq kamera ilə əvəz olundu. Bulud kamerası, doymağa yaxın olan su və ya spirt buxarı ilə doldurulmuş bir qabdır (şəklə bax). Onun hərəkəti keçən hissəciyin əmələ gətirdiyi ionlar üzərində həddindən artıq doymuş buxarın (su və ya spirt) kondensasiyasına əsaslanır. Pistonun kəskin şəkildə aşağı salınması (şəklə bax) ilə həddindən artıq doymuş buxar yaranacaq (kameradakı buxar adiabatik olaraq genişlənir, nəticədə onun temperaturu kəskin şəkildə artır).

İonların üzərinə çökən maye damcıları uçan hissəciyin izini - onun şəklini çəkməyə imkan verən izi görünən edir. Trasın uzunluğundan siz hissəciyin enerjisini, yolun vahid uzunluğuna düşən damlacıqların sayından isə onun sürətini təxmin edə bilərsiniz. Kameranın maqnit sahəsində yerləşdirilməsi yolun əyriliyindən hissəciyin yükünün onun kütləsinə nisbətini müəyyən etməyə imkan verir (ilk dəfə sovet fizikləri P. L. Kapitsa və D. V. Skobeltsyn tərəfindən təklif edilmişdir).

Bubble kamerası.

Bubble kamerası- hərəkəti hissəciyin traektoriyası boyunca çox qızdırılmış mayenin qaynamasına əsaslanan yüklü hissəciklərin izlərini (izlərini) qeyd etmək üçün cihaz.

İlk qabarcıq kamerası (1954) işıqlandırma və fotoqrafiya üçün şüşə pəncərələri olan, maye hidrogenlə doldurulmuş metal kamera idi. Sonradan o, yüklü hissəcik sürətləndiriciləri ilə təchiz edilmiş dünyanın bütün laboratoriyalarında yaradılmış və təkmilləşdirilmişdir. Həcmi 3 sm 3 olan bir konusdan qabarcıq kamerasının ölçüsü bir neçə kubmetrə çatdı. Ən çox qabarcıq kameraları 1 m3 həcmə malikdir. Köpüklü kameranın ixtirasına görə Qleyzer 1960-cı ildə Nobel mükafatına layiq görüldü.

Flakonun kamerasının işləmə dövrü 0,1-dir. Bulud kamerası ilə müqayisədə onun üstünlüyü yüksək enerjili hissəcikləri qeydə almağa imkan verən işləyən maddənin daha yüksək sıxlığıdır.