Warning: count(): Parameter must be an array or an object that implements Countable in /data/www/livni-tmp/libraries/cms/application/cms.php on line 464

Warning: count(): Parameter must be an array or an object that implements Countable in /data/www/livni-tmp/libraries/cms/application/cms.php on line 464
Ilmaisimet

Hiukkaset ja ilmaisimet


Tässä autamme sinua ymmärtämään, mitä laitteita käytämme saadaksemme reaalista ja ainutlaatuista tietoa ja kuinka tuo tieto muutetaan ykkösiksi ja nolliksi, jotka sitten tallennetaan ja käsitellään tietokoneilla. Johdanto on hyvin lyhyt. Ne, jotka haluavat tietää enemmän, heidän tulisi etsiä lisätietoja muista lähteistä. Jos ei tietoa löydy, voit kysyä apua tällä sivustolla.

 

Mikä on nykyaikainen alkeishiukkasten ilmaisin?

Määritelkäämme se laitteena, joka ilmaisee hiukkasen laitteen aktiivin alueen läpäisyn tuottaman sähköisen signaalin avulla. Kurssi on osa ydinfysiikan kokeellisia menetelmiä 4th vuoden ja 5. vuoden opiskelijoille Moskovan Teknisen Fysiikan Instituutissa ja kestää kaksi lukukautta.

Tavoitteenamme on antaa sinulle yleinen käsitys yhdestä ilmaisintyypistä kahdella tai kolmella sivulla. Siksi esitämme vain pääkohdat.

Ensinnäkin, suljemme pois kaikenlaiset valokuvaukseen perustuvat havaintomenetelmät. Huolimatta mistä hyvänsä poikkeuksesta, niiden aika on ohi.

Seuraavaksi tulisi ymmärtää, että hiukkanen voidaan havaita, jos se vuorovaikuttaa jotenkin ilmaisinmateriaalin kanssa. On selvää, että on olemassa ehkä tuntemattomia hiukkasia, jotka eivät vuorovaikuta tavallisen aineen kanssa ja joista me ei vielä tiedetä mitään.

 

Miten hiukkanen vuorovaikuttaa väliaineen kanssa yleensä ja ilmaisinmateriaalissa erityisesti?

Teoriassa se voi vuorovaikuttaa millä tahansa tuntemillamme tavoilla. Se tarkoittaa, että hiukkanen voi vuorovaikutusta tavalla, mikä juuri sille on mahdollista. Tällä hetkellä tiede tuntee vain neljä erilaista vuorovaikutusta: gravitaatio, sähkömagneettinen, vahva, ja heikko vuorovaikutus. Tarkastellaan niitä kaikkia - yksi toisensa jälkeen.

  • Gravitaatio vuorovaikutus on universaali, joka ilmenee kahden massan omaavan kappaleen välillä. Lisäksi se toimii millä tahansa etäisyydellä, pienenee suhteessa etäisyyden neliöön. Mutta koska hiukkastemme massa on hyvin pieni, alkeishiukkaset eivät käytännössä koe gravitaatiovuorovaikutusta. Tämä on puhdas teoreettinen vuorovaikutus.
  • Sähkömagneettinen (EM) vuorovaikutus ilmaisee kaikki hiukkaset, joilla on sähkövaraus. Kuten painovoimakin, se vuorovaikuttaa millä tahansa etäisyydellä ja riippuu myös kääntäen tämän etäisyyden neliöstä (se laskee R potenssiin kaksi).
  • Vahva vuorovaikutus on todella vahva, mutta vaikuttaa vain tiettyjen hiukkasten (hadronit) ja erittäin lyhyiden välimatkojen päähän (ydin-). Tämä voima sitoo atomin ytimen protonit ja neutronit yhteen. Sitä käytetään havaitsemaan hiukkasia, joilla ei ole sähköistä varausta (eli neutronit), tai mittaamaan hiukkasen energiaa. Tämän lisäksi, tätä vuorovaikutusta ei voi soveltaa ratkaistessa yleisimpiä kokeellisia ongelmia kuten hiukkasen paikkaa/ aikaa.
  • Heikko vuorovaikutus on yksinkertaisesti heikko. Toisaalta, toisin kuin vahva vuorovaikutus, se on universaali, eli vuorovaikuttaa lähes kaikkeen (paitsi gammakvantit, tai valo), ja tämä on hyvä, mutta toisaalta, sen lisäksi, että se on heikko se on myös lyhyen kantaman vuorovaikutus. Siksi ei ole hyvä tehokkaaseen havaitsemiseen.

 

Vuorovaikutusominaisuudet Gravity Heikko EM Strong
Vuorovaikutus vakio eksponentti 10-38 10-6 10-3 1
Radius 10-16 10-13
Mcarrier Gev 0 w,z ~ 100 0 ∏ ~ 0.1
Universaalisuus Kaikki Kaikki Kaikki Hadronit
Kvantisointi ? Kyllä Kyllä Kyllä

 

Olisi naiivia ajatella, että nämä lyhyet huomiot olisivat riittäviä oikean käsityksen saamiseksi eri tyypin vuorovaikutuksista, mutta olkoon se olla hyvä sysäys jatkokeskusteluille. Nyt on tärkeää ymmärtää, että ainoa tehokas menetelmä havaita hiukkanen, on käyttää hyväksi hiukkasen kykyä kokea sähkömagneettinen vuorovaikutus.

Ja on selvää, miksi. Ytimet ovat hyvin pieniä ja sijaitsevat syvällä atomissa / molekyylissä. On tuskin todennäköistä osua siihen (ja siihen pitäisi osua varsin tarkasti, koska nyt ei ole muuta vuorovaikutusta kuin vahva ja heikko vuorovaikutus ja nämä ovat lyhyen kantaman vuorovaikutuksia). Elektronikuori vie paljon tilaa. Voidaan kuvitella, kuinka varattu hiukkanen kulkee väliaineen (kaasu, neste tai kiinteä) läpi. Joskus (harvoin) hiukkanen osuu ytimeen, jolloin vahva tai heikko vuorovaikutus vaikuttaisi, mutta paljon useammin vuorovaikuttaa EM, joka toimii kaikilla etäisyyksillä (kääntäen R:n toiseen potenssiin!). Jos on tarpeeksi voimaa, hiukkanen iskee elektronin irti ja virittää atomin. Tätä prosessia kutsutaan myös kohdeaineen ionisaatioenergiaksi.

Tämä on se prosessi, joka muodostaa perustan useimmille hiukkasilmaisimille.

Palatkaamme pääaiheeseen korkeaenergisten hiukkasryöppyjen (EAS) havaitsemisesta maapallon pinnalla ja todistakaamme itselle ja kaikille muille, että havainnot ovat juuri EAS tapahtumia.

Yksinkertaisen Rusalka -ilmaisinasemamme tärkein osa on tuikeilmaisin. Se on helpoimmin ylläpidettävä ja vakaimmin toimiva hiukkasilmaisin. Mikä on se prosessien tapahtumaketju tuikeilmaisimessa siitä hetkestä, kun hiukkanen kulkee sen aktiivin tilavuuden läpi siihen, kun tuloksena on sähköinen signaali ulostulossa? Tuikeilmaisimemme materiaalina on muovinen tuikelevy. Se on valmistettu tavallisesta läpinäkyvästä muovista, johon on valmistuksen aikana lisätty erilaisia lisäaineita. Tämän seurauksena, kun ilmaisimen läpäisevä hiukkanen menettää energiaa kohdeaineen ionisaationa, tämä muovi emittoi muutaman valokvantin. Näin tapahtuu, koska atomin virittyminen tässä muovissa purkautuu mieluummin valokvanttien emissiona, kuin lämpönä tai muina havaitsemattomina efekteinä. Valo havaitaan valomonistinputkella (PMT), joka on myös erittäin luotettava laite. En tuhlaa aikaa sen toiminnan kuvaamiseen. Kuten tavallista: voit löytää asian Internetissä, aloittaen Wikipediasta, ja/tai kysymällä, jos et löydä vastausta.

Valokuvia "tarkempaa tietoa" ilmaisimistamme löytyy täältä.


Useat kokeelliset tehtävät, esimerkiksi hiukkasen tulokulman määritys vuorovaikutuspisteestä tai vastaavasti hiukkasen liikemäärän määrääminen (magneettikentässä), vaatii useita hiukkasen paikka/ aika -mittauksia siten, että hiukkasen alkuperäisten ominaisuuksien, sen liikesuunta ja energia, muuttuvat mahdollisimman vähän. Se on esimerkki usein syntyvistä kokeellisen fysiikan ongelmista: toisaalta hiukkasen on vuorovaikutettava, jotta se voidaan havaita, mutta toisaalta monissa tapauksissa on toivottavaa, että se voisi olla vuorovaikuttaa ilman muutoksia itsessään, mikä on luonnollisesti mahdotonta.


Warning: count(): Parameter must be an array or an object that implements Countable in /data/www/livni-tmp/libraries/cms/application/cms.php on line 464