В этот раз я напишу об одной технологии, которая может существенно улучшить оборудование, регистрирующее элементарные частицы. Но прежде, я думаю, нужно дать некоторые пояснения, что и почему измеряет такое оборудование. И для этого в первую очередь необходимо ответить на вопрос: почему изучение физики элементарных частиц представляет такую большую трудность?
Если задуматься, то ответ довольно простой. В основе идеологии современной физики лежит тезис о том, что изучение свойств любой системы возможно только тогда, когда она подвергается изменениям. Нет никакого смысла смотреть на лежащий камень, если ты хочешь узнать его массу. Создай систему, взаимодействие с которой эту массу продемонстрирует. В качестве уместного и простого примера такой системы можно привести рычажные весы, где в зависимости от того чья масса больше – камня или гирек – коромысло будет качаться в ту или иную сторону. И именно такое изменение системы позволяет точно определить массу камня. В случае с изучением элементарных частиц подход не меняется – в основе всего будет лежать система из взаимодействующих частиц (например, сталкивающиеся в ускорителе пучки частиц), изменения в которой и будут изучать физики. И вот тут проблемы встают в полный рост. Если при использовании весов никаких сложностей нет, процесс изменений такой системы всегда хорошо виден, то в квантовый мир элементарных частиц «заглянуть» возможности просто нет! А значит, и отследить течение процессов на квантовом уровне нет никакой возможности. Все, что доступно физикам, это сведения о системе до и после взаимодействия. Причем дело осложняется еще и тем, что число частиц до и после совершенно не обязано совпадать. В процессе квантового взаимодействия вполне могут рождаться новые частицы, число и свойства которых будут напрямую зависеть от характеристик частиц в исходном наборе.
Что же делать? Работать с тем, что есть, и изворачиваться. Наиболее употребимую на сегодняшний день схему можно описать как восстановление физических процессов по экспериментальным данным. Тезисно она сводится к следующей последовательности действий: создать теоретическую модель для квантового процесса с элементарными частицами, провести на ее основе вычисления для разных характеристик частиц, а потом сравнить полученные ответы с экспериментальными данными. Их совпадение будет означать, что параметры частиц определены.
Из всего вышесказанного следует, что краеугольным камнем каждого эксперимента в области физики элементарных частиц является список характеристик частиц, которые получается зарегистрировать. В реальности таких параметров оказывается совсем немного – это энергия частицы и направление ее движения. Причем последний параметр можно измерить только за счет геометрии детектора в случае контролируемого эксперимента, где заранее известно место протекания реакции. В такой ситуации просто есть две характерные точки в пространстве, место рождения частицы и устройство регистрации частиц, через которые можно провести прямую траектории и определить направление движения частицы. Обычно устройство регистрации выполняет еще и функцию определения энергии пролетающей частицы.
На современном уровне развития технологий наиболее интересной и часто используемой основой для регистраторов частиц являются пластиковые сцинтилляторы – вещества, обладающие способностью излучать свет при поглощении частицы. Эта особенность сцинтилляторов позволяет их использовать и для определения энергии поглощаемой частицы, т.к. число излученных фотонов будет приближенно пропорционально этой энергии.
О современных технологиях пластиковых сцинтилляторов читайте в СЛЕДУЮЩЕЙ ЧАСТИ.
Мне важно Ваше мнение. Если нравится, ставьте лайк, подписывайтесь.
