Магнитный спектрометр. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Магнитный спектрометр - прибор для измерения импульсов заряж. частиц по кривизне их траекторий в магн. поле. Осн. характеристиками М. с. являются ого разрешающая способность (т. е. точность измерения импульса частицы) и апертура, определяющая телесный угол, в к-ром производится регистрация частиц. Простейшие М. с--одноканальные приборы с небольшой апертурой и фиксированной траекторией частиц в магн. поле. Энергетич. спектр частиц измеряется при последоват. изменениях магн. поля Н. Такие М. с. применяются, как правило, в области малых и средних энергий частиц для изучения процессов, происходящих со сравнительно высокой вероятностью и характеризующихся малым кол-вом вторичных частиц. Если измеряется не только импульс, но и скорость частицы

(напр., по времени пролёта), то можно определить её массу, т. е. идентифицировать частицу (напр., протон, дейтрон, ядро Не).

Для увеличения апертуры и снижения уровня фона применяются М. с. с фокусировкой, напр. для исследования

-распада ядер (см. Бета-спектрометр ).Это позволяет регистрировать частицы с определёнными импульсами, вылетающие в широком интервале углов. Фокусировка достигается с помощью спец. конфигурации магн. поля.

Магнитные спектрометры применяются и для определения энергии жёстких

-квантов, образующих электрон-позитронную пару

в веществе (конверторе). При этом измеряются импульсы электрона и позитрона (см. Гамма-спектрометр). Такой М. с. характеризуется хорошим энергетич. разрешением, однако его светосила невелика, т. к. для получения высокого разрешения необходимо максимально уменьшить потери энергии частиц в конверторе. Конвертор должен быть тонким и вероятность образования

-пары мала (~5-10%). Широкоапертурные гибридные М. с. служат для изучения процессов, сопровождающихся рождением большого числа частиц в каждом акте взаимодействия (см.

Множественные процессы). Эти процессы обычно характеризуются малой вероятностью, что требует М. с. с большой светосилой. Часто необходимо одновременно измерять траектории и импульсы неск. заряж. частиц разл. типов, идентифицировать и определять эффективную массу системы частиц (или т. н. недостающую массу, см. ниже), выделять редкие явления (напр., распады короткоживущих частиц на фоне большого кол-ва др. процессов).

Особый интерес представляют комбинированные системы детекторов ,в состав к-рых помимо М. с. входят многоканальные системы для регистрации

-квантов и измерения энергии частиц калориметрич. методами. Это позволяет полностью определять кинематику многочастичных событий (рис. 1). Для увеличения магн. поля используются сверхпроводящие магниты или системы из неск. М. с. Для идентификации вторичных заряж. частиц служат черенковские счётчики (газовые), переходного излучения детекторы, эл--магн. и адронные калориметры (см. Ионизационный калориметр), мюониые детекторы. Общее число каналов информации в таких установках достигает 10⁶-10⁷. Обработка информации происходит с помощью (в линию) ЭВМ.

Рис. 1. Схема магнитного спектрометра, используемого в экспериментах на ускорителях: 1 - магнит; 2 - трековые детекторы, регистрирующие траектории (треки) частиц в магнитном поле (пропорциональные и дрейфовые камеры, искровые проволочные камеры); 3 - годоскопы сцинтилляционных счётчиков; 4 - многоканальный черепковский газовый детектор для идентификации вторичных частиц; 5 - спектрометр для регистрации электронов и

-квантов; 6 - мюонный детектор (система сцинтилляционных 3 и трековых 2 детекторов, прослоенных Fe); 7 - мишень; 8 - детекторы, включённые в схему совпадения, регистрирующую первичные частицы.

Двухплечевые магнитные спектрометры

Двухплечевые магнитные спектрометры применяются при исследовании двухчастичных процессов (упругое рассеяние, двухчастичные распады короткоживущих частиц и т. д., рис. 2). Измеряя импульсы частиц в каждом из плеч М. с. и угол между ними, можно восстановить эффективную массу первичной частицы. Двухплечевые М. с. могут работать в интенсивных пучках (~10¹² частиц за цикл работы ускорителя), что важно при исследовании редких процессов. Именно с помощью таких М. с. открыты

-частица и ипсилон-частица. Обе они выделены по двухлептонным распадам:

или

. Двухплечевые М. с. регистрируют события только в узком кинематич. диапазоне (напр., регистрируется только

или только

, почти покоящиеся в системе центра масс). Они непригодны для анализа сложных многочастичных процессов.

Рис. 2. Схема двухплечевого магнитного спектрометра: 1-мишень; 2-магниты; 3-магнитные линзы; 4-трековые детекторы; 5,8 - сцинтилляционные детекторы; 6-газовые черенковские счётчики; 7 - ливневые спектрометры для идентификации электронов.

Спектрометры недостающей массы применяются при исследовании короткоживущих т. н. резонансных частиц (см. Резонансы ).Напр., если происходит реакция

(

- все вторичные частицы), то, измеряя импульс и угол вылета протона отдачи р с помощью протонного спектрометра (рис. 3,а), можно определить эффективную массу

системы

(т. н. недостающую массу). Если в реакции всегда образуется неск. независимых вторичных частиц, спектр недостающих масс гладкий (рис. 3,б). Однако если реакция идёт в 2 этапа - вначале совместно с протоном отдачи образуются мезонные резонансы, а затем резонансы распадаются на вторичные частицы, то спектр недостающих масс содержит максимумы, свидетельствующие о существовании резонансов (рис. 3,в). Спектрометры недостающей массы обычно дополняют какие-то др. приборы, напр. широкоапертурные М. с. В этом случае происходит как бы двойной отбор событий: с помощью спектрометра недостающих масс восстанавливается процесс образования состояния

, а распад этого резонанса регистрируется и изучается в широкоапертурном М. с.

Рис. 3. Принцип действия спектрометра недостающих масс; вверху: схема спектрометра (а), внизу: спектры недостающих масс - гладкий (б) и с максимумами (в).

Железные магнитные спектрометры

Для измерения импульса и идентификации мюонов высоких энергий, к-рые могут без поглощения проходить значит. толщины вещества, применяются большие спектрометры из намагниченных слоев Fe. Точность измерения импульса в железном спектрометре растёт при увеличении отклонения в магн. поле и ограничивается многократным рассеянием в Fe. Т. к. угол отклонения линейно растёт с длиной траектории L, а угол многократного рассеяния пропорционален

то с увеличением длины железного М. с. точность измерений импульса растёт. Железные М. с. часто применяются в качестве мюонных детекторов в нейтринных опытах. Иногда железный М. с. объединяет функции и спектрометра, и мишени.

Магнитные спектрометры для экспериментов со встречными пучками включают в себя сверхпроводящие соленоиды или большие магниты, окружающие область, где взаимодействуют 2 сталкивающихся пучка частиц. Такие магн. системы перекрывают угол, близкий к

. Встречные пучки проходят по оси установки, а многочисл. регистрирующие приборы располагаются концентрически как внутри самого М. с., так и вне его.

Литература по магнитным спектрометрам

Знаете ли Вы, в чем ложность понятия "физический вакуум"?

Физический вакуум - понятие релятивистской квантовой физики, под ним там понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. Физическим вакуумом релятивистские теоретики называют полностью лишённое вещества пространство, заполненное неизмеряемым, а значит, лишь воображаемым полем. Такое состояние по мнению релятивистов не является абсолютной пустотой, но пространством, заполненным некими фантомными (виртуальными) частицами. Релятивистская квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные, то есть кажущиеся (кому кажущиеся?), частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. Виртуальные частицы физического вакуума, а следовательно, он сам, по определению не имеют системы отсчета, так как в противном случае нарушался бы принцип относительности Эйнштейна, на котором основывается теория относительности (то есть стала бы возможной абсолютная система измерения с отсчетом от частиц физического вакуума, что в свою очередь однозначно опровергло бы принцип относительности, на котором постороена СТО). Таким образом, физический вакуум и его частицы не есть элементы физического мира, но лишь элементы теории относительности, которые существуют не в реальном мире, но лишь в релятивистских формулах, нарушая при этом принцип причинности (возникают и исчезают беспричинно), принцип объективности (виртуальные частицы можно считать в зависимсоти от желания теоретика либо существующими, либо не существующими), принцип фактической измеримости (не наблюдаемы, не имеют своей ИСО).

Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.

Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.

Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.

Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.