Трековые детекторы частиц. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Трековые детекторы частиц - детекторы заряж. частиц и ядерных фрагментов, регистрация к-рых сопровождается появлением наблюдаемых следов (треков), повторяющих траекторию частицы или фрагмента. По этой причине трековые детекторы частиц часто наз. визуальными. К трековым детекторам частиц относят конденсационные (Вильсона и диффузионная) камеры, пузырьковую, стримерную и искровую камеры, ядерные фотоэмульсии и твердотельные плёночные детекторы. Механизмы действия трековых детекторов частиц разнообразны. В Вильсона камере и диффузионной камере - это конденсация пересыщенного пара на ионах, образованных ионизирующей частицей в газе; в пузырьковой камере - вскипание перегретой жидкости в точках высокого локального энерговьтделения

на траектории частицы; в стримерной камере - появление пространственно локализованных слабосветящихся электронных лавин (стримеров) размером

к-рые вырастают в сильном импульсном электрич. поле на сгустках ионизации, созданных в газе заряж. частицей. В искровой камере вдоль колонки лавин (стримеров) происходит искровой пробой, так что след представляет собой яркий тонкий плазменный шнур. Треки в ядерной фотографической эмульсии возникают вследствие активации ионизирующей частицей микрокристаллов AgBr и образования на них при последующем проявлении зёрен металлич. серебра. В диэлектрических детекторах (стёкла, слюда, лексан и нек-рые др. органич. полимеры) трек образуется в результате локального разрушения структуры материала сильно ионизирующей частицей, что выявляется в процессе травления.

Регистрация следов в трековых детекторах частиц производится прямым фотографированием (в конденсационных, пузырьковых, искровых камерах), фотографированием с предварительным электронно-оптич. усилением изображения (в стримерных камерах); с помощью микроскопа (ядерные фотоэмульсии и плёночные детекторы).

Следы однократно заряж. релятивистских частиц в большинстве трековых детекторах частиц имеют характерную структуру, т. е. состоят из отд. элементов (капелек, пузырьков, светящихся лавин, или стримеров, зёрен) и их сгустков. В искровой камере всегда (а в др. детекторах при большой плотности ионизации вдоль следа) треки представляют собой сплошные, почти бесструктурные образования.

Фотографии следов быстрых заряженных частиц в трековых детекторах: a - камера Вильсона; б-пузырьковая камера; в - искровая камера; г-стримерная камера; д -ядерная фотоэмульсия.

Малые размеры структурных элементов следа (ок. 1 мкм в ядерных фотоэмульсиях, 10-40 мкм в конденсационных и пузырьковых камерах, 0,05-1,0 мм в стримерных и искровых камерах) позволяют применять трековые детекторы частиц в качестве координатных детекторов (позиционно-чувствительных) для измерения пространственно-угл. характеристик траекторий частиц, а также их импульсов (по отклонению в магн. поле). Изучение же многократного "рассеяния" трека и его структуры, т. е. числа или др. характеристик распределения элементов следа или разрывов между ними, даёт возможность судить о скорости и заряде частицы. Однако осн. достоинством Т. д. ч. является наглядность и достоверность регистрации пространств. картины взаимодействия частиц, в связи с чем трековые детекторы частиц нередко используют в качестве т. н. "вершинных" детекторов в крупномасштабных комбинированных системах детекторов.

К недостаткам трековых детекторах частиц относятся необходимость поиска событий и сложность анализа изображения следа. Автоматизация этих процессов сопряжена с трудностями, что сдерживает скорость просмотра и обработки больших массивов данных. Благодаря компьютеризации сбора и обработки информации различие между трековыми и др. детекторами заряж. частиц, обладающими мелкоячеистой структурой (многопроволочные пропорциональные камеры и дрейфовые камеры, сцинтилляционные детекторы на волокнах и стриповые полупроводниковые детекторы), стирается из-за возможности визуализации зарегистр)рованных ими координат следов на экране видеодисплея.

В развитии ядерной физики, физики элементарных частиц трековые детекторы частиц сыграли выдающуюся роль. С их помощью были обнаружены ядерные реакции и реакции взаимодействия и распада элементарных частиц, а также открыт ряд элементарных частиц - позитрон, мюон, заряж. пионы, странные и очарованные частицы. Трековые детекторы частиц (за исключением конденсационных камер) широко используются и в совр. ядерно-физ. экспериментах.

Литература по трековым детекторам частиц

Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса?
(Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды.
Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.