Іскра-слідопит

Іскра

Для початку можу запропонувати вам цікавий дослід. Підіть до приятеля і скажіть йому: «Слухай, зазирни туди, де нічого не видно, і розкажи, що там відбувається. Тільки роздивись чим краще все невидиме, щоб описати детальніше те, що розглянути не вдається». Скоріш за все, приятель злякається за ваш розум. Заспокойте його. І подумайте разом про щоденну роботу фізиків, які вивчають мікросвіт, населений елементарними частинками. Цих частинок багато, вже зараз відкрито близько тридцяти. Частинки невидимі, але їх особливості та характер, всі події, що відбуваються з ними, людині знати необхідно.

Тому пошук і дослідження елементарних частинок вимагають воістину казкових колективних витрат розуму і волі, працьовитості і таланту. Йдучи неходженими шляхами, слідопити-фізики створили дуже багато приладів, які допомагають вистежувати і вивчати частинки. У цих приладах, як в системі дзеркал, відбивається життя мешканців мікросвіту.

ЧАСТИНКИ-КИП’ЯТИЛЬНИКИ

Бульбашкова камера – посудину, наповнена прозорою рідиною. Зазвичай це зріджений газ – пропан, водень, ксенон. Пролітаюча крізь рідину заряджена частка відриває у зустрічних атомів електрони. Атом, позбавлений одного чи декількох електронів, перетворюється в позитивно заряджений іон. Так на всьому шляху частинки через рідину виробляється іонізація зустрічних атомів. А відірвані електрони самі стають мікроснарядами. Але далеко вони не відлітають. Вони миттєво віддають свою енергію, зіткнувшись з сусідніми атомами. Цей місцевий приплив енергії викличе посилений нагрів рідини на всьому шляху польоту частинки. Тепер пора зауважити, що одна зі стінок нашої судини – пружна мембрана, через яку з розташованого поруч спеціального відсіку передається на рідину значний тиск газу.

Ще до появи частинки відкрився клапан, він випустив частину газу в атмосферу. Тиск на мембрану зменшився, вона розпрямляється. І ось пролетіла мікромандрівниця. В камері з різко зменшеним тиском нагрітий стовпчик рідини скипає, перетворюючись на пару.

Спочатку крихітні, бульбашки пари стрімко ростуть. Яскраво спалахує світло, і траєкторія частки фотографується у вигляді ланцюжка бульбашок. Звідси назва камери – бульбашкова. Влетіло кілька мікрочастинок – чудово, на фотознімку кілька слідів. Частинки взаємодіють з речовиною камери – все в порядку: продукти цієї взаємодії – теж частинки; якщо вони заряджені, то теж залишають сліди. Камера гостинно відзначає всіх, хто побував в ній за так званий час чутливості. Це час, протягом якого вона готова повісити бульбашки зручного для зйомок розміру на всьому шляху щойно пролетілих частинок. А потім бульбашки ростуть і розповзаються, і розмитий нечіткий слід частинок вже нікого не цікавить.

Час чутливості бульбашкової камери великий – кілька мілісекунд, тисячних часток секунди. Ланцюжки бульбашок розповідають дослідникам масу подробиць про життя і звичаї мікропілотов. Недавно за допомогою бульбашкової камери була відкрита нова частинка – анти-сигма-мінус-гіперон, існування якої було передбачено теоретично.

Частка народилася в рідині камери при атомній мікрокатастрофі – пі-мезон на повному ходу зіткнувся з атомом вуглецю. Щоб виявити цю подію, фізики зняли і переглянули десятки тисяч фотографій. Пам’ятайте, ми говорили про завзятість і терпіння слідопитів?

РАХУЙТЕ ДО МІЛЬЯРДІВ

На світі немає предмета без якихось недоліків. І цей розділ я хотів присвятити якраз приватним недолікам бульбашкової камери, загалом необхідного і відмінного приладу. Але мої співрозмовники – фізики-експериментатори сказали в один голос: «Ні й ні. Те, що в одному досліді – недолік, в іншому обертається перевагою. Можна говорити тільки про особливості приладів». Ну, що ж, значить про особливості. З моменту, коли рідина в камері готова закипіти, і аж до закриття камери в ній без розбору зазначаються всі пролетілі частинки, всі шляхові мікропригоди. Особливість це чи недолік? Давайте розберемося.

Деякі події в мікросвіті відбуваються дивно рідко. Мю-мезон, який живе на світі всього дві мільйонних частки секунди, як правило, розпадається на електрон і два нейтрино. Однак теоретики давно припускали, що в одному зі ста мільйонів випадків мю-мезон може розпастися на електрон і гамма-квант. А може бути, і не розпадеться? Що ж, ще одним відрізком стає коротшим шлях подальших пошуків. Значить, потрібно «зовсім небагато» – поспостерігати сто мільйонів розпадів. А швидше за все – мільярд. Адже для того, щоб переконатися в достовірності довгоочікуваної події, треба побачити її кілька разів.

А може бути, ми зуміємо значно скоротити дослід? Будемо пропускати через камеру, скажімо, відразу по тисячі мезонів. Ого, наскільки зменшиться час пошуку! Уявімо собі цього нетерплячого фізика, який раз за разом впускає в камеру цілі натовпи частинок. Клацає апарат. І ось одного разу – невже вдача? – Щось дуже схоже на сліди довгоочікуваного розпаду промайнуло на фотознімку. Але рідкісна подія безнадійно заплутана слідами безлічі інших частинок.

«Ех, братці, – сумно скаже фізик їм вслід. – Ви що ж тут наслідили? Я вас не просив».

«Ну ось, вже і незадоволений, – не зупиняючись, ображено заперечать мезони. – Сам винен. На твоїй камері кілька мілісекунд для всіх нас горів напис «Ласкаво просимо». Так що тепер не засмучуйся».

І понуро розведе руками фізик, якому конче треба відзначити рідкісну подію, не запрошуючи на неї сторонніх.

Розумієте, в чому справа? Бульбашкова камера некерована. З моменту, коли рідина в ній розширена, вона відзначить все що пролетіло, всі частинки, всі розпади, що трапилися в ній, не закриється, як капкан, тільки на заданій рідкісній події. А значить, частинки треба пропускати через неї потроху, наприклад мезонів штук по десять за один раз. І знімати, знімати, знімати. Ось дуже простий розрахунок. Пропускаючи через камеру навіть по десять мезонів, для достатньої достовірності події нам все одно доведеться зробити сто мільйонів фотознімків. Нехай на кожен йде всього секунда (не рахуючи часу, який паралельно зі зйомками йде на обробку). Сто мільйонів секунд! Більше трьох років безперервної роботи знадобилося б, щоб проробити один цей дослід! Але не хвилюйтеся, цього ніхто вже робити не буде. Тому що існує новий прилад – іскрова газорозрядна камера з імпульсним режимом харчування. Назви не треба лякатися. Камера дивно проста. Але про це вже читайте в нашій наступній статті.

Автор: І. Миронов.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *