асопролітної камер. У них за допомогою детекторів з дуже високим тимчасовим дозволом вимірюється час прольоту часткою певної ділянки камери і з цього обчислюється її швидкість.
У кожного з цих методів є свої складності й похибки, тому ідентифікація частинок зазвичай не буває гарантовано правильною. Іноді програма обробки «сирих» даних з детектора може прийти до висновку, що в детекторі пролетів мюон, хоча насправді це був півонія. Повністю позбавитися від таких похибок неможливо. Залишається лише ретельно вивчати детектор перед роботою (наприклад, за допомогою космічних мюонів), з'ясувати відсоток випадків невірної ідентифікації частинок і вже надалі при обробці реальних даних завжди його приймати в розрахунок.
1.12 Відхилення частинки магнітним полем і визначення її імпульсу
Сліди частинок на наших знімках - або дуги великого радіуса, якщо це важкі частинки, або спіралі у разі електронів і позитронів. Викривлення траєкторії виникає під дією магнітного поля. На заряджену частку в магнітному полі діє сила Лоренца, спрямована перпендикулярно як швидкості частинки, так і вектору індукції магнітного поля. Якщо частка влітає в магнітне поле перпендикулярно полю, то вона рухається по колу, якщо ж вона влітає під кутом - то по гвинтовій лінії. На разноименно заряджені частки, що рухаються в одному напрямку, діють протилежно спрямовані сили - саме тому сліди електронів і позитронів розходяться в різні боки.
Запишемо другий закон Ньютона для частинки з зарядом Ze і масою m, що рухається по колу в магнітному полі з індукцією В. Причому зробимо це в такій формі, яка придатна як для повільних, так і для швидких частинок, в тому числі і для ультрарелятивістських, швидкість яких близька до швидкості світла:
Якщо частинка рухається по колу радіусом R зі швидкістю, то її імпульс, залишаючись постійним по модулю, повертається з кутовою швидкістю
При цьому зміна імпульсу за час одно
Тоді другий закон Ньютона приймає вигляд
.
(Якщо частинка рухається повільно, то, і в лівій частині останньої рівності з'являється добуток маси на доцентрове прискорення. Для релятивістських і ультрарелятивістських частинок це не так.) Підставляючи сюди, отримуємо формулу, що виражає імпульс частинки через радіус кола:
.
Фахівці, що працюють на прискорювачах, люблять висловлювати імпульс, а твір імпульсу на швидкість світла, тобто величину рс, що має розмірність енергії. Розділивши на заряд електрона, ми висловимо цю величину в електрон-вольтах. Крім того, фізики звикли вимірювати магнітну індукцію не в теслах, а в гаусах (1 Гс=10-4 Тл). Врахувавши все це, отримаємо робочу формулу, яка використовується при обрахунках траєкторій частинок:
де вимірюється в сантиметрах.
Відзначимо, що величина зручна ще й тим, що через неї простим чином виражається енергія частинки. Зокрема, для повільних частинок
де - енергія спокою (у випадку електрона вона дорівнює 0,51 МеВ). А для ультрарелятивістських частинок, енергія яких набагато більше енергії спокою,
1.13 Число крапель на сліді - міра швидкості частинки
Коли заряджена частинка рухається в бульбашковій камері, вона витрачає свою енергію на збудження атомів або молекул рідини. Якщо передана енергія досить велика, електрон може бути вибитий з атома - відбудеться освіту іона і вільного електрона. Енергія, загублена частинкою на одиниці шляху, тобто величина, залежить від швидкості частинки: чим швидкість менша, тим більше часу частинка взаємодіє з електроном. Величина виявляється обернено пропорційною квадрату швидкості частинки. У першому наближенні можна вважати, що
(*)
де - відношення швидкості частинки до швидкості світла, - деяка постійна, що залежить від властивостей середовища, в якому гальмується частинка (далі ми оцінимо цю величину для рідкого водню). Таким чином, виходить, що швидка частинка () іонізує слабше всього. Відповідно, тонкі сліди в камері належать швидким (релятивістським) часткам, а жирні сліди з злиплих крапель утворені повільними частинками. На малюнку 3 ясно видно, що частки основного пучка, що пронизують камеру знизу вгору, - швидкі частинки (для? -мезона З енергією 1 ГеВ, наприклад,). Швидкість же протона, який виник при 0-розпаді, мала, і тому протон залишає щільний слід.
Отже, ми бачимо, що слідами в бульбашковій камері можна виміряти імпульс частинки і її швидкість. А знаючи швидкість і імпульс, можна визначити масу частинки.
1.14 Чому сліди електронів утворюють спіралі
Електрони, сліди яких ми спостерігали в камері, мають невелику енергію, але більшу швидкість, ...
