कण डिटेक्टर। प्राथमिक कणों का पता लगाने के भौतिक सिद्धांत

"रियल" पार्टिकल डिटेक्टर, लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर की तरह, लाखों डॉलर खर्च करते हैं और सैकड़ों टन वजन करते हैं, लेकिन हम बहुत अधिक मामूली बजट के साथ ऐसा करने का प्रयास करेंगे।

हमें आवश्यकता होगी:

• सूखी बर्फ (लगभग 80 रूबल प्रति किलोग्राम, एक और 300 रूबल के लिए फोम प्लास्टिक थर्मल कंटेनर खरीदने की सलाह दी जाती है - अन्यथा आपके द्वारा खरीदी गई हर चीज बहुत जल्दी वाष्पित हो जाएगी)। बहुत सारी सूखी बर्फ की जरूरत नहीं है, एक किलोग्राम पर्याप्त है;
• आइसोप्रोपिल अल्कोहल (प्रति 0.5 लीटर में 370 रूबल की लागत, रेडियो उपकरण स्टोर में बेची जाती है);
• लगा का एक टुकड़ा (सिलाई की दुकान, लगभग 150 रूबल);
• कंटेनर के नीचे महसूस करने के लिए गोंद ("पल", 150 रूबल);
• एक पारदर्शी कंटेनर, जैसे ढक्कन के साथ एक प्लास्टिक मछलीघर (हमने 1.5 हजार रूबल के लिए एक कठिन प्लास्टिक खाद्य कंटेनर खरीदा);
• सूखी बर्फ के लिए खड़े हो जाओ, यह एक फोटोग्राफिक क्युवेट हो सकता है (संपादकीय रसोई में पाया जाता है);
• टॉर्च

तो चलो शुरू करते है। सबसे पहले आपको कंटेनर के नीचे महसूस किए गए टुकड़े को गोंद करने की आवश्यकता है और गोंद के सूखने के लिए कुछ घंटे प्रतीक्षा करें। उसके बाद, महसूस को आइसोप्रोपिल अल्कोहल में भिगोना चाहिए (सुनिश्चित करें कि शराब आपकी आंखों में नहीं जाती है!) यह वांछनीय है कि महसूस पूरी तरह से शराब से संतृप्त है, जिसके शेष को तब सूखा जाना चाहिए। फिर क्युवेट के तल पर सूखी बर्फ डालें, कंटेनर को ढक्कन से बंद कर दें और ढक्कन के नीचे सूखी बर्फ में रख दें। अब आपको कक्ष के अंदर की हवा को अल्कोहल वाष्प से संतृप्त होने की प्रतीक्षा करने की आवश्यकता है।

क्लाउड चैंबर (उर्फ "फॉग चैंबर") के संचालन का सिद्धांत यह है कि बहुत कमजोर प्रभाव भी अल्कोहल के संतृप्त वाष्प को संघनित कर देता है। नतीजतन, ब्रह्मांडीय कणों के प्रभाव से भी वाष्प संघनित हो जाता है, और सूक्ष्म बूंदों की श्रृंखलाएं - ट्रैक - कक्ष में बनती हैं।

आप हमारे वीडियो पर प्रयोग देख सकते हैं:

अनुभव से कुछ नोट्स: आपको बहुत अधिक सूखी बर्फ नहीं खरीदनी चाहिए - यह उनके थर्मल कंटेनर में भी एक दिन से भी कम समय में पूरी तरह से वाष्पित हो जाएगी, और आपको एक औद्योगिक रेफ्रिजरेटर मिलने की संभावना नहीं है। यह आवश्यक है कि पारदर्शी कंटेनर का ढक्कन काला हो, उदाहरण के लिए, आप इसे नीचे से काले कांच से बंद कर सकते हैं। काली पृष्ठभूमि पर ट्रैक बेहतर दिखाई देंगे। आपको कंटेनर के बिल्कुल नीचे देखने की जरूरत है, जहां बूंदा बांदी के समान एक विशिष्ट कोहरा बनता है। यह इस कोहरे में है कि कण ट्रैक दिखाई देते हैं।

कौन से ट्रैक देखे जा सकते हैं:

ये ब्रह्मांडीय कण नहीं हैं। छोटे और मोटे ट्रैक रेडियोधर्मी गैस रेडॉन के परमाणुओं द्वारा उत्सर्जित अल्फा कणों के निशान हैं, जो लगातार पृथ्वी के आंतों से रिसते हैं (और बिना हवादार कमरों में जमा होते हैं)।

इलेक्ट्रॉनों के भारी (और अल्पकालिक) रिश्तेदारों, म्यूऑन द्वारा लंबी संकीर्ण पटरियों को छोड़ दिया जाता है। वे भीड़ में पैदा हुए हैं ऊपरी परतेंवातावरण, जब उच्च-ऊर्जा कण परमाणुओं से टकराते हैं और कणों की पूरी बौछार को जन्म देते हैं, जिनमें ज्यादातर म्यूऑन होते हैं।

घुमावदार प्रक्षेपवक्र इलेक्ट्रॉनों या उनके एंटीपार्टिकल्स, पॉज़िट्रॉन का संकेत हैं। वे कॉस्मिक किरणों से भी उत्पन्न होते हैं, हवा के अणुओं से टकराते हैं और ज़िगज़ैग में घूम सकते हैं।

यदि आपने पटरियों को विभाजित होते देखा है, तो आप भाग्यशाली हैं: आपने एक कण का दो में क्षय देखा है।

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29 अप्रैल को, देर शाम (अभी के लिए पुनर्निर्धारित), नासा ने सर्न डिटेक्टर को कक्षा में लॉन्च किया प्राथमिक कणएम्स-02. यह डिटेक्टर 10 वर्षों के लिए बनाया गया था, इसके पुराने "भाइयों" पहले से ही लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर, यानी भूमिगत पर मुख्य और मुख्य के साथ काम कर रहे हैं, और यह अंतरिक्ष में उड़ जाएगा! :)

पेश है सर्न प्रेस विज्ञप्ति, पेश है 21:30 CET से शुरू होने वाले लॉन्च की लाइव स्ट्रीम, सर्न ट्विटररिपोर्ट भी भेजेंगे। प्रक्षेपण और उसके बाद के सभी कार्यों को प्रयोग की वेबसाइट पर ट्रैक किया जा सकता है। इस बीच, मैं संक्षेप में डिवाइस के बारे में बात करूंगा और वैज्ञानिक कार्य.

AMS-02 एक वास्तविक प्राथमिक कण डिटेक्टर है (लगभग) इसकी सभी विशेषताओं के साथ। इसका आकार 4 मीटर है, वजन 8.5 टन है। बेशक, इसकी तुलना एटलस जैसे कोलोसस से नहीं की जा सकती है, लेकिन अंतरिक्ष में लॉन्च करने के लिए (और आईएसएस पर स्थापना) यह पर्याप्त नहीं है।

यदि भूमिगत डिटेक्टर प्रोटॉन और अन्य कणों की मानव निर्मित टक्कर के दौरान पैदा हुए कणों को पंजीकृत करते हैं, तो एएमएस -02 ब्रह्मांडीय किरणों को पंजीकृत करेगा - बहुत उच्च ऊर्जा के कण जो "प्राकृतिक त्वरक" पर फैले हुए गहरे अंतरिक्ष से हमारे पास आते हैं। बेशक, कॉस्मिक किरणों का लंबे समय से अध्ययन किया गया है, लगभग एक सदी, लेकिन कई रहस्य अभी भी उनके साथ जुड़े हुए हैं।

नए डिटेक्टर का सबसे महत्वपूर्ण कार्य कॉस्मिक किरणों की संरचना को अल्ट्रा-उच्च सटीकता के साथ मापना है। कॉस्मिक किरणों में एंटीमैटर का अनुपात कितना होता है? यह ऊर्जा के साथ कैसे बदलता है? क्या कुछ नए भारी स्थिर कण (डार्क मैटर पार्टिकल्स) कम मात्रा में हैं जो कोलाइडर पर पैदा नहीं हो सकते, लेकिन जिन्हें ब्रह्मांड जन्म देने में सक्षम था? या हो सकता है कि साधारण कणों के ऊर्जा स्पेक्ट्रम में कुछ सूक्ष्म विशेषताएं यह संकेत दें कि वे अब तक अज्ञात सुपरहेवी कणों के क्षय से उत्पन्न हुए थे?

AMS-02 डिटेक्टर सामग्री के माध्यम से ब्रह्मांडीय किरण कणों के पारित होने को दर्ज करके और उनकी गति, वेग, ऊर्जा रिलीज और चार्ज को मापकर इन मुद्दों का अध्ययन करेगा। कण ऊर्जा के संदर्भ में डिटेक्टर की इष्टतम संवेदनशीलता की "विंडो" लगभग 1 GeV से कई TeV तक है। यह विंडो कई मॉडलों की भविष्यवाणियों को कवर करती है और एलएचसी पर डिटेक्टरों की संवेदनशीलता विंडो के साथ ओवरलैप भी करती है। लेकिन लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर के विपरीत, यहां ब्रह्मांड स्वयं एक त्वरक के रूप में कार्य करता है, और इसके दूरगामी परिणाम हो सकते हैं।

सबडिटेक्टर और सबसिस्टम AMS-02 ()।

क्लासिकल ग्राउंड (अधिक सटीक, भूमिगत) डिटेक्टरों की तरह, इसमें एक साथ कई अलग-अलग डिटेक्शन सिस्टम होते हैं, जो मापते हैं विभिन्न विशेषताएंकण। केवल उनके विपरीत, AMS-02 "अंदर" नहीं, बल्कि "बाहर दिखता है"; यह एक उन्नत आधुनिक डिटेक्टर के एक खंड की तरह दिखता है।

डिवाइस को प्रयोग की साइट पर संक्षेप में वर्णित किया गया है। ट्रैक डिटेक्टर भी हैं जो प्रक्षेपवक्र को बहाल करते हैं, चेरेनकोव डिटेक्टर जो कणों की गति को मापते हैं, विद्युत चुम्बकीय कैलोरीमीटर जो कणों की ऊर्जा को मापते हैं, और अन्य सिस्टम। दो अलग-अलग चुम्बक एक ही बार में अलग-अलग आवेशों को अलग कर देंगे (मैंने झूठ बोला)। शुल्क अलग करेंगे स्थायी चुंबक 0.125 टेस्ला नियोडिमियम मिश्र धातु। और इसके अलावा, AMS-02 में कुछ ऐसा है जो भूमिगत डिटेक्टरों के पास नहीं है - GPS सेंसर और एक स्टार ट्रैकिंग सिस्टम :)

यह सब 10 साल के लिए बनाया गया था, लागत लगभग 1.5 गीगाडॉलर है। एएमएस सहयोग में 16 देशों के 56 संस्थान शामिल हैं।

मुख्य बात यह है कि अब यह बात सफलतापूर्वक उड़ गई है। कल शाम हम लॉन्च का अनुसरण करेंगे!

अंतरिक्ष से हजारों प्राथमिक कण हर सेकेंड हमारे शरीर में उड़ते हैं - म्यूऑन, इलेक्ट्रॉन, न्यूट्रिनो आदि। हम उन्हें महसूस नहीं करते और न ही देखते हैं, लेकिन इसका मतलब यह नहीं है कि वे मौजूद नहीं हैं। इसका मतलब यह नहीं है कि उन्हें ठीक नहीं किया जा सकता है। हम पाठकों की पेशकश करते हैं एन+1अपने हाथों से एक उपकरण इकट्ठा करें जो आपको इस निरंतर ब्रह्मांडीय बारिश को "देखने" की अनुमति देगा।

"रियल" पार्टिकल डिटेक्टर, लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर की तरह, लाखों डॉलर खर्च करते हैं और सैकड़ों टन वजन करते हैं, लेकिन हम बहुत अधिक मामूली बजट के साथ ऐसा करने का प्रयास करेंगे।

हमें आवश्यकता होगी:

• सूखी बर्फ (लगभग 80 रूबल प्रति किलोग्राम, एक और 300 रूबल के लिए फोम प्लास्टिक थर्मल कंटेनर खरीदने की सलाह दी जाती है - अन्यथा आपके द्वारा खरीदी गई हर चीज बहुत जल्दी वाष्पित हो जाएगी)। बहुत सारी सूखी बर्फ की जरूरत नहीं है, एक किलोग्राम पर्याप्त है;
• आइसोप्रोपिल अल्कोहल (प्रति 0.5 लीटर में 370 रूबल की लागत, रेडियो उपकरण स्टोर में बेची जाती है);
• लगा का एक टुकड़ा (सिलाई की दुकान, लगभग 150 रूबल);
• कंटेनर के नीचे महसूस करने के लिए गोंद ("पल", 150 रूबल);
• एक पारदर्शी कंटेनर, जैसे ढक्कन के साथ एक प्लास्टिक मछलीघर (हमने 1.5 हजार रूबल के लिए एक कठिन प्लास्टिक खाद्य कंटेनर खरीदा);
• सूखी बर्फ के लिए खड़े हो जाओ, यह एक फोटोग्राफिक क्युवेट हो सकता है (संपादकीय रसोई में पाया जाता है);
• टॉर्च

तो चलो शुरू करते है। सबसे पहले आपको कंटेनर के नीचे महसूस किए गए टुकड़े को गोंद करने की आवश्यकता है और गोंद के सूखने के लिए कुछ घंटे प्रतीक्षा करें। उसके बाद, महसूस को आइसोप्रोपिल अल्कोहल में भिगोना चाहिए (सुनिश्चित करें कि शराब आपकी आंखों में नहीं जाती है!) यह वांछनीय है कि महसूस पूरी तरह से शराब से संतृप्त है, जिसके शेष को तब सूखा जाना चाहिए। फिर क्युवेट के तल पर सूखी बर्फ डालें, कंटेनर को ढक्कन से बंद कर दें और ढक्कन के नीचे सूखी बर्फ में रख दें। अब आपको कक्ष के अंदर की हवा को अल्कोहल वाष्प से संतृप्त होने की प्रतीक्षा करने की आवश्यकता है।

क्लाउड चैंबर (उर्फ "फॉग चैंबर") के संचालन का सिद्धांत यह है कि बहुत कमजोर प्रभाव भी अल्कोहल के संतृप्त वाष्प को संघनित कर देता है। नतीजतन, ब्रह्मांडीय कणों के प्रभाव से भी वाष्प संघनित हो जाता है, और सूक्ष्म बूंदों की श्रृंखलाएं - ट्रैक - कक्ष में बनती हैं।

आप हमारे वीडियो पर प्रयोग देख सकते हैं:

अनुभव से कुछ नोट्स: आपको बहुत अधिक सूखी बर्फ नहीं खरीदनी चाहिए - यह उनके थर्मल कंटेनर में भी एक दिन से भी कम समय में पूरी तरह से वाष्पित हो जाएगी, और आपको एक औद्योगिक रेफ्रिजरेटर मिलने की संभावना नहीं है। यह आवश्यक है कि पारदर्शी कंटेनर का ढक्कन काला हो, उदाहरण के लिए, आप इसे नीचे से काले कांच से बंद कर सकते हैं। काली पृष्ठभूमि पर ट्रैक बेहतर दिखाई देंगे। आपको कंटेनर के बिल्कुल नीचे देखने की जरूरत है, जहां बूंदा बांदी के समान एक विशिष्ट कोहरा बनता है। यह इस कोहरे में है कि कण ट्रैक दिखाई देते हैं।

कौन से ट्रैक देखे जा सकते हैं:

समरूपता पत्रिका

ये ब्रह्मांडीय कण नहीं हैं। छोटे और मोटे ट्रैक रेडियोधर्मी गैस रेडॉन के परमाणुओं द्वारा उत्सर्जित अल्फा कणों के निशान हैं, जो लगातार पृथ्वी के आंतों से रिसते हैं (और बिना हवादार कमरों में जमा होते हैं)।

समरूपता पत्रिका

इलेक्ट्रॉनों के भारी (और अल्पकालिक) रिश्तेदारों, म्यूऑन द्वारा लंबी संकीर्ण पटरियों को छोड़ दिया जाता है। वे ऊपरी वायुमंडल में बहुतायत में उत्पन्न होते हैं जब उच्च-ऊर्जा वाले कण परमाणुओं से टकराते हैं और कणों की पूरी बौछार बनाते हैं, जिनमें ज्यादातर म्यूऑन होते हैं।

जैसा कि किसी में शारीरिक प्रयोग, प्राथमिक कणों का अध्ययन करते समय, पहले इसकी आवश्यकता होती है लगानाप्रयोग और फिर रजिस्टर करेंउसके परिणाम। त्वरक प्रयोग (कणों के टकराव) को स्थापित करने में लगा हुआ है, और टकराव के परिणामों का अध्ययन करके अध्ययन किया जाता है प्राथमिक कण डिटेक्टर.

टक्कर की तस्वीर को फिर से बनाने के लिए, न केवल यह पता लगाना आवश्यक है कि कौन से कण पैदा हुए थे, बल्कि उनकी विशेषताओं को बड़ी सटीकता के साथ मापने के लिए, मुख्य रूप से प्रक्षेपवक्र, गति और ऊर्जा को मापने के लिए भी आवश्यक है। यह सब विभिन्न प्रकार के डिटेक्टरों का उपयोग करके मापा जाता है, जो संकेंद्रित परतों में कणों के टकराव के स्थान को घेरते हैं।

प्राथमिक कण डिटेक्टरों को दो समूहों में विभाजित किया जा सकता है: ट्रैक डिटेक्टर, जो कणों के प्रक्षेपवक्र को मापते हैं, और कैलोरीमीटरजो उनकी ऊर्जा को मापते हैं। ट्रैक डिटेक्टर बिना किसी विकृति के कणों की गति का पालन करने का प्रयास करते हैं। दूसरी ओर, कैलोरीमीटर को अपनी ऊर्जा को मापने के लिए एक कण को ​​​​पूरी तरह से अवशोषित करना चाहिए। नतीजतन, एक आधुनिक डिटेक्टर का एक मानक लेआउट उत्पन्न होता है: अंदर ट्रैक डिटेक्टरों की कई परतें होती हैं, और बाहर - कैलोरीमीटर की कई परतें, साथ ही विशेष म्यूऑन डिटेक्टर. सामान्य फ़ॉर्मएक विशिष्ट आधुनिक डिटेक्टर अंजीर में दिखाया गया है। एक।

आधुनिक डिटेक्टरों के मुख्य घटकों के संचालन की संरचना और सिद्धांत को संक्षेप में नीचे वर्णित किया गया है। कुछ सबसे ज्यादा जोर दिया जाता है सामान्य सिद्धांतोंपता लगाना। लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर में काम करने वाले विशिष्ट डिटेक्टरों के लिए, एलएचसी पर डिटेक्टर देखें।

ट्रैक डिटेक्टर

ट्रैक डिटेक्टर कण के प्रक्षेपवक्र का पुनर्निर्माण करते हैं। वे आमतौर पर चुंबकीय क्षेत्र के क्षेत्र में स्थित होते हैं, और फिर कण की गति को कण के प्रक्षेपवक्र की वक्रता से निर्धारित किया जा सकता है।

ट्रैक डिटेक्टरों का काम इस तथ्य पर आधारित है कि एक पासिंग चार्ज कण एक आयनीकरण निशान बनाता है - यानी, यह अपने रास्ते में परमाणुओं से इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकालता है। इस मामले में, आयनीकरण की तीव्रता कण के प्रकार और डिटेक्टर की सामग्री दोनों पर निर्भर करती है। इलेक्ट्रॉनिक्स द्वारा मुक्त इलेक्ट्रॉनों को एकत्र किया जाता है, वह संकेत जिससे कणों के निर्देशांक की रिपोर्ट होती है।

वर्टेक्स डिटेक्टर

बैठक(माइक्रोवर्टेक्स, पिक्सेल) डिटेक्टर- यह एक बहुपरत सेमीकंडक्टर डिटेक्टर है, जिसमें अलग-अलग पतली प्लेटें होती हैं, जिन पर सीधे इलेक्ट्रॉनिक्स जमा होते हैं। यह डिटेक्टरों की अंतरतम परत है: यह आमतौर पर वैक्यूम ट्यूब के बाहर तुरंत शुरू होती है (कभी-कभी पहली परत सीधे वैक्यूम ट्यूब की बाहरी दीवार पर लगाई जाती है) और रेडियल दिशा में पहले कुछ सेंटीमीटर पर कब्जा कर लेती है। सिलिकॉन को आमतौर पर इसके उच्च विकिरण प्रतिरोध के कारण अर्धचालक सामग्री के रूप में चुना जाता है (डिटेक्टर की आंतरिक परतें कठोर विकिरण की बड़ी खुराक के संपर्क में होती हैं)।

अनिवार्य रूप से, वर्टेक्स डिटेक्टर एक डिजिटल कैमरा सेंसर की तरह ही काम करता है। जब एक आवेशित कण इस प्लेट से उड़ता है, तो इसमें एक निशान छोड़ जाता है - एक आयनीकरण बादल जो आकार में कई दसियों माइक्रोन होता है। यह आयनीकरण इलेक्ट्रॉनिक तत्व द्वारा सीधे पिक्सेल के नीचे पढ़ा जाता है। कई लगातार पिक्सेल डिटेक्टर प्लेटों के साथ एक कण के प्रतिच्छेदन बिंदुओं के निर्देशांक को जानकर, कणों के त्रि-आयामी प्रक्षेपवक्र को फिर से बनाना और उन्हें पाइप के अंदर वापस ट्रेस करना संभव है। अंतरिक्ष में किसी बिंदु पर ऐसे पुनर्निर्मित प्रक्षेप पथों के प्रतिच्छेदन के माध्यम से, शिखर- जिस बिंदु पर इन कणों का जन्म हुआ।

कभी-कभी यह पता चलता है कि ऐसे कई शिखर हैं, और उनमें से एक आम तौर पर सीधे टकराने वाले बीम (प्राथमिक शीर्ष) के टकराव की धुरी पर स्थित होता है, और दूसरा दूरी पर होता है। इसका आमतौर पर मतलब है कि प्रोटॉन प्राथमिक शीर्ष पर टकराए और तुरंत कई कणों को जन्म दिया, लेकिन उनमें से कुछ बाल कणों में क्षय होने से पहले कुछ दूरी तक उड़ने में कामयाब रहे।

आधुनिक डिटेक्टरों में, शीर्ष पुनर्निर्माण सटीकता 10 माइक्रोन तक पहुंच जाती है। यह मज़बूती से मामलों को दर्ज करना संभव बनाता है जब द्वितीयक कोने टकराव की धुरी से 100 माइक्रोन दूर होते हैं। यह इतनी दूरी पर है कि विभिन्न मेटास्टेबल हैड्रॉन उड़ते हैं, जिनकी संरचना में सी- या बी-क्वार्क होता है (तथाकथित "मंत्रमुग्ध" और "आकर्षक" हैड्रॉन)। इसलिए, वर्टेक्स डिटेक्टर है आवश्यक उपकरणडिटेक्टर एलएचसीबी, जिसका मुख्य कार्य इन हैड्रॉन का अध्ययन करना होगा।

अर्धचालक एक समान सिद्धांत पर कार्य करते हैं। माइक्रोस्ट्रिप डिटेक्टर, जिसमें छोटे पिक्सल के बजाय, संवेदनशील सामग्री के सबसे पतले, बल्कि लंबे स्ट्रिप्स का उपयोग किया जाता है। उनमें, आयनीकरण तुरंत नहीं बसता है, लेकिन पट्टी के साथ शिफ्ट हो जाता है और इसके अंत में पढ़ा जाता है। स्ट्रिप्स को इस तरह से डिज़ाइन किया गया है कि इसके साथ चार्ज क्लाउड के विस्थापन की गति स्थिर है और यह धुंधला नहीं होता है। इसलिए, उस क्षण को जानकर जब चार्ज रीडिंग तत्व पर आता है, उस बिंदु के निर्देशांक की गणना करना संभव है जहां चार्ज कण ने पट्टी को छेद दिया। माइक्रोस्ट्रिप डिटेक्टरों का स्थानिक रिज़ॉल्यूशन पिक्सेल डिटेक्टरों की तुलना में खराब है, लेकिन वे बहुत अधिक कवर कर सकते हैं के विषय मेंबड़ा क्षेत्र, क्योंकि उन्हें इसकी आवश्यकता नहीं है एक लंबी संख्यापढ़ने के तत्व।

बहाव कैमरे

बहाव कैमरे- ये गैस से भरे कक्ष होते हैं जिन्हें सेमीकंडक्टर ट्रैक डिटेक्टरों के बाहर रखा जाता है, जहां विकिरण स्तर अपेक्षाकृत कम होता है और स्थिति निर्धारण की इतनी उच्च सटीकता की आवश्यकता नहीं होती है, जैसा कि सेमीकंडक्टर डिटेक्टरों के साथ होता है।

एक क्लासिक ड्रिफ्ट चेंबर गैस से भरी एक ट्यूब होती है, जिसके अंदर कई बहुत पतले तार खिंचे होते हैं। यह वर्टेक्स डिटेक्टर की तरह काम करता है, लेकिन फ्लैट प्लेट पर नहीं, बल्कि वॉल्यूम में। सभी तार तनाव में हैं, और उनकी व्यवस्था इस तरह से चुनी गई है कि एक वर्दी विद्युत क्षेत्र. जब एक आवेशित कण गैस कक्ष से उड़ता है, तो यह एक स्थानिक आयनीकरण निशान छोड़ देता है। प्रभाव में विद्युत क्षेत्रआयनीकरण (सबसे पहले, इलेक्ट्रॉन) एक स्थिर गति से चलता है (भौतिक विज्ञानी कहते हैं "बहाव") एनोड तारों की ओर क्षेत्र की रेखाओं के साथ। कक्ष के किनारे तक पहुंचने के बाद, आयनीकरण तुरंत इलेक्ट्रॉनिक्स द्वारा अवशोषित हो जाता है, जो सिग्नल पल्स को आउटपुट तक पहुंचाता है। चूंकि बहुत सारे पढ़ने वाले तत्व हैं, उनसे संकेतों का उपयोग उड़ने वाले कण के निर्देशांक को बहाल करने के लिए किया जा सकता है, और इसलिए प्रक्षेपवक्र, अच्छी सटीकता के साथ।

आमतौर पर आयनीकरण की मात्रा जो में पैदा करती है गैस कक्षगुजरने वाला कण छोटा है। चार्ज संग्रह और पंजीकरण की विश्वसनीयता बढ़ाने और इसके माप में त्रुटि को कम करने के लिए, इलेक्ट्रॉनिक्स द्वारा पंजीकृत होने से पहले ही सिग्नल को बढ़ाना आवश्यक है। यह रीडिंग उपकरण के पास फैले एनोड और कैथोड तारों के एक विशेष नेटवर्क का उपयोग करके किया जाता है। एनोड तार के पास से गुजरते हुए, इलेक्ट्रॉन बादल उस पर हिमस्खलन उत्पन्न करता है, जिसके परिणामस्वरूप इलेक्ट्रॉनिक सिग्नल गुणा हो जाता है।

चुंबकीय क्षेत्र जितना मजबूत होता है और डिटेक्टर के आयाम उतने ही बड़े होते हैं, कण प्रक्षेपवक्र एक सीधी रेखा से उतना ही मजबूत होता है, जिसका अर्थ है कि इसकी वक्रता त्रिज्या को मापना और इससे कण गति को फिर से बनाना संभव है। इसलिए, बहुत अधिक ऊर्जा के कणों, सैकड़ों GeV और TeV के साथ प्रतिक्रियाओं का अध्ययन करने के लिए, बड़े डिटेक्टरों का निर्माण और उपयोग करना वांछनीय है चुंबकीय क्षेत्रमजबूत। विशुद्ध रूप से इंजीनियरिंग कारणों से, आमतौर पर इनमें से केवल एक मान को दूसरे की कीमत पर बढ़ाना संभव है। LHC में दो सबसे बड़े डिटेक्टर - ATLAS और CMS - बस भिन्न हैं कि इनमें से कौन सा मान अनुकूलित है। एटलस डिटेक्टर पर बड़े आकार, लेकिन एक छोटा क्षेत्र, जबकि सीएमएस डिटेक्टर में एक मजबूत क्षेत्र होता है, लेकिन सामान्य तौर पर यह अधिक कॉम्पैक्ट होता है।

समय प्रक्षेपण कैमरा

एक विशेष प्रकार का बहाव कक्ष तथाकथित है समय प्रक्षेपण कैमरा(वीपीके)। वास्तव में, वीपीके एक बड़ा, आकार में कई मीटर, बेलनाकार बहाव सेल है। इसके पूरे आयतन में, सिलेंडर की धुरी के साथ एक समान विद्युत क्षेत्र बनाया जाता है। इस कक्ष से उड़ान भरते समय कणों से निकलने वाला पूरा घूमता हुआ आयनीकरण निशान सिलेंडर के सिरों तक समान रूप से बहता है, जिससे उसका स्थानिक आकार बना रहता है। प्रक्षेपवक्र, जैसा कि यह था, कक्ष के सिरों पर "अनुमानित" होता है, जहां पढ़ने वाले तत्वों की एक बड़ी सरणी चार्ज के आगमन को पंजीकृत करती है। रेडियल और कोणीय निर्देशांक सेंसर संख्या द्वारा निर्धारित किए जाते हैं, और सिलेंडर अक्ष के साथ समन्वय सिग्नल आगमन के समय से निर्धारित होता है। इसके लिए धन्यवाद, कणों की गति की त्रि-आयामी तस्वीर को पुनर्स्थापित करना संभव है।

एलएचसी पर चल रहे प्रयोगों में, एलिस डिटेक्टर टाइम-प्रोजेक्शन कैमरा का उपयोग करता है।

रोमन बर्तन डिटेक्टर

एक विशेष प्रकार के सेमीकंडक्टर पिक्सेल डिटेक्टर होते हैं जो सीधे काम करते हैं वैक्यूम ट्यूब के अंदर, बीम के करीब। उन्हें पहली बार 1970 के दशक में रोम के एक शोध समूह द्वारा प्रस्तावित किया गया था और तब से उन्हें इस रूप में जाना जाने लगा रोमन बर्तन("रोमन बर्तन")।

रोमन पॉट्स डिटेक्टरों को टकराव के दौरान बहुत छोटे कोणों से विचलित कणों का पता लगाने के लिए डिज़ाइन किया गया है। वैक्यूम ट्यूब के बाहर स्थित पारंपरिक डिटेक्टर यहां केवल इसलिए अनुपयुक्त हैं क्योंकि बहुत छोटे कोण पर उत्सर्जित एक कण वैक्यूम ट्यूब के अंदर कई किलोमीटर तक उड़ सकता है, मुख्य बीम के साथ घूम सकता है और बच नहीं सकता है। ऐसे कणों को पंजीकृत करने के लिए, बीम अक्ष के पार वैक्यूम ट्यूब के अंदर छोटे डिटेक्टरों को रखना आवश्यक है, लेकिन स्वयं बीम को छुए बिना।

ऐसा करने के लिए, त्वरित रिंग के एक निश्चित खंड पर, आमतौर पर टकराने वाले बीम के टकराव के बिंदु से सैकड़ों मीटर की दूरी पर, अनुप्रस्थ "आस्तीन" के साथ एक वैक्यूम ट्यूब का एक विशेष खंड डाला जाता है। छोटे, कई सेंटीमीटर आकार के, मोबाइल प्लेटफॉर्म पर उनमें पिक्सेल डिटेक्टर लगाए गए हैं। जब बीम को सिर्फ इंजेक्ट किया जाता है, तब भी यह अस्थिर होता है और बड़ा होता है अनुप्रस्थ कंपन. प्रत्यक्ष बीम हिट से नुकसान से बचने के लिए इस समय डिटेक्टर आस्तीन के अंदर छिपे हुए हैं। बीम के स्थिर होने के बाद, प्लेटफॉर्म अपनी बाहों से बाहर निकल जाते हैं और रोमन पॉट्स डिटेक्टरों के संवेदनशील मैट्रिक्स को 1-2 मिलीमीटर की दूरी पर बीम के करीब ले जाते हैं। अगले त्वरक चक्र के अंत में, पुराने बीम को हटाने और एक नया इंजेक्शन लगाने से पहले, डिटेक्टरों को अपनी बाहों में वापस खींच लिया जाता है और ऑपरेशन के अगले सत्र की प्रतीक्षा करता है।

रोमन पॉट्स में उपयोग किए जाने वाले पिक्सेल डिटेक्टर पारंपरिक वर्टेक्स डिटेक्टरों से भिन्न होते हैं, जिसमें वे सेंसिंग तत्वों द्वारा कब्जा की गई वेफर सतह के हिस्से को अधिकतम करते हैं। विशेष रूप से, प्लेट के किनारे पर, जो बीम के सबसे करीब है, व्यावहारिक रूप से कोई असंवेदनशील "मृत" क्षेत्र नहीं है ( "एजलेस"-तकनीकी)।

लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर, टोटेम के प्रयोगों में से एक, इनमें से कई डिटेक्टरों का उपयोग करेगा। इसी तरह की कई और परियोजनाएं विकास के अधीन हैं। LHCb प्रयोग के वर्टेक्स डिटेक्टर में भी इस तकनीक के कुछ तत्व होते हैं।

आप इन डिटेक्टरों के बारे में सीईआरएन कूरियर लेख एलएचसी के लिए रोमन बर्तन या टोटेम प्रयोग के तकनीकी दस्तावेज में पढ़ सकते हैं।

कैलोरीमीटर

कैलोरीमीटर प्राथमिक कणों की ऊर्जा को मापते हैं। ऐसा करने के लिए, कणों के पथ पर रखें मोटी परतघना पदार्थ (आमतौर पर भारी धातु - सीसा, लोहा, पीतल)। इसमें एक कण इलेक्ट्रॉनों या परमाणु नाभिक से टकराता है और परिणामस्वरूप द्वितीयक कणों की एक धारा उत्पन्न करता है - बौछार. प्रारंभिक कण की ऊर्जा सभी बौछार कणों के बीच वितरित की जाती है, जिससे इस बौछार में प्रत्येक कण की ऊर्जा छोटी हो जाती है। नतीजतन, शॉवर पदार्थ की मोटाई में फंस जाता है, इसके कण अवशोषित और नष्ट हो जाते हैं, और कुछ, बिल्कुल निश्चित, ऊर्जा का अंश प्रकाश के रूप में जारी किया जाता है। प्रकाश की यह फ्लैश कैलोरीमीटर के सिरों पर फोटोमल्टीप्लायरों द्वारा एकत्र की जाती है, जो इसे विद्युत आवेग में परिवर्तित करती है। इसके अलावा, संवेदनशील प्लेटों के साथ आयनीकरण एकत्र करके शॉवर ऊर्जा को मापा जा सकता है।

पदार्थ से गुजरने वाले इलेक्ट्रॉन और फोटॉन मुख्य रूप से टकराते हैं इलेक्ट्रॉन के गोलेपरमाणु और एक विद्युत चुम्बकीय बौछार उत्पन्न करते हैं - बड़ी संख्या में इलेक्ट्रॉनों, पॉज़िट्रॉन और फोटॉन की एक धारा। इस तरह की बौछारें उथली गहराई पर तेजी से विकसित होती हैं और आमतौर पर कई दस सेंटीमीटर मोटी पदार्थ की परत में समा जाती हैं। उच्च-ऊर्जा हैड्रॉन (प्रोटॉन, न्यूट्रॉन, पाई-मेसन और के-मेसन) मुख्य रूप से नाभिक के साथ टकराव के कारण ऊर्जा खो देते हैं। इस मामले में, एक हैड्रॉन शॉवर उत्पन्न होता है, जो विद्युत चुम्बकीय की तुलना में पदार्थ की मोटाई में बहुत गहराई से प्रवेश करता है, और इसके अलावा, यह व्यापक होता है। इसलिए, बहुत अधिक ऊर्जा के कण से हैड्रोनिक शावर को पूरी तरह से अवशोषित करने के लिए, एक या दो मीटर पदार्थ की आवश्यकता होती है।

विद्युत चुम्बकीय और हैड्रॉन शावर की विशेषताओं के बीच का अंतर आधुनिक डिटेक्टरों में अधिकतम उपयोग किया जाता है। कैलोरीमीटर को अक्सर दो-परत बनाया जाता है: अंदर स्थित होते हैं विद्युत चुम्बकीय कैलोरीमीटर, जिसमें मुख्य रूप से विद्युत चुम्बकीय वर्षा अवशोषित होती है, और बाहर - हैड्रॉन कैलोरीमीटर, जो केवल हैड्रॉन वर्षा द्वारा "पहुंच" जाते हैं। इस प्रकार, कैलोरीमीटर न केवल ऊर्जा को मापते हैं, बल्कि "ऊर्जा के प्रकार" को भी निर्धारित करते हैं - चाहे वह विद्युत चुम्बकीय या हैड्रोनिक मूल का हो। यह के लिए बहुत महत्वपूर्ण है सही समझप्रोटॉन टक्कर डिटेक्टर के केंद्र में हुआ।

ऑप्टिकल माध्यम से शावर को पंजीकृत करने के लिए, कैलोरीमीटर की सामग्री में जगमगाने वाले गुण होने चाहिए। पर सिंटिलेटरएक तरंग दैर्ध्य के फोटॉन बहुत कुशलता से अवशोषित होते हैं, जिससे पदार्थ के अणुओं में उत्तेजना होती है, और कम ऊर्जा वाले फोटॉन उत्सर्जित करके इस उत्तेजना को हटा दिया जाता है। उत्सर्जित फोटॉनों के लिए, स्किंटिलेटर पहले से ही पारदर्शी है, और इसलिए वे कैलोरीमेट्रिक सेल के किनारे तक पहुंच सकते हैं। कैलोरीमीटर मानक, लंबे समय तक अध्ययन किए गए स्किंटिलेटर का उपयोग करते हैं, जिसके लिए यह अच्छी तरह से जाना जाता है कि प्रारंभिक कण की ऊर्जा का कौन सा हिस्सा ऑप्टिकल फ्लैश में परिवर्तित हो जाता है।

वर्षा को प्रभावी ढंग से अवशोषित करने के लिए, जितना संभव हो उतना घने पदार्थ का उपयोग करना आवश्यक है। इस आवश्यकता को सिंटिलेटर्स की आवश्यकताओं के साथ समेटने के दो तरीके हैं। सबसे पहले, कोई बहुत भारी स्किंटिलेटर चुन सकता है और उनके साथ कैलोरीमीटर भर सकता है। दूसरे, एक भारी पदार्थ की वैकल्पिक प्लेटों और एक हल्के सिंटिलेटर का "पफ" बनाना संभव है। कैलोरीमीटर डिज़ाइन के अधिक विदेशी संस्करण भी हैं, उदाहरण के लिए, "स्पेगेटी" कैलोरीमीटर, जिसमें कई पतले क्वार्ट्ज फाइबर एक विशाल अवशोषक मैट्रिक्स में एम्बेडेड होते हैं। इस तरह के कैलोरीमीटर के साथ विकसित होने वाला एक शॉवर, क्वार्ट्ज में चेरेनकोव प्रकाश बनाता है, जो कैलोरीमीटर के अंत तक तंतुओं के माध्यम से आउटपुट होता है।

एक कैलोरीमीटर में एक कण की ऊर्जा को बहाल करने की सटीकता बढ़ती ऊर्जा के साथ बेहतर होती है। सैकड़ों GeV की ऊर्जा वाले कणों के लिए, त्रुटि विद्युत चुम्बकीय कैलोरीमीटर के लिए लगभग एक प्रतिशत और हैड्रोनिक वाले के लिए कुछ प्रतिशत है।

मून चैम्बर्स

म्यूऑन की एक विशेषता यह है कि वे पदार्थ के माध्यम से आगे बढ़ने पर बहुत धीरे-धीरे ऊर्जा खो देते हैं। यह इस तथ्य के कारण है कि, एक तरफ, वे बहुत भारी हैं, इसलिए वे टकराव में इलेक्ट्रॉनों को प्रभावी ढंग से ऊर्जा स्थानांतरित नहीं कर सकते हैं, और दूसरी बात, वे मजबूत बातचीत में भाग नहीं लेते हैं, इसलिए वे नाभिक द्वारा कमजोर रूप से बिखरे हुए हैं। नतीजतन, म्यूऑन रुकने से पहले कई मीटर पदार्थ उड़ सकते हैं, जहां कोई अन्य कण नहीं पहुंच सकता है।

यह, एक ओर, कैलोरीमीटर का उपयोग करके म्यूऑन की ऊर्जा को मापना असंभव बनाता है (आखिरकार, एक म्यूऑन को पूरी तरह से अवशोषित नहीं किया जा सकता है), लेकिन दूसरी ओर, यह म्यूऑन को अन्य कणों से अच्छी तरह से अलग करना संभव बनाता है। आधुनिक डिटेक्टरों में म्यूऑन चैम्बर्सडिटेक्टर की सबसे बाहरी परतों में स्थित है, अक्सर बड़े पैमाने पर धातु के जुए के बाहर भी जो डिटेक्टर में एक चुंबकीय क्षेत्र बनाता है। इस तरह की नलिकाएं ऊर्जा को नहीं, बल्कि म्यूऑन की गति को मापती हैं, और साथ ही, यह निश्चित रूप से माना जा सकता है कि ये कण ठीक म्यूऑन हैं, और कुछ नहीं। विभिन्न प्रयोजनों के लिए कई प्रकार के म्यूऑन कक्षों का उपयोग किया जाता है।

कण पहचान

एक अलग मुद्दा है कण पहचान, यानी यह पता लगाना कि किस तरह के कण ने डिटेक्टर से उड़ान भरी। यह मुश्किल नहीं होगा अगर हम कण के द्रव्यमान को जानते हैं, लेकिन यह ठीक यही है कि हम आमतौर पर नहीं जानते हैं। एक ओर, द्रव्यमान की गणना सापेक्षतावादी किनेमेटिक्स के सूत्रों का उपयोग करके की जा सकती है, कण की ऊर्जा और गति को जानकर, लेकिन, दुर्भाग्य से, उनके माप में त्रुटियां आमतौर पर इतनी बड़ी होती हैं कि वे भेद करने की अनुमति नहीं देते हैं, उदाहरण के लिए , एक म्यूऑन से एक पाई-मेसन उनकी निकटता wt के कारण।

इस स्थिति में, कणों की पहचान के लिए चार मुख्य तरीके हैं:

• द्वारा प्रतिक्रियामें अलग - अलग प्रकारकैलोरीमीटर और म्यूऑन ट्यूब।
• द्वारा ऊर्जा रिलीजट्रैक डिटेक्टरों में। विविध कणपथ के प्रति सेंटीमीटर अलग-अलग मात्रा में आयनीकरण का उत्पादन करते हैं, और इसे ट्रैक डिटेक्टरों से सिग्नल की ताकत से मापा जा सकता है।
• ज़रिये चेरेनकोव काउंटर्स. यदि एक कण एक अपवर्तक सूचकांक के साथ एक पारदर्शी सामग्री के माध्यम से उड़ता है एनउस सामग्री में प्रकाश की गति से अधिक गति से (अर्थात . से अधिक) सी/एन), तो यह कड़ाई से परिभाषित दिशाओं में चेरेनकोव विकिरण उत्सर्जित करता है। यदि हम एयरजेल को संसूचक पदार्थ (सामान्य अपवर्तनांक) के रूप में लेते हैं एन= 1.03), फिर 0.99 . की गति से चलने वाले कणों से चेरेनकोव विकिरण सीऔर 0.995 सी, उल्लेखनीय रूप से भिन्न होगा।
• ज़रिये समय के उड़ान कैमरे. उनमें, बहुत उच्च अस्थायी संकल्प वाले डिटेक्टरों की सहायता से, कक्ष के एक निश्चित खंड में एक कण की उड़ान का समय मापा जाता है और इसकी गति की गणना की जाती है।

इन विधियों में से प्रत्येक की अपनी कठिनाइयाँ और त्रुटियाँ हैं, इसलिए आमतौर पर कण पहचान के सही होने की गारंटी नहीं होती है। कभी-कभी डिटेक्टर से "कच्चे" डेटा को संसाधित करने का कार्यक्रम इस निष्कर्ष पर आ सकता है कि एक म्यूऑन ने डिटेक्टर के माध्यम से उड़ान भरी, हालांकि वास्तव में यह एक पायन था। ऐसी त्रुटियों से पूरी तरह छुटकारा पाना असंभव है। यह केवल ऑपरेशन से पहले डिटेक्टर का सावधानीपूर्वक अध्ययन करने के लिए बनी हुई है (उदाहरण के लिए, कॉस्मिक म्यूऑन का उपयोग करके), कणों की गलत पहचान के मामलों का प्रतिशत पता करें, और वास्तविक डेटा को संसाधित करते समय इसे हमेशा ध्यान में रखें।

डिटेक्टरों के लिए आवश्यकताएँ

आधुनिक कण डिटेक्टरों को कभी-कभी डिजिटल कैमरों के "बड़े भाई" के रूप में जाना जाता है। हालांकि, यह याद रखने योग्य है कि कैमरा और डिटेक्टर की परिचालन स्थितियां मौलिक रूप से भिन्न हैं।

सबसे पहले, डिटेक्टर के सभी तत्व होने चाहिए बहुत तेजऔर एक दूसरे के साथ बहुत सटीक रूप से सिंक्रनाइज़। लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर में, चरम प्रदर्शन पर, बंच प्रति सेकंड 40 मिलियन बार टकराएंगे। प्रत्येक टक्कर में, कणों का जन्म होगा, जो डिटेक्टर में अपना "चित्र" छोड़ देगा, और डिटेक्टर को "छवियों" की इस धारा पर "चोक" नहीं करना चाहिए। नतीजतन, 25 नैनोसेकंड में, उड़ने वाले कणों द्वारा छोड़े गए सभी आयनीकरण को इकट्ठा करने, इसे विद्युत संकेतों में बदलने और डिटेक्टर को साफ करने, कणों के अगले भाग के लिए तैयार करने की आवश्यकता होती है। 25 नैनोसेकंड में, कण केवल 7.5 मीटर उड़ते हैं, जो कि बड़े डिटेक्टरों के आकार के बराबर है। जबकि गुजरने वाले कणों से आयनीकरण डिटेक्टर की बाहरी परतों में इकट्ठा हो रहा है, अगली टक्कर के कण पहले से ही इसकी आंतरिक परतों से उड़ रहे हैं!

संसूचक के लिए दूसरी प्रमुख आवश्यकता है विकिरण प्रतिरोध. गुच्छों के टकराने के स्थान से दूर उड़ने वाले प्राथमिक कण वास्तविक विकिरण होते हैं, और बहुत कठोर होते हैं। उदाहरण के लिए, ऑपरेशन के दौरान वर्टेक्स डिटेक्टर को प्राप्त होने वाले आयनकारी विकिरण की अपेक्षित अवशोषित खुराक 300 किलोग्राम और कुल न्यूट्रॉन फ्लक्स 5·10 14 न्यूट्रॉन प्रति सेमी 2 है। इन शर्तों के तहत, डिटेक्टर को वर्षों तक काम करना चाहिए और अभी भी सेवा योग्य रहना चाहिए। यह न केवल डिटेक्टर की सामग्री पर लागू होता है, बल्कि उन इलेक्ट्रॉनिक्स पर भी लागू होता है जिनके साथ इसे भरा जाता है। ऐसी कठोर विकिरण स्थितियों में काम करने वाले दोष-सहनशील इलेक्ट्रॉनिक्स को बनाने और परीक्षण करने में कई साल लग गए।

इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए एक और आवश्यकता - कम बिजली उत्पादन. मल्टी-मीटर डिटेक्टरों के अंदर कोई खाली जगह नहीं है - प्रत्येक घन सेंटीमीटर मात्रा उपयोगी उपकरणों से भरी होती है। शीतलन प्रणाली अनिवार्य रूप से डिटेक्टर की कार्यशील मात्रा को दूर ले जाती है - आखिरकार, यदि कोई कण कूलिंग ट्यूब के माध्यम से सीधे उड़ता है, तो यह बस पंजीकृत नहीं होगा। इसलिए, इलेक्ट्रॉनिक्स से ऊर्जा रिलीज (सैकड़ों हजारों अलग-अलग बोर्ड और तार जो डिटेक्टर के सभी घटकों से जानकारी लेते हैं) न्यूनतम होना चाहिए।

अतिरिक्त साहित्य:

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इंच। XXIII हम माइक्रोपार्टिकल्स का पता लगाने के लिए उपयोग किए जाने वाले उपकरणों से परिचित हुए - एक क्लाउड चैंबर, एक जगमगाहट काउंटर, एक गैस-डिस्चार्ज काउंटर। हालांकि इन संसूचकों का उपयोग प्राथमिक कण अध्ययन में किया जाता है, वे हमेशा सुविधाजनक नहीं होते हैं। तथ्य यह है कि प्राथमिक कणों के पारस्परिक परिवर्तनों के साथ बातचीत की सबसे दिलचस्प प्रक्रियाएं बहुत कम होती हैं। एक दिलचस्प टक्कर होने के लिए एक कण को ​​अपने रास्ते में बहुत सारे न्यूक्लियॉन या इलेक्ट्रॉनों से मिलना चाहिए। व्यवहार में, इसे दसियों सेंटीमीटर में मापे गए पथ से गुजरना चाहिए - घने पदार्थ में मीटर (ऐसे पथ पर, अरबों इलेक्ट्रॉन वोल्ट की ऊर्जा वाला एक आवेशित कण आयनीकरण के कारण अपनी ऊर्जा का केवल एक हिस्सा खो देता है)।

हालांकि, क्लाउड चैंबर या गैस-डिस्चार्ज काउंटर में, संवेदनशील परत (घने पदार्थ के संदर्भ में) बेहद पतली होती है। इसके संबंध में कणों का पता लगाने के लिए कुछ अन्य तरीके लागू किए गए हैं।

फोटोग्राफिक विधि बहुत उपयोगी साबित हुई। विशेष महीन दाने वाले फोटोग्राफिक इमल्शन में, इमल्शन को पार करने वाला प्रत्येक आवेशित कण एक निशान छोड़ता है, जो प्लेट को विकसित करने के बाद, एक माइक्रोस्कोप के तहत काले अनाज की एक श्रृंखला के रूप में पाया जाता है। एक फोटोग्राफिक इमल्शन में एक कण द्वारा छोड़े गए निशान की प्रकृति से, कोई इस कण की प्रकृति - इसका चार्ज, द्रव्यमान और ऊर्जा निर्धारित कर सकता है। फोटोग्राफिक विधि न केवल इसलिए सुविधाजनक है क्योंकि मोटी सामग्री का उपयोग किया जा सकता है, बल्कि इसलिए भी कि एक फोटोग्राफिक प्लेट में, क्लाउड चैंबर के विपरीत, कण के पारित होने के तुरंत बाद आवेशित कणों के निशान गायब नहीं होते हैं। दुर्लभ घटनाओं का अध्ययन करते समय, रिकॉर्ड उजागर हो सकते हैं लंबे समय तक; यह कॉस्मिक किरण अध्ययन में विशेष रूप से उपयोगी है। फोटोग्राफिक इमल्शन में कैद दुर्लभ घटनाओं के उदाहरण ऊपर चित्र में दिखाए गए हैं। 414, 415; अंजीर विशेष रूप से दिलचस्प है। 418.

एक और उल्लेखनीय विधि अतितापित तरल पदार्थों के गुणों के उपयोग पर आधारित है (देखें खंड I, 299)। जब एक बहुत ही शुद्ध तरल को क्वथनांक से थोड़ा ऊपर के तापमान पर गर्म किया जाता है, तो तरल उबलता नहीं है, क्योंकि सतह तनाव वाष्प के बुलबुले के गठन को रोकता है। अमेरिकी भौतिक विज्ञानी डोनाल्ड ग्लेसर (बी. 1926) ने 1952 में नोट किया था कि अत्यधिक गरम द्रव पर्याप्त रूप से विकिरणित होने पर तुरंत उबलता है; तरल द्वारा विकिरण में निर्मित तेज इलेक्ट्रॉनों के निशान में जारी अतिरिक्त ऊर्जा बुलबुले के गठन की स्थिति प्रदान करती है।

इस घटना के आधार पर, ग्लेसर ने तथाकथित तरल बुलबुला कक्ष विकसित किया। तरल पर उच्च रक्त चापक्वथनांक के करीब, लेकिन उससे कम तापमान पर गर्म किया जाता है। फिर दबाव, और इसके साथ क्वथनांक कम हो जाता है, और तरल सुपरहिट हो जाता है। इस समय तरल को पार करने वाले आवेशित कण के प्रक्षेपवक्र के साथ वाष्प के बुलबुले का एक निशान बनता है। सही लाइटिंग से इसे कैमरे से कैप्चर किया जा सकता है। एक नियम के रूप में, बुलबुला कक्ष एक मजबूत विद्युत चुंबक के ध्रुवों के बीच स्थित होते हैं, चुंबकीय क्षेत्र कण प्रक्षेपवक्र को मोड़ता है। कण ट्रैक की लंबाई, उसकी वक्रता की त्रिज्या और बुलबुले के घनत्व को मापकर, कण की विशेषताओं को स्थापित करना संभव है। अब बुलबुला कक्ष पूर्णता के उच्च स्तर पर पहुंच गए हैं; काम, उदाहरण के लिए, तरल हाइड्रोजन से भरे कक्ष, कई घन मीटर की संवेदनशील मात्रा के साथ। एक बुलबुला कक्ष में कणों के निशान की तस्वीरों के उदाहरण अंजीर में दिखाए गए हैं। 416, 417, 419, 420।

चावल। 418. कॉस्मिक किरणों से विकिरणित फोटोग्राफिक इमल्शन के ढेर में दर्ज कणों का परिवर्तन। एक बिंदु पर, एक अदृश्य तेज तटस्थ कण ने इमल्शन नाभिक में से एक के विभाजन का कारण बना और मेसन (21 पटरियों का एक "तारा") का गठन किया। मेसन में से एक, -मेसन, एक पथ के चारों ओर यात्रा कर रहा है (फोटो में केवल ट्रेस की शुरुआत और अंत दिखाया गया है; फोटोग्राफ में उपयोग किए गए आवर्धन के साथ, पूरे ट्रेस की लंबाई होती), पर रुक गया एक बिंदु और योजना के अनुसार क्षय . -मेसन, जिसका निशान नीचे की ओर निर्देशित होता है, नाभिक द्वारा उस बिंदु पर कब्जा कर लिया जाता है, जिससे उसका विभाजन हो जाता है। विभाजन के टुकड़ों में से एक नाभिक था, जो क्षय के माध्यम से, एक नाभिक में बदल गया, तुरंत विपरीत दिशाओं में उड़ने वाले दो कणों में विघटित हो गया - चित्र में वे एक "हथौड़ा" बनाते हैं। -मेसन, रुक गया, -मुऑन (और न्यूट्रिनो) (बिंदु) में बदल गया। -मुऑन ट्रेस का अंत दाईं ओर दिया गया है ऊपरी कोनाचित्रकारी; क्षय के दौरान बने पॉज़िट्रॉन के निशान दिखाई दे रहे हैं।

चावल। 419. -हाइपरों का निर्माण और क्षय। एक चुंबकीय क्षेत्र में हाइड्रोजन बुलबुला कक्ष में और एंटीप्रोटोन के साथ विकिरणित, प्रतिक्रिया . यह निशान के अंतिम बिंदु पर हुआ (आकृति के शीर्ष पर आरेख देखें)। तटस्थ लैम्ब्डा और एंटी-लैम्ब्डा हाइपरॉन, बिना किसी निशान के थोड़ी दूरी पर उड़ते हुए, योजनाओं के अनुसार क्षय होते हैं। एंटीप्रोटोन प्रोटॉन के साथ नष्ट हो जाता है, प्रोटॉन पर दो और दो-मेसन-क्वांटम बनाता है; प्रोटॉन नहीं करता है दृश्यमान निशान, चूंकि, बड़े द्रव्यमान के कारण, -क्वांटम के साथ बातचीत करते समय इसे पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त नहीं होती है