Номер 3, страница 121, часть 2 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

3. В чем эффективность камеры Вильсона?

3. В чем эффективность камеры Вильсона?

Эффективность камеры Вильсона, изобретенной Чарлзом Вильсоном в 1911 году, заключается в её уникальной на тот момент способности делать видимыми траектории (треки) заряженных субатомных частиц. Это был первый прибор, позволивший напрямую наблюдать и фотографировать пути движения отдельных частиц, что произвело революцию в ядерной физике и физике элементарных частиц.

Принцип её работы основан на конденсации перенасыщенного пара на ионах. В рабочем объеме камеры создается среда, состоящая из газа и паров легкоконденсирующейся жидкости (например, воды или спирта), находящихся в состоянии перенасыщения. Это состояние является неустойчивым: пар готов сконденсироваться, но для этого ему нужны центры конденсации.

Когда быстрая заряженная частица (например, альфа-частица или электрон) пролетает через камеру, она на своем пути ионизирует молекулы газа, оставляя за собой цепочку из положительных и отрицательных ионов. Эти ионы и служат центрами, на которых пар мгновенно конденсируется, образуя крошечные капельки жидкости. В результате вдоль всего пути частицы возникает видимая туманная линия — трек.

Эффективность камеры Вильсона как инструмента исследования проявлялась в следующем:

1. Визуализация траекторий. Главное преимущество — возможность "увидеть" невидимое. Физики смогли наблюдать траектории частиц, изучать их поведение, длину пробега.

2. Идентификация частиц. Характер трека позволял судить о самой частице. Тяжелые, сильно ионизирующие частицы (как альфа-частицы) оставляли короткие, толстые и прямые треки. Легкие частицы (как электроны) оставляли тонкие, извилистые и более длинные треки.

3. Измерение энергии и импульса. Поместив камеру в магнитное поле, можно было определять знак заряда частицы по направлению изгиба трека. По радиусу кривизны траектории $\text{R}$ можно было рассчитать импульс частицы $\text{p}$ по формуле $p = qBR$, где $\text{q}$ — заряд частицы, а $\text{B}$ — индукция магнитного поля.

4. Наблюдение за взаимодействиями. Камера позволяла наблюдать столкновения частиц, ядерные реакции, процессы распада и рождения новых частиц. Именно с помощью камеры Вильсона в 1932 году Карл Андерсон открыл позитрон (первую частицу антиматерии), а также был открыт мюон.

Таким образом, эффективность камеры Вильсона состояла в том, что она превратила мир субатомных частиц из набора абстрактных моделей в объект прямого наблюдения и измерения, что привело к множеству фундаментальных открытий.

Ответ: Эффективность камеры Вильсона заключается в её способности делать видимыми траектории заряженных частиц в виде треков из капелек жидкости. Это позволило впервые напрямую наблюдать, фотографировать и изучать частицы: определять их заряд и импульс (в магнитном поле), идентифицировать их по виду трека и исследовать их взаимодействия, что привело к ряду важнейших открытий в физике.