Номер 4, страница 338 - гдз по физике 9 класс учебник Грачев, Погожев

Глава 9. Физика атома и атомного ядра. Параграф 58. Регистрация ядерных излучений - номер 4, страница 338.

Условие.

4. В чём преимущества пузырьковой камеры перед камерой Вильсона?

Решение.

Пузырьковая камера представляет собой усовершенствованный детектор треков частиц, который обладает рядом ключевых преимуществ перед своим предшественником — камерой Вильсона. Эти преимущества сделали ее основным инструментом в физике высоких энергий с 1950-х до 1970-х годов.

Более высокая плотность рабочего вещества

В пузырьковой камере в качестве рабочей среды используется перегретая жидкость (например, жидкий водород, пропан), плотность которой в сотни раз превышает плотность перенасыщенного пара в камере Вильсона. Это приводит к двум важным следствиям: во-первых, значительно увеличивается вероятность взаимодействия пролетающих частиц с ядрами вещества камеры, что позволяет эффективно регистрировать редкие события и исследовать частицы со слабым взаимодействием. Во-вторых, из-за высокой плотности частицы быстрее теряют энергию, и их пробеги становятся короче. Это позволяет частицам с высокой энергией полностью остановиться внутри рабочего объема камеры, что даёт возможность измерить их полную энергию.

Более высокое быстродействие

Пузырьковая камера имеет значительно меньшее время нечувствительности ("мёртвое время") между регистрациями событий. Её рабочий цикл, включающий сброс давления, расширение жидкости, фотографирование и повторное сжатие, занимает доли секунды. В то же время, время восстановления камеры Вильсона, необходимое для очистки объема от ионов электрическим полем и восстановления состояния перенасыщенного пара, составляет десятки секунд или даже минуты. Благодаря высокому быстродействию пузырьковая камера может работать с более интенсивными пучками частиц от ускорителей и собирать статистику значительно быстрее.

Лучшее пространственное разрешение

Треки, образованные цепочками крошечных пузырьков в жидкости, получаются более тонкими и четкими по сравнению с треками из капель тумана в газе. Капли в камере Вильсона подвержены диффузии, из-за чего след со временем размывается. Более высокое разрешение пузырьковой камеры позволяет с большей точностью измерять кривизну траекторий частиц в магнитном поле (и, следовательно, их импульс) и точнее определять координаты точек взаимодействия и распадов.

Возможность использования рабочего вещества в качестве мишени

Зачастую в пузырьковых камерах в качестве рабочего вещества использовался жидкий водород, состоящий из протонов. В таких экспериментах протоны служили одновременно и средой для регистрации треков, и простой ядерной мишенью. Изучение взаимодействий с одиночными протонами значительно упрощает теоретическую интерпретацию полученных данных по сравнению с взаимодействиями со сложными ядрами газов, применяемых в камере Вильсона.

Ответ: Основные преимущества пузырьковой камеры перед камерой Вильсона заключаются в: 1) более высокой плотности рабочего вещества, что увеличивает вероятность взаимодействий и позволяет останавливать частицы высоких энергий; 2) более высоком быстродействии, что позволяет регистрировать больше событий в единицу времени; 3) лучшем пространственном разрешении треков, что повышает точность измерений; 4) возможности использования простого вещества (например, жидкого водорода) одновременно как детектора и ядерной мишени.