A részecskefizikai kutatásokban a húszas évektől ötvenes évekig meghatározó
szerepe volt a ködkamrának, amelyben töltéssel rendelkező részecske pályája
láthatóvá vált. Cserenkov 1934-ben észlelte, hogy a víz és más átlátszó anyagok
kék fényt bocsátanak ki, ha olyan részecskék haladnak át rajtuk, amelyeknek a
sebessége nagyobb a fény adott közegben mért sebességénél. Ezt a jelenséget a 2.
világháború után kezdték részecskék kimutatására használni. A Cserenkov sugárzás
és minden más fotonnal járó folyamat detektálásához alapvető eszköz a
foton-elektron sokszorozó. Az elektronsokszorozás elvét Bay Zoltán alkalmazta
először a harmincas években, a budapesti Tungsram laboratóriumban.
Az ionizált sugarak kimutatásában a ködkamra egyeduralmát Glaser buborékkrája
törte meg az ötvenes években. Ezt követően a hatvanas években a részecskék
kimutatásban viharos fejlődés vette kezdetét. Charpak huzalkamrája, majd a
szikrakamra voltak ennek a fejlődésnek állomásai. A mai óriásdetektorok több
emelet magasak és szendvicsszerű rétegekben többfajta detektort tartalmaznak. A
részecskenyomok digitalizáltak és számítógép-monitoron jelennek meg.
|
|
A brit Charles Thomson Wilson
1911-ben találta fel az atomfizika egyik alapvető kísérleti eszközét, miután Skóciában hosszasan tanulmányozta a felhőképződést. A Wilson-kamra kellő sebességű ionizáló részecske pályáját teszi láthatóvá. Működése azon alapszik, hogy adiabatikus tágulás révén lehűlt és túltelítetté vált gőz a részecske pályája mentén keletkező gázionokra csapódik ki apró cseppek formájában. Az apró cseppek által alkotott ködfonal néhány tized másodpercig megfigyelhető illetve lefényképezhető. Wilson eredeti eszközénél az adiabatikus tágulást úgy valósították meg, hogy a kamrában lévő gőz és levegő egy csap megnyitásával az előzőleg légtelenített tágulási tartályba áramolhattak.
|
|
|
Cserenkov 1934-ben észleli a róla elnevezett jelenséget. Vavilov
irányítása mellett oldatokat sugárzott be gammasugárzással, és azok
lumineszcencia sugárzását vizsgálta (hideg villódzás). Ekkor
tapasztalta, hogy egy gyenge kékes kísérősugárzás mutatható ki, ami
a lumineszcenciától eltérő tulajdonságú. Vavilov megmutatta, hogy a
sugárzás a gamma fotonoktól meglökött gyors
Compton- elektronoktól származik.
Minden esetben létrejön ez a sugárzás, ha egy töltött részecske
sebessége meghaladja az adott közegbeli fénysebességet. A melléklet felvételen egy vízmoderátoros atomreaktorban a neutronok által okozott kékes Cserenkov-sugárzást látjuk A jelenséget Tamm és Frank szovjet fizikusok magyarázták meg. 1947-ben R.H. Dicke szerkeszti meg az első részecskeszámlálót a Cserenkov sugárzás alapján. A Cserenkov - detektorok ma a legelterjedtebb részecskedetektorok közé tartoznak. Működési elvük azon alapszik, hogy a gyenge Cserenkov fényt összegyűjtik, és egy fotóelektron-sokszorozóval felerősítik. A Cserenkov- detektorral mérni lehet egy részecske sebességét is, nemcsak mozgásának irány állapítható meg vele.
|
|
|
Az elektronsokszorozás, mint a részecske kimutatás elvét, a harmincas években az újpesti Tungsram gyár kutatóintézetében fejlesztette ki Bay Zoltán Dallos György segítségével. A fotóelektron-sokszorozó eszközzel egyetlen egy foton is kimutatható. Működésének lényege az, hogy a fotókatódból kilépő elektron a gyorsítás hatására elektronlavinát indít el az elektródákból, is így végül mérhető áramerősséget kapunk. A részecskefizikai kutatásokban mai is nélkülözhetetlenek a fotonok detektálására |
|
|
A buborékkamra az elektromos töltésű
nukleáris részecskék pályájának megfigyelésére szolgáló eszköz,
amelyet Glaser 1952-ben alkotott meg.
A kamra általában folyékony hidrogént tartalmaz, amelynek
hőmérsékletét éppen a forráspontja fölött tartják. A nyomást kis
időre megszüntetik. Mielőtt forrni kezdene az anyag, a
részecskeáramlás helyi instabilitást okoz, s a részecskék pályája
mentén jól látható gázbuborékok keletkeznek. A jelenség rendkívül
gyorsan lezajlik, és ciklikusan működtethető.
A részecskeútvonal nyomképét fényképen
rögzítik a későbbi analízishez.
|
|
|
Charpak legfőbb találmánya a proporcionális huzalkamra, ami a buborékkamra korszakát váltotta fel a detektoroknál. A huzalkamra felépítése elvileg egyszerű. Néhány milliméter távolságra egymástól több ezer vékony huzal van egy keretre kifeszítve. A huzalokra feszültség van kapcsolva, és valahányszor egy töltött részecske halad el mellettük, akkor bennük egy - egy impulzus keletkezik. Az impulzus helyét nagyon nagy pontossággal mérve megkapjuk a részecske pályájának egy pontját. Ha sok ilyen keretet teszünk egymás fölé, a részecske pályáját térben tudjuk követni, sőt a sebességét is ki tudjuk számítani. A huzalkamra korszerű elektronikát feltételez, ma már a nagyteljesítményű számítógép is elengedhetetlen egy részecskepálya megállapításához. |
|
|
Szikrakamra Shuji Fukui japán fizikus találmánya volt. A kamrában
mintegy 1cm-nyi távolságban 2,5 cm vastagságú fémlapok helyezkednek
el, egymással párhuzamosan. A lapok közt nagy elektromos feszültség
van. Ha valahol átfut egy részecske, ott
szikra keletkezik. A kamrát neongáz tölti ki, amik a szikra hatására
vörös-sárga fénycsíkot keltenek. Ez a fénycsík megörökíthető.
|
|
|
A felvételen a CDF reaktor látható szerelés közben. Ez a Tevatron fő detektora volt. Tömege 2000 tonna. A detektorok több rétegben helyezkednek el az ütközési pont körül. Legbelül az ún. vertex-detektor van, ez észleli a nagyon rövid élettartamú részecskéket. Ez elektronikus huzalkamra. Ezt követi a központi nyomjelző kamra, ami szintén huzalkamrák együtteséből áll. A kamra 1,5 T-s mágneses térben van, a mágneses teret 5 m hosszú szupravezető szolenoiddal állítják elő. A tekercsen kívül van az ún. kaloriméter egység. Ez ólom és acéllemezekből készült, a lemezek közé szcintillációs lapokat helyeznek. A kaloriméteren áthaladó részecskék az ólom vagy acéllemezekből újabb részecskéket váltanak ki, ezek szcintillációt idéznek elő a lapokon. Ezeket a szcintillációkat fotóelektron-sokszorozó csövek mérik. Vannak részecskék, (pl. müonok) akik még a kaloriméteren is áthaladnak. Ezeket külön speciális kamrákban nyeletik el. Egy ütközés elektronikus jelei kb. 100ezer csatornán keresztül futnak a nagy központi számítógép felé, amelyik feldolgozza az iszonyú mennyiségű adatot. |
