Yadro emulsiyasi

Yadro emulsiyasi plitasi 20-asrning boshlarida yadro va zarrachalar fizikasi tajribalarida birinchi marta ishlatilgan zarrachalar detektorining bir turi.[1][2][3] Bu alfa-zarralar, nuklonlar, leptonlar yoki mezonlar kabi tez zaryadlangan zarralarni yozib olish va tekshirish uchun ishlatilishi mumkin boʻlgan oʻzgartirilgan fotografik plastinka shaklidir. Emulsiyani ochish va ishlab chiqishdan soʻng, mikroskop yordamida bitta zarracha izlarini kuzatish va oʻlchash mumkin.

Tavsif

[tahrir | manbasini tahrirlash]

Yadro emulsiyasi plitasi - fotografik plastinkaning oʻzgartirilgan shakli boʻlib, juda nozik kumush halid donalarining yuqori konsentratsiyasini oʻz ichiga olgan jelatinning qalinroq fotografik emulsiyasi bilan qoplangan; zarrachalarni aniqlash uchun optimallashtirilgan emulsiyaning aniq tarkibi. Uning afzalligi juda yuqori fazoviy aniqlik, faqat kumush galogenid donalarining oʻlchami (bir necha mikron) bilan cheklangan, bu aniqlik hatto eng yaxshi zamonaviy zarrachalar detektorlaridan ham oshib ketadi (quyidagi rasmdagi masshtabga qarang, K-mezon). parchalanish). Emulsiya plitalari toʻplami zarrachalarning oʻzaro taʼsirini yozib olishi va saqlashi mumkin, shuning uchun ularning traektoriyalari 3 oʻlchovli fazoda kumush-galoid donalarining izi sifatida qayd etiladi, bu mikroskopik miqyosda har qanday jihatdan koʻrish mumkin.[3] Bunga qoʻshimcha ravishda, emulsiya plitasi kerakli miqdordagi maʼlumotlar toʻplanmaguncha taʼsir qilish yoki nurlanish mumkin boʻlgan birlashtiruvchi qurilmadir. U ixcham boʻlib, u bilan bogʻliq oʻqish kabellari yoki elektronikasi yoʻq, plitalarni juda cheklangan joylarda oʻrnatishga imkon beradi va boshqa detektor texnologiyalari bilan solishtirganda, ishlab chiqarish, ishlatish va texnik xizmat koʻrsatish ancha arzon. Bu xususiyatlar koinot nurlarini baland togʻlarda, togʻlarda va sharlarda oʻrganish imkonini berishda hal qiluvchi ahamiyatga ega boʻlib, pi-mezon[4][5] kashf qilinishiga va K-mezon parchalanishida paritetning buzilishiga olib keldi;[6] subyadroviy " zarrachalar hayvonot bogʻi " ning haqiqiy tabiati va koʻlamini yoritib, zamonaviy eksperimental zarralar fizikasining rivojlanishidagi muhim bosqichni belgilab beradi.[1]


Yadro emulsiyasi plitasi - fotografik plastinkaning oʻzgartirilgan shakli boʻlib, juda nozik kumush halid donalarining yuqori konsentratsiyasini oʻz ichiga olgan jelatinning qalinroq fotografik emulsiyasi bilan yoʻq; zarrachalarni hisoblash uchun optimallashtirilgan emulsiyaning aniq tarkibi. Ushbu kamchiliklar, yangi zarrachalar detektori va zarracha tezlatgich texnologiyalarining paydo boʻlishi bilan birga, 20-asrning oxiriga kelib, zarrachalar fizikasida yadroviy emulsiya plitalaridan foydalanishning pasayishiga olib keldi.[1] Biroq, nodir jarayonlarni oʻrganishda va fanning boshqa sohalarida, masalan, tibbiyot va biologiyada avtoradiografiyada ushbu usuldan foydalanish davom etmoqda.

Mavzu boʻyicha keng qamrovli va texnik jihatdan batafsil maʼlumot olish uchun bir qancha adabiyotlarga murojat qilish mumkin. Masalan Barkas[3] va Pauell, Fauler va Perkinsning kitoblariga murojaat qiling.[2] Yadro emulsiyasi usulining tarixi va kengroq ilmiy konteksti haqida kengroq maʼlumot olish uchun Galisonning kitobiga murojaat qiling.[7]

Tarixi

[tahrir | manbasini tahrirlash]

1896-yilda Anri Bekkerel fotografik emulsiya yordamida radioaktivlikni kashf qilgandan soʻng, avval Kanadadagi MakGill universitetida, soʻngra Angliyaning Manchester universitetida ishlagan Ernest Rezerford bu usuldan birinchi boʻlib chiqadigan nurlanishni batafsil oʻrganish uchun foydalangan fiziklardan boʻldi. radioaktiv moddalar orqali. 1905-yilda u baʼzi atom yadrolarining radioaktiv parchalanishida hosil boʻlgan yaqinda topilgan alfa nurlarining xususiyatlarini oʻrganishni davom ettirish uchun tijoratda mavjud boʻlgan fotografik plitalardan foydalangan. Bu alfa nurlari bilan nurlanish natijasida fotografik plitalarning qorayishini tahlil qilishdan iborat edi. Bu qorayish fotografik rivojlanish natijasida koʻrinadigan fotografik emulsiyadagi kumush galoid donalari bilan nurlarni tashkil etuvchi koʻplab zaryadlangan alfa zarralarining oʻzaro taʼsiri tufayli amalga oshirildi. Ruterford Manchesterdagi tadqiqotchi hamkasbi Kinoshita Suekiti alfa-zarralarning fotografik taʼsirini batafsilroq oʻrganishga undadi.

1910 yilda Manchester universitetida fizik Kinoshita Suekiti

Kinoshita oʻz maqsadlariga "bitta zarracha aniqlangan fotografik hodisani keltirib chiqarganmi yoki yoʻqligini koʻrishni" kiritgan. Uning usuli emulsiyani yaxshi oʻlchangan radioaktiv manbadan nurlanishga taʼsir qilishdan iborat edi, buning uchun 𝛂-zarrachalarning emissiya tezligi maʼlum edi. U bu bilimdan va plastinkaning manbaga nisbiy yaqinligidan foydalanib, plastinkani kesib oʻtishi kutilayotgan 𝛂-zarralar sonini hisoblagan. U bu raqamni emulsiyada hisoblagan rivojlangan halid donalarining soni bilan solishtirdi va taʼsir qilishda qoʻshimcha "alfa boʻlmagan" donalarni hosil qiluvchi "fon nurlanishi" ni diqqat bilan hisobga oldi. U ushbu tadqiqot loyihasini 1909-yilda yakunlab, "juda nozik kumush galogenid donalaridan emulsiya plyonkasini tayyorlash va yuqori kattalashtirish mikroskopidan foydalanish orqali fotografik usulni 𝛂-zarrachalarni katta aniqlik bilan hisoblash uchun qoʻllash mumkinligini koʻrsatdi. ”. Bu birinchi marta alohida zaryadlangan zarralarni fotografik emulsiya yordamida kuzatishga erishildi. Biroq, bu zarrachaning kengaytirilgan traektoriyasini kuzatish emas, balki alohida zarracha taʼsirini aniqlash edi. Koʻp oʻtmay, 1911-yilda Maks Reynganum koʻrsatdiki, zarrachaning fotoemulsiya orqali oʻtishi, emulsiya ishlab chiqilganda, zarrachaning traektoriyasini belgilaydigan kumush galogenid donalarining bir qatori hosil boʻladi; emulsiyadagi choʻzilgan zarracha izining birinchi qayd etilgan kuzatuvi.


Keyingi qadamlar, tabiiyki, ushbu texnikani boshqa zarrachalar turlarini, jumladan, 1912-yilda Viktor Gess tomonidan yangi kashf etilgan Kosmik nurlarni aniqlash va tadqiq qilishda qoʻllash boʻlar edi. Biroq, taraqqiyot 1914-yilda Birinchi Jahon urushi boshlanishi bilan toʻxtatildi. Boshqa turdagi zarrachalarni - protonlarni aniqlash uchun standart fotografik emulsiyalarning zarrachalarni aniqlash koʻrsatkichlarini yaxshilash masalasi turli xil fizik tadqiqot laboratoriyalari tomonidan yana koʻrib chiqildi. 1920-yillar. Xususan, Marietta Blau, Avstriyaning Vena shahridagi Radiy tadqiqotlari institutida ishlagan, 1923-yilda oʻsha paytda "H-nurlari" deb nomlanuvchi protonlarni aniqlash uchun foto emulsiya plitalarining muqobil turlarini tekshirishni boshlagan. U tarkibida vodorod koʻp boʻlgan kerosin mumini nurlantirish uchun 𝛂-zarrachalarning radioaktiv manbasidan foydalangan. 𝛂-zarracha vodorod yadrosi (proton) bilan toʻqnashib, bu protonni mumdan chiqarib, fotografik emulsiyaga urib yuborishi mumkin va u yerda kumush galoid donalarining koʻrinadigan izini hosil qiladi. Koʻplab sinovlardan soʻng, turli plitalardan foydalangan holda va emulsiyani keraksiz nurlanishdan ehtiyotkorlik bilan himoya qilish orqali u yadro emulsiyasidagi proton izlarini birinchi marta kuzatishga muvaffaq boʻldi.[8] Yanal fikrlashning ajoyib namunasi bilan u yadro emulsiyasida neytronni birinchi marta "kuzatish" uchun xuddi shunday usulni qoʻlladi. Neytron elektr jihatdan neytral boʻlgani uchun, albatta, foto emulsiyada toʻgʻridan-toʻgʻri aniqlanmaydi, lekin agar u emulsiyadagi protonga tegsa, bu orqaga qaytuvchi protonni aniqlash mumkin.[9] U bu usuldan maxsus yadroviy reaksiya jarayonlari natijasida kelib chiqadigan neytronlarning energiya spektrini aniqlash uchun foydalangan. U proton energiyasini ularning izlari boʻylab ochilgan don zichligini oʻlchash orqali aniqlash usulini ishlab chiqdi (tezkor minimal ionlashtiruvchi zarralar sekin zarrachalarga qaraganda kamroq donalar bilan oʻzaro taʼsir qiladi). Tez protonlarning uzun izlarini aniqroq qayd etish uchun u Britaniya kino ishlab chiqaruvchisi Ilfordni (hozirgi Ilford Photo) savdo plitalaridagi emulsiyani qalinlashtirish uchun jalb qildi va emulsiyaning boshqa parametrlari - don hajmi, yashirin tasvirni saqlash, rivojlanish sharoitlari bilan tajriba oʻtkazdi. alfa-zarrachalar va tez proton izlarining koʻrinishini yaxshilash.[10] 1937-yilda Marietta Blau va uning sobiq shogirdi Gerta Vambaxer Innsbruk tepasidagi Hafelekarspitseda 2300 m balandlikda kosmik nurlanish taʼsiriga uchragan yadroviy emulsiyalarning parchalanishi tufayli yadro parchalanadigan yulduzlarni (Zertrümmerungsterne) kashf etdilar.[11] Ushbu kashfiyot yadro va kosmik nurlar fizikasi olamida shov-shuvga sabab boʻldi, bu esa yadro emulsiyasi usulini kengroq auditoriya eʼtiboriga havola etdi. Ammo Avstriya va Germaniyada Ikkinchi Jahon urushiga olib keladigan siyosiy tartibsizliklarning boshlanishi Marietta Blau uchun tadqiqot sohasidagi taraqqiyotni toʻsatdan toʻxtatib qoʻydi.[12][13]

1938-yilda Germaniyadan Angliyada yashash va ishlash uchun ilmiy qochqin sifatida qochib ketgan nemis fizigi Valter Xaytler Bristol universitetida bir qator nazariy mavzularni, jumladan, kosmik nurlar yomgʻirining shakllanishini tadqiq qildi. U Sesil Pauellga oʻsha paytda kosmik nurlarni aniqlash uchun bulutli kameralardan foydalanishni koʻrib chiqib,[14][7] 1937-yilda ikki Vena fizigi Blau va Vambaxer Avstriya Alp togʻlarida fotografik emulsiyalarni koʻrganligini va ularni koʻrganligini eslatib oʻtdi. past energiyali protonlarning izlari, shuningdek, kosmik nurlar taʼsirida "yulduzlar" yoki yadro parchalanishi.

Sesil Pauell


Bu Pauellni hayratda qoldirdi, u Heitlerni Shveysariyaga llford yarim rangli emulsiyalari partiyasi bilan sayohat qilishga va ularni 3500 m balandlikda Jungfraujochga chiqarishga ishontirdi. 1939-yil avgust oyida "Tabiat" ga yoʻllagan maktubida ular Blau va Vambaxerning kuzatishlarini tasdiqlashga muvaffaq boʻlishdi. Ushbu oʻzgarishlardan soʻng, Ikkinchi Jahon urushidan keyin Pauell va uning Bristol universitetidagi tadqiqot guruhi kosmik nurlar zarralarini aniqlash uchun emulsiyalarni yanada optimallashtirish uchun Ilford (hozirgi Ilford fotosurati) bilan hamkorlik qildi. Ilford konsentratsiyalangan "yadroviy tadqiqot" emulsiyasini ishlab chiqardi, unda birlik hajmda kumush bromid miqdori sakkiz baravar koʻp boʻladi ("Ilford tomonidan yadroviy emulsiyalar"ga tashqi havolaga qarang). Pauell guruhi birinchi navbatda Kembrij universiteti Cockcroft-Walton generatori / tezlatkichi yordamida yangi "yadroviy tadqiqot" emulsiyalarini kalibrlashdi, bu esa yangi emulsiyadagi zaryadlangan zarralar uchun zarur diapazon-energiya munosabatlarini oʻlchash uchun sunʼiy parchalanish zarralarini zond sifatida taqdim etdi.[15]

Keyinchalik ular bu emulsiyalardan 20-asr fizikasidagi eng muhim ikkita kashfiyotni amalga oshirish uchun foydalanganlar. Birinchidan, 1947-yilda Sesil Pauell, Sezar Lattes, Juzeppe Okkialini va Xyu Myerxed (Bristol universiteti) Pireneydagi Pic du Midi rasadxonasida kosmik nurlar taʼsiriga uchragan va Iren Roberts va Marietta Kurz tomonidan skanerdan oʻtkazilgan plitalardan foydalanib, zaryadlangan Pi- ni topdilar. mezon.[4]

Yadro emulsiyasida K mezonning parchalanishi

Ikkinchidan, ikki yil oʻtgach, 1949-yilda Shveysariyaning Jungfraujochdagi Sfenks rasadxonasida ochilgan plitalarni tahlil qilib, musbat K-mezon va uning "gʻalati" parchalanishlari haqida birinchi aniq kuzatuvlar Sesil Pauell guruhidagi tadqiqotchi Rozmari Braun tomonidan amalga oshirildi. Bristol. Keyin Tau-teta jumboqidagi "Tau mezon" deb nomlanuvchi K-mezonning parchalanish usullarini aniq oʻlchash Gʻalatilikning kvant kontseptsiyasining kiritilishiga va zaif oʻzaro taʼsirda Paritet buzilishining ochilishiga olib keldi. Rozmari Braun toʻrt yoʻldan iborat ajoyib emulsiya tasvirini, bitta "Tau" ning uchta zaryadlangan pionga parchalanishini "K-trek" deb atadi va shu bilan yangi kashf etilgan "gʻalati" K-mezoniga samarali nom berdi. Sesil Pauell 1950-yilda fizika boʻyicha Nobel mukofotiga "yadroviy jarayonlarni oʻrganishning fotografik usulini ishlab chiqqani va bu usul yordamida yaratilgan mezonlar haqidagi kashfiyotlari uchun" berilgan.

Yangi zarrachalar detektori va zarracha tezlatgich texnologiyalarining paydo boʻlishi va kirish qismida qayd etilgan kamchiliklar 20-asrning oxiriga kelib zarrachalar fizikasida yadro emulsiyasi plitalaridan foydalanishning pasayishiga olib keldi. Biroq, noyob oʻzaro taʼsirlar va parchalanish jarayonlarini oʻrganishda ushbu usuldan foydalanish davom etdi.

Yaqinda " Standart modeldan tashqari fizika " boʻyicha izlanishlar, xususan, neytrinolar va qorongʻu materiyaning oddiy materiya bilan juda kam uchraydigan oʻzaro taʼsirini oʻrganish texnikaning qayta tiklanishiga olib keldi. Misollar, Italiyadagi Gran Sasso laboratoriyasida neytrino tebranishlarini oʻrganuvchi OPERA tajribasi[16] CERN LHC da yangi, engil va zaif oʻzaro taʼsir qiluvchi zarralarni, shu jumladan qorongʻu fotonlarni qidiradigan FASER tajribasi.[17]

Boshqa ilovalar

[tahrir | manbasini tahrirlash]

Yadro emulsiyasining elektr zaryadlangan zarrachalarning holati, yoʻnalishi va energiyasini aniq qayd etish yoki ularning taʼsirini birlashtirish qobiliyati qoʻllangan bir qator ilmiy va texnik sohalar mavjud. Ushbu ilovalar koʻp hollarda avtoradiografiya yordamida implantatsiya qilingan radioaktiv belgilarni kuzatishni oʻz ichiga oladi. Masalan:


Manbalar

[tahrir | manbasini tahrirlash]
  1. ↑ 1,0 1,1 1,2 Herz, A.J.; Lock, W.O. (1966-yil may). „Nuclear Emulsions“. CERN Courier. 6-jild. 83–87-bet. {{cite magazine}}: sana kiritilishi kerak boʻlgan parametrga berilgan qiymatni tekshirish lozim: |date= (yordam) https://cds.cern.ch/record/1728791/files/vol6-issue5-p083-e.pdf Manba xatosi: Invalid <ref> tag; name "CERN" defined multiple times with different content
  2. ↑ 2,0 2,1 The Study of Elementary Particles by the Photographic Method, C.F.Powell, P.H.Fowler, D.H.Perkins: Pergamon Press, New York, 1959.
  3. ↑ 3,0 3,1 3,2 Walter H. Barkas, Nuclear Research Emulsions I. Techniques and Theory, in Pure and Applied Physics: A Series of Monographs and Textbooks, Vol. 15, Academic Press, New York and London, 1963. http://becquerel.jinr.ru/text/books/Barkas_NUCL_RES_EMULSIONS.pdf
  4. ↑ 4,0 4,1 C. Lattes, G. Occhialini, H. Muirhead and C. Powell (1947). „Processes Involving Charged Mesons“. Nature. 159-jild, № 4047. 694–697-bet. Bibcode:1947Natur.159..694L. doi:10.1038/159694a0.{{cite magazine}}: CS1 maint: multiple names: authors list () Manba xatosi: Invalid <ref> tag; name "Powell" defined multiple times with different content
  5. ↑ G. P. S. Occhialini, C. F. Powell, Nuclear Disintegrations Produced by Slow Charged Particles of Small Mass, Nature 159, 186–190 & 160, 453–456, 1947
  6. ↑ R.Brown et al. Observations with Electron-Sensitive Plates Exposed to Cosmic Radiation Part 2: Further evidence for the existence of unstable charged particles, of mass ∼1,000 me, and observations on their mode of decay Nature 163, 82–87 (1949). https://doi.org/10.1038/163082a0
  7. ↑ 7,0 7,1 Galison, Peter (1997). Image and logic: a material culture of microphysics. Chapter 3, Nuclear Emulsions: The Anxiety of the Experimenter. Chicago, Illinois: University of Chicago Press. ISBN 9780226279176.
  8. ↑ Marietta Blau, The photographic effect of natural H-rays, (in German), Sitzungsberichte Akademie der Wissenschaften in Wien, IIa 134: 427 (1925). English translation (http://cwp.library.ucla.edu/articles/blau/blau-rosenz.html)
  9. ↑ Marietta Blau and Hertha Wambacher, Photographic detection of protons liberated by neutrons. II, Sitzungsberichte Akademie der Wissenschaften in Wien, 141: 617 (1932).
  10. ↑ Ruth Lewin Sime, Marietta Blau in the history of cosmic rays, Physics Today, Volume 65, Issue 10, p.8, October 2012
  11. ↑ Marietta Blau and Hertha Wambacher: Disintegration Processes by Cosmic Rays with the Simultaneous Emission of Several Heavy Particles, Nature 140: 585 (1937).
  12. ↑ Robert Rosner, Brigitte Strohmaier (ed.): Marietta Blau, Stars of Disintegration. A biography of a pioneer of modern particle physics. Böhlau, Vienna 2003, ISBN 3-205-77088-9 (in German)
  13. ↑ Sime, R.L. Marietta Blau: Pioneer of Photographic Nuclear Emulsion and Particle Physics. Phys. Perspect. 15, 3-32 (2013). https://doi.org/10.1007/s00016-012-0097-6
  14. ↑ C.T.R. Wilson, who won the Nobel Prize for Physics in 1927 for his invention of the cloud chamber, had been Powell's Ph.D. supervisor at Cambridge.
  15. ↑ C.M.G. Lattes, R.H.Fowler, and R.Cuer, "Range-Energy Relation for Protons and a-Particles in the New Ilford 'Nuclear Research' Emulsions", Nature 159 (1947), 301-2
  16. ↑ Agafonova, N.; et al. (26-iyul 2010-yil). „Observation of a first ντ candidate event in the OPERA experiment in the CNGS beam“. Physics Letters B. 691-jild, № 3. 138–145-bet. arXiv:1006.1623. Bibcode:2010PhLB..691..138A. doi:10.1016/j.physletb.2010.06.022.{{cite magazine}}: CS1 maint: date format ()
  17. ↑ Feng, Jonathan L.; Galon, Iftah; Kling, Felix; Trojanowski, Sebastian (5-fevral 2018-yil). „FASER: ForwArd Search ExpeRiment at the LHC“. Physical Review D. 97-jild, № 3. 035001-bet. arXiv:1708.09389. doi:10.1103/PhysRevD.97.035001. ISSN 2470-0010.{{cite magazine}}: CS1 maint: date format ()
  18. ↑ Andrea Giammanco, Université de Louvain; Cosmic rays for Cultural Heritage, CERN Courier Volume 63 Number 3 May/June 2023, pp 32-35, FEATURE: Muography.
  19. ↑ Morishima, K., Kuno, M., Nishio, A. et al. Discovery of a big void in Khufu’s Pyramid by observation of cosmic-ray muons. Nature 552, 386–390 (2017). https://doi.org/10.1038/nature24647

Havolalar

[tahrir | manbasini tahrirlash]