Вера Черногорова - Загадки микромира

Крупный вклад в развитие этой новейшей методики внесли советские ученые. Им удалось вмешаться в процесс развития разряда. Укоротив высоковольтный импульс напряжения, подаваемого на пластины камеры, они сумели остановить его в стримерной стадии, когда электрическое поле успевает создать только зародыши зарядовых лавин — стримеры. Это дало возможность очень точно измерять координаты трека при прохождении частицы под любым углом к направлению пластин.

За создание стримерной искровой камеры в 1970 году группа ученых Института физики АН Грузинской ССР под руководством Г. Чиковани и совместная группа ученых Физического института АН СССР и Московского инженерно-физического института под руководством доктора физико-математических наук Б. Долгошеина была удостоена Ленинской премии.

Несмотря на все достоинства искровой камеры, искры в ней отмечали путь не только «наших» пи-мезонов, но и любых других заряженных частиц. Как же заставить искровую камеру не реагировать на посторонние частицы?

Единственная возможность состояла в том, чтобы включить ее именно для тех частиц, которые «происходят» от нейтральных ка-ноль мезонов. Почти сорок метров установки для проверки теоремы Померанчука заставлены сложными приборами. Они понадобились для того, чтобы воплотить эту возможность в действительность. Экспериментаторы хорошо представляют себе геометрию траекторий пи-мезонов от распада короткоживущего ка-ноль-мезона до конца всей огромной установки.

Девять искровых камер до магнита и столько же после него необходимы для достаточно точного фиксирования координат частиц в пространстве. Говоря языком чисел, эта система в состоянии обнаружить изменение в координатах, равное 1 миллиметру, на расстоянии пяти метров!

Но если не управлять работой искровых камер, то они постоянно будут забиты треками фоновых частиц, и найти среди них интересующие нас просто невозможно. С другой стороны, заранее нельзя угадать, какую из частиц, попадающих в установку, надо регистрировать, а какую нет. Необходим хоть какой-нибудь запас времени, чтобы разобраться во всех этих частицах.

Здесь-то и приходит на помощь самое главное качество искровой камеры. Если через нее пролетела заряженная частица, то между ее металлическими пластинами образуется дорожка из ионов и электронов. Но она остается невидимой до тех пор, пока не включено высокое напряжение. В течение миллионной доли секунды пролета частицы расположение атомных обломков в пространстве не успевает измениться. Поэтому камера, включенная даже с такой задержкой, еще способна сделать видимым ее путь.

Итак, у физиков выкроилась целая микросекунда. За это время они должны ухитриться не только опознать «свои» частицы, но и дать приказ о включении искровых камер.

Насколько же теперь условия работы экспериментаторов отличаются от тех, что были лет тридцать назад!

Тогда между исследователем и прибором шел неторопливый разговор, состоящий из длинных монологов. Помните, как Э. Резерфорд, заполняя камеру поочередно воздухом, азотом, водородом, спокойно подсчитывал количество вспышек от вылетающих из камеры ядер водорода. Д. Чедвик сначала измерял число протонов, выбиваемых нейтронами из парафина, потом убирал парафин и не торопясь убеждался, что теперь протонов нет.

Такие темпы «разговора» в современном эксперименте физики высоких энергий просто немыслимы. Теперь необходим оживленный диалог, и по возможности без пауз.

В арсенале экспериментаторов давно находится прибор — сцинтилляционный счетчик. Заряженные частицы, попадая в него, возбуждают световую вспышку, которую чувствительная лампа-фотоумножитель тотчас превращает в электрический импульс. С помощью этого счетчика по амплитуде импульса можно легко отличить протоны от электронов и мезонов, если энергии их невелики. Правда, у релятивистских частиц, движущихся почти со скоростью света, все импульсы одинаковы, и по ним невозможно определить «сорта» частицы. Но экспериментаторы, работающие в физике высоких энергий, увидели в этом приборе одно ценное качество: сигнал от каждой пролетевшей частицы поступает от сцинтилляционного счетчика очень быстро, за 10 –9секунды, как раз то, что нужно.

Итак, на протяжении всей установки расположили около 50 сцинтилляционных счетчиков. Их поместили перед искровыми камерами, перед магнитом и за ним. Счетчики установили так, что частицы, которые необходимо зарегистрировать, обязательно должны были пролететь через них. Теперь по порядку поступления импульсов, который соответствует геометрии полета частицы через установку, можно найти пи-мезоны, образовавшиеся от распада нейтральных каонов, и дать команду искровым камерам, чтобы они включились для регистрации.

Но легко сказать — найти пи-мезон! Человеку, даже самому расторопному, не под силу сделать все это за доли секунды. Поэтому вместо него работают специальные электронные «логические» схемы. В течение миллиардной доли секунды они успевают проанализировать импульсы всех сцинтилляционных счетчиков, и если две частицы одновременно «чиркнули» по всем счетчикам в заданном порядке, электронная схема «считает» их искомыми частицами и «разрешает» запуск камер. И тогда в тех местах каждой камеры, где пролетела частица, возникает искровой разряд. В виде электрических импульсов с многочисленных проволочек каждой из 18 камер начинает поступать информация о координатах ( x и y ) траектории частицы в данной точке пространства.

Ну вот мы и прошли все метры, на которые протянулись мезонный канал и сама экспериментальная установка для регистрации короткоживущих ка-ноль-мезонов, возникающих в жидководородной мишени.

Но увиденное нами еще не исчерпывает списка всех важнейших узлов установки. В стороне от нее в «экспериментальном домике», где исследователи могут находиться во время работы ускорителя, стоят стойки с несколькими сотнями блоков электронной аппаратуры, начиненные десятками тысяч транзисторов, куда приходят все импульсы от установки. А еще в одном помещении расположено устройство, куда стекается вся информация. Здесь происходит контроль за работой одновременно всех приборов и каждого из них в отдельности. Без этого контроля установка, соединяющая в себе все самое передовое в экспериментальной науке и технике, превратилась бы просто в выставку современной аппаратуры. Конечно же, это электронно-вычислительная машина.

«Раньше, до разработки методики проведения экспериментов на линии с ЭВМ, — сказал И. Савин, — ставить такие опыты было бессмысленно». Объем информации опыта так велик, что даже вычислительная машина, напрягая до предела свою «память» и выжимая максимальную скорость, едва успевает принять и записать на магнитную пленку сведения о траекториях нужных частиц.