2532

Определение времени жизни мюонов

Лабораторная работа

Физика

Цель работы: изучить законы радиоактивного распада и оценить время жизни покоящихся мюонов. Мюоны (μ-мезоны) – нестабильные частицы с единичным положительным или отрицательным зарядом и массой, которая почти в 207 раз больше массы электрона.

Русский

2013-01-06

113 KB

43 чел.

Л А Б О Р А Т О Р Н А Я Р А Б О Т А № 2

Определение времени жизни мюонов


Цель работы:
изучить законы радиоактивного распада и оценить время жизни покоящихся мюонов.

ТЕОРИЯ МЕТОДА

Мюоны (μ-мезоны) – нестабильные частицы с единичным положительным или отрицательным зарядом и массой, которая почти в 207 раз больше массы электрона. Впервые мюоны были обнаружены в составе космического излучения, достигающего поверхности Земли.

Как известно, радиоактивный распад описывается экспоненциальным законом

(1) где N(0) и N(t) – число нераспавшихся частиц в начальный момент времени и в момент времени t соответственно; τ – время жизни частиц, т.е. время, в течение которого число частиц уменьшается в е раз.

Схема наблюдения потока мюонов в атмосфере представлена на рис.2.

Р и с. 2

Пусть в верхних слоях атмосферы в единицу времени зарождается n0 мюонов, которые движутся со скоростью V в направлении наблюдателя, находящегося на поверхности Земли. За время t прохождения слоя атмосферы толщиной h часть мюонов испытывает распад, и прибор зарегистрирует в единицу времени количество мюонов  (2) где * – время жизни движущихся мюонов, т.е. время жизни в лабораторной, или неподвижной системе координат, связанной с Землей. Измеряя количество мюонов n1 и n2, пришедших под различными углами и, следовательно, прошедших различные пути h1, h2 (рис. 2) можно оценить время жизни движущегося мюона *. Действительно, ; .

Откуда  . (3)

Так как скорость космических мюонов V близка к скорости света с, то * значительно превосходит время жизни покоящихся мюонов 0

 (4)

Кроме того, энергия движущихся мюонов связана с энергией их покоя mc2 = 105 МэВ соотношением  (5) где m – масса покоя мюона.

Комбинируя (3), (4), (5) можно получить  (6)

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

Простым и надежным устройством для подсчета количества испускаемых заряженных частиц является газоразрядный счетчик Гейгера-Мюллера. Счетчик представляет собой металлический цилиндр, основания которого закрыты изоляционным материалом. По оси цилиндра натянута тонкая металлическая нить. Цилиндр наполнен инертным газом при пониженном давлении (несколько десятков миллиметров ртутного столба). Между нитью и корпусом счетчика прикладывают разность потенциалов (несколько сот вольт), достаточную для того, чтобы при наличии ионов мог начаться самостоятельный разряд.

Пролетающая через счетчик частица ионизирует газ в цилиндре и вызывает разряд в нем. Возникает кратковременный импульс, который усиливается усилителем, а затем передается на регистрирующее устройство, автоматически отмечающее количество пролетающих через счетчик частиц. Такой счетчик способен регистрировать до 106 частиц в минуту.

Установка для изучения углового распределения космических лучей состоит из двух счетчиков Гейгера (СГ), схемы совпадений (СС) и счетного прибора (СП), в качестве которого используется частотомер Ч3-33 (рис. 3,а). При подключении счетного прибора к гнездам 1 или 2 схемы совпадений, регистрируются импульсы, поступающие с первого или второго СГ, т.е. измеряется количество частиц прошедших через тот или иной счетчик. При подключении к гнезду 1–2 схема совпадений пропускает лишь те импульсы, которые поступают со счетчиков практически одновременно (время разрешения составляет около 10 с-7). Следовательно, в режиме совпадений установка зарегистрирует только такую космическую частицу, которая прошла оба счетчика т.е., летящую в данном направлении в пределах телесного угла, обозначенного пунктирами на рис. 3, б. Поворачивая счетчики на различные углы, можно исследовать распределение частиц по направлениям их движения. Установки подобного типа называются “телескопами”.

 

 а)          б)

Р и с. 3

Ход работы

  1.  Проверим работу первого счетчика, для чего при кабеле «ВХОД А», подключенном к гнезду “1”, произведём отсчет количества импульсов за минуту (нормально 80120 имп/мин). Аналогично проверить работу второго счетчика, при кабеле, подключенном к гнезду “2”.

   Для 1 счётчика – 114 имп/сек Для 2 счётчика – 96 имп/сек.

  1.  Подключим кабель к гнезду “12” при вертикальном положении телескопа и произведём отсчет количества импульсов за 10-15 мин, Определим количество импульсов в минуту –.

     = 5,2 имп/сек

  1.  Наклоним телескоп на угол θ = 45, аналогично определим количество зарегистрированных импульсов в минуту .    = 3,8 имп/сек
  2.   Произведём такие же измерения при горизонтальном положении счетчиков, определим фоновое значение – n0 (имп/мин).  n0 = 2,4 имп/сек
  3.   Из полученных значений  и  вычтем фоновое значение n0 и определить таким образом n1 и n2.  n1 = 2,8 имп/сек   n2 = 1,4 имп/сек
  4.   Используя формулу (6) оценим время покоящегося мюона (энергия космических мюонов Е ≈ 109 эВ, толщина атмосферы h1 ≈ 15 км, скорость мюонов Vc.

         с.

Вывод: Мюоны (μ-мезоны) – нестабильные частицы с единичным положительным или отрицательным зарядом и массой. Энергия движущихся мюонов связана с энергией их покоя. При движении в среде мюоны, как и другие заряженные частицы, могут терять свою энергию на ионизацию окружающих атомов, а также на тормозное излучение. Для мюонов радиационные потери практически отсутствуют, и ослабление их потока после прохождения слоя атмосферы происходит как вследствие поглощения частиц в воздухе за счет ионизационных потерь, так и вследствие радиоактивного распада. Радиоактивный распад описывается экспоненциальным законом  такой распад будет оказывать значительно большее влияние на ослабление их потока, чем за счет ионизационных потерь. Последние обстоятельство дает возможность обнаружить эффект распада, измеряя потоки мюонов прошедших различные пути в атмосфере.

5

PAGE  - 1 -


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

24962. Договор хранения 72.5 KB
  Договор хранения Сложность и особенность хранения как обязательства по оказанию услуг заключается в двойственной природе данного договора. По договору хранения одна сторона хранитель обязуется хранить вещь переданную ей другой стороной поклажедателем возвратить эту вещь в сохранности: односторонний безвозмездный и реальный договор. В бытовой сфере где отношения сторон хранения продолжают носить личнодоверительный характер указанная элементарная конструкция может найти применение хотя и в этой сфере ее значение падает поскольку и на...
24963. Договор аренды 57 KB
  Договор аренды По договору аренды имущественного найма арендодатель обязуется предоставить арендатору имущество за плату во временное владение и пользование или во временное пользование. Договор аренды консенсуальный возмездный взаимный и двусторонний. В настоящее время объектами аренды могут быть земельные участки и участки лесного фонда. Единственным существенным условием договора аренды в силу требования закона является условие о предмете аренды.
24964. Договор аренды транспортных средств 43 KB
  Договор аренды транспортных средств Выделение договора аренды транспортного средства в качестве отдельного вида договора аренды продиктовано особенностями его предмета транспортного средства. По второму признаку аренда конной повозки с неизбежностью будет отнесена к аренде движимой вещи но не к аренде транспортного средства. Закон регламентирует две разновидности договора аренды транспортного средства: 1 аренда транспортного средства с предоставлением услуг по управлению и технической эксплуатации; 2 аренда транспортного средства без...
24965. Аренда недвижимости 56 KB
  По договору аренды предприятия в целом как имущественного комплекса используемого для осуществления предпринимательской деятельности арендодатель обязуется предоставить арендатору за плату во временное владение и пользование земельные участки здания сооружения оборудование и другие входящие в состав предприятия основные средства передать в порядке на условиях и в пределах определяемых договором запасы сырья топлива материалов и иные оборотные средства права пользования землей водой и другими природными ресурсами зданиями...
24966. Договор строительного подряда. Понятие и предмет договора 70.5 KB
  Договор строительного подряда. По договору строительного подряда одна сторона подрядчик обязуется в установленный договором срок построить по заданию заказчика определенный объект либо выполнить иные строительные работы а другая сторона заказчик обязуется создать подрядчику необходимые условия для выполнения работ принять их результат и уплатить обусловленную цену п. основной отличительный признак договора строительного подряда характер работ и особая область в которой они осуществляются. Следовательно выполнение монтажных работ...
24967. Сравнительная характеристика договоров поручения, комиссии и агентского договора. Значение этих договоров 55.5 KB
  Сравнительная характеристика договоров поручения комиссии и агентского договора.971 ГК легальное определение дра поручения. и фактических действий; 2 длящийся харр; 3 агент действует либо от своего имени и за счет принципала модель отношений дра комиссии либо от имени и за счет принципала модель отношений дра поручения но при этом агентский договор никогда не носит личнодоверительного характера. деятти хотя бы одним из его учв поручение всегда возмездно если только в самом дре не предусмотрено иное; 3 отношения учв...
24968. Государственный контракт на выполнение подрядных работ для государственных нужд 54.5 KB
  Заказчик уполномоченный орган вправе размещать заказ путем проведения закрытого конкурса аукциона исключительно в случае размещения заказа на поставку товаров выполнение работ оказание услуг сведения о которых составляют государственную тайну. При этом создание комиссии по размещению заказа определение начальной цены контракта предмета и его существенных условий утверждение проекта контракта конкурсной документации документации об аукционе определение условий торгов и их изменение осуществляются заказчиком уполномоченным органом а...
24969. Договор займа и кредитный договор 36 KB
  Договор займа и кредитный договор 1. Понятие Договор займа кредитный договор и договор факторинга оформляют единые экономические кредитные отношения. По договору займа одна сторона заимодавец передает в собственность другой стороне заемщику деньги или другие вещи определенные родовыми признаками а заемщик обязуется возвратить заимодавцу такую же сумму денег сумму займа или равное количество других полученных им вещей того же рода и качества абз. Эта сделка: односторонняя заемщик обязан возвратить сумму займа а займодавец имеет...
24970. Кредитный договор 50.5 KB
  Именно поэтому закон говорит о предоставлении кредита в виде денежных средств п. Вознаграждение кредитору определяется в виде процентов начисленных на сумму кредита за все время его фактического использования. Обязанности заемщика состоят в возврате полученного кредита и уплате предусмотренных договором или законом процентов за его использование. Законом определяется момент исполнения заемщиком обязанности по возврату суммы кредита п.