Moći ću:
riješiti fizičke probleme
istražiti fizičke pojave.
Detekcija miona
Detekcija kozmičkih čestica eksperimentalna je potvrda teorije relativnosti.
Vrijeme poluživota miona iznosi 2,2⋅10-6 s kada miruje u odnosu prema motritelju na Zemlji.
Međutim, zbog brzine blizu brzini svjetlosti, vrijeme poluraspada miona produljuje se u odnosu na motritelja na Zemlji, zbog relativističkog usporenja vremena.
Da bi se moglo detektirati kozmičko zračenje iz određenog smjera može se koristiti detektor sa dvije Geiger Müllerove cijevi ili dvije scintilacijske ploče i fotomultiplikatorima.
Dostupna, čak i za samogradnju, izvedba je sa dvije Geiger Müllerove cijevi. Ovakav uređaj omogućuje mjerenja na osnovu kojih možemo doći do nekih osnovnih zaključaka.
Slika 1.
Detektor sa dvije Geiger Müllerove cijevi ili dvije scintilacijske ploče i fotomultiplikatorima
Uređaj treba detektirati samo one čestice koje prođu istovremeno kroz obje cijevi. Signali se sa Geiger Mülerovih cijevi dovode na sklop za koincidenciju kako bi se registrirale samo one čestice koje detektiraju oba brojača. Tako se postiže prostorna usmjerenost uređaja.
Slika 2.
Shematski prikaz uređaja za detekciju miona
Shematski prikaz uređaja za detekciju miona
Geiger Müllerove cijevi postavljaju se u različite međusobne položaje prikazano na slici . U ovisnosti o njihovom međusobnom položaju određuje se zenitna daljina z i azimut A, odnosno može se odrediti smjer iz kojeg sekundarno kozmičko zračenje dolazi.
Slika 3.
Horizontski kordinatni sustav i usmjeravanje Geiger Müllerovih cijevi
Horizontski kordinatni sustav i usmjeravanje Geiger Müllerovih cijevi
Usmjeravanje Geiger Müllerovih cijevi određuje se pomoću horizontskog koordinatnog sustava. Koordinate objekta opisuju se visinom h (0°,90°), ako su objekti iznad horizonta ili zenitnom daljinom z, z = 90° - h. Druga koordinata je azimut i mjeri se od južne točke horizonta prema zapadu (0°,360°).
S obzirom na međusobni razmak cijevi može se utvrditi prostorni kut upadnog zračenja.
Slika 4.
Prostorni kut upadnog zračenja
Prostorni kut upadnog zračenja
U videu je prikazan osnovni eksperimentalni postav pomoću kojega možemo detektirati sekundarne kozmičke čestice, mione. Nakon što pogledate pokus, nastavite sa obradom tablično prikazanih mjerenja i odgovorite na postavljena pitanja.
Video 1.
Detekcija miona
1. zadatak
Prikazana su mjerenja izvedena za razmake GM cijevi d=10 cm i d=20 cm. Koincidencije su bilježene u vremnu od 60 minuta.
Kut azimuta je 0°, zenitna daljina 0°.
Prikažite grafički ovisnost broja koincidencija o međusobnom razmaku GM cijevi.
Što možete na osnovu rezultata mjerenja zaključiti o prostornoj usmjerenosti?
Ovisnost broja koincidencija o razmaku cijevi
Broj koincidencija | |
d=10cm | d=20cm |
4 | 1 |
7 | 3 |
6 | 3 |
6 | 2 |
8 | 1 |
4 | 1 |
2. zadatak
U tablici je prikazan niz mjerenja izvršenih za različite zenitne daljine (z).
Nadmorske visine mjesta na kojima su mjerenja izvođena je 123 m.
Razmak cijevi je 10 cm.
Azimut je 0°.
n je broj koincidencija u jednom satu.
Prikažite grafičku ovisnost broja koincidencija o zenitnoj daljini.
Ovisnost broja detekcija o zenitnoj daljini
Što možete zaključiti na osnovu mjerenja? Obrazložite svoje zaključke.
Dodatno istražite:
- Kako možemo biti manje više sigurni da su detektirane čestice kozmičke? Koja mjerenja treba dodatno provesti?
- Može li se ovakvim postavom odrediti vrijeme poluživota miona?
- Koje preinake u postavu bi trebalo napraviti da bise moglo odrediti vrijeme poluživota miona?