Открытие антипротона

1. Открытие антипротона

Волосников Владимир Сергеевич
МФТИ ФОПФ
1 курс 727 группа

2. План

• Теоретические предпосылки
• Экспериментальная установка
• Результат

3. Теоретические предпосылки

• Мотивация проведения эксперимента
• Спин
• Теория Дирака
План

4. Мотивация проведения эксперимента

Проблемы классической
физики (абсолютно черное
тело, атом)
Создание
квантовой
механики
Специальная
теория
относительности
Квантовая
механика
+ СТО
Античастицы
Теория Дирака
Частицы с
отрицательными
энергиями
Открытие
позитрона
Остальные частицы
Открытие
антипротона

5. Теория Дирака

• Появление квантовой Механики
• Появление специальной теории относительности
• П. Дирак обобщает уравнение Шредингера на случай
релятивистских частиц
• Из решения его уравнения возникали частицы с
отрицательными энергиями
• Возникшую проблему решает гипотеза о существовании
античастиц
• Античасти́ца — частица-двойник некоторой другой
элементарной частицы, обладающая той же массой и тем
же спином, отличающаяся от неё знаками всех других
характеристик взаимодействия

6. Экспериментальная установка

• Беватрон
• Установка
• Плюсы

7. Беватрон

• Беватро́н (Bevatron, от BeV — Billion ElectronVolt) — ускоритель,
слабофокусирующий протонный синхротрон на энергию 6 ГэВ,
работавший в Национальной лаборатории им.Лоуренса (LBNL,
Калифорния) в 1954-1971 годы для проведения экспериментов в
области физики высоких энергий и элементарных частиц, а в
1971-2009 годы в качестве бустера тяжёлых ионов для линейного
ускорителя SuperHILAC.

8.

T – медная мишень; М1, М2 – отклоняющие магниты;
С1, С2 – сцинтилляционные счетчики; Ч1, Ч2 – Черенковские счетчики;
Л1, Л2 – квадрупольные фокусирующие магниты

9. Особенности установки

• С помощью отклоняющих магнитов М1 и М2 из всех вторичных
частиц, образующихся при взаимодействии ускоренного пучка
протонов с мишенью, выделялись частицы с единичным
отрицательным зарядом и импульсом 1.19 ГэВ/с.
• Для выделения антипротонов из большого фона отрицательных
пионов (1 антипротон на ≈105 пионов) использовалось их
разное время пролета расстояния ≈ 12 м между
быстродействующими сцинтилляционными счетчиками С1 и С2.
• Ч2-счетчик Черенкова специальной конструкции, который
подсчитывает только частицы в узком интервале скоростей,
0. 75 < V/C < 0.78.
• Счетчик Ч1 регистрировал частицы со скоростями пионов
(V/C > 0.79).

10. Экспериментальные данные

• Измерение времени полета
• Измерение массы
• Измерение пороговой энергии выхода

11.

• Известны импульсы частиц проходящих через магниты
М1, М2 - 1.19 ГэВ/с
• известны массы мезонов и антипротона, => известны
скорости частиц - 0.99 с и 0.78 с соответственно
• Известно расстояние между счетчиками С1 и С2 – 12м
• Теоретическое время полета мезона и антипротона 40·10-9 с и 51·10-9 с соответственно

12. Измерение времени полета

• Счетчик Ч1 регистрировал частицы, двигающиеся со
скоростью >0,79c
• Счетчик Ч2 регистрировал частицы со скоростью
0,75c < V/c < 0,78c
• Счетчик С3 регистрировал частицы, которые не
отклонились от заданной траектории
• Счетчики С1, С2, С3 и Ч2 были включены на
совпадение
• Показания счетчика Ч1 исключались из показаний С1,
С2, С3 и Ч2

13. Измерение времени полета

Мезон
Антипротон
Случайные
совпадения
Сигналы на осцилографе

14. Измерение времени полета

Мезон (для
калибровки)
Антипротон
Случайные
совпадения

15. Измерение массы

• Скорость мезонов и антипротонов постоянна
• С помощью изменения параметров M1, M2, Q1 и Q2
изменяли импульс частицы
• Таким методом получали зависимость количества
частиц, приходящихся на 10^5 мезонов от массы
частицы

16.

• Кривая получена с
помощью
протонов
• Точки получены
для
отрицательных
частиц
• Масса
отрицательной
частицы совпадает
с массой протона в
пределах 5%

17. Измерение выхода

• измерение выхода
отрицательно
заряженных частиц с
массой равной
протону в
зависимости от
энергии падающего
на мишень пучка
ускоренных
протонов.
• Измеренное
пороговое значение
выхода реакции - 4,3
МэВ

18. Выводы

• Полученная частица с отрицательным зарядом и массой
антипротоном
• Теория Дирака распространяется не только на электроны
и на другие частицы
• В частности существует антинейтрон, антигелий, антивод