Процесс измерений в физике микромира
можно описать с помощью следующей упрощенной
схемы. Пучок частиц падает на мишень из
исследуемого вещества.
В результате взаимодействия
падающих частиц с частицами мишени из мишени
вылетают различные частицы, которые
регистрируются с помощью детектора. Если в
результате столкновения изменяются только
импульсы сталкивающихся частиц, то такой процесс
называется упругим рассеянием.
Если наряду с изменением импульсов
сталкивающихся частиц изменяется и их
внутреннее состояние или образуются другие
частицы, то такой процесс называется неупругим
рассеянием или реакцией.
Пучки падающих на мишень частиц обычно
получают на ускорителях, что
позволяет сформировать частицы определенного
типа и энергии необходимые по условиям
эксперимента. Современные ускорители позволяют
формировать пучки различных частиц (p, e, π, K,
ν и др.) от нескольких десятков кэВ до
нескольких ТэВ. В некоторых экспериментах в
качестве первичных частиц используют частицы,
образующиеся в космическом пространстве,
частицы образующиеся в ядерных реакциях. В
экспериментах по исследованию солнечных
нейтрино регистрируют нейтрино, образующиеся на
Солнце. В этом случае мишень является
одновременно и детектором частиц.
При взаимодействии падающей частицы с
веществом мишени наряду с исследуемыми
реакциями могут происходить другие реакции,
которые являются фоновыми и затрудняют
наблюдение нужного процесса. Поэтому подбор
детектирующих устройств, которые используются в
экспериментах, представляет очень сложную
проблему. Так например, в экспериментах по поиску
антипротонов один антипротон образовывался на 106
фоновых частиц, среди которых основное число
составляли π и K-мезоны,
и детектор должен был надежно выделить
антипротоны из большого числа фоновых частиц.
Для этого использовались различные комбинации
счетчиков, включенных в схемы совпадений и
антисовпадений.
В физике высоких энергий часто
используют детекторы, которые позволяют
регистрировать все частицы, вылетающие из
мишени. Так например, в пузырьковых
камерах заряженные частицы, образовавшиеся в
результате реакций, образуют видимые треки.
Поиск интересующего события происходит в
процессе последующего анализа кинематики и
динамики событий. Использование пузырьковой
камеры позволило обнаружить странные и
очарованные частицы, о существовании которых при
подготовке экспериментов не было известно.
Подбор мишени и детектора составляет одну из
главных задач при подготовке эксперимента.
При обработке результатов
экспериментов обычно исходят из определенных
моделей описывающих исследуемую реакцию.
Согласие экспериментальных данных с
предсказаниями модели служит ее подтверждением.
Расхождения в случае правильно выполненного
эксперимента свидетельствует о том, что нет
достаточного понимания механизма исследуемого
процесса и теоретическая модель нуждается в
дальнейшем уточнении, либо должна быть
радикально изменена. Так, например, результаты
анализа экспериментов по рассеянию альфа-частиц
на ядрах золота показали, что модель атома
Томсона должна быть заменена на принципиально
другую модель - планетарную модель атома.
