Измерения и их обработка

1. Ознакомьтесь с описанием телескопа, приведенным в предыдущей лабораторной работе (Рис. 2).

2. Подготовьте установку к измерениям. Включите кнопку “Сеть”,

3. Дайте прогреться 5 мин. Нажмите кнопку “Сброс”, при этом во всех разрядах индикаторов должны высветиться нули.

4. Выставите время измерения (10 мин.) кнопками “Установка”, “+”, “-”. Перейдите в режим “Измерение”, снова нажав кнопку “Установка”.

5. Проведите измерение для вертикально падающих лучей ( = 0). Для этого нажмите кнопки “Сброс”, “Пуск” и дождитесь окончания счета.

6. Проведите аналогичные измерения счета совпадений для углов  = 30^о, 45^о, 60^о за то же самое время.

7. Для углов  > 50^о внесите поправку за счет ливней со стен и потолка лаборатории (ее величина измеряется при  = 90^о).

8. Оцените стандартную погрешность измерения интенсивности:

Рис. 1

ΔI() = ,

и общую погрешность с учетом поправки:

ΔI() = ΔI() + ΔI(=90^о).

9. Полученные данные занесите в таблицу:

№ опыта	t,мин	N,имп	Θ	Cos2Θ	I	I	I+I90	I

10. Постройте график зависимости интенсивности космических лучей I от cos² c указанием погрешности.

11. Сделайте вывод о том, является ли полученная зависимость прямой пропорциональностью.

Контрольные вопросы

1. Что такое первичное и вторичное космическое излучение?

2. Что входит в состав вторичного космического излучения?

3. Каковы компоненты первичного космического излучения?

4. Почему интенсивность прошедших через свинцовый слой лучей мало отличается от интенсивности жесткой компоненты космического излучения?

Лабораторная работа Измерение времени жизни мюона

Изучаемые разделы дисциплины Физика: естественная радиоактивность, космические лучи, прохождение частиц через вещество.

Цель работы: изучение зависимости интенсивности падающего космического излучения от азимутального угла и измерение времени жизни мюона.

Используемое оборудование: “Космический телескоп”, состоящий из нескольких рядов параллельно включенных счетчиков Гейгера - Мюллера.

Краткая теория

Основная часть Мю-мезонов (мюонов) рождается в верхних слоях атмосферы и имеет энергию от 1 до 10 ГэВ. Мюоны, входящие в состав жесткой компоненты, возникают в результате распада π-мезонов – продуктов ядерного взаимодействия первичных космических лучей с ядрами атмосферы π^± → µ^± + ν. Следовательно, мюоны проходят почти весь слой атмосферы. При этом они частично поглощаются, частично распадаются. Мюоны, идущие под углом θ к вертикали и попадающие на уровень моря, проходят в атмосфере путь в 1/cos θ раз больший, чем мюоны, идущие по вертикали. Поэтому вероятность распада для мюонов, идущих под углом, больше. При увеличении угла будет также увеличиваться слой воздуха, который должны пройти мюоны. Это приводит к увеличению поглощения за счет ионизационных потерь. Таким образом, оба фактора должны привести к уменьшению интенсивности мюонов с увеличением зенитного угла. Экспериментально установлено, что число мюонов, дошедших до детектора на уровне моря, уменьшается за свет поглощения в веществе по закону:

. (1)

С увеличением длины пути, пройденного мюоном, увеличивается вероятность его распада. Вероятность прохождения пути l без распада равна:

, (2)

где L = vτ - длина пробега, v = βc - скорость мюона, τ - время жизни движущегося мюона. Из релятивистской механики известно, что

, (3)

где τ₀ - время жизни покоящегося мюона. Тогда имеем:

, (4)

где - полная энергия мюона, которую можно принять равной 2*10⁹ эВ, - масса мюона, которая в энергетических единицах равна 105, 8 МэВ/с².

Отношение числа мюонов, идущих под зенитным углом, к числу вертикально падающих мюонов можно записать в виде:

, (5)

Для численных оценок можно считать, что по вертикали мюоны проходят путь = 15 км и .

Таким образом, воспользовавшись формулами (1-5) и экспериментальными значениями отношения можно измерить время жизни мюона τ₀.