SŁOWNICZEK POJĘĆ

A

Akcelerator - urządzenie służące do przyspieszania cząstek naładowanych. W fizyce wysokich energii stosuje się je do badań nad cząstkami elementarnymi. Rozróżnia się dwa typy akceleratorów - liniowe i cykliczne. Cząstki przyspieszane są przez pole elektryczne, a pole magnetyczne stosuje się do nadania przyspieszanym cząstkom odpowiedniego toru (np.: w cyklotronie).   (12)

 

Aktywność - aktywność pewnej ilości substancji promieniotwórczej zdefiniowana jest jako dN/dt, gdzie dN oznacza liczbę spontanicznych rozpadów zachodzących w czasie dt. W układzie SI podstawową jednostką aktywności jest  bekerel [1Bq]=[1rozpad/s].   (4)

 

Antycząstka – cząstka elementarna mające tę samą masę, spin i czas życia co dana cząstka, ale różniąca się od niej ładunkiem elektrycznym Q, liczbą barionową B, leptonową L oraz innymi liczbami kwantowymi. Cząstka i antycząstka przy zderzeniu ulegają anihilacji, w wyniku czego powstają inne cząstki (np.: fotony).   (4), (10)

 

B

Barionowa liczba B – liczba kwantowa, która została wprowadzona do opisu obserwowanego w oddziaływaniach jądrowych zjawiska zachowania różnicy ilości barionów i antybarionów. Barionom przypisuje się liczbę barionową B = 1, antybarionom B = -1, a pozostałe cząstki mają liczbę barionową B= 0. Liczba barionowa jest zachowywana przez wszystkie rodzaje oddziaływań.   (4), (13)

 

Bozony – cząstki o symetrycznej funkcji falowej, maja one całkowity spin i podlegają rozkładowi Bosego-Einsteina. Bozonami są mezony (, , , ...), nośniki oddziaływań (, , , , ...), jak również układy składające się z parzystej liczby fermionów.   (12)

 

C

CAMAC – standard komunikacji pomiędzy modułami elektronicznymi, przy pomocy którego komputer komunikuje się z układem detekcyjnym. Za pomocą odpowiedniego oprogramowania komputer wysyła polecenia i pobiera dane z magistrali CAMAC (rys 5.1). Urządzenia tego typu znajdują szerokie zastosowanie w eksperymentach fizyki wysokich energii.   (21)

 

 

Chromodynamika kwantowa (QCD) - teoria opisująca oddziaływania silne występujące między kwarkami, wzorowana na elektrodynamice kwantowej (QED). Kwarki mogą występować w jednym z trzech stanów kolorowych, a kwantami pole silnego są wirtualne gluony, które niosą kolor. Istnieją trzy rodzaje koloru, umownie przyjmuje się: czerwony, niebieski oraz żółty. Obserwowane cząstki występują zawsze w stanie białym, czyli mieszaninie trzech stanów kolorowych.   (4)

 

Czas połowicznego rozpadu – jest to czas, po którym ilość jąder (aktywność) danego izotopu promieniotwórczego spada do połowy początkowej wartości (rys. 5.4). Przyjmuje się, że całkowity rozpad danego izotopu następuje po czasie równym pięciu czasom połowicznego zaniku. Związek między czasem połowicznego zaniku , a średnim czasem życia określa się następującą zależnością: = ln2.   (20)

 

Cząstka alfa - cząstka zbudowana z 2 protonów i 2 neutronów (jądro atomu helu), ma ładunek elektryczny równy +2e oraz zerowy spin. Cząstki są emitowane przez niektóre substancje promieniotwórcze w trakcie rozpadu alfa, powstają one również w wielu reakcjach jądrowych.

 

D

Dyskryminator – Układ elektroniczny służący do przekształcania sygnałów (np.: analogowych na cyfrowe), jak również do wybierania sygnałów o zadanych parametrach (np.: amplituda lub szerokość sygnału).   (4), (21)

 

Dziwność S – liczba kwantowa przypisana cząstkom zawierającym kwarki dziwne s (cząstka zawierająca jeden kwark dziwny ma dziwność S = -1), cząstki takie nazywamy cząstkami dziwnymi. Dziwność jest zachowywana w oddziaływaniach silnych i elektromagnetycznych, natomiast nie jest zachowywana w oddziaływaniach słabych. Dziwność została wprowadzona do opisu powstawania parami mezonów K i niektórych hiperonów.   (10)

 

F

Fermiony – cząstki o antysymetrycznej funkcji falowej, mają one połówkowy spin i podlegają statystyce Fermiego-Diraca. Fermionami są kwarki, leptony (np.: elektrony, neutrina, miony), bariony, jak również układy cząstek zbudowane z nieparzystej liczby fermionów.   (12)

 

Fotopowielacz – Urządzenie służące do przetwarzania światła na prąd elektryczny i wzmacniania tego prądu (rys. 5.2).

 

 

Zbudowany jest z fotokatody, układu dynod (elektrod powielających) oraz anody (rys. 5.3) zamkniętych w bańce próżniowej. Zasada działania fotopowielacza oparta jest na zjawisku fotoelektrycznym. Elektron wybity przez foton z fotokatody dociera do pierwszej dynody i wybija z niej elektrony. Proces ten powtarzany jest na kolejnych dynodach, w wyniku czego uzyskuje się wzmocnienie sygnału rzędu do razy.   (4), (12)

 

 

H

Hadrony – cząstki zbudowane z kwarków, takie jak: bariony i mezony, silnie oddziałujące.

 

Hiperony – cząstki te są barionami o dziwności różnej od zera (np.: , , , , , , jak również krótko żyjące rezonanse barionowe). Hiperony są hadronami trwałymi ze względu na oddziaływania silne, posiadają czasy życia rzędu . Często do określenia hiperonów używa się terminu bariony dziwne.   (4)

 

I

Izospin I (spin izotopowy) - liczba kwantowa określona dla hadronów. Wyraża fakt istnienia cząstek identycznych dla oddziaływań silnych (multipletów izospinowych), różniących się między sobą stanem ładunkowym jak np.: neutron i proton (I=1/2). Zróżnicowanie ładunkowe wyraża się różnicą w wartości rzutu izospinu na wybraną oś (przeważnie oś z) w abstrakcyjnej przestrzeni izospinu. Składowa ta oznaczana jest I3 (np.: dla neutronu I3 = -1/2, a dla protonu I3 = +1/2). Liczba cząstek w multiplecie wynosi 2I + 1.   (4)

 

Izotop –  atomy tego samego pierwiastka chemicznego posiadające jednakową liczbę protonów Z, lecz różniące się liczbą neutronów N=A-Z oraz masą atomową A. Niektóre izotopy występują w przyrodzie, jednak większość otrzymywana jest sztucznie w drodze reakcji jądrowych. Większość pierwiastków chemicznych występuje jako mieszanina wielu swoich izotopów, przy czym proporcje pomiędzy nimi są w przybliżeniu stałe. Właściwości chemiczne i fizyczne izotopów danego pierwiastka są praktycznie takie same. Istnieją jednak fizyczne metody umożliwiające rozdzielanie izotopów (spektrometria masowa). Oprócz stabilnych izotopów wszystkich pierwiastków znanych jest wiele izotopów promieniotwórczych o różnych czasach połowicznego zaniku i rodzajach rozpadu promieniotwórczego.   (4), (13)

 

K

Koincydencyjny układ – układ elektroniczny reagujący na jednoczesność dotarcia sygnałów do dwóch lub więcej wejść, realizujący funkcję logiczną koniunkcji (AND). Układy koincydencyjne są powszechnie wykorzystywane w układach detekcyjnych fizyki wysokich energii np.: do selekcji interesujących przypadków w czasie rzeczywistym.   (4)

 

L

Leptonowa liczba – liczba kwantowa wprowadzona do opisu zasady zachowania we wszystkich oddziaływaniach liczby będącej różnicą leptonów i antyleptonów. Istnieją trzy liczby leptonowe odpowiadające trzem generacją leptonów: elektronowa liczba leptonowa Le, mionowa liczba leptonowa i taonowa liczba leptonowa . Każda z liczb leptonowych jest zachowana osobno. Odpowiednim leptonom przypisuje się posiadanie odpowiedniej liczby leptonowej równej 1, antyleptonom –1, pozostałe cząstki (hadrony) mają wszystkie liczby leptonowe równe zeru.   (4), (13)

 

M

Miony – fundamentalne cząstki elementarne, są fermionami o spinie 1/2 (w jednostkach stałej Plancka). Miony należą do leptonów. Występują w dwóch stanach ładunkowych - dodatnim i ujemnym (miony ujemne traktowane są jako cząstki, zaś miony dodatnie jako antycząstki), przy czym ładunki te są równe co do wartości bezwzględnej ładunkowi elementarnemu. Masa mionu jest około 200 razy większa od masy elektronu i wynosi 105,6592. Czas życia mionu w próżni wynosi w przybliżeniu 2,2. W wyniku rozpadu mionu emitowany jest elektron, antyneutriono elektronowe oraz neutrino mionowe - w przypadku mionów ujemnych:

.

Miony dodatnie rozpadają się emitując pozyton, neutrino elektronowe i antyneutrino mionowe:

.

Miony są cząstkami bardzo przenikliwymi. Powstające w górnych warstwach stratosfery jako składnik wtórnego promieniowania kosmicznego, potrafią dotrzeć nawet kilkaset metrów pod powierzchnię Ziemi. Miony zostały odkryte w roku 1937 w promieniowaniu kosmicznym przez Carla Davida Andersona.   (4), (20)

 

Model Standardowy – teoria opisująca strukturę wszechświata i podstawowe siły w nim występujące (poza grawitacją). Zawiera chromodynamikę kwantową (QCD) oraz teorię elektrosłabą (unifikacja oddziaływań słabych i elektromagnetycznych). Podstawowymi składnikami materii jest 12 fermionów – 6 kwarków i 6 leptonów. Występują 3 pola sił z odpowiednimi bozonami pośredniczącymi (silne - gluon, elektromagnetyczne - foton, słabe - bozony W, Z) oraz cząstka Higgsa. Model Standardowy nie opisuje oddziaływań grawitacyjnych.   (4)

 

O

Oddziaływania elektromagnetyczne – jedno z fundamentalnych oddziaływań fizycznych, zachodzi pomiędzy ciałami obdarzonymi ładunkiem elektrycznym za pośrednictwem pola elektromagnetycznego. Nośnikami oddziaływań elektromagnetycznych są fotony . Kwantowe własności oddziaływania elektromagnetycznego opisuje elektrodynamika kwantowa. Oddziaływania elektromagnetyczne wiąże się za pośrednictwem teorii małej unifikacji z oddziaływaniami słabymi, wspólnie noszą one nazwę oddziaływań elektrosłabych.   (4), (10)

 

Oddziaływania grawitacyjne - jedno z czterech fundamentalnych oddziaływań fizycznych, występuje między wszystkimi ciałami posiadającymi masę. Opisane jest prawem powszechnego ciążenia Newtona. Jest to najsłabsze z wszystkich oddziaływań, dlatego też ma znaczenie tylko przy ciałach o bardzo dużych masach. Przypuszcza się, że oddziaływanie to jest przenoszone przez pole grawitacyjne, jednak jak dotąd jeszcze nie udało się go wykryć. Hipotetyczną cząstką przenoszącą oddziaływania grawitacyjne jest grawiton.   (4)

 

Oddziaływania silne – jedno z czterech fundamentalnych oddziaływań fizycznych. Odpowiada za łączenie się kwarków w hadrony oraz nukleonów w jądra atomowe, działa na bardzo małych odległościach ~. Ładunkiem silnego oddziaływania jest kolor kwarku. Nośnikami oddziaływań są gluony, które oddziaływują na siebie nawzajem, co w konsekwencji prowadzi do uwięzienia koloru i niemożności obserwacji swobodnego kwarku. Teoria, która opisuje silne oddziaływania nazywana jest chromodynamiką kwantową.   (4), (10)

 

Oddziaływania słabe – jedno z czterech fundamentalnych oddziaływań fizycznych (odpowiada między innymi za rozpad beta ) występujące pomiędzy wszystkimi podstawowymi fermionami – leptonami i kwarkami. Kwantami pola słabego są bozony pośredniczące , i przenoszące oddziaływania na bardzo małych odległościach . W oddziaływaniach słabych nie jest zachowana parzystość, dziwność, powab, piękno, prawda oraz trzecia składowa izospinu. Zachowane są natomiast ładunek elektryczny, pęd, moment pędu, energia, liczby leptonowe i liczba barionowa. Słabe oddziaływania powiązane są z oddziaływaniami elektromagnetycznymi teorią małej unifikacji, wspólnie noszą nazwę oddziaływań elektrosłabych.   (4), (10)

 

P

Piękno B - liczba kwantowa przypisana cząstkom zawierającym kwarki piękne b (cząstka zawierająca jeden kwark piękny ma piękno B = -1). Piękno zachowane jest we wszystkich oddziaływaniach z wyjątkiem oddziaływań słabych.   (4)

 

Powab C - liczba kwantowa przypisana cząstkom zawierającym kwarki powabne c (cząstka zawierająca jeden kwark powabny na powab C = 1). Powab zachowany jest we wszystkich oddziaływaniach z wyjątkiem oddziaływań słabych.   (4)

 

Prawda T – liczba kwantowa przypisana cząstkom zawierającym kwarki prawdziwe t (cząstka zawierająca jeden kwark prawdziwy ma prawdę T = 1). Prawda zachowana jest we wszystkich oddziaływaniach z wyjątkiem oddziaływań słabych.   (4)

 

Promieniowanie jonizujące – rodzaj promieniowania przenikliwego, strumień wysokoenergetycznych fotonów (promieniowanie , promieniowanie X) lub cząstek naładowanych (elektrony, protony, cząstki alfa, ...). Cząstki promieniowania jonizującego oddziałują elektromagnetycznie z atomami ośrodka przekazując w ten sposób część swej energii elektronom powodując jonizację (odrywanie elektronów od atomu).   (17)

 

R

Rekcje jądrowe – procesy oddziaływania jąder atomowych z innymi jądrami lub z cząstkami elementarnymi. Podczas reakcji jądro i oddziałująca cząstka mogą przekazywać sobie energię, pęd, ładunek elektryczny, itp., przy czym obowiązują odpowiednie zasady zachowania. Jako wyniki reakcji otrzymuje się jądro lub jądra wtórne oraz cząstki elementarne. Prawdopodobieństwo zajścia w określonych warunkach danej reakcji określa jej przekrój czynny.   (4), (13)

 

S

Scyntylacja – krótkotrwały błysk światła powstający w substancjach zwanych scyntylatorami na skutek zjawiska luminescencji (emisja fotonów towarzysząca przejściu atomu ze stanu wzbudzonego do stanu podstawowego), która ma miejsce przy przechodzeniu przez te substancje cząstek promieniowania jonizującego. Czas trwania luminescencji wynosi od 1ns do około 100.   (17)

 

Skuteczna dawka - suma dawek równoważnych (dawek pochłoniętych w tkance lub narządzie z uwzględnieniem rodzaju i szkodliwości biologicznej promieniowania) od napromienienia zewnętrznego i wewnętrznego we wszystkich tkankach i narządach z uwzględnieniem odpowiednich współczynników wagowych. Jednostką dawki skutecznej, jak również dawki równoważnej jest siwert [1Sv] = [1J/1kg].   (17)

 

Spin J - wewnętrzny moment pędu cząstki. Cząstki, których spin jest połówkowy (w jednostach stałej Plancka) mają inne własności kwantowe od cząstek o spinie całkowitym (fermiony, bozony). Cząstki fundamentalne będące składnikami materii (kwarki, leptony) mają spin połówkowy, a kwanty pól fundamentalnych (fotony, gluony, bozony W i Z) całkowity.   (4)

 

Steradian (sr) - jednostka kąta bryłowego. 1sr jest to kąt bryłowy o wierzchołku w środku kuli, wycinający z tej kuli powierzchnię równą kwadratowi jej promienia. Pełny kąt bryłowy ma 4sr.   (4)

 

Ś

Ścieżka ośmiokrotna – jest to schemat klasyfikacji dla cząstek elementarnych stworzony przez teoretyka Murraya Gell-Manna. Składając ze sobą cząstki o podobnej masie, izospinie i innych własnościach dostaję się rodziny ośmiu (dziesięciu) cząstek układające się we wzór sześciokąta (diagram, w którym na osi pionowej odkłada się wartość dziwności S, zaś na osi poziomej trzecią składową izospinu I3). Te regularności występujące między barionami i mezonami zasugerowały, że coś musi się w nich powtarzać będąc źródłem regularnego układu cech. I rzeczywiście okazało się, że bariony i mezony składają się z kwarków, za pośrednictwem których można w naturalny sposób odtworzyć diagramy ścieżki ośmiokrotnej.   (22)

 

Średni czas życia - wielkość charakterystyczna dla danej cząstki, jest to średni czas życia cząstki zanim ulegnie ona rozpadowi. Liczba cząstek nietrwałych maleje wykładniczo z czasem, po czasie t = liczba cząstek, które nie uległy rozpadowi zmaleje o czynnik e (rys. 5.4). Można to opisać za pomocą równania: N(t)=N0exp(), gdzie N0 oznacza początkową liczbę cząstek, a N(t) liczbę cząstek, które nie rozpadły się po czasie t. Związek między średnim czasem życia , a czasem połowicznego zaniku jest następujący:    (20)

 

 

Światłowód – falowód służący do przesyłania promieniowania świetlnego. Zbudowany jest z włókien dielektrycznych (przeważnie szklanych) z otuliną wykonaną z tworzywa sztucznego charakteryzującego się mniejszym współczynnikiem załamania światła niż wartość tego współczynnika dla danego dielektryka. Promień światła rozchodzi się w światłowodzie, dzięki zachodzącym w nim wielokrotnym całkowitym odbiciom wewnętrznym.   (17)

 

T

TDC (time – to – digital converter) – (przetwornik czas - cyfra) układ elektroniczny służący do pomiaru czasu. Odstęp czasu pomiędzy sygnałami START i STOP podawany jest w postaci cyfrowej, co umożliwia następnie przesłanie danych do komputera (np.: poprzez kontroler CAMAC). Dokładność pomiaru czasu jest uzależniona od częstotliwości taktowania zegara, który znajduje się wewnątrz modułu. Im większa częstotliwość tym dokładniejszy jest pomiar, lecz wówczas zmniejsza się zakres pomiaru, gdyż liczniki tego typu posiadają ograniczoną pojemność. Moduły TDC (rys 5.1) są często wykorzystywane w układach detekcyjnych fizyki wysokich energii.   (21)