Bilim TarihiXiao Jian ve ülkemin kozmik ışın fiziği araştırması
Ülkemdeki kozmik ışın fiziğinin kurucularından biridir ve ülkemin ilk alp kozmik ışın gözlemevinin kurulmasına başkanlık etmiştir; ülkemde modern matematiksel istatistikleri ve bilgisayar teknolojisini yüksek enerjili fizik deneylerine sokan ilk kişidir, ve bunları deneysel tasarım ve verilere uygulamak İşlem analizinde bir öncü, hayatını kozmik ışınlar ve yüksek enerjili deneysel fizik araştırmalarına adadı ve deneysel fizik için bir grup olağanüstü bilimsel araştırma yeteneği geliştirdi. O, ülkemde ünlü bir kozmik ışın fizikçisi ve yüksek enerjili fizikçi olan Xiao Jian'dır.
Bay Xiao Jian, 19 Temmuz 1920'de Changsha'da doğdu. 1944 yazında Southwest Associated University'nin Fizik Bölümünden mezun oldu. 1980'de Çin Bilimler Akademisi'ne üye (akademisyen) seçildi, esas olarak temel parçacık fiziği deneylerinin araştırılmasıyla uğraştı ve önemli sonuçlar elde etti.
Yunnan, Luoxueshan'daki erken kozmik ışın gözlem istasyonunun inşasından sorumluydu ve kozmik ışınların yoğunluğu, manyetik bulut odasının tasarımı ve inşası ve ilk kozmik ışın dedektörünün geliştirilmesine ilişkin gözlem ve araştırmaya öncülük etti. Çin'in bilimsel araştırma uyduları için Cihaz ayrıca ilgili gözlem ve araştırma konularını önerdi, Yunnan Gaoshan İstasyonu'nun büyük bulut odası sisteminin tasarımını, inşasını ve devreye alınmasını organize etti ve yönetti ve kozmik ışın parçacık fiziğinde birçok başarı elde etti.
Bugün Bay Xiao Jian'ın doğumunun 98. Yıldönümü. Bu makaleyi, Bay Xiao'nun anısını yaşatmak için ülkemdeki kozmik ışınların araştırmasını tanıtmak, anavatandaki deneysel bilimin temelini atmak için kullanmak istiyorum. ve vatanın bilimsel girişimlerinin önünü açmak.
ülkemin kozmik ışın araştırması kabaca üç aşamaya ayrılabilir.
Çin Halk Cumhuriyeti'nin kurulduğu ilk günlerden yaklaşık 1973'e kadar, ana algılama aracı olarak bulut odaları ile yüksek enerjili kozmik ışın etkileşimlerinin çalışmasına odaklanan, kabaca kozmik ışın araştırmasının ilk aşaması olarak kabul edilebilir. ve garip parçacıkların aranması.
1954 yılında, Çin'in ilk alp kozmik ışın deney istasyonu, Yunnan'daki Luoxue Dağı'nda deniz seviyesinden 3180 metre yükseklikte inşa edildi. Nükleer fizikçiler Zhao Zhongyao ve Wang Ganchang tarafından Amerika Birleşik Devletleri'nden getirilen 50 cm'lik çok plakalı bir bulut odası kuruldu ve 30 cm'lik bir manyetik bulut odası inşa edildi. Bu iki küçük bulut odası kullanılarak, 700'den fazla 0 hiperon ve K0s(0) mezonu tespit edildi ve kapsamlı bir şekilde analiz edildi; kozmik ışın parçacıklarının elektromanyetik duş fenomeni ve doğrudan yüksek enerjili elektronlar tarafından üretilen elektron çiftlerinin kesiti çalışıldı, bir dizi araştırma sonucunu ortaya çıkarmıştır.
1958 yılında, Zhang Wenyu, Xiao Jian ve Li Yi önderliğinde, orijinal Luoxueshan Laboratuvarı'ndan 9 kilometre uzakta, Haizitou Dağı'nın zirvesinde 3220 metre yükseklikte yeni bir alp kozmik ışın istasyonu inşa edildi. ekipman üç büyük bulut odasından oluşur.Bu hedef oda, orta katman manyetik bulut odası ve alt katman çoklu plaka odasıdır.Tek yüklü parçacıklar için maksimum ölçülebilir momentum 100 GeV/C'dir ve iyonizasyon ölçüm hatası %10'dur.Ekipmanın toplam ağırlığı o zaman dünyada aynı olan yaklaşık 300 tondur.Tesisattaki en büyük ve en gelişmiş cihazlardan biridir. O zamanki ekonomik koşullar altında, bu kadar büyük bir bulut odası sistemi kurmak zaten çok büyük bir yatırımdı.
Başlangıçta, büyük bulut odasının fizik hedefi, zamanın hızlandırıcı enerjisinin (onlarca GeV) ötesinde yüksek enerjili fizik araştırmalarına yerleştirildi. Büyük Bulut Odası'nın yapımı 7 yıl sürmüş 1965 yılında tamamlanmıştır.Daha sonra Kültür Devrimi'nin de etkisiyle zaman kaybı ve araştırma çalışmaları etkilenmiştir.1960'lı yılların sonunda uluslararası hızlandırıcının enerjisi Büyük Bulut Odası seviyesi ile aynı miktara yükseltilmiş olduğundan, yüksek enerji fiziğinin orijinal araştırma yönü artık avantajlı değil.
Bu nedenle, o zamanlar parçacık fiziğinin sınırındaki sıcak konulara göre, araştırma grubu kuark arayışının altını çizdi (Çinli parçacık fiziği teorisyenlerinin straton olarak adlandırdığı). Kuarklar 1/3 veya 2/3 oranında kesirli elektron yüküne sahip olabilir ve büyük manyetik bulut odası, kesirli olarak yüklü parçacıkları güvenilir bir şekilde tanımlayabilir, ancak deneysel olarak kesirli yüklü parçacıklar bulunamadı (daha sonraki çalışmalar kuarkların var olduğunu, ancak hadronlarda Hapsedildiğini gösterdi) , bu yüzden bulunamaz), ancak 1972'de olası bir ağır kütleli parçacık durumu elde etti.
Bir bulut odası (bulut odası olarak anılır) en eski yüklü parçacık izi detektörüydü ve temiz hava ve doymuş alkol (veya eter) buharı ile doluydu. Temel prensip, yüklü parçacıkların doymuş buharlı bir kaptan geçtiğinde gazı iyonize ederek yoğuşma çekirdeklerini oluşturması ve bunun da su damlacıkları oluşturmasıdır, böylece parçacık yolu boyunca oluşan yoğuşma suyu damlacıkları parçacık izini gösterir. analiz için kullanılır.
Bulut odasının dışına bir manyetik alan uygulanırsa, parçacık sapmasının izi ölçülecek, böylece parçacığın momentumu ölçülecek ve su damlacıklarının yoğunlaşma durumu parçacığın hızını yansıtabilir. Bulut odasına farklı maddeler içeren plakaları "hedef" olarak yerleştirmek, parçacıklar ve maddeler arasındaki etkileşimin özelliklerini inceleyebilir ve çekilen fotoğraflar parçacıkların etkileşim sürecini açıkça gösterebilir.
Kozmik ışınların ilk çalışmasında, bulut odaları en iyi araçlardan biriydi ve bulut odalarının sınırlamaları boyutları ve uygulanabilecek manyetik alanın gücüydü. Parçacık hızlandırıcının enerjisi kademeli olarak arttıkça, bulut odasının rolü yavaş yavaş "arka koltuk alır". 1896'da bulut odasını icat eden Wilson, 1927'de Nobel Fizik Ödülü'nü kazandı.
Şekil 1, Yunnan İstasyonunun Dayunshi Formasyonundaki Manyetik Bulut Odası tarafından fotoğraflanan büyük bir elektromanyetik duştur.Merkezi alanda 1 GeV'den büyük 30'dan fazla elektron vardır.Bu duşun toplam enerjisinin 0,5 TeV'nin üzerinde olduğu tahmin edilmektedir. yaklaşık atom ağırlığına eşittir.
Şekil 1 Yunnan İstasyonu'ndaki Dayunshi Formasyonunun orta seviye manyetik bulut odasında ölçülen bir elektromanyetik kademeli duş örneği
1972'de tespit edilen olası bir ağır parçacık olayı (Yunnan olayı olarak da bilinir), olayın fotoğrafları Şekil 2 ve 3'te görülebilir. Bunlardan Şekil 2a, bulut odasının ortasındaki panoramik kamera ile çekilmiş fotoğraf, Şekil 3 ise sol su damlası kamerası (bulut odasının sadece orta bölgesi) tarafından çekilen fotoğraftır. farklı büyütmelere sahiptir.
Durum, birbirinden geniş ölçüde ayrılmış üç yoldan oluşur.Şekil 2b, soldan sağa a, b ve c olarak işaretlenmiş şematik bir diyagramdır. a ve b parçacıklarının iyonlaşması benzerdir ve c önemli ölçüde daha hafiftir. hızının daha düşük olduğunu gösterir. b, c düzdür ve manyetik alanda çok az sapma gösterir, bu da çok fazla momentuma sahip olduklarını gösterir. c-parçacığının düşük hızı ve yüksek momentumu, onun yüksek bir kütleye sahip olduğunu gösterir. Analiz sonuçları, c parçacıklarının kütlesinin alt sınırının 12GeV olduğunu göstermektedir. Deneysel hata hesaba katıldığında, c-parçacık kütlesinin 1 GeV'den az (yani bir proton olması) olasılığı 1000'de 2'dir. Tüm bulut odası boyunca bozulmadan, muhtemelen kararlı bir parçacık olarak veya 5 x 10-9 saniyeden daha uzun bir yaşam süresiyle dolaşır.
Şekil 2a Yunnan davasının önden panoramik fotoğrafı (No. 16580)
Şekil 2b 16580 No'lu Vaka Kroki
Şekil 3 Yunnan kasasının sol tarafındaki su damlacıklarının fotoğrafı (No. 16580)
İkinci aşama 1976'da "Dörtlü Çete"nin devrilmesinden sonra. 1977'de Ulusal Doğa Bilimleri Disiplin Planlama Konferansı Pekin'de yapıldı. O zaman, Xiao Jian ve birkaç kıdemli zaten ayrılmıştı. Araştırma ve çalışma başladı çeşitli algılama yöntemlerini ve araştırma yönlerini keşfetmek, uluslararası ileri seviyeyi yakalamak için bir atılım aramak.
Yürütülen projeler şunlardır: Gabala Dağı Alp Lateks Laboratuvarı Deneyi; Huairou Yangbajing Genişletilmiş Hava Duşu (EAS) Dizi Teknolojisi ve Deneyi; Atmosferik Cherenkov Işık Algılama ve Çok Yüksek Enerjili Gama Işını Astronomik Gözlem Teknolojisi (Xinglong). gözlemevi) ve deneyler; stratosfer bilimi balon teknolojisi ve uzay X-ışını astronomik gözlem teknolojisi ve gözlemi; yüksek enerjili kozmik ışınların neden olduğu hidroakustiğin tespiti; katı iz dedektörleri ile kozmik ışınların ağır nükleer bileşenlerinin ölçümü, vb. Bu projelerin çoğu yurt içinde çeşitli birimlerle işbirliği içinde yürütülmekte olup, bir süre yoğun bir çalışmanın ardından araştırmaların odak noktası giderek netlik kazanmıştır.
Üçüncü aşama 1990'larda başladı ve ülkemin kozmik ışın araştırmaları uluslararası sınıra doğru yeni bir aşamaya girdi. Araştırma, Çin-Japon işbirliği AS ve Çin-İtalyan işbirliği YBJ-ARGO Alp Kozmik Işın Deneyi, Çin-İtalyan İşbirliği Yeraltı Karanlık Madde Tespiti (DAMA) Deneyi ve insanlı uzay astronomi projesi dahil olmak üzere çeşitli uydu kaynaklı uzay astronomi projelerine odaklanıyor. AMS uluslararası işbirliği projesi, uzay astronomi projesi X-ışını modülasyonu teleskop projesi, uzay kozmik ışın yüksek enerjili elektron ölçümü ve karanlık madde algılama projesi vb.
Bugün, Yüksek İrtifa Kozmik Işın Gözlemevi (LHAASO) Daocheng, Sichuan'da inşaatına başladı ve Çin'in yüksek enerjili kozmik ışınların kökeninin araştırılmasına ve kozmik evrim, yüksek enerjili gök cisimlerinin evrimi ile ilgili araştırmalara katkı sağlayacak. ve karanlık madde.
(Bu makale, Çin Bilimler Akademisi Yüksek Enerji Enstitüsü'nde araştırmacı olan Song Liming tarafından "Fizik", No. 1, 2013, "Ülkemdeki Kozmik Işın Fiziği Üzerine Altmış Yıl Araştırma", "Modern" kitabından alınmıştır. Fiziksel Bilgi", No. 3, 1994, "Mükemmel Deneysel Fizik Saygılarımızla. Vatansever - Bay Xiao Jian".)
