宇宙射線的研究與正電子的發(fā)現(xiàn).doc

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1、宇宙射線的研究與正電子的發(fā)現(xiàn)1、宇宙射線的研究在2()世紀(jì)的物理學(xué)研究屮，宇宙射線的研究占有非常重要的地位，在高能加速器未出現(xiàn)以前，人們貝有靠天然的源泉進(jìn)行研究，而宇宙射線就是理想的觀測(cè)對(duì)象，它具有高能量、低強(qiáng)度的特點(diǎn)，很便于觀測(cè)。所以它一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，就成為人們競(jìng)相研究的對(duì)象。許多新的粒子如正電子、》介子、兀介子等都是首先在宇宙射線屮發(fā)現(xiàn)的。帶電的驗(yàn)電器其金箔被分得很開，但即使在附近不存在放射性物質(zhì)時(shí)，它也會(huì)慢慢失去所帶的電荷。早期的研究者認(rèn)為，在普通的土壤屮很有可能廣泛分布著少量的放射性物質(zhì)?？v然它們的存在量少到不能用通常的方法探測(cè)出

2、來(lái)，但是偶爾產(chǎn)生的高速粒了還是會(huì)使驗(yàn)電器所帶的電荷被放出一點(diǎn)，最終，驗(yàn)電器會(huì)被完全放電。1903年，盧瑟福曾研究過這個(gè)問題，他們發(fā)現(xiàn)，如果小心地把所有放射源移走，在驗(yàn)電器屮每立方厘米內(nèi)，每秒鐘還會(huì)有大約十對(duì)離了不斷產(chǎn)生。他們川鐵和鉛把驗(yàn)電器整個(gè)屏蔽起來(lái)，離了的產(chǎn)生幾乎可減少十分Z三。他們?cè)谡撐腻岢鲈O(shè)想，也許有某種貫穿力極強(qiáng)，類似于Y射線的輻射從外面射進(jìn)驗(yàn)電器，從而激發(fā)出二次放射性。為了搞清這個(gè)現(xiàn)象的緣由，萊特(Wright)于1909年在加拿大安大略(Ont“「io)湖的冰面上重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，游離數(shù)略有減小，看來(lái)可能是離地面遠(yuǎn)的原因

3、。1910年法國(guó)的沃爾夫(F.T.Wulf)在巴黎300m高的埃菲爾塔頂上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，比較塔頂和地面兩種情況下殘余電離的強(qiáng)度，得到的結(jié)果是塔頂約為地面的64%,比他預(yù)計(jì)的10%要高。他認(rèn)為可能在大氣上層有y源，也可能是Y射線的吸收比預(yù)期的小。1910年?1911年，哥克爾(A.Coekel)在瑞士的蘇黎世讓氣球把電離室?guī)У?500m高處，記錄下兒個(gè)不同高度的放電速率。他的結(jié)論是：“輻射隨高度的增加而降低的現(xiàn)象……比以前觀測(cè)到的還要顯著?！眾W地利出生的美國(guó)物理學(xué)家赫斯(VictorFranzHess,剛3?1964)意識(shí)到，可以用熱氣球

4、把驗(yàn)電器送入高空大氣屮來(lái)對(duì)這一問題進(jìn)行研究。因?yàn)楫?dāng)時(shí)認(rèn)為放射源幾乎全部在土壤屮，使驗(yàn)電器移至遠(yuǎn)離土壤的高空應(yīng)該會(huì)比迄今為止采用的任何英他方法更加有效地阻止放電。赫斯正好是一位氣球飛行的業(yè)余愛好者。他設(shè)計(jì)了一套裝置，巾在氣球下，里面主要是一只密閉的游離室，壁厚足以抗一個(gè)大氣樂的壓差，靜電計(jì)的指示經(jīng)過溫度補(bǔ)償，育接記錄。他一共制作了十只偵察氣球，每只都裝載有2—3臺(tái)能同時(shí)工作的游離室。1911年，赫斯的文章屮報(bào)道了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)系列：第一串實(shí)驗(yàn)是在牧草地上做的，用于檢測(cè)吸收系數(shù)的理論佔(zhàn)計(jì)與實(shí)驗(yàn)是否相符。一個(gè)強(qiáng)的輻射源與一個(gè)靜電計(jì)之間的水平距離

5、可以在90米范鬧內(nèi)變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)與理論相符。在第二串實(shí)驗(yàn)屮，載人氣球上升到1000米高空，測(cè)量宇宙射線的垂玄強(qiáng)度。測(cè)得結(jié)果是，強(qiáng)穿透力的輻射在這個(gè)高度的強(qiáng)度與海平面的情況旁不多——如果輻射是從地球屮發(fā)射出來(lái)的，那么就與地面實(shí)驗(yàn)相抵觸。接看，在1912年4月17U,赫斯與兩個(gè)同伴一起開始一系列載人的氣球升空試驗(yàn)，最后達(dá)到500()米的高度。在這一高度,發(fā)現(xiàn)輻射強(qiáng)度大約是地球上的9借”赫斯于1912年在《物理學(xué)雜志》發(fā)表題為“在7個(gè)自由氣球飛行屮的貫穿輻射”的論文，結(jié)尾寫道：“這里給出的觀測(cè)結(jié)果所反映的新發(fā)現(xiàn)，可以用下列假設(shè)作岀最好

6、的解釋，即假設(shè)強(qiáng)大穿透力的輻射是從外界進(jìn)入大氣的，并且英至在大氣底層的計(jì)數(shù)器(指游離室)中都會(huì)產(chǎn)生游離。輻射的強(qiáng)度似乎每小時(shí)都在變化。由于我在LI蝕時(shí)或在晚間進(jìn)行氣球放飛祁未發(fā)現(xiàn)輻射減少，所以我們很難考慮太陽(yáng)是輻射的來(lái)源。”1914年，徳國(guó)物理學(xué)家柯爾隼斯特(KolhOrs血Wemer,1887?1946)將氣球升至9300m,游離電流竟比海平面大50倍，確證了赫斯的判斷。赫斯的發(fā)現(xiàn)引起了人們的極大興趣，從那時(shí)開始，科學(xué)界對(duì)宇宙射線的各種效應(yīng)和起源問題進(jìn)行了廣泛的研究。赫斯也因宇宙射線的研究與美國(guó)加利福尼亞州帕薩迪那加州理工學(xué)院的安

7、德森(CarlDavidAnderson,1883?1964)分亭了1936年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。1925年,美國(guó)物理學(xué)家密立根(RobeltAndrewMIllikan,1868?1953)對(duì)這種來(lái)自高空的穿透性輻射產(chǎn)生了興趣，并給這種輻射第一次取了這個(gè)名字——宇宙射線；因?yàn)樗鼈兒孟衿鹪从谟钪驽哪硞€(gè)地方。密立根似乎十分肯定，宇宙線是電磁輻射的一種形式，與y射線相比，它的波長(zhǎng)更短，因此能量更高，穿透性也更強(qiáng)。1925年12月密立根測(cè)量小組得出第一份報(bào)告，他們使用的是由兩個(gè)育?徑為18英寸的氣球攜帶的白行記錄設(shè)備；這種新技術(shù)使得在比以

8、前更高的高度作觀察成為可能。1927年4月在一個(gè)B射線實(shí)驗(yàn)屮，斯科們爾金(SkobeltzynDmitry,1882~)把云室放在一*個(gè)磁場(chǎng)中，他發(fā)現(xiàn)他的幾張照片顯示出的電子軌跡是那么地直，以至于不可能是由于B放射性引起。這是第一次觀