宇宙射线的研究与正电子的发现

《宇宙射线的研究与正电子的发现》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、宇宙射线的研究与正电子的发现1、宇宙射线的研究在20世纪的物理学研究中，宇宙射线的研究占有非常重要的地位，在高能加速器未出现以前，人们只有靠天然的源泉进行研究，而宇宙射线就是理想的观测对象，它具有高能量、低强度的特点，很便于观测。所以它一经发现，就成为人们竞相研究的对象。许多新的粒子如正电子、μ介子、π介子等都是首先在宇宙射线中发现的。带电的验电器其金箔被分得很开，但即使在附近不存在放射性物质时，它也会慢慢失去所带的电荷。早期的研究者认为，在普通的土壤中很有可能广泛分布着少量的放射性物质。纵然它们的存在量少到

2、不能用通常的方法探测出来，但是偶尔产生的高速粒子还是会使验电器所带的电荷被放出一点，最终，验电器会被完全放电。1903年，卢瑟福曾研究过这个问题，他们发现，如果小心地把所有放射源移走，在验电器中每立方厘米内，每秒钟还会有大约十对离子不断产生。他们用铁和铅把验电器整个屏蔽起来，离子的产生几乎可减少十分之三。他们在论文中提出设想，也许有某种贯穿力极强，类似于γ射线的辐射从外面射进验电器，从而激发出二次放射性。为了搞清这个现象的缘由，莱特（Wright）于1909年在加拿大安大略（Ontario）湖的冰面上重复上述

3、实验，游离数略有减小，看来可能是离地面远的原因。1910年法国的沃尔夫（F．T．Wulf）在巴黎300m高的埃菲尔塔顶上进行实验，比较塔顶和地面两种情况下残余电离的强度，得到的结果是塔顶约为地面的64％，比他预计的10％要高。他认为可能在大气上层有γ源，也可能是γ射线的吸收比预期的小。1910年～1911年，哥克尔（A．Coekel）在瑞士的苏黎世让气球把电离室带到4500m高处，记录下几个不同高度的放电速率。他的结论是：“辐射随高度的增加而降低的现象……比以前观测到的还要显著。”奥地利出生的美国物理学家赫斯

4、（VictorFranzHess，1883～1964）意识到，可以用热气球把验电器送入高空大气中来对这一问题进行研究。因为当时认为放射源几乎全部在土壤中，使验电器移至远离土壤的高空应该会比迄今为止采用的任何其他方法更加有效地阻止放电。赫斯正好是一位气球飞行的业余爱好者。他设计了一套装置，吊在气球下，里面主要是一只密闭的游离室，壁厚足以抗一个大气压的压差，静电计的指示经过温度补偿，直接记录。他一共制作了十只侦察气球，每只都装载有2－3台能同时工作的游离室。1911年，赫斯的文章中报道了两个实验系列：第一串实验是

5、在牧草地上做的，用于检测吸收系数的理论估计与实验是否相符。一个强的辐射源与一个静电计之间的水平距离可以在90米范围内变化。结果发现实验与理论相符。在第二串实验中，载人气球上升到1000米高空，测量宇宙射线的垂直强度。测得结果是，强穿透力的辐射在这个高度的强度与海平面的情况差不多——如果辐射是从地球中发射出来的，那么就与地面实验相抵触。接着，在1912年4月17日，赫斯与两个同伴一起开始一系列载人的气球升空试验，最后达到5000米的高度。在这一高度，发现辐射强度大约是地球上的9倍。”赫斯于1912年在《物理学杂

6、志》发表题为“在7个自由气球飞行中的贯穿辐射”的论文，结尾写道：“这里给出的观测结果所反映的新发现，可以用下列假设作出最好的解释，即假设强大穿透力的辐射是从外界进入大气的，并且甚至在大气底层的计数器（指游离室）中都会产生游离。辐射的强度似乎每小时都在变化。由于我在日蚀时或在晚间进行气球放飞都未发现辐射减少，所以我们很难考虑太阳是辐射的来源。”1914年，德国物理学家柯尔霍斯特（KolhörsterWerner，1887～1946）将气球升至9300m，游离电流竟比海平面大50倍，确证了赫斯的判断。赫斯的发现引

7、起了人们的极大兴趣，从那时开始，科学界对宇宙射线的各种效应和起源问题进行了广泛的研究。赫斯也因宇宙射线的研究与美国加利福尼亚州帕萨迪那加州理工学院的安德森（CarlDavidAnderson，1883～1964）分享了1936年度诺贝尔物理学奖。1925年，美国物理学家密立根（RobeltΑndrewMIllikan，1868～1953）对这种来自高空的穿透性辐射产生了兴趣，并给这种辐射第一次取了这个名字——宇宙射线；因为它们好像起源于宇宙中的某个地方。密立根似乎十分肯定，宇宙线是电磁辐射的一种形式，与γ射线

8、相比，它的波长更短，因此能量更高，穿透性也更强。1925年12月密立根测量小组得出第一份报告，他们使用的是由两个直径为18英寸的气球携带的自行记录设备；这种新技术使得在比以前更高的高度作观察成为可能。1927年4月在一个β射线实验中，斯科伯尔金（SkobeltzynDmitry，1882～）把云室放在一个磁场中，他发现他的几张照片显示出的电子轨迹是那么地直，以至于不可能是由于β放射性引起。这是第一次