Fotografia obok przedstawia przykładowy obraz kaskad elektronowo-fotonowych zarejestrowanych na zdjęciu ze 180-cio litrowej ksenonowej komory pęcherzykowej Instytutu Fizyki Teoretycznej i Doświadczalnej w Moskwie.
Ćwiczenie laboratoryjne "Kinematyka Cząstek Elementarnych" opracowałem dla Laboratorium Fizyki I na Wydziale Fizyki PW.
W ćwiczeniu wykonuje się pomiar energii fotonów poprzez wyznaczenie sumarycznej
długości torów elektronów i pozytonów tworzących kaskady. Kinematyczne relacje pomiędzy energiami fotonów i kierunkami ich emisji umożliwiają identyfikację
typu rozpadającej się cząstki oraz rekonstrukcję kinematyczną procesu rozpadu.
Ćwiczenie demonstruje równoważność masy i energii, zapoznaje z kinematyką relatywistyczną i prawami obowiązującymi w świecie mikrocząstek.
Instrukcję do ćwiczenia możesz ściągnąć na Twój komputer: kinczel9.doc .
Obecnie, ćwiczenie wykonuje sie w wersji komputerowej z pomocą programu "Kaskada 2". Program ten opracował w 1997r. p. Piotr BRYCH - student III-go roku specjalności "fizyka komputerowa" na Wydziale Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowane
j Politechniki Warszawskiej - w ramach przedmiotu "Oprogramowanie eksperymentu fizycznego". Program, wraz z zestawem zdjęć do pomiarów, dostępny jest poprzez Internet. Program przygotowany jest do pracy w środowisku MS-WINDOWS.
W celu uruchomienia pomiarów na własnym komputerze należy:
- Przepisać do wydzielonego katalogu swgo komputera skompresowane pliki:
k2.exe
(171KB, pliki programu) oraz mapy bitowe z przykładowymi zdjęciami:
xe9n.arj
(237KB, jedno zdjęcie) lub
foto.arj
(993KB, trzy zdjęcia).
- Uruchomić program k2.exe , co spowoduje rozpakowanie plików
programu Kaskada2 , oraz rozpakowac z pomocą programu
arj (np. komenda: arj e xe9.arj) mapy
bitowe ze zdjęciami komory pecherzykowej. Sam program:
arj.exe
(114 KB) można równiż przepisać na swoj komputer.
- Przeczytac uważnie znajdującą się poniżej instrukcję wykonania pomiarów.
Instrukcja wykonania pomiarów do ćwiczenia laboratoryjnego
"Kinematyka Cząstek Elementarnych"
- Uruchomić program Kaskada2.exe. Ukażą się dwa okna: główne i panelu skrótów. W oknie głównym dokonywać będziemy pomiary, zaś panel skrótów służy do szybkiego wywoływania procedur dostępnych także z menu okna głównego.
- "Panel skrótów", położony standardowo w prawym górnym rogu
ekranu, zawiera większość komend menu okna głównego. Po najechaniu myszką na określony
przycisk na tym panelu, pojawia się natychmiast objaśnienie do czego on służy. Pierwszych pięć kwadratowych przycisków służy do uaktywniania okien: Tabela węzłów, Podgląd całego zdjęcia, Edytor tekstowy, Właściwości linii, Tworzenie raportu. Każde z tych okien może pracować równocześnie z oknem głównym
programu. Druga grupa zawierająca trzy przyciski obsługuje pliki sesji czyli pliki zawierające dane o wykonanych pomiarach.
Trzecia grupa, także trój przyciskowa, umożliwia m.in. ładowanie nowych zdjęć na których chcemy dokonywać pomiaru. Następna
dwu przyciskowa grupa przydać się może przy korekcji już przeprowadzonych pomiarów. Ostatni przycisk uruchamia pomoc w której opisane
są szczegóły działania programu.
- Pomiary będą się odbywać na zdjęciu które trzeba wczytać z pliku komendą menu
[Obraz roboczy --> Otwórz bitmapę] i za pomocą standardowego okienka Windows znaleźć i otworzyć wybrane zdjęcie z obrazem reakcji.
- Sam pomiar polega na wybieraniu z pomocą myszki kolejnych punktów na torze kaskady i klikaniu lewym przyciskiem. Po każdym kliknieciu współrzędne punktu (x,y) wpisywane są do tabeli stanowiącej oddzielne okno wywoływane komendą
[Kaskada --> Uaktywnij okno --> Tabela węzłów].
Poczynając od drugiego punktu, wpisywana jest także odległość między punktami oraz sumaryczna długość odcinków łączących punkty. Dla odzwierciedlenia kształtu toru należy wybierać punkty łączące odcinki prostoliniowe. Tabel jest 10, ale w każdej z nich można zapisać wiele niezależnych linii. Chcąc rozpocząć nową linię klikamy na jej punkt początkowy z wciśniętym klawiszem Ctrl. Numery tabel można wybierać w menu komendą
[Tabela węzłów --> Aktywna tabela --> ...].
- Jednostką miary są piksele - "punkty" z których zbudowana jest bitmapa. Dla wyrażenia
zmierzonych długości np. w centymetrach należy oddzielnie wykonać pomiary odległości
pomiędzy krzyżami widocznymi na zdjęciach. Krzyże wyglądające jak (+) były zaznaczone na powierzchni szkła, przez które fotografowano komorę i
odległość między ich
wierszami i kolumnami jest jednakowa i wynosi 12.0 cm . Krzyże ukośne (x) naniesione były na dolnej ściance komory i
odległość między nimi wzdłuż komory (wzdłuż toru lotu cząstki pierwotnej) wynosiły 11.4 cm , a w kierunku poprzeczny
m 11.0 cm . Rezultaty wykonanych pomiarów należy uśrednić, a wynik użyć jako współczynnik do przeliczenia zmierzonych
odległości z pikseli na centymetry.
- Dla wyznaczenia kąta rozlotu pomiędzy kaskadami należy najpierw ustawić strzałkę myszki w punkcie oddziaływania i kliknąć lewym przyciskiem. Następnie wybrać jakiś punkt w pobliżu osi kaskady i kliknąć prawym przyciskiem myszki. Zostanie zaznaczona
linia od punktu oddziaływania do wybranego punktu, ale pomiar wykonany nie będzie. Zmieniając położenie punktu wyznaczamy kierunek odpowiadający najlepiej osi kaskady. Wtedy naciskamy lewy przycisk myszki wykonując pomiar. Podobnie postępujemy z drugą ka
skadą. Uzyskane wartości współrzędnych punktów pozwalają na wyznaczenie wartości kąta rozlotu korzystając ze związków geometrycznych w otrzymanym trójkącie.
- Wartość sumarycznej długości torów zmierzonej kaskady można zanotować, choć nie jest to konieczne. Cały pomiar (ale bez bitmapy) można bowiem zachować w pliku sesji
[Kaskada --> Sesja --> Zachowaj] zaś wyniki pomiaru w postaci pliku tekstowego są
dostępne po wykonaniu raportu z pomiarów za pomocą komendy
[Kaskada --> Uaktywnij okno --> Tworzenie raportu].
- Końcowym wynikiem pomiaru są sumaryczne długości torów kaskad oraz wartość
cosinusa kąta rozlotu. W oparciu o te wielkości można zrekonstruować kinematykę
rozpadu badanej cząstki neutralnej na dwa fotony.
- Instrukcja wykonania ćwiczenia i analizy wyników pomiarów dostępna jest
w Laboratorium Fizyki I, Wydziału Fizyki PW. Wkrótce będzie także przygotowana w wersji HTML. (JP)
KASKADA - czyli - KINEMATYKA CZĄSTEK ELEMENTARNYCH 
Fotografia obok przedstawia przykładowy obraz kaskad elektronowo-fotonowych zarejestrowanych na zdjęciu ze 180-cio litrowej ksenonowej komory pęcherzykowej Instytutu Fizyki Teoretycznej i Doświadczalnej w Moskwie.