Из всех фундаментальных взаимодействий лишь гравитационное является универсальным. Гравитационное взаимодействие проявляется в виде сил тяготения между всеми частицами, у которых имеется масса.
Методы регистрации элементарных частиц. Для регистрации частиц и для того, чтобы охарактеризовать их свойства, используются различные установки. Регистрация элементарных частиц основана на их свойстве вызывать ионизацию атомов вещества. Ознакомимся с двумя из них.
Счетчик Гейгера. Счетчик Гейгера - это устройство, используемое для подсчета частиц. Его принцип работы основан на ударной ионизации.
Счетчик состоит из стеклянной трубки, запаянной с обоих концов. Трубка заполнена инертным газом аргоном под давлением в 10 кПа и покрыта изнутри металлическим слоем - катодом. Тонкая металлическая нить, идущая вдоль оси трубки, является анодом (c). Между анодом и катодом создается высокое постоянное напряжение. Заряженная частица, попадая в трубку, вызывает ионизацию газа аргона. Электрическое поле, увеличивая скорость образованных ионов и электронов, направляет их соответственно к катоду и аноду. Ускоренные электроны при взаимодействии с нейтральными атомами газа вызывают вторичную ионизацию. Таким образом, возникает лавина ионов и электронов, и ток через счетчик резко возрастает. При этом на нагрузочном резисторе Я образуется импульс напряжения. Этот импульс передаётся к регистрирующему устройству, которое регистрирует радиоактивные частицы (в основном у-кванты).
Камера Вильсона. Камера Вильсона - это устройство, позволяющее наблюдать следы быстрых частиц или сфотографировать эти следы. Действие устройства основано на конденсации перенасыщенного пара на ионах с образованием капелек воды.
Камера Вильсона представляет собой цилиндр с поршнем (d). Рабочий объем камеры заполнен насыщенным паром воды или спирта. При резком перемещении поршня вниз пар в объеме адиабатически расширяется и охлаждается, при этом становясь перенасыщенным. В этом состоянии пар легко конденсируется. Когда в этом пространстве пролетает частица, создающая на своем пути ионы, то на этих ионах образуются капельки сконденсировавшегося пара. Эти капельки образуют видимый след пролетевшей частицы — трек. По длине трека можно определить значение кинетической энергии, а по числу капелек на единицу длины трека оценивается ее скорость. Чем длиннее трек частицы, тем больше ее кинетическая энергия, а чем больше капелек воды образуется на единицу длины трека, тем меньше ее скорость.