素粒子物理学
粒子衝突と曲がる飛跡
r = p/(|q|B) により軌道半径を運動量・磁場と結び付け、対生成でのエネルギー・運動量保存を考えます。
器具
- 一様磁場を備えた仮想霧箱
- 衝突エネルギーを調整できる電子・陽電子ビーム
- 飛跡半径目盛りと運動量表示
手順
検出器の磁場を設定する
実際の検出器では事象収集前に磁場の向きを確認し、B を測定します。中央の一様領域を選び、磁場強度を記録します。単純な半径推定にはその外側の飛跡を使いません。
衝突事象を記録する
電子・陽電子事象を選び、出ていく荷電粒子を複数の検出点に沿って追跡します。各投影飛跡に円を当てはめ、曲がる向き、半径、不確かさを記録します。
曲率と衝突エネルギーを比較する
異なるビームエネルギー、次に異なる B で繰り返します。p = |q|Br から横運動量を推定し（実データでは単位換算が必要）、反対符号の電荷が逆向きに曲がることを確認します。保存則と相互作用の状況なしに二本の飛跡だけで対生成を断定できないことも検討します。
シミュレーション
実験の歴史
1932年、カール・アンダーソンは宇宙線飛跡の霧箱写真から陽電子を同定しました。磁場中の曲率は、電子と同じ質量で正電荷を持つ粒子を示し、反物質の初の直接的証拠となりました。後にドナルド・グレーザーが泡箱を開発し、それ以前のウィルソン霧箱は電離粒子の飛跡を可視化しました。
現代の加速器は粒子ビームを衝突させ、単一の霧箱ではなく多層検出器を用います。電子・陽電子衝突では、利用可能なエネルギーと量子数が許せば別の粒子を生成できますが、対生成はエネルギー・運動量・電荷保存に従います。曲率測定は荷電粒子の運動量と符号を求める基本手法です。