Время-пролетный эксперимент [[7]. Сцинтилляционные спектрометры по времени пролета / Бунятов С. А., Залиханов Б. Ж., Курбатов В. С., Халбаев А. // Приборы и техника эксперимента. - 1978. -№ 1 - с. 23 - 25.], [[8]. Бунятов С. A., Залиханов Б. Ж., Курбатов В. С., Халбаев A. “Сцинтилляционные спектрометры по времени пролета”, Препринт ОИЯИ, Дубна, 1976, №. 13 — 10156, 15 с.] (см.в заархивированном виде в Experiment.zip (369 KB) ) с частицами высоких энергий, выполненный в 1976 году на синхроциклотроне Лаборатории ядерных проблем (ЛЯП) Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ), мог бы быть экспериментальным доказательством того, что частицы высоких энергий движутся со сверхсветовыми скоростями. Рассмотрим, почему этот эксперимент пока что не является экспериментальным доказательством ошибочности СТО.

В статье [[7]. Сцинтилляционные спектрометры по времени пролета / Бунятов С. А., Залиханов Б. Ж., Курбатов В. С., Халбаев А. // Приборы и техника эксперимента. - 1978. -№ 1 - с. 23 - 25.] приведено краткое описание эксперимента. Более подробно этот эксперимент описан в [[8]. Бунятов С. A., Залиханов Б. Ж., Курбатов В. С., Халбаев A. “Сцинтилляционные спектрометры по времени пролета”, Препринт ОИЯИ, Дубна, 1976, №. 13 — 10156, 15 с.] (см.в заархивированном виде в Experiment.zip (369 KB) ).

Д2.1. Описание аппаратуры, использованной в эксперименте [7, 8]

На рис.Д2.1 показана упрощенная функциональная схема аппаратуры, которая была использована в этом эксперименте, на рис.Д2.2 показаны временные графики, поясняющие работу аппаратуры.

1 - анализирующий магнит; 2, 3 - сцинтилляторы; 4, 5 - фотоумножители; 6 - линия задержки; 7 - преобразователь "время - амплитуда импульса"; 8 - многоканальный анализатор амплитуды импульсов.

Световая вспышка в сцинтилляторе 2 превращается фотоумножителем 4 в электрический импульс v₁ (см. рис.Д2.2), который подается на вход линии задержки 6. С выхода линии задержки 6 электрические импульсы v₂, задержанные на промежуток времени t_delay по отношению к электрическому импульсу v₁, подаются на первый (стартовый) вход преобразователя 7 “время - амплитуда импульса”. Световая вспышка в сцинтилляторе 3 превращается фотоумножителем 5 в электрический импульс v₃, который подается на второй (стоповый) вход преобразователя 7 “время - амплитуда импульса”.

В момент времени t₂ прихода электрического импульса v₂ на первый вход преобразователя 7 “время - амплитуда импульса” он начинает вырабатывать электрический импульс v₄ с линейно нарастающим передним фронтом (см. рис.Д2.2).

Рис. Д2.2. Временные графики, поясняющие работу аппаратуры

В момент времени

t₃ = t₁+ B/u (Д2.1)

прихода электрического импульса v₃ на второй вход время-амплитудного преобразователя 7 он прекращает вырабатывать передний фронт электрического импульса v₄ и вырабатывает короткий задний фронт импульса v₄. Если расстояние между сцинтилляторами 2 и 3 увеличивается до значения (B + a), задний фронт импульса v₄ вырабатывается в момент времени t₄ (см. рис.Д2.2). Итак, каждая частица, пролетающая сквозь сцинтилляторы 2 и 3, вырабатывает на выходе время-амплитудного преобразователя 7 электрический импульс v₄, амплитуда V_m которого определяется выражением

V_m=k·Dt, (Д2.2)

где k есть коэффициент преобразования время-амплитудного преобразователя;

Dt = t₃ - t₂ = t₃ - t₁ - t_delay= B/u - t_delay ; (Д2.3)

B - длина измерительной базы (см. рис.Д2.1); u - скорость движения частицы; t_delay - задержка импульса в линии задержки.

Линия задержки использовалась в этом эксперименте для того, чтобы обеспечить работу время-амплитудного преобразователя на линейном участке его характеристики, только для которого и справедлива формула (Д2.2). Импульсы v₄ с выхода время-амплитудного преобразователя 7 подаются на входную шину многоканального анализатора 8 амплитуды импульсов. Каждый канал многоканального анализатора амплитуды импульсов 8 содержит (см. рис.Д2.3): схему 9 сравнения амплитуды импульса с нижним пороговым опорным напряжением, схему 10 сравнения амплитуды импульса с верхним пороговым опорным напряжением, инвертор 11, схему совпадения 12 и суммирующий счетчик 13. Первые входы обеих схем сравнения 9 и 10 в каждом канале подсоединены к входной шине многоканального анализатора 8 амплитуды импульсов.

Рис. Д2.3. Блок-схема одного канала в многоканальном анализаторе амплитуды импульсов: (9, 10 - схемы сравнения; 11 - инвертор; 12 - схема совпадения; 13 - суммирующий счетчик, 14 - входная шина шина анализатора амплитуды импульсов; 15 - нижнее пороговое опорное напряжение; 16 - верхнее пороговое опорное напряжение).

Второй вход каждой схемы сравнения в канале с номером i соединен с источником постоянного напряжения различной величины: на второй вход схемы 9 сравнения подается опорное напряжение Vⁱ_lower, которое служит в качестве нижнего порога для сравнения, а на второй вход схемы 10 сравнения подается постоянное опорное напряжение

Vⁱ_upper = Vⁱ_lower + DV, (Д2.4)

которое служит в качестве верхнего порога сравнения, где DV - дискрет измерения амплитуды импульсов. Причем нижнее пороговое напряжение в каждом следующем канале равно верхнему пороговому напряжению в предыдущем канале, т. е.

Vⁱ_lower = V^i-1_upper . (Д2.5)

Во всех каналах величина 

DV=Vⁱ_upper - Vⁱ_lower (Д2.6)

имеет одно и то же численное значение, благодаря чему

Vⁱ_upper = i DV; Vⁱ_lower= (i- 1) DV. (Д2.7)

Схема каждого канала анализатора амплитуды импульсов, показанная на рис.Д2.3, обеспечивает поступление импульсов на вход суммирующего счетчика 13 только в том канале, в котором

Vⁱ_lower < V_m < Vⁱ_upper . (Д2.8) 

Это означает, что если V_m есть амплитуда импульса v₄, показанного на рис. Д2.2, то импульс v₄ поступит на вход суммирующего счетчика 13 канала, имеющего номер

n = { V_m/DV } + 1, (Д2.9)

где {N} - целая часть числа N (например, если V_m=9,3DV, импульс v₄ поступит на вход суммирующего счетчика канала, имеющего номер 10). На входы суммирующих счетчиков всех других каналов импульс с такой амплитудой не поступит. Если не одна, а 1000 частиц пролетят сквозь сцинтилляторы 2 и 3 и если для всех этих частиц целая часть числа V_m/ DV будет одинаковой, то импульсы v₄, порожденные всеми этими частицами, попадут на суммирующий счетчик одного канала. Это будет возможным, если скорости всех этих частиц одинаковы. В действительности частицы, пролетающие сквозь сцинтилляторы 2 и 3, имеют различные скорости. Поэтому импульсы v₄ с выхода время-амплитудного преобразователя 7 будут иметь различные амплитуды, и они поступят на суммирующие счетчики различных каналов анализатора 8. Таким образом, каждая частица, пролетающая сквозь сцинтилляторы 2 и 3, порождает на выходе время-амплитудного преобразователя 7 один импульс v₄ с амплитудой V_m, который подается на вход суммирующего счетчика канала, номер которого определяется уравнением (Д2.9). Если до начала эксперимента установить все суммирующие счетчики в нуль, а после прохождения сквозь сцинтилляторы 2 и 3 достаточно большого количества частиц определить числа, которые окажутся записанными в суммирующих счетчиках всех каналов, то мы получим распределения (спектры) частиц по времени пролета, показанные в [7], [8] и далее на рис.Д2.4, рис.Д2.5, рис.Д2.6 и рис.Д2.7. Подставляя уравнение (Д2.2) в уравнение (Д2.9), имеем

n = { ( k Dt )/DV } + 1 . (Д2.10)

Теперь введем в рассмотрение хронометрическую (временную) цену одного канала время-амплитудного анализатора

DT = DV/k . (Д2.11)

Тогда уравнение (Д2.10) превращается в уравнение

n = { Dt/DT } + 1 . (Д2.12)

Из уравнения (Д2.12) следует

Dt = (n - 1) DT . (Д2.13)

Если мы знаем DT, уравнение (Д2.13) позволяет определить физическую величину Dt с точностью ± 0,5 DT, используя спектры из [8]. Подставляя уравнение (Д2.3) в уравнение (Д2.13), получим уравнение

u = B/[ (n - 1) DT + t_delay ], (Д2.14)

которое позволяет вычислить скорость u частицы с использованием известных значений величин B, n, DT, t_delay . Если в эксперименте трудно измерить величины B и t_delay с высокой точностью, а мы имеем возможность измерить изменение пролетной базы B с большой точностью, то мы можем вычислить скорость частицы с помощью уравнения

u_j = ( B₂ - B₁ )/[ ( n_2j - n_1j ) DT], (Д2.15)

которое может быть получено из уравнения (Д2.14).