Учебный эксперимент: изучение статистических свойств космических лучей.

Цель эксперимента:

Изучение статистических свойств космических лучей.

Основы эксперимента:

Число зарегистрированных событий за определённый интервал времени — один из ключевых моментов в исследованиях физических явлений. Это число часто подвержено статистическим флуктуациям вокруг среднего значения, которое определяется типом явления. На результат измерений могут влиять различные факторы, вызывающие флуктуации. Поэтому точное значение не всегда одинаково (например, при распаде частиц, поступающих из космоса или от радиоактивного источника).

Главная цель экспериментального подхода — понять, какие значения могут возникать в серии измерений, и с какой вероятностью, то есть определить закон распределения вероятностей . Распределение Пуассона хорошо описывает события, происходящие в результате радиоактивных процессов или при подсчёте космических лучей. Оно выражает вероятность появления заданного числа событий в фиксированном интервале времени или пространства и может быть записано в виде:

P_µ(n) = (µⁿ / n!) * e^–µ

где, µ— среднее количество событий за фиксированный интервал, n — фактическое количество зарегистрированных событий.

Проведение эксперимента:

Подключите кабельный разъём от каждой детекторной системы SP5622 ко входу, расположенному на задней панели модуля SP5621. Включите модуль SP5621 и запустите сбор данных с помощью кнопки START на передней панели.

Когда заряженная частица проходит через чёрную плитку, её энергия преобразуется в сцинтилляционное излучение. Образовавшиеся фотоны улавливаются фотосенсором и преобразуются в электрический сигнал. Количество зарегистрированных событий (счётов) для каждого сцинтиллятора отображается на дисплее SP5621.

Обратите внимание, что фотосенсор может также регистрировать паразитные электрические сигналы, что приводит к появлению шума. Использование совпадения сигналов между двумя SP5622 позволяет существенно снизить количество ложных срабатываний. Тем не менее, статистические флуктуации полностью исключить невозможно.

Выберите режим совпадения сцинтилляторов с помощью соответствующей кнопки на передней панели, затем установите время интеграции измерения. Перед началом сбора данных выберите геометрию установки. Убедитесь, что эта геометрия остаётся неизменной на протяжении всего эксперимента.

Соберите и запишите как можно больше данных для обеспечения статистической значимости результатов.

Блок-схема экспериментальной установки:

Результаты эксперимента:

Распределение Пуассона для космических лучей можно экспериментально подтвердить с помощью анализа данных и оценки статистических неопределённостей.

Распределение Пуассона для космических лучей (по формуле: y = p0* (p1^x/x!)*e^-p1 ) :