Physics lab. 2010：宇宙班

宇宙班

■目的
　宇宙班は、宇宙線として空から降ってくるミューオンという素粒子の質量を求めるための実験をしています．

■このテーマを選んだ背景
　昨年度のPhysics Lab.2009での宇宙班は、この宇宙線ミューオンを、小柴先生のノーベル賞で有名なカミオカンデと同じ原理を用いて検出するという実験を行いました。この時の検出方法では、この粒子の飛跡を知ることはできましたが、この粒子がミューオンという素粒子であるということ自体は、この実験からは得られないものでした。
　そこで今年は，この宇宙線の粒子の質量を測り、この粒子がミューオンであることを確認しようということが、実験の目標になりました。

■実験の内容
　アインシュタインの特殊相対論によると、粒子の運動量pは、光速c 、その粒子の静止質量m 、速度vを用いて
　　　　運動量の式　p= mv/√(1-(v/c)^2)

と表されます。この式から、ミューオンの運動量と速度を測定することができれば、ミューオンの質量mが求まるということが分かります。

　そこで私たちは、以下のような方法で、運動量と速度を測定しようと考えています。

1．運動量の測定
　ミューオンが磁場の存在する領域に入ると、ローレンツ力を受けて軌道が曲がります。そこで、この磁場領域の前後に、粒子の通った位置を検出する装置を４つ置き，軌道の曲がり具合（回転半径r ）を測定します。粒子の運動量pは、この軌道の回転半径r、磁場の磁束密度B、素電荷e を用いて
　　運動量の式　p = eBr

という関係で表せるので、この式から運動量を求めることができます。

2．速度の測定
　速度の測定では、ある距離を粒子が通過するのにかかった時間を測り、あとは単純に、距離÷時間という計算によって速度を計算します。このミューオンはたいていの場合、光の速さに近い速さで飛んでくるので、この時間差を測るというだけでもひと仕事です。

他の班：
　・生物物理班
　・プラズマ班
　・流体ブラックホール班
　・一次元電子班
　・計算機班
　・リニアモーター班

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