Particle shower
કણ ભૌતિકશાસ્ત્રમાં, સ્નાન એ ગાઢ દ્રવ્ય સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરતા ઉચ્ચ-ઊર્જા કણના પરિણામે ઉત્પન્ન થતા ગૌણ કણોની ઝરણાં છે. આવતા કણો ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે, ઓછી ઊર્જા સાથે બહુવિધ નવા કણો ઉત્પન્ન કરે છે; આમાંથી દરેક પછી ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે, તે જ રીતે, એક પ્રક્રિયા જે હજારો, લાખો અથવા અબજો ઓછા-ઊર્જા કણો ઉત્પન્ન થાય ત્યાં સુધી ચાલુ રહે છે. આ પછી પદાર્થમાં બંધ કરવામાં આવે છે અને શોષાય છે. સ્નાનના બે મૂળભૂત પ્રકારો છે. વિદ્યુતચુંબકીય વરસાદ એક કણ દ્વારા ઉત્પન્ન થાય છે જે મુખ્યત્વે અથવા સંપૂર્ણપણે વિદ્યુતચુંબકીય બળ, સામાન્ય રીતે ફોટોન અથવા ઇલેક્ટ્રોન દ્વારા સંપર્ક કરે છે. હેડ્રોનિક વરસાદ હેડ્રોન દ્વારા ઉત્પન્ન થાય છે (એટલે કે. ન્યુક્લિયનો અને ક્વોર્કના બનેલા અન્ય કણો), અને મોટે ભાગે મજબૂત પરમાણુ બળ દ્વારા આગળ વધે છે. ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક શાવર એ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક શાવર ત્યારે શરૂ થાય છે જ્યારે ઉચ્ચ-ઊર્જા ઇલેક્ટ્રોન, પોઝિટ્રોન અથવા ફોટોન સામગ્રીમાં પ્રવેશ કરે છે. ઉચ્ચ ઊર્જાઓ પર (થોડા એમ. ઇ. વી. થી ઉપર), જેમાં ફોટોઇલેક્ટ્રિક અસર અને કોમ્પટન સ્કેટરિંગ નજીવી હોય છે, ફોટોન મુખ્યત્વે જોડી ઉત્પાદન દ્વારા દ્રવ્ય સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે-એટલે કે, તેઓ ઇલેક્ટ્રોન-પોઝિટ્રોન જોડીમાં રૂપાંતરિત થાય છે, ગતિ જાળવી રાખવા માટે અણુ ન્યુક્લિયસ અથવા ઇલેક્ટ્રોન સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે. ઉચ્ચ-ઊર્જા ધરાવતા ઇલેક્ટ્રોન અને પોઝિટ્રોન મુખ્યત્વે ફોટોનનું ઉત્સર્જન કરે છે, જે પ્રક્રિયા બ્રેમ્સસ્ટ્રાલંગ તરીકે ઓળખાય છે. આ બે પ્રક્રિયાઓ (જોડી ઉત્પાદન અને બ્રેમ્સસ્ટ્રાલંગ) ચાલુ રહે છે, જે ફોટોન જોડી ઉત્પાદન થ્રેશોલ્ડથી નીચે ન આવે ત્યાં સુધી ઊર્જાના ઘટતા કણોના કાસ્કેડ તરફ દોરી જાય છે, અને બ્રેમ્સસ્ટ્રાલંગ સિવાયના ઇલેક્ટ્રોનની ઊર્જા ખોટ પ્રભુત્વ મેળવવાનું શરૂ કરે છે. આ સંબંધિત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ માટે પસાર થતી દ્રવ્યની લાક્ષણિક માત્રાને કિરણોત્સર્ગની લંબાઈ કહેવામાં આવે છે. તે બંને સરેરાશ અંતર છે જેના પર ઉચ્ચ-ઊર્જા ધરાવતું ઇલેક્ટ્રોન તેની ઊર્જાનો 1/e બ્રેમ્સસ્ટ્રાલંગ દ્વારા અને 7/9 ઉચ્ચ ઊર્જા ફોટોન દ્વારા જોડી ઉત્પાદન માટે સરેરાશ મુક્ત માર્ગ ગુમાવે છે. "ફુવારોની ઊંડાઈ" સાથે કાસ્કેડ સ્કેલની લંબાઈ લગભગ દ્રવ્યની કિરણોત્સર્ગની લંબાઈ ક્યાં છે તે સંબંધ દ્વારા નક્કી થાય છે, અને તે નિર્ણાયક ઊર્જા છે (નિર્ણાયક ઊર્જાને તે ઊર્જા તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરી શકાય છે જેમાં બ્રેમ્સસ્ટ્રાલંગ અને આયનીકરણ દર સમાન હોય છે. એક રફ અંદાજ છે). સ્નાનની ઊંડાઈ ઊર્જા સાથે લઘુગણકીય રીતે વધે છે, જ્યારે સ્નાનની બાજુનો ફેલાવો મુખ્યત્વે ઇલેક્ટ્રોનના બહુવિધ સ્કેટરિંગને કારણે થાય છે. ફુવારો મહત્તમ સુધી ફુવારો ત્રિજ્યા <1 કિરણોત્સર્ગ લંબાઈવાળા નળાકારમાં સમાયેલો હોય છે. તે બિંદુથી આગળ ઇલેક્ટ્રોન બહુવિધ સ્કેટરિંગ દ્વારા વધુને વધુ પ્રભાવિત થાય છે, અને મોલિયર ત્રિજ્યા સાથે બાજુના કદના ભીંગડા. સ્નાનમાં ફોટોનનો પ્રસાર મોલીયર ત્રિજ્યા સ્કેલિંગથી વિચલનનું કારણ બને છે. જો કે, લગભગ 95 ટકા સ્નાન ત્રિજ્યા સાથેના નળાકારમાં બાજુની બાજુએ સમાયેલ છે. ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક કાસ્કેડ્સમાં ઊર્જા સંચયની સરેરાશ સમાંતર રૂપરેખા ગામા વિતરણ દ્વારા વ્યાજબી રીતે સારી રીતે વર્ણવવામાં આવે છેઃ જ્યાં, પ્રારંભિક ઊર્જા છે અને મોન્ટે કાર્લો અથવા પ્રાયોગિક ડેટા સાથે ફીટ કરવા માટેના પરિમાણો છે. હેડ્રોનિક શાવર ભૌતિક પ્રક્રિયાઓ કે જે હેડ્રોન શાવરના પ્રસારનું કારણ બને છે તે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક શાવરની પ્રક્રિયાઓથી નોંધપાત્ર રીતે અલગ છે. લગભગ અડધી ઘટના હેડ્રોન ઊર્જા વધારાના સેકન્ડરીમાં પસાર થાય છે. બાકીનો વપરાશ ધીમા પાયોનના બહુવિધ કણોના ઉત્પાદનમાં અને અન્ય પ્રક્રિયાઓમાં થાય છે. હેડ્રોનિક વરસાદનો વિકાસ નક્કી કરતી ઘટનાઓ છેઃ હેડ્રોનનું ઉત્પાદન, પરમાણુ વિકર્ષણ અને પિયોન અને મ્યુઓનનો ક્ષય. તટસ્થ પિયોનની માત્રા, ઉત્પાદિત પિયોનના સરેરાશ 1/3 જેટલી હોય છે અને તેમની ઊર્જા વિદ્યુતચુંબકીય ફુવારાઓના સ્વરૂપમાં વિખેરાય છે. હૅડ્રોનિક ફુવારોની અન્ય એક મહત્વપૂર્ણ લાક્ષણિકતા એ છે કે તે વિદ્યુતચુંબકીય ફુવારો કરતાં વિકસાવવામાં વધુ સમય લે છે. પિયોન અને ઇલેક્ટ્રોન શરૂ કરેલા વરસાદ માટે ઊંડાઈ વિરુદ્ધ હાજર કણોની સંખ્યાની સરખામણી કરીને આ જોઈ શકાય છે. પરમાણુ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની લંબાઈ સાથે હૅડ્રોનિક શાવર સ્કેલનો અનુદૈર્ધ્ય વિકાસઃ બાજુની શાવર વિકાસ λ સાથે સ્કેલ કરતો નથી. સૈદ્ધાંતિક વિશ્લેષણ ઇલેક્ટ્રોનિક શાવરના કાસ્કેડ સિદ્ધાંત માટેનું એક સરળ મોડેલ સંકલિત-આંશિક વિભેદક સમીકરણોના સમૂહ તરીકે ઘડી શકાય છે. ધારો કે Π (E, x) dE અને γ (E, x) dE એ અનુક્રમે E અને E + dE વચ્ચેના ઊર્જા ધરાવતા કણો અને ફોટોનની સંખ્યા છે (અહીં x એ પદાર્થ સાથેનું અંતર છે). તેવી જ રીતે γ (E, E ') dE' એ E 'અને E' + dE 'વચ્ચે ઊર્જા સાથે ઇલેક્ટ્રોન ઉત્પન્ન કરવા માટે ઊર્જા E ના ફોટોન માટે એકમ માર્ગ લંબાઈ દીઠ સંભાવના છે. છેવટે ધારો કે π (E, E ') dE' એ E ઊર્જાના ઇલેક્ટ્રોન માટે E 'અને E' + dE 'વચ્ચે ઊર્જા સાથે ફોટોન છોડવાની પ્રતિ એકમ માર્ગ લંબાઈની સંભાવના છે. સંકલિત-વિભેદક સમીકરણોનો સમૂહ જે Π અને γ ને સંચાલિત કરે છે તે γ દ્વારા આપવામાં આવે છે અને π નીચી ઊર્જા માટે અને ઉચ્ચ ઊર્જા માટે જોવા મળે છે. ઉદાહરણો કોસ્મિક કિરણો પૃથ્વીના વાતાવરણને નિયમિત ધોરણે ફટકારે છે, અને જ્યારે તેઓ વાતાવરણમાંથી આગળ વધે છે ત્યારે તેઓ વરસાદ પેદા કરે છે. આ હવાના ફુવારાઓમાંથી જ પ્રથમ મ્યુઓન અને પિયોન પ્રાયોગિક રીતે મળી આવ્યા હતા, અને આજે તેનો ઉપયોગ અતિ-ઉચ્ચ-ઊર્જા કોસ્મિક કિરણોના નિરીક્ષણના સાધન તરીકે સંખ્યાબંધ પ્રયોગો દ્વારા કરવામાં આવે છે. ફ્લાય આઈ જેવા કેટલાક પ્રયોગોએ સ્નાનની ટોચની તીવ્રતા પર ઉત્પાદિત દૃશ્યમાન વાતાવરણીય ફ્લોરોસન્સનું નિરીક્ષણ કર્યું છે; અન્ય, જેમ કે હાવેરાહ પાર્ક પ્રયોગ, જમીન પરના મોટા વિસ્તાર પર જમા થયેલી ઊર્જાના નમૂનાને લઈને સ્નાનના અવશેષો શોધી કાઢ્યા છે. ઉચ્ચ-ઊર્જા કણ પ્રવેગકો પર બનેલા કણ ડિટેક્ટર્સમાં, કેલરીમીટર તરીકે ઓળખાતું ઉપકરણ કણોની ઊર્જાને નોંધે છે અને તેમને સ્નાન ઉત્પન્ન કરે છે અને પછી પરિણામે જમા થયેલી ઊર્જાને માપે છે. ઘણા મોટા આધુનિક ડિટેક્ટર્સમાં ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક કેલરીમીટર અને હૅડ્રોનિક કેલરીમીટર બંને હોય છે, જેમાં દરેક ખાસ કરીને તે ચોક્કસ પ્રકારના સ્નાનનું ઉત્પાદન કરવા અને સંબંધિત પ્રકારના કણની ઊર્જાને માપવા માટે રચાયેલ હોય છે. એર શાવર (ભૌતિકશાસ્ત્ર) પણ જુઓ, જે આયનીકૃત કણો અને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક કિરણોત્સર્ગનું એક વ્યાપક (ઘણા કિલોમીટર પહોળું) કાસ્કેડ છે જે વાતાવરણમાં ઉત્પન્ન થાય છે જ્યારે પ્રાથમિક કોસ્મિક કિરણો (એટલે કે. બહારની દુનિયાના મૂળમાંથી એક) આપણા વાતાવરણમાં પ્રવેશ કરે છે. ટેલિસ્કોપ એરે પ્રોજેક્ટ મેજિક ચેરેન્કોવ ટેલિસ્કોપ હાઇ એલ્ટીટ્યુડ વોટર ચેરેન્કોવ એક્સપેરિમેન્ટ પિયર ઑગર ઓબ્ઝર્વેટરી એટીએલએએસ એક્સપેરિમેન્ટ કેલરીમીટર સીએમએસ એક્સપેરિમેન્ટ, ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક અને હૅડ્રોનિક કેલરીમીટર કોલિઝન કાસ્કેડ, પ્રાયોગિક કણ ભૌતિકશાસ્ત્રમાંથી "દ્રવ્ય દ્વારા કણોના માર્ગ" ના નક્કર સંદર્ભોમાં અણુઓ વચ્ચે અથડામણનો સમૂહ.