宇宙射線探測

(武漢大學(xué) 物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心)

宇宙射線探測

(武漢大學(xué) 物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心)

1 主要內(nèi)容

宇宙射線與基本粒子的性質(zhì)及相互作用反映宇宙的本質(zhì)，因此宇宙射線一直是人類最感興趣和不懈探索的問題之一.宇宙射線探測是由武漢大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心于2012年在綜合物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入的新的本科教學(xué)內(nèi)容.在中國科學(xué)院高能物理研究所、核電子學(xué)與核探測器國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室及中國科學(xué)院大學(xué)的支持和幫助下，武漢大學(xué)結(jié)合相關(guān)學(xué)科的科學(xué)前沿，根據(jù)粒子物理及核探測技術(shù)的發(fā)展，設(shè)計和搭建了用于探測宇宙射線的自制實(shí)驗(yàn)儀器.

宇宙射線探測實(shí)驗(yàn)的開設(shè)彌補(bǔ)了目前本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)在科學(xué)前沿領(lǐng)域中的不足，有助于進(jìn)一步改善并且提高相關(guān)學(xué)科的教學(xué)能力.利用宇宙射線探測儀，學(xué)生能在本科階段的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中直接觀測到宇宙射線的信號，了解宇宙射線的性質(zhì)，從而對書本上的知識有了感性認(rèn)識，同時也激勵了學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)知識，引發(fā)學(xué)生對科學(xué)問題的積極思考.學(xué)生實(shí)驗(yàn)采取分組學(xué)習(xí)的方式，有利于培養(yǎng)學(xué)生的互動交流及合作精神.

實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括幾個子探測器，能夠測量宇宙射線通量的天頂角分布，進(jìn)而利用歐洲CERN開發(fā)的ROOT軟件分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).圖1為天頂角測量結(jié)果，圖2～3為宇宙射線探測器和配套核電子學(xué)設(shè)備的實(shí)際布置圖.

圖1 宇宙射線通量的天頂角分布

圖2 宇宙射線探測器

圖3 配套核電子學(xué)設(shè)備

2 創(chuàng)新點(diǎn)

探測器選材選型與電子學(xué)插件及配套儀器的選擇都與科學(xué)前沿研究緊密結(jié)合.探測器和電子學(xué)器件分別采用模塊化設(shè)計，使得教學(xué)內(nèi)容靈活多樣.學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，根據(jù)需要設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案并搭建探測器，從而培養(yǎng)了學(xué)生的動手能力、科研創(chuàng)新能力、合作精神和團(tuán)隊意識.

3 主要成效

宇宙射線探測創(chuàng)新性綜合實(shí)驗(yàn)課程開設(shè)5年來，已有超過160名物理專業(yè)本科生選修.該實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式新穎，教學(xué)反響良好.

(執(zhí)筆：張振宇，周 詳)

[責(zé)任編輯：任德香]

(待續(xù))