Per osservare e contare le tracce può essere utilizzato qualunque buon microscopio, tuttavia per le misurazioni in emulsioni sono stati sviluppati, e dotati di un opportuno corredo di accessori,
microscopi ad hoc, nei quali i movimenti del piatto, in direzione sia orizzontale, sia verticale, sono particolarmente precisi.
Negli ultimi anni molti laboratori, e anche alcune ditte commerciali, si sono dedicati alla realizzazione di microscopi collegati a elaboratori, nei quali le misure vengono acquisite in modo programmato con comando automatico del movimento del piatto tramite motori il cui passo raggiunge anche il quarto di µm. In questi microscopi molto spesso l'osservazione non è diretta, ma avviene tramite telecamera e monitor.
Il riconoscimento delle particelle responsabili delle tracce che si osservano in emulsione si fa applicando opportunamente le relazioni precedenti. La determinazione della massa, della carica e dell'energia delle particelle s'ottiene da misure combinate della ionizzazione prodotta dalle particelle stesse, della lunghezza del loro percorso, della diffusione e dell'eventuale curvatura subita in campo magnetico.
“Fisica dei rivelatori”
Dalle misure di diffusione multipla (α) si può determinare il prodotto pβ (impulso per velocità) delle particelle, purché se ne conosca la carica. La misura è buona se la diffusione non è troppo piccola, cioè, per particelle di energia non superiore ad alcuni GeV e carica unitaria. Associando le misure di diffusione a quelle di ionizzazione o di percorso, è possibile ricavare massa, energia e carica della particella.
Determinazione della carica o della velocità delle particelle valutando la perdita di energia da uno dei parametri legati a dE/dx la cui scelta dipende dalla natura della particella:
•Densità n di granuli d’argento in 100 µm (una traccia in em. normale ha al minimo n=20) •Densità b degli ammassi di granuli
•Lunghezza media g delle lacune tra un ammasso e l’altro •Lunghezza totale l delle lacune su 100 µm
•Densità nδ dei raggi δ (elettroni con E> 5 keV)
La velocità della particella si può determinare della ionizzazione solo se non è estremamente relativistica. Per β » 0.7 la perdita di energia per ionizzazione aumenta molto poco con la velocità e per γ> 100 raggiunge un valore stabile, superiore al minimo solo dell'8 %.
Negli anni '50 e '60 questo era un metodo per determinare m ed E di una particella. Oggi il metodo va bene in fisica dei nuclei.
Con le energie agli attuali acceleratori gli eventi sono riconosciuti in base alla loro topologia e, negli esperimenti ibridi, in base alla loro corrispondenza con le informazioni provenienti dall'apparato esterno.
Quello che si richiede dalle emulsioni è soprattutto una misura spaziale molto precisa: angoli determinati con precisioni dell'ordine del mrad e distanze fino a meno di 0.5 µm.
“Fisica dei rivelatori”
Applicazioni
Le emulsioni nucleari hanno un potere frenante circa 1800 volte più grande di quello dell'aria in condizioni normali. Particelle, che in aria farebbero percorsi di vari metri, in un'emulsione sono ridotte allo stato di quiete in pochi millimetri. Questa caratteristica permette di registrare una grande quantità di informazioni in un volume molto piccolo.
In fisica delle alte energie molte particelle sono state scoperte, o ne è stata determinata la massa, lo spin o i modi di decadimento, grazie all'impiego di questi rivelatori.
Per es., l'evidenza del carattere di antiparticella degli antiprotoni è stato fornito dallo studio delle «stelle di tracce» prodotte da queste particelle ridotte allo stato di quiete in un' emulsione
Stella di un antiprotone in quiete. L, traccia dell'antiprotone in arrivo; a, b tracce di pioni; tutte le altre tracce sono di evaporazione.
Citiamo lo studio delle interazioni della radiazione cosmica con la produzione di mesoni e di frammenti nucleari, lo sviluppo della fisica dei mesoni e lo studio degli iperoni carichi e neutri, la scoperta e lo studio degli iperframmenti, lo studio dei nuclei pesanti nella radiazione cosmica primaria.
Negli ultimi anni c’è stato un grande ritorno delle emulsioni nucleari nella fisica delle alte energie.
• Nello lo studio delle interazioni di ioni pesanti a energie relativistiche (centinaia di GeV/nucleone) ai nuovi acceleratori, nella determinazione della carica dei frammenti‑proiettile prodotti tramite il conteggio dei raggi δ o la misura della larghezza della traccia.
• Nelle ricerche di particelle di vita media molto breve ( < 10-11 s) per l’ottima risoluzione spaziale, che può permettere l'osservazione diretta della produzione e del susseguente decadimento di queste particelle.
Le particelle con quark pesanti, charm (1978) e beauty (1985), sono state osservate e studiate
con questi rivelatori e vari esperimenti con centinaia di dm3 di emulsione sono stati realizzati successivamente nei grandi acceleratori (CERN, FERMILAB) per determinare la vita media e altre caratteristiche di queste particelle.
Attualmente, il più grande esperimento che farà utilizzo di emulsioni nucleari, è OPERA in corso di allestimento ai LNGS (Laboratori Nazionali del Gran Sasso). Verrà utilizzato un fascio di νµ, prodotto espressamente dal CERN, inviato sottoterra nei laboratori del Gran Sasso per lo studio delle oscillazioni νµ ⇔ ντ.
• Le sezioni d'urto di produzione delle particelle con quark pesanti sono 10-3 , 10-6 volte più piccole di quella di interazione totale; ciò spiega perché in queste ricerche si usano le emulsioni come bersaglio attivo in esperimenti ibridi.
“Fisica dei rivelatori”
Le emulsioni nucleari trovano impiego anche in molti campi differenti dalla fisica.
• Scienze della Terra: vengono usate sia per la rivelazione della radioattività dei minerali, sia per il riconoscimento degli elementi cui essa è dovuta.
• Nelle scienze biologiche: autoradiografia delle tracce, con la quale si può determinare la distribuzione microscopica della concentrazione di materiali radioattivi, per es. di traccianti, ponendo il campione biologico in contatto diretto con l'emulsione, in modo che le tracce ionizzanti uscenti dal campione possano essere registrate.
• Dosimetria: Monitor semplici e affidabili delle radiazioni (in forma di un pezzetto di pellicola: film badge) a coloro che lavorano con materiali radioattivi, con i reattori nucleari, con acceleratori e per gli astronauti nei voli spaziali.