成分
这是一个非常经典的物理实验,有助于理解宇宙中一些最基本的粒子。
该装置是由一个鱼缸制成的透明室,底部有一块由干冰(固体二氧化碳)冷却的铝板。这意味着在室温下,腔体的顶部和底部在-80℃时存在巨大的温差。
一块布浸泡在酒精中(这里是异丙醇),在室温下酒精蒸发产生蒸汽。然而,燃烧室的底部非常冷,这意味着当蒸汽下降时,它会冷却,直到最终开始凝结,形成一团酒精液滴,落在底部的盘子上。
就在液滴自然形成的点之上,有一片区域是过饱和蒸汽。这意味着温度足够低,液滴可以生长,但不足以让液滴自发形成。这个区域对任何可能使形成液滴稍微容易一点的东西都非常敏感,所以一旦液滴开始,它就会不断生长。
如果一个带电的辐射粒子在空气中运动,它将倾向于撞上一系列的空气分子,留下带电离子的痕迹。这可以形成水滴的核,然后再生长。这意味着,在带电离子的尾迹中,形成了一条水滴线——云迹——让你可以看到它们的路径。
带电辐射粒子穿过空气分子,将电子从空气分子上撞开,产生带电离子。 |
与普通空气相比,酒精液滴更容易在这些离子周围凝结,因此形成了快速增长的液滴轨迹,显示了原始粒子的轨迹。 |
这种效果真的很让人上瘾,而且令人难以置信的是,这么小的东西能对现实世界产生如此大的影响。
云室 |
正是这个原理被用来探测一些亚原子粒子。如果你施加一个磁场,一个粒子会弯曲,弯曲的程度取决于它的质量和电荷,所以你可以用这种方法区分不同的粒子。
有史以来观测到的第一个正电子的云室照片©Carl D. Anderson, APS |
如果你想自己建一个的话
干冰很冷,所以要戴上合适的手套并小心处理。
如果你能弄到干冰,这并不难做,但这里有一些建议。
不要完全密封鱼缸,否则当你冷却它的时候,里面的空气会收缩,你的鱼缸会爆炸。
要达到合适的条件需要一段时间,所以要有耐心。
最困难的部分不是制造云的轨迹,而是看到它们。在底板上涂漆也有帮助,在轨道形成的水平面上安排照明,在昏暗的房间里观看也有帮助。
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