宇宙射线是来自外太空的带电高能次原子粒子。云室是由腐国物理学家威尔逊发明的带电粒子径迹探测器。今天,让我们来跟随腐国另一位科学家——Brian Cox教授自制一个云室,通过它来观察宇宙射线的轨迹。
材料:玻璃缸,底座,干冰,铲子,胶布,吸水棉布,酒精,热水袋,一张不透光盖布,手电筒。首先准备一个金属底的玻璃缸和一个中空的底座。用铲子将干冰均匀撒在底座的中空部分(请戴厚手套进行操作)。
把玻璃缸放上去,压实。用胶布把玻璃缸和底座之间的缝隙贴实。在上面盖上吸水棉布或海绵,倒上许多许多许多的酒精,多到海绵宿醉为止。放上装满热水的热水袋。盖上不透光的盖布,去凉快的地方待一会儿。待玻璃缸里充满酒精的“云雾”时,就成了名副其实的“云室”。掀开来看看。再钻进去看看。看到了吗?叫兽笑得多灿烂!⊙_⊙那个,请关注红框框里的重点!再放大一点:云室中时不时穿越酒精蒸汽的线条,就是宇宙射线的轨迹。
实验成功!
如果再简化一点,可以把玻璃缸换成保鲜盒,把底座换成泡沫盒子。但无论如何,取用干冰时一定要戴厚手套,才能保护好我们的双手。
背景知识介绍:宇宙射线大约89%是单纯的质子或氢原子核,10%是氦原子核或α粒子,还有1%是重元素,另有1%是孤独的电子。剩下的很少一部分是γ射线和超高能中微子。宇宙射线有着广泛的来源。可能来自太阳或其他恒星,或来自遥远的宇宙,由一些未知的物理机制产生。
能穿越大气层被我们所探测到的宇宙射线,通常都带有较高的能量。有的能量可远超过粒子加速器可以达到的上限。宇宙射线也被认为是引起生物变异的一个原因。虽然标题叫“擒获宇宙射线”,其实我们并没有擒获它们。我们观察到的轨迹,只是蒸汽沿带电粒子轨道发生凝结的一种现象。而对于宇宙射线来说,我们的云室只是一个小插曲。它们穿越云室之后,继续一往无前的旅途。因为它们的征程才是星辰大海。