Felhőkamra

A felhőkamra láthatóvá teszi a láthatatlant, lehetővé téve számunkra, hogy láthassuk a finom, foszlányos bizonyítékát annak, hogy léteznek olyan apró részecskék, amelyek története a világűrben kezdődik, és a nap minden percében mindannyiunkon keresztül száguldanak.

Készülék

1 × felhőkamra
Propanol (más néven izopropil-alkohol vagy IPA)
Száraz jég (szilárd szén-dioxid)

A bemutató

A felhőkamrát előkészítjük és letesszük. Pillanatokkal később, látszólag spontán módon felhőcsíkok jelennek meg a kamra belsejében. Ezek az apró felhők a töltött részecskék útját mutatják a kamrán keresztül – és mivel a környéken nincsenek nyilvánvaló töltött részecskeforrások, nyilvánvalóan természetesek és mindenütt jelen vannak…

Hogyan működik

A felhőkamra alját szárazjéggel töltik meg, a tetejéhez közeli abszorbens anyagot pedig alaposan átitatják propanollal. A propanol meglehetősen illékony, ezért a kamra tetején gőzt képez. Ahogy a gőz leesik, a szárazjég hatására gyorsan lehűl, és a levegő “túltelítetté” válik: a propanol valóban le akar kondenzálódni, de nincs semmi, amire le tudna kondenzálódni. A kamrán áthaladó töltött részecskék hatására a propanolmolekulák elektromos polarizációt kapnak, és a részecskék és egymás felé vonzódnak. Ez adja meg a lendületet ahhoz, hogy apró folyadékcseppekké kondenzálódjanak a kamrában, amelyek fehér felhőcsíkokként jelennek meg a részecskék útja mentén.

Ezt a bemutatót gyakran radioaktív forrással végzik, ahol alfa- és béta-részecskék okozzák a propanol kondenzációját, de valójában forrás nélkül is működik, mert a kozmikus sugárzás müonjai áthaladnak a berendezésen. A müonok magasan a légkörben keletkeznek a gázok atommagjaiba csapódó protonok (a “kozmikus sugárzás”) által. Ezek különböző leányrészecskéket hoznak létre, de a müonok az egyetlenek, amelyek jellemzően elég hosszú életűek ahhoz, hogy eljussanak a Föld felszínére.

A müonok nehéz elektronok, és egy elektronra és egy neutrínóra bomlanak, átlagos élettartamuk 2,2 μs. Ez tulajdonképpen a speciális relativitáselmélet érdekes próbáját nyújtja: a müonok jellemzően 15 km magasan keletkeznek a légkörben, amely távolságot fénysebességgel mintegy 50 μs alatt teszik meg – több mint 20 müon élettartama alatt. Ezért azt várnánk, hogy alig néhányan érnek oda! Mivel azonban elég közel haladnak a fénysebességhez, az idő a vonatkoztatási rendszerükben jelentősen kitolódik a földi megfigyelő számára, ami azt jelenti, hogy egy jelentős részük valóban eljuthat a felszínre.

Linkek

• YouTube: Hogyan készítsünk felhőkamrát