Cloud chamber

Een cloud chamber maakt het onzichtbare zichtbaar, zodat we het delicate, piekerige bewijs kunnen zien dat er minuscule deeltjes zijn waarvan het verhaal begint in de ruimte die door ons allen heen schieten, elke minuut van elke dag.

Apparatuur

1 × wolkenkamer
Propanol (ook bekend als isopropylalcohol of IPA)
Droog ijs (vast kooldioxide)

De demonstratie

De wolkenkamer wordt geprepareerd en neergezet. Even later verschijnen er, schijnbaar spontaan, pluizige wolkenstrepen in de kamer. Deze kleine wolkjes tonen het pad van geladen deeltjes door de kamer – en aangezien er geen duidelijke bronnen van geladen deeltjes in de buurt zijn, zijn ze blijkbaar natuurlijk en alomtegenwoordig…

Hoe het werkt

De basis van de wolkenkamer is gevuld met droog ijs, en een absorberend materiaal aan de bovenkant grondig gedrenkt in propanol. Propanol is vrij vluchtig, en vormt dus een damp boven in de kamer. Terwijl de damp daalt, koelt hij door het droogijs snel af en raakt de lucht “oververzadigd”: het propanol wil wel condenseren, maar er is niets om het op te laten condenseren. Door geladen deeltjes die door de kamer gaan, krijgen de propanolmoleculen een elektrische polarisatie en worden ze naar die deeltjes en naar elkaar toe getrokken. Dit geeft hen de impuls om te condenseren tot kleine vloeibare druppeltjes in de kamer, die zichtbaar worden als witte wolkenstrepen langs het pad van de deeltjes.

Deze demonstratie wordt vaak gedaan met een radioactieve bron, met alfa- en betadeeltjes die propanol doen condenseren, maar het werkt eigenlijk ook zonder bron, door kosmische straling muonen die door het apparaat gaan. De muonen worden hoog in de atmosfeer geproduceerd door protonen (de “kosmische stralen”) die tegen de kernen van gassen botsen. Deze produceren een verscheidenheid aan dochterdeeltjes, maar de enige die lang genoeg leven om het aardoppervlak te bereiken, zijn muonen.

Muonen zijn zware elektronen, en vervallen in een elekton en een neutrino met een gemiddelde levensduur van 2,2 microseconden. Dit is eigenlijk een interessante test van de speciale relativiteit: muonen worden meestal geproduceerd rond 15 km hoogte in de atmosfeer, een afstand die ongeveer 50 microseconden duurt om met de snelheid van het licht te overbruggen – dat is 20 muonlevensduur. We zouden dus verwachten dat er nauwelijks iets van terechtkomt! Maar omdat ze met bijna de lichtsnelheid reizen, wordt de tijd in hun referentiekader, gezien door een waarnemer op aarde, aanzienlijk verlengd, wat betekent dat een aanzienlijk deel van de muonen het oppervlak kan bereiken.

Links

• YouTube: Hoe maak je een wolkenkamer