Komora chmurowa

Komora chmurowa sprawia, że to, co niewidzialne, staje się widzialne, pozwalając nam dostrzec delikatny, zwiewny dowód na to, że istnieją maleńkie cząsteczki, których historia zaczyna się w kosmosie, strzelające przez nas wszystkich, w każdej minucie każdego dnia.

Aparatura

1 × komora chmurowa
Propanol (alias alkohol izopropylowy lub IPA)
Suchy lód (stały dwutlenek węgla)

Demonstracja

Komora chmurowa jest przygotowana i położona. Chwilę później w komorze pojawiają się, pozornie spontanicznie, smugi chmur. Te maleńkie obłoczki pokazują drogę naładowanych cząstek przez komorę – a ponieważ w pobliżu nie ma żadnych oczywistych źródeł naładowanych cząstek, są one najwyraźniej naturalne i wszechobecne…

Jak to działa

Podstawa komory chmurowej jest wypełniona suchym lodem, a materiał absorbujący w pobliżu góry dokładnie nasączony propanolem. Propanol jest dosyć lotny, stąd tworzy on parę na górze komory. Gdy para opada, gwałtownie się ochładza dzięki suchemu lodowi i powietrze staje się „przesycone”: propanol naprawdę chce się skroplić, ale nie ma się na czym skroplić. Naładowane cząsteczki przechodzące przez komorę powodują, że cząsteczki propanolu zyskują polaryzację elektryczną i są przyciągane w kierunku tych cząsteczek i siebie nawzajem. To daje impuls dla nich do kondensacji w maleńkie kropelki cieczy w komorze, które pokazują się jako białe smugi chmury wzdłuż ścieżki cząstek.

To demo jest często wykonywane z radioaktywnym źródłem, z cząstkami alfa i beta powodującymi propanol do kondensacji, ale to faktycznie działa w braku źródła też, z powodu mionów promieni kosmicznych przechodzących przez aparat. Miony są wytwarzane wysoko w atmosferze przez protony („promienie kosmiczne”) rozbijające się o jądra gazów. W wyniku tego powstaje wiele cząstek pochodnych, ale jedynymi, które zazwyczaj żyją wystarczająco długo, by dotrzeć do powierzchni Ziemi, są miony.

Miony są ciężkimi elektronami i rozpadają się na elektron i neutrino o średnim czasie życia 2,2 μs. Stanowi to interesujący test szczególnej teorii względności: miony są zwykle produkowane około 15 km w atmosferze, co stanowi odległość, która zajmuje około 50 μs do przebycia z prędkością światła – ponad 20 czasów życia mionów. Spodziewalibyśmy się więc, że prawie żaden z nich nie dotrze do celu! Jednakże, ponieważ podróżują one z prędkością bliską prędkości światła, czas w ich układzie odniesienia jest znacznie przesunięty w stosunku do obserwatora na Ziemi, co oznacza, że znaczna część z nich może w rzeczywistości dotrzeć na powierzchnię.

Linki

• YouTube: Jak zrobić komorę chmur

.