Molnkammare

En molnkammare gör det osynliga synligt, så att vi kan se känsliga, vimmiga bevis på att det finns små partiklar vars historia börjar i yttre rymden och som skjuter genom oss alla, varje minut av varje dag.

Apparat

1 × molnkammare
Propanol (även kallad isopropylalkohol eller IPA)
Torris (fast koldioxid)

Demonstrationen

Molnkammaren förbereds och placeras ner. Några ögonblick senare uppstår vimrande molnstrimmor, till synes spontant, inne i kammaren. Dessa små moln visar de laddade partiklarnas väg genom kammaren – och eftersom det inte finns några uppenbara källor till laddade partiklar i närheten är de uppenbarligen naturliga och allestädes närvarande…

Hur det fungerar

Molnkammarens bas är fylld med torris, och ett absorberande material nära toppen grundligt indränkt i propanol. Propanol är ganska flyktigt och bildar därför en ånga i kammarens topp. När ångan sjunker kyls den snabbt av torris och luften blir ”övermättad”: Propanolen vill verkligen kondensera, men det finns inget som den kan kondensera på. Laddade partiklar som passerar genom kammaren gör att propanolmolekylerna får en elektrisk polarisering och dras till dessa partiklar och till varandra. Detta ger dem impulsen att kondensera till små vätskedroppar i kammaren som syns som vita molnstrimmor längs partiklarnas väg.

Denna demonstration görs ofta med en radioaktiv källa, med alfa- och betapartiklar som får propanol att kondensera, men den fungerar faktiskt även i avsaknad av en källa, på grund av att myoner från kosmiska strålar passerar genom apparaten. Muonerna produceras högt upp i atmosfären av protoner (den ”kosmiska strålningen”) som slår in i gasernas kärnor. Dessa producerar en mängd olika dotterpartiklar, men de enda som vanligtvis är tillräckligt långlivade för att nå jordens yta är muoner.

Muoner är tunga elektroner och sönderfaller till en elektron och en neutrino med en medellivslängd på 2,2 μs. Detta ger faktiskt ett intressant test av den speciella relativitetsteorin: muoner produceras vanligtvis omkring 15 km upp i atmosfären, ett avstånd som tar omkring 50 μs att passera med ljusets hastighet – över 20 muonlivslängder. Vi skulle alltså förvänta oss att knappt några skulle klara sig! Men eftersom de färdas ganska nära ljusets hastighet är tiden i deras referensram betydligt utspänd för en observatör på jorden, vilket innebär att en betydande andel faktiskt kan ta sig till ytan.

Länkar

• YouTube: Hur man gör en molnkammare