Wolkenkammer

Eine Nebelkammer macht das Unsichtbare sichtbar und ermöglicht es uns, zarte, hauchdünne Beweise dafür zu sehen, dass es winzige Teilchen gibt, deren Geschichte im Weltraum beginnt und die durch uns alle schießen, jede Minute an jedem Tag.

Geräte

1 × Nebelkammer
Propanol (auch Isopropylalkohol oder IPA genannt)
Trockeneis (festes Kohlendioxid)

Die Demonstration

Die Nebelkammer wird vorbereitet und abgestellt. Wenige Augenblicke später erscheinen in der Kammer scheinbar spontan winzige Wolkenschlieren. Diese winzigen Wolken zeigen den Weg der geladenen Teilchen durch die Kammer – und da es keine offensichtlichen Quellen für geladene Teilchen in der Nähe gibt, sind sie offensichtlich natürlich und allgegenwärtig…

Wie es funktioniert

Der Boden der Nebelkammer ist mit Trockeneis gefüllt, und ein absorbierendes Material in der Nähe der Oberseite ist gründlich mit Propanol getränkt. Propanol ist recht flüchtig und bildet daher am oberen Ende der Kammer einen Dampf. Wenn der Dampf nach unten fällt, kühlt er durch das Trockeneis schnell ab, und die Luft wird „übersättigt“: Das Propanol möchte kondensieren, aber es gibt nichts, woran es kondensieren könnte. Geladene Teilchen, die durch die Kammer strömen, bewirken, dass die Propanolmoleküle eine elektrische Polarisation erhalten und zu diesen Teilchen und zueinander hingezogen werden. Dies gibt ihnen den Anstoß, in der Kammer zu winzigen Flüssigkeitströpfchen zu kondensieren, die sich als weiße Wolkenstreifen entlang des Weges der Teilchen zeigen.

Diese Demonstration wird oft mit einer radioaktiven Quelle durchgeführt, wobei Alpha- und Betateilchen die Kondensation von Propanol bewirken, aber sie funktioniert auch ohne eine Quelle, da kosmische Myonen durch das Gerät hindurchgehen. Die Myonen werden hoch in der Atmosphäre durch Protonen (die „kosmischen Strahlen“) erzeugt, die auf die Kerne von Gasen treffen. Diese erzeugen eine Vielzahl von Tochterteilchen, aber die einzigen, die typischerweise langlebig genug sind, um es bis zur Erdoberfläche zu schaffen, sind Myonen.

Muonen sind schwere Elektronen und zerfallen in ein Elektron und ein Neutrino mit einer mittleren Lebensdauer von 2,2 μs. Dies ist ein interessanter Test für die spezielle Relativitätstheorie: Myonen werden in der Regel in 15 km Höhe in der Atmosphäre erzeugt, eine Entfernung, die mit Lichtgeschwindigkeit in etwa 50 μs zurückgelegt wird – das sind 20 Myonenlebensdauern. Wir würden also erwarten, dass kaum welche ankommen! Da sie sich jedoch nahe der Lichtgeschwindigkeit bewegen, ist die Zeit in ihrem Bezugssystem aus der Sicht eines Beobachters auf der Erde erheblich gedehnt, was bedeutet, dass ein erheblicher Teil es tatsächlich bis zur Oberfläche schaffen kann.

Links

• YouTube: Wie man eine Nebelkammer baut