科学|自己动手,在家做一回粒子物理实验( 三 )



科学|自己动手,在家做一回粒子物理实验
1. 将毛毡剪成鱼缸底部的大小 , 将它固定在鱼缸底部 。固定好毛毡后 , 用异丙醇/酒精将其完全浸湿 , 但上面不要留有液体 。 (不要喝!)

科学|自己动手,在家做一回粒子物理实验
2. 在扁平盒子中放入干冰 。

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3. 先将盖子盖在干冰上 , 黑色金属板/黑纸放在盖子上 。

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4. 将鱼缸倒扣在下方盒子上 , 底部朝上 , 盖严 。
现在 , 我们的家庭版自制云室就已经完成了!为了保持上端温度(使酒精加热形成酒精蒸气 , 而使云室内形成过饱和蒸气) , 可以在云室顶部放一杯温水 。 如要想要更好的观测效果 , 我们可以在黑暗的环境下 , 用手电筒照射透明容器观察 。 一切准备就绪 , 只需等待大约10分钟 , 我们就能看到粒子留下的轨迹 。
粒子通过云室
你也许会看到许多不同形状的轨迹 , 它们不是同一种粒子留下的 。 常见的轨迹有以下几种类型 。
短而粗的轨迹

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短而粗的轨迹(大约5cm长) , 表明粒子不是来自宇宙射线 。 它大概率是一个大气中的氡原子衰变放出一个氦核而留下的 。 氡是一种天然存在的放射性元素 , 但它在空气中的浓度很低 , 其放射性低于花生酱 。 从氡原子中放出的氦核 , 体积大且能量低 , 因此它们会留下短而粗的轨迹 。
长而直的轨迹

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长而直的径迹是来源于次级宇宙粒子 , 如粒子的μ子和它的反粒子正μ子 。 当宇宙射线撞击大气层高处的大气分子时会产生成对的正负μ子 。 它们使周围的空气分子电离 , 因为它们质量很大 , 与空气分子散射 , 会留下干净、笔直的轨迹 。 当然这些轨迹也可能是高速电子的轨迹 。
卷曲路径

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如果观察到的轨迹看起来像一个迷路的游客行走的路径 , 那你有可能观测到了慢速的电子或正电子 。 当宇宙射线撞击大气分子时 , 产生最多的是成对电子和正电子 。 也有可能是来源于光电效应的慢速电子 。 慢速的电子和正电子是比较轻的粒子 , 当它们撞击空气分子时会反弹 , 留下锯齿形和卷曲的轨迹 。

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