Πως να κατασκευάσετε τον δικό σας ανιχνευτή σωματιδίων

Posted on 27/12/2016

0


Μπορούμε να κατασκευάσουμε έναν ανιχνευτή υποατομικών σωματιδίων στο σπίτι μας; Κι έστω ότι το τον κατασκευάσαμε. Που θα βρούμε τα σωματίδια για να τα ανιχνεύσουμε;

Ευτυχώς ή δυστυχώς υποατομικά σωματίδια κυκλοφορούν συνεχώς γύρω μας. Και οφείλονται στις κοσμικές ακτίνες.
Οι κοσμικές ακτίνες είναι στοιχειώδη σωματίδια, πυρήνες και ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία εξωγήινης προέλευσης που βομβαρδίζουν συνεχώς την Γη. Στο ενεργειακό εύρος των 1012-1015 eV (ηλεκτρονιοβόλτ) , οι κοσμικές ακτίνες που φτάνουν στην ατμόσφαιρα της Γης συνίστανται από:
~50% πρωτόνια
~25% σωματίδια άλφα
~13% πυρήνες C/N/O
<1% ηλεκτρόνια
<0.1% ακτίνες γάμα
Η αλληλεπίδραση των κοσμικών ακτίνων με τους πυρήνες των ατόμων της ατμόσφαιρας της Γης παράγει έναν καταιγισμό σωματιδίων.

Πως λοιπόν μπορούμε «δούμε» τα σωματίδια της κοσμικής ακτινοβολίας ή τα προϊόντα αλληλεπίδρασής της με την ατμόσφαιρα της Γης;

Χρειαζόμαστε:
μια διαφανή γυάλινη ή πλαστική λεκάνη (σαν αυτές που χρησιμοποιούμε στα μικρά ενυδρεία) με ένα πλαστικό ή μεταλλικό καπάκι,
τσόχα με την οποία θα καλύψουμε τον πυθμένα του «ενυδρείου», την οποία θα «βρέξουμε» μέχρι κορεσμού με ισοπροπυλική αλκοόλη 90% (θα την βρούμε στο φαρμακείο της γειτονιάς),
ξηρό πάγο (μπορεί κανείς να τον βρει, αλλά λίγο δυσκολότερα) μέσα σε ένα κατάλληλο κουτί που το καλύπτουμε με το καπάκι της λεκάνης.
Αναστρέφουμε την λεκάνη και την τοποθετούμε πάνω στο καπάκι του, έτσι ώστε ο πυθμένας της να είναι στο πάνω μέρος.
Αφού περιμένουμε περίπου 10 λεπτά … σβήνουμε τα φώτα και φωτίζουμε με έναν φακό την κατασκευή μας.
Και τότε θα δούμε τα σωματίδια από τα θραύσματα της κοσμικής ακτινοβολίας!

τα βήματα της κατασκευής γραφικά:

detector

Artwork by Sandbox Studio, Chicago

τα βήματα της κατασκευής σε βίντεο:

Στην ουσία η παραπάνω κατασεκυή είναι ένας θάλαμος νεφώσεως, και χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά από τον C. T. R Wilson.
Η λειτουργία του βασίζεται στο γεγονός ότι όταν ένα φορτισμένο σωματίδιο (π.χ. μιόνιο, σωματίδιο άλφα ή ηλεκτρόνιο) διέρχεται μέσα από αυτόν δημιουργεί ιονισμό των μορίων του νέφους, τα ιόντα δημιουργούν συγκέντρωση σταγονιδίων κατά μήκος της τροχιάς του σωματιδίου, με αποτέλεσμα η τροχιά του να γίνεται ορατή. Η ψύξη στο κάτω μέρος «θαλάμου» εξαιτίας του ξηρού πάγου δημιουργεί υπερκορεσμένους ατμούς αλκοόλης, απ’ όπου θα σχηματιστούν τα σταγονίδια, τα ίχνη των οποίων μας αποκαλύπτουν την τροχιά του φορτισμένου σωματιδίου.

Τι σημαίνουν οι τροχιές που παρατηρούμε;

'Οταν βλέπετε ευθείες τροχιές, με μεγάλο σχετικά μήκος τότε ανιχνεύσατε μιόνια που παράγονται από την αλληλεπίδρταησ των κοσμικών ακτίνω με την ατμόσφαιρα της Γης.

‘Οταν βλέπετε ευθείες τροχιές, με μεγάλο σχετικά μήκος τότε ανιχνεύσατε τα μιόνια που παράγονται από την αλληλεπίδρταση των κοσμικών ακτίνων με την ατμόσφαιρα της Γης.

Αυτές οι μικρές ευθείες τροχιέ δεν οφείλονται στις κοσμικές ακτίνες. Είναι σωματίδια άλφα από την διάσπαση του ραδονίου που υπάρχει έτσι κι αλλιώς στον αέρα που αναπνέουμε.

Αυτές οι μικρές ευθείες τροχιές δεν οφείλονται στις κοσμικές ακτίνες. Είναι τα σωματίδια άλφα από την διάσπαση του ραδονίου που υπάρχει έτσι κι αλλιώς στον αέρα που αναπνέουμε.

Αυτές οι περίεργες τροχιές οφείλονται στα ηλεκτρόνια ή τα ποζιτρόνια που παράγονται από την αλληλεπίδραση των κοσμικών ακτίνων με την ατμόσφαιρα

Αυτές οι περίεργες τροχιές οφείλονται στα ηλεκτρόνια ή τα ποζιτρόνια που παράγονται από την αλληλεπίδραση των κοσμικών ακτίνων με την ατμόσφαιρα

Πολλά σωματίδια που παράγονται από την αλληλεπίδραση των κοσμικών ακτίνων με την ατμόσφαιρα της Γης είναι ασταθή. Όταν διασπώνται μέσα στον ανιχνευτή μας παράγουν τις τροχιές της εικόνας.

Πολλά σωματίδια που παράγονται από την αλληλεπίδραση των κοσμικών ακτίνων με την ατμόσφαιρα της Γης είναι ασταθή. Όταν διασπώνται μέσα στον ανιχνευτή μας παράγουν τις τροχιές της εικόνας.

Αν η παραπάνω κατασκευή σας φαίνεται δύσκολη (λόγω των υλικών που απαιτούνται π.χ. ξηρός πάγος), τότε «κατασκευάστε έναν ανιχνευτή σωματιδίων μέσα σε 10 λεπτά … χρησιμοποιώντας υλικά που (μάλλον) βρίσκονται ήδη στο σπίτι σας »

πηγή: symmetrymagazine.org