第-0.4章 威爾遜雲室

所謂的威爾遜雲室，指的就是顯示能導致電離的粒子徑跡的裝置。

而早期的核輻射探測器，也就是最早的帶電粒子探測器，由C.T.R.威爾遜在1896年提出，故稱威爾遜雲室。

雲室則是指在一定空間里，模擬的雲霧條件下，進行不同雲物理實驗研究的設備，容積有大有小。

如容積為立方米以上的大體積雲室是固定的，可用於進行多種雲物理實驗研究。

容積為幾到幾十升的小型混合雲室，主要用於外場自然冰核觀測，也可進行播雲催化劑成冰性能的檢測。

而雲室中的氣體大多是空氣或氬氣，蒸氣又大多是乙醇或甲醇。

而根據徑跡上小液滴的密度，或徑跡的長度可以測定粒子的速度。

而將雲室和磁場聯用，根據徑跡的曲率和彎曲方向，便可測量粒子的動量和電性，從而可以確定粒子的性質。

這樣威爾遜雲室，就能使那些小得無法直接觀察的粒子的運動軌跡顯示出來。

甚至，威爾遜雲室也可以把那些高速粒子發生相互撞擊模仿核撞擊，使運動方向發生改變的情形，拍攝下來。

因此，威爾遜雲室也一經發明便立即受到人們的普遍重視與運用，對於檢驗理論和探索新型粒子做出了不可磨滅的貢獻。

比如在1923年裏，著名物理學家阿瑟·霍利·康普頓發現了X射線，以及X射線散射后波長變長的現象，以此命名康普頓效應。

康普頓使用光子與電子碰撞時動量與能量守恆定律，作出解釋。

就在人們對此將信將疑時，威爾遜用雲室拍攝到的反衝電子的徑跡，令人信服地證實了康普頓散射理論，還為愛因斯坦光子說，提供了實驗依據。

而由於這項工作及他發明的雲室，因此威爾遜和康普頓共獲得了1927年度諾貝爾物理獎。

什麼是躺着啊，這就是啊。

其次就是正電子的發現。

1932年，C·D安德森利用威爾遜雲室，研究宇宙射線，在宇宙射線的雲室照片中，他發現了正電子的徑跡。

這是利用雲室發現的第一個反粒子—正電子，從而證實了狄拉克關於存在正電子的預言。

安德森因此榮獲1936年度諾貝爾物理獎。

1937年，安德森又用它發現了湯川秀樹在1935年從理論上預言的介子。

到了1955年，王淦昌和他的合作者利用大型雲室，發現了反西格馬負超子。

《自然》雜誌指出：「實驗上發現反西格瑪負超子，是在微觀世界的圖像上消滅了一個空白點。」

世界各國的報紙，紛紛刊登丁關於這個發現的詳細報道，「王淦昌」成了新聞導語中的主題詞之一。

關於反西格瑪負超子發現的意義，當時，科學家認為「其科學上的意義僅次於正電子和反質子的發現」。

後來，歐洲中心的300億電子伏加速器上，發現了另一種反超子——反克賽負超子。

於是，在高能物理的歷史上，反西格瑪負超子和反克賽負超子被並列為公認的最早發現的兩個負超子。

這兩項發現，對證實反粒子的普遍存在，提供了有力的證據。

回到威爾遜雲室上。

1925年在卡文迪什實驗室，年輕的布拉開特，在盧瑟福和威爾遜的指導下，致力於用雲室研究a粒子撞擊氮原子核的問題。

他從拍攝到的兩萬多張雲室照片中，只得到了8張照片，就為證實盧瑟福在1919年所做的世界上，最早實現的人工核反應實驗。

在1932年布拉開特和奧恰利尼合作，開始用威爾遜雲室研究宇宙射線。

但是由於宇宙射線稀少，如果讓雲室隨機地膨脹和拍照，大約每百張照片中，只有2～5張上，才會有宇宙射線的徑跡，這就使他們想到雲室攝影的自動化問題。

而解決的辦法便是在豎直放置的雲室上下兩側，各放置一個蓋革計數管，這樣使得經過雲室的宇宙射線，就必將先後穿過兩個計數管。

布拉開特就設計了一種電路，只有從兩個計數管來的訊號相藕合時，才能觸發雲室的膨脹，而產生記錄照片。

布拉開特用這種自動化技術控制雲室攝影，約80%的照片上都有射線徑跡。

他們通過對大約7000張照片的分析，證實了幾個月前安德森發現的正電子，直觀地說明了正負電子對的產生和湮滅過程。

1933年布拉開特轉到倫敦大學伯克貝克學院擔任教授。

在那裏，他繼續用雲室方法研究宇宙射線，他研製出了用於雲室的大而積勻強磁場裝置，並用這台裝置拍攝了大量宇宙射線徑跡的照片。

由於布拉開特對雲室技術的改進及，由此對核物理和宇宙射線的一系列新發現，而榮獲1948年度諾貝爾物理獎。

1952年，格拉塞在雲室中直接用液體代替氣體一蒸汽混合物而發明了泡室。

泡室的出現為探測高能帶電粒子又提供了一種有效手段，為此格拉塞榮獲1960年度諾貝爾物理獎。