第-0.4章 威爾遜云室

　　所謂的威爾遜云室，指的就是顯示能導(dǎo)致電離的粒子徑跡的裝置。

　　而早期的核輻射探測(cè)器，也就是最早的帶電粒子探測(cè)器，由C.T.R.威爾遜在1896年提出，故稱威爾遜云室。

　　云室則是指在一定空間里，模擬的云霧條件下，進(jìn)行不同云物理實(shí)驗(yàn)研究的設(shè)備，容積有大有小。

　　如容積為立方米以上的大體積云室是固定的，可用于進(jìn)行多種云物理實(shí)驗(yàn)研究。

　　容積為幾到幾十升的小型混合云室，主要用于外場(chǎng)自然冰核觀測(cè)，也可進(jìn)行播云催化劑成冰性能的檢測(cè)。

　　而云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(jù)徑跡上小液滴的密度，或徑跡的長(zhǎng)度可以測(cè)定粒子的速度。

　　而將云室和磁場(chǎng)聯(lián)用，根據(jù)徑跡的曲率和彎曲方向，便可測(cè)量粒子的動(dòng)量和電性，從而可以確定粒子的性質(zhì)。

　　這樣威爾遜云室，就能使那些小得無(wú)法直接觀察的粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡顯示出來(lái)。

　　甚至，威爾遜云室也可以把那些高速粒子發(fā)生相互撞擊模仿核撞擊，使運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生改變的情形，拍攝下來(lái)。

　　因此，威爾遜云室也一經(jīng)發(fā)明便立即受到人們的普遍重視與運(yùn)用，對(duì)于檢驗(yàn)理論和探索新型粒子做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。

　　比如在1923年里，著名物理學(xué)家阿瑟·霍利·康普頓發(fā)現(xiàn)了X射線，以及X射線散射后波長(zhǎng)變長(zhǎng)的現(xiàn)象，以此命名康普頓效應(yīng)。

　　康普頓使用光子與電子碰撞時(shí)動(dòng)量與能量守恒定律，作出解釋。

　　就在人們對(duì)此將信將疑時(shí)，威爾遜用云室拍攝到的反沖電子的徑跡，令人信服地證實(shí)了康普頓散射理論，還為愛(ài)因斯坦光子說(shuō)，提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

　　而由于這項(xiàng)工作及他發(fā)明的云室，因此威爾遜和康普頓共獲得了1927年度諾貝爾物理獎(jiǎng)。

　　什么是躺著啊，這就是啊。

　　其次就是正電子的發(fā)現(xiàn)。

　　1932年，C· D安德森利用威爾遜云室，研究宇宙射線，在宇宙射線的云室照片中，他發(fā)現(xiàn)了正電子的徑跡。

　　這是利用云室發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)反粒子—正電子，從而證實(shí)了狄拉克關(guān)于存在正電子的預(yù)言。

　　安德森因此榮獲1936年度諾貝爾物理獎(jiǎng)。

　　1937年，安德森又用它發(fā)現(xiàn)了湯川秀樹(shù)在1935年從理論上預(yù)言的介子。

　　到了1955年，王淦昌和他的合作者利用大型云室，發(fā)現(xiàn)了反西格馬負(fù)超子。

　　《自然》雜志指出：“實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)反西格瑪負(fù)超子，是在微觀世界的圖像上消滅了一個(gè)空白點(diǎn)?！?p>　　世界各國(guó)的報(bào)紙，紛紛刊登丁關(guān)于這個(gè)發(fā)現(xiàn)的詳細(xì)報(bào)道，“王淦昌”成了新聞導(dǎo)語(yǔ)中的主題詞之一。

　　關(guān)于反西格瑪負(fù)超子發(fā)現(xiàn)的意義，當(dāng)時(shí)，科學(xué)家認(rèn)為“其科學(xué)上的意義僅次于正電子和反質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)”。

　　后來(lái)，歐洲中心的300億電子伏加速器上，發(fā)現(xiàn)了另一種反超子——反克賽負(fù)超子。

　　于是，在高能物理的歷史上，反西格瑪負(fù)超子和反克賽負(fù)超子被并列為公認(rèn)的最早發(fā)現(xiàn)的兩個(gè)負(fù)超子。

　　這兩項(xiàng)發(fā)現(xiàn)，對(duì)證實(shí)反粒子的普遍存在，提供了有力的證據(jù)。

　　回到威爾遜云室上。

　　1925年在卡文迪什實(shí)驗(yàn)室，年輕的布拉開(kāi)特，在盧瑟福和威爾遜的指導(dǎo)下，致力于用云室研究a粒子撞擊氮原子核的問(wèn)題。

　　他從拍攝到的兩萬(wàn)多張?jiān)剖艺掌?，只得到?張照片，就為證實(shí)盧瑟福在1919年所做的世界上，最早實(shí)現(xiàn)的人工核反應(yīng)實(shí)驗(yàn)。

　　在1932年布拉開(kāi)特和奧恰利尼合作，開(kāi)始用威爾遜云室研究宇宙射線。

　　但是由于宇宙射線稀少，如果讓云室隨機(jī)地膨脹和拍照，大約每百?gòu)堈掌校挥?～5張上，才會(huì)有宇宙射線的徑跡，這就使他們想到云室攝影的自動(dòng)化問(wèn)題。

　　而解決的辦法便是在豎直放置的云室上下兩側(cè)，各放置一個(gè)蓋革計(jì)數(shù)管，這樣使得經(jīng)過(guò)云室的宇宙射線，就必將先后穿過(guò)兩個(gè)計(jì)數(shù)管。

　　布拉開(kāi)特就設(shè)計(jì)了一種電路，只有從兩個(gè)計(jì)數(shù)管來(lái)的訊號(hào)相藕合時(shí)，才能觸發(fā)云室的膨脹，而產(chǎn)生記錄照片。

　　布拉開(kāi)特用這種自動(dòng)化技術(shù)控制云室攝影，約80%的照片上都有射線徑跡。

　　他們通過(guò)對(duì)大約7 000張照片的分析，證實(shí)了幾個(gè)月前安德森發(fā)現(xiàn)的正電子，直觀地說(shuō)明了正負(fù)電子對(duì)的產(chǎn)生和湮滅過(guò)程。

　　1933年布拉開(kāi)特轉(zhuǎn)到倫敦大學(xué)伯克貝克學(xué)院擔(dān)任教授。

　　在那里，他繼續(xù)用云室方法研究宇宙射線，他研制出了用于云室的大而積勻強(qiáng)磁場(chǎng)裝置，并用這臺(tái)裝置拍攝了大量宇宙射線徑跡的照片。

　　由于布拉開(kāi)特對(duì)云室技術(shù)的改進(jìn)及，由此對(duì)核物理和宇宙射線的一系列新發(fā)現(xiàn)，而榮獲1948年度諾貝爾物理獎(jiǎng)。

　　1952年，格拉塞在云室中直接用液體代替氣體一蒸汽混合物而發(fā)明了泡室。

　　泡室的出現(xiàn)為探測(cè)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(jiǎng)。