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每秒鐘，都會有上萬顆來自外太空的宇宙射線穿過你的身體，但你卻渾然不知，因為你看不到它們，聽不到它們，也感受不到它們的存在。當我們發(fā)現(xiàn)自己居然無時無刻的都與宇宙有著如此親密的接觸時，我們無法控制自己的好奇心想要看到這些粒子。 宇宙射線是來自外太空的帶電高能次原子粒子，它們可能來自黑洞或者超新星爆發(fā)等。大部分的初級宇宙射線都是質(zhì)子，當它們到達地球大氣層的頂部時，它們會產(chǎn)生次級粒子流，包括電子、光子、中微子和μ介子。μ介子跟電子的性質(zhì)一樣，除了它比電子重很多，它們能夠輕易的到達海平面，所以它們是研究宇宙射線的最佳粒子，因為它們?nèi)菀妆惶綔y到。 在世界各地，有許多的粒子探測器，正在捕捉、觀察、研究著這些粒子。比如歐洲核子研究中心（CERN）的大型強子對撞機（LHC），它是個不可思議的龐然大物：重達上千噸，同時也包括了上百萬的探測元件以及來自世界各地的上千名科學家。 但是粒子探測器并不總是那么復雜的。事實上，一些粒子探測器是非常簡單的，你甚至可以在自己的家里制作。 1938年，加州大學伯克利分校發(fā)明的“連續(xù)靈敏擴散云室”（點擊文末閱讀原文可查看原論文）就是這樣一種能夠窺視來自宇宙的訪客的探測器。云室里面充滿酒精蒸汽，會產(chǎn)生“云霧”，對通過的粒子非常的敏感。 當宇宙射線飛速的穿過云室時，它便會產(chǎn)生鬼魅般的粒子徑跡，而且是肉眼可見的。 要制作一個云室非常簡單，只需要一些簡單的材料和步奏就可以實現(xiàn)。 材料：
步驟：
如果還是不確定，可以看視頻： 在云室中會發(fā)生什么？ 在室溫中，當異丙醇被毛氈吸收后，它會慢慢地蒸發(fā)到空氣中。但是酒精蒸汽會慢慢地朝干冰沉下去，它會慢慢冷卻并企圖再次回到液態(tài)。 在魚缸底部的空氣現(xiàn)在已經(jīng)過飽和了，在這個小小的空間里，酒精蒸汽被冷卻到了可以凝結(jié)成液體的溫度以下（剛好低于常壓露點）。在這個溫度下，它本該凝結(jié)成為液體，但卻沒有。這就好比在秋天的清晨，水分子吸附在草葉上一樣，這些酒精蒸汽會產(chǎn)生云霧。 穿過云室的粒子 當粒子通過云室時，它會遇上一些分子，并踢出其中的電子，使分子變?yōu)閹щ婋x子。酒精蒸汽會被這些離子吸引靠近它們，并結(jié)成小露珠。 結(jié)果就會留下像飛機劃過天空時留下的徑跡——細長的線條都是粒子穿過云室的證據(jù)。 會有許多不同的粒子穿過云室，這些不同的粒子會在云室中留下不同的徑跡模式，因此物理學家就可以區(qū)分他們看到的是什么粒子。 短而粗的徑跡 當你看到短，并且較粗的徑跡時，證明你看到的并不是來自外太空的宇宙射線。你看到的其實是氡原子吐出來的阿爾法粒子（包括兩個質(zhì)子和兩個中子）。氡是一種天然的放射性元素，但是它出現(xiàn)在如此低濃度的空氣時它的放射性比花生醬更低。而阿爾法粒子體積較大，并且能量很低，因此它們只留下短且粗的軌跡。 長而直的徑跡 哦也~你看到的是μ介子！μ介子是電子的表兄，只不過質(zhì)量要大很多。當宇宙射線在大氣層中與分子相撞時就會產(chǎn)生介子。由于他的質(zhì)量龐大（相比于微觀粒子世界），μ介子可以肆無忌憚的穿過云室并留下清晰而且筆直的軌跡。 之字型及卷曲的徑跡 如果你看到一個徑跡像一個在國外迷路的游客的路徑，那么你看到的是電子和正電子（反電子）。當宇宙射線撞上大氣分子的時候也會產(chǎn)生電子和正電子。由于電子和正電子較輕，當它們撞上空氣分子的時候就會到處亂撞，留下之字型或者卷曲形的徑跡。 分叉徑跡 如果你看到一個分叉的徑跡，說明你觀測到了一個衰變。許多粒子都是不穩(wěn)定的，它們會在特定的時間內(nèi)衰變成穩(wěn)定的粒子。如果你突然看到一條徑跡分叉開來，說明物理正在發(fā)揮作用！ 最后，如果你不想這么麻煩的在家里去制造一個云室，但也想看到宇宙射線。拿出你的手機，下載一個叫DECO的APP。但壞消息是，該APP僅限安卓系統(tǒng)，IOS系統(tǒng)的還在開發(fā)中。 |
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