[Перевод] Строим камеру Вильсона и обнаруживаем космические лучи у себя дома
Камера Вильсона (она же туманная камера) — один из первых в истории приборов для регистрации следов (треков) заряженных частиц. Принцип действия камеры использует явление конденсации перенасыщенного пара: при появлении в среде перенасыщенного пара каких-либо центров конденсации на них образуются мелкие капли жидкости. Эти капли достигают значительных размеров и могут быть сфотографированы. Источник исследуемых частиц может располагаться либо внутри камеры, либо вне её (в этом случае частицы залетают через прозрачное для них окно).
Очень странно думать о том, что нас постоянно бомбардируют крохотные частицы, движущиеся со скоростью света. Хотите увидеть свидетельство их существования? Смотрите видео. Не верите видео, или просто хотите увидеть следы в испарениях собственными глазами — продолжайте читать эту инструкцию.
Шаг 1: материалы
Вот, что мне понадобилось для постройки собственной туманной камеры:
- Пенопласт (купил уже нарезанным на куски нужного размера);
- Аквариум;
- Лист металла;
- Чёрный пластилин;
- Чёрная плотная бумага;
- Чёрная изолента;
- Клей;
- Шкурка;
- Фонарик или проектор для слайдов (нужен чёткий и яркий луч света);
- Сухой лёд (для охлаждения основания камеры);
- Изопропиловый спирт концентрации 91% или более (70% не подойдёт!);
- Вода.
Инструменты:
- Нож;
- Шпатель (помогал себе при отрезании пенопласта);
- Линейка;
- Маркер;
- Термопластичный клей;
- Магниты.
Шаг 2: конструируем изолированную коробку для сухого льда
Коротко говоря, необходимо сделать теплоизолирующий короб, который мы наполним сухим льдом. Он должна быть достаточно большим, чтобы в нём плотно сидела металлическая пластина. Я использовал пластину как трафарет для вырезания коробки из пенопласта. Потом я зашкурил пенопласт и склеил всё вместе. При резке пенопласта я сначала использовал нож для намётки разреза, а потом оставшуюся толщину я проходил шпателем. Уверен, что есть способ резать пенопласт лучше, но поскольку я всё равно его потом зашкуривал, результат резки меня не очень волновал.
Шаг 3: готовим металлическое основание
Металлическая пластина кладётся сверху на сухой лёд для теплопередачи между ним и камерой. Самое важное — пластину с аквариумом необходимо соединять герметично. Это позволяет поддерживать высокую концентрацию алкоголя в камере и получать перенасыщенный пар. Для этого я решил заполнить желобок по краю аквариума водой или лишним алкоголем. А чтобы сделать желобок, я использовал пластилин и сделал из его две дорожки на металлической плите. Потом, чтобы белые следы в парах контрастировали с нижней частью камеры, я наклеил на пластину чёрную бумагу. Благодаря ей следы в парах было видно гораздо лучше.
Шаг 4: готовим аквариум
К нижней части аквариума (которая в итоге оказалась наверху) я приклеил отрезок фетра. Сначала я сделал это при помощи термоклея, однако, как можно увидеть на фото, после впитывания алкоголя он провис. Чтобы это исправить, я использовал набор магнитов, которые гораздо лучше прижали фетр ко дну аквариума. Фетр используется для впитывания алкоголя, и его можно заменить любой другой губкой или впитывающей тканью.
Шаг 5: собираем всё вместе!
И вот теперь коробка для сухого льда, металлическое основание и аквариум готовы к работе!
Сначала нужно наполнить пенопластовую коробку сухим льдом, а потом разместить на нём металлическое основание. Оно, вероятно, жутко заскрипит во время быстрого охлаждения, но это вскоре должно прекратиться.
Затем налейте на фетр алкоголя, пока он не станет мокрым, и поместите аквариум вверх ногами на металлическом основании. Залейте воды или алкоголя в канал из пластилина, чтобы обеспечить герметичность камеры.
Теперь погасите в комнате свет и подсветите камеру источником света. Я закрыл все стороны аквариума, кроме одной, плотной чёрной бумагой, чтобы космические лучи было проще снимать. Почти сразу же вы должны увидеть, как конденсат алкоголя начнёт падать вниз, и примерно через 10 минут из него сформируется перенасыщенный пар. После этого ближе к нижней части камеры вы должны увидеть следы, оставляемые частицами в парах.
Происходит вот что: при пролёте космического луча через камеру он ионизирует молекулы воздуха, а алкогольный пар оказывается таким насыщенным, что конденсируется на этих следах ионизированных молекул. Именно так камера позволяет нам «видеть» частицы, движущиеся почти со скоростью света.
