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威爾遜雲霧室

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英國物理學家威爾遜(Charles Thomson Rees Wilson, 1869-1959)經過研究,他於1894年發明了一個叫「雲霧室」(Cloud Chamber, Wilson Chamber)的裝置,它裡面充滿了乾淨空氣和酒精(或乙醚)的飽和汽。如果闖進去一個肉眼看不見的帶電微粒,它就成了「雲霧」凝結的核心,形成霧點,這些霧點便顯示出微粒運動的「足跡」。因此,科學家可以通過「雲霧室」,來觀察肉眼看不見的基本粒子(電子質子等)的運動和變化情況。同時,還發現了不少新的基本粒子。威爾遜雲霧室,為研究微觀世界作出了卓越貢獻。1927年,他因此榮獲了諾貝爾物理學獎金。

1 威爾遜雲霧室 -簡介

雲霧室也稱雲室(cloud chamber)是一種早期的核輻射探測器﹐也是最早的帶電粒子徑跡探測器。因發明者為英國物理學家威爾遜,一般稱為威爾遜雲室。威爾遜(Charles Thomson Rees Wilson,1869-1959),1894年起研究雲霧中的光學現象。1895年,他設計了一套設備,使水蒸氣冷凝來形成雲霧。當時普遍認為,要使水蒸氣凝結,每顆霧珠必須有一個塵埃為核心。威爾遜發現:潮濕而無塵的空氣膨脹時出現水滴。他認為這可能是水蒸氣以大氣中導電離子為核心而凝聚的結果。

2 威爾遜雲霧室 -實驗

1895年,威爾遜在卡文迪什實驗室時便開始了他對雲的形成的研究。他讓水蒸氣在他設計好的玻璃容器中膨脹,發現達到飽和狀態的水蒸氣遇到遊離的灰塵或者帶電離子核,便會凝結成小水珠,這就是雲霧形成的原因。據此,他經過反覆實驗,於1911年發明了著名的威爾遜雲霧室。這種雲霧室,利用蒸氣絕熱膨脹,溫度降低,達到飽和狀態,當帶電粒子通過時,蒸氣沿粒子軌道發生凝結,從而顯示粒子徑跡。利用其電離密度還可以測量粒子的能量和速度。

1896年他用當時新發現的X射線照射雲室中的氣體,觀察到X射線穿過之處空氣被電離,帶電離子會形成細微的水滴,顯示出X射線的運動軌跡,威爾遜為雲室增設了拍攝帶電粒子徑跡的照相設備,使它成為研究射線的重要儀器。1911年他首先用雲室觀察到並照相記錄了α和β粒子的徑跡。

威爾遜雲霧室是歷史上最早建造的粒子徑跡探測器,它對粒子物理學的發展起過重大作用,正電子、μ子、K0介子和Ξ­超子等都是通過拍攝它們在雲霧室中的徑跡而發現的。

3 威爾遜雲霧室 -參考資料

http://www.cpst.net.cn/dzkjb/2004/0212/2%A3%AD1.htm

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