第-0.4章 威尔逊云室

所谓的威尔逊云室，指的就是显示能导致电离的粒子径迹的装置。

而早期的核辐射探测器，也就是最早的带电粒子探测器，由C.T.R.威尔逊在1896年提出，故称威尔逊云室。

云室则是指在一定空间里，模拟的云雾条件下，进行不同云物理实验研究的设备，容积有大有小。

如容积为立方米以上的大体积云室是固定的，可用于进行多种云物理实验研究。

容积为几到几十升的小型混合云室，主要用于外场自然冰核观测，也可进行播云催化剂成冰性能的检测。

而云室中的气体大多是空气或氩气，蒸气又大多是乙醇或甲醇。

而根据径迹上小液滴的密度，或径迹的长度可以测定粒子的速度。

而将云室和磁场联用，根据径迹的曲率和弯曲方向，便可测量粒子的动量和电性，从而可以确定粒子的性质。

这样威尔逊云室，就能使那些小得无法直接观察的粒子的运动轨迹显示出来。

甚至，威尔逊云室也可以把那些高速粒子发生相互撞击模仿核撞击，使运动方向发生改变的情形，拍摄下来。

因此，威尔逊云室也一经发明便立即受到人们的普遍重视与运用，对于检验理论和探索新型粒子做出了不可磨灭的贡献。

比如在1923年里，著名物理学家阿瑟·霍利·康普顿发现了X射线，以及X射线散射后波长变长的现象，以此命名康普顿效应。

康普顿使用光子与电子碰撞时动量与能量守恒定律，作出解释。

就在人们对此将信将疑时，威尔逊用云室拍摄到的反冲电子的径迹，令人信服地证实了康普顿散射理论，还为爱因斯坦光子说，提供了实验依据。

而由于这项工作及他发明的云室，因此威尔逊和康普顿共获得了1927年度诺贝尔物理奖。

什么是躺着啊，这就是啊。

其次就是正电子的发现。

1932年，C·D安德森利用威尔逊云室，研究宇宙射线，在宇宙射线的云室照片中，他发现了正电子的径迹。

这是利用云室发现的第一个反粒子—正电子，从而证实了狄拉克关于存在正电子的预言。

安德森因此荣获1936年度诺贝尔物理奖。

1937年，安德森又用它发现了汤川秀树在1935年从理论上预言的介子。

到了1955年，王淦昌和他的合作者利用大型云室，发现了反西格马负超子。

《自然》杂志指出：“实验上发现反西格玛负超子，是在微观世界的图像上消灭了一个空白点。”

世界各国的报纸，纷纷刊登丁关于这个发现的详细报道，“王淦昌”成了新闻导语中的主题词之一。

关于反西格玛负超子发现的意义，当时，科学家认为“其科学上的意义仅次于正电子和反质子的发现”。

后来，欧洲中心的300亿电子伏加速器上，发现了另一种反超子——反克赛负超子。

于是，在高能物理的历史上，反西格玛负超子和反克赛负超子被并列为公认的最早发现的两个负超子。

这两项发现，对证实反粒子的普遍存在，提供了有力的证据。

回到威尔逊云室上。

1925年在卡文迪什实验室，年轻的布拉开特，在卢瑟福和威尔逊的指导下，致力于用云室研究a粒子撞击氮原子核的问题。

他从拍摄到的两万多张云室照片中，只得到了8张照片，就为证实卢瑟福在1919年所做的世界上，最早实现的人工核反应实验。

在1932年布拉开特和奥恰利尼合作，开始用威尔逊云室研究宇宙射线。

但是由于宇宙射线稀少，如果让云室随机地膨胀和拍照，大约每百张照片中，只有2～5张上，才会有宇宙射线的径迹，这就使他们想到云室摄影的自动化问题。

而解决的办法便是在竖直放置的云室上下两侧，各放置一个盖革计数管，这样使得经过云室的宇宙射线，就必将先后穿过两个计数管。

布拉开特就设计了一种电路，只有从两个计数管来的讯号相藕合时，才能触发云室的膨胀，而产生记录照片。

布拉开特用这种自动化技术控制云室摄影，约80%的照片上都有射线径迹。

他们通过对大约7000张照片的分析，证实了几个月前安德森发现的正电子，直观地说明了正负电子对的产生和湮灭过程。

1933年布拉开特转到伦敦大学伯克贝克学院担任教授。

在那里，他继续用云室方法研究宇宙射线，他研制出了用于云室的大而积匀强磁场装置，并用这台装置拍摄了大量宇宙射线径迹的照片。

由于布拉开特对云室技术的改进及，由此对核物理和宇宙射线的一系列新发现，而荣获1948年度诺贝尔物理奖。

1952年，格拉塞在云室中直接用液体代替气体一蒸汽混合物而发明了泡室。

泡室的出现为探测高能带电粒子又提供了一种有效手段，为此格拉塞荣获1960年度诺贝尔物理奖。