چگونه یک آشکار ساز ذرات بسازیم ؟

یک اتاقک ابر بسازید و ذرات بنیادی اتاقتان را مشاهده کنید !

ساراچارلی – سرن
ترجمه با دخل و تصرف : مجتبی علی پور – سایت علمی دانشجو

اندازه برخورد دهنده ی بزرگ هادرونی غیرقابل باور است ، این آشکار ساز هزاران تن وزن دارد و شامل میلیون ها قطعه آشکار ساز است و توسط محققانی از تمام دنیا در سرن کنترل می شود . اما تمام آشکارسازهای ذرات آنچنان هم پیچیده نیستند و در واقع بسیاری از آنها آنچنان ساده اند که شما می توانید شبیه آن را درخانه هایتان بسازید !
اتاقک ابر یک آشکار سازی ساده است که برای اولین بار در سال 1938 در دانشگاه برکلی ساخته شد . این نوع آشکار ساز با تبخیر الکل ابری را تشکیل می دهد که رد حرکت ذرات را نشان می دهد .اشعه های کیهانی ذراتی هستند که به طور مداوم ازاز سوی ستارگان و کهکشانها منتشر می شوند. بسیاری از این ذرات شبانه روز به زمین ما برخورد می کنند و زمانیکه با اتمسفر زمین برخوردمی کنند این تشعشعات به ذرات جرم داری تبدیل می شوند و مانند یک باران نامریی بر سر ما می بارند. هنگامیکه این اشعه های کیهانی از میان ابر عبور میکنند ، باریکه ای از ذرات شبح وار را به وجود می آورند که می توان آنان را با چشم غیر مسلح دید. ساخت اتاقک ابر ساده است ؛

مواد لازم :

1. ظرف پلاستیکی شفاف یا ظرف شیشه ای با یک درپوش محکم (پلاستیکی یا فلزی)
2. نمد (پارچه پشمی )
3. ایزوپروپیل الکل (الکل صنعتی 90 % که از فروشگاهها می توانید تهیه کنید )
4. یخ خشک (کربن دی اکسید یخ زده که در ماهی فروشی ها یافت می شود)

تذکر :در استفاده از الکل صنعتی و یخ خشک از عینک محافظ و دستکش استفاده کنید .

طریقه ساخت :

1. پارچه پشمی را به انتهای درون ظرف می چسبانیم.
2. پس از اینکه پارچه به خوبی چسبید آن را آغشته به الکل می کنیم و سپس در ظرف را می گذاریم
3. ظرف را بر داشته و روی میز میگذاریم و یخ خشک را در آن میریزیم .
4. ظرف را سر و ته می کنیم و بر روی در آن قرار می دهیم. (انتهای آن رو به بالا باشد و بالعکس)
5. پس از ده دقیقه …. چراغ اتاقتان را خاموش کنید و چراغ قوه ای را به سمت ظرف بگیرید.

مراحل ساخت به صورت تصویری :

چه چیزی در اتاقک ابر شما اتفاق می افتد ؟
الکل جذب شده توسط پارچه پشمی در دمای اتاق به آرامی تبخیر می شود ، بخار الکل در مواجه با یخ خشک سرد می شود و تمایل دارد دوباره به مایع تبدیل شود و در این حالت به سمت انتهای ظرف باز می گردند.در نتیجه حالت فوق اشباع در نزدیکی انتهای ظرف به وجودمی آید که زیر نقطه جوی است و تشکیل ابر الکلی می دهند . شبیه به شبنمی که بر روی برگ گیاهان می نشیند.

ذرات وارد می شوند !
زمانیکه ذرات وارد اتاقک ابر شما می شوند با مولکولهای جوی و بعضا الکترونهای آن برخورد می کنند و مولکولها تبدیل به یونهای باردار می شوند. الکل جوی این یون ها را جذب کرده و شکل قطرات کوچک را به خود می گیرد. درنتیجه مسیری شبیه به رد مسیر هواپیماهای جنگی درون اتاقک ابر شما به وجود می آید که رد مسیر حرکت ذرات را مشخص میکند.

باتوجه به رد مسیر ها چه می توانید بگویید؟
انواع متفاوتی مسیر حرکت ذره می تواند در اتاقک ابر شما اتفاق بیافتد . ممکن است دیدن این رد مسیرهای گوناگون مشکل باشد اما هر مسیر متفاوت مشخص کنند ذره ای متفاوت است .

ردهای کوتاه و پهن
متاسفانه باید بگویم که این رد ها ، اشعه های کیهانی نیستند. زمانیکه شما ردهای کوتاه و پهن می بینید شما رادون های جو حاصل از ذرات آلفا را مشاهده می کنید. (شامل دو پروتون و دو نوترون )

ردهای باریک و بلند
اگراین ردها را مشاهده کردید به شما تبریک میگویم . شماموفق شدید میون ها را ببینید.میون هاذرات بنیادی شبیه به الکترون ولی بسیارسنگین تر هستند که هنگام برخورد اشعه کیهانی با جو به وجود می آیند.

مسیرهای زیگزاگ و مارپیچی
اگر شما این گونه مسیرها را مشاهده کردید این مسیرها مربوط به الکترون یا پوزیترون است. واین موفقیت بزرگی برای شماست.

مسیرهای شکسته
اینمسیرها واپاشی ذرات را نشان می دهد .بسیاری ازذارت ناپایدار هستند و به ذرات سبکتری واپاشیده می شوند اگر شما به طور اتفاقی رد مسیرهای شکسته را مشاهده کردید حواستان باشد که یک رخداد فیزیکی در حال انجام را دارید می بینید و واقعا جای تبریک دارد.

همچنین می توانید ویدیو زیر را ببینید .
ویدیو :

منبع :Symmetry magazine

How to build your own particle detector