[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.