如何建造你自己的粒子探测器

用于揭示亚原子粒子的机器的运行规模巨大。大型强子对撞机的探测器重达数千吨，包含数百万个传感器，能够记录接近光速的粒子运动。但它们不必如此复杂。事实上，有些机器小巧且简单到可以在客厅里运行。

以云室为例，它利用蒸发的酒精产生对穿过粒子极其敏感的蒸汽。DIY 版本是一个空鱼缸，顶部有浸满酒精的毛毡，底部是干冰。室温下的酒精在顶部蒸发到空气中，然后沉降到下方的冰上。随着温度降低，它会凝结在任何可以附着的东西上。

宇宙射线不断地从太空撞击地球，当它们撞击大气层时，会释放出一连串粒子。如果其中一个粒子穿过 DIY 云室，它会撞击构成空气的分子，并将其中一些电子撞掉。这会留下一个带电离子的轨迹，空气中的微小酒精液滴会附着在这些离子上。由此产生的幽灵般的轨迹标记了单个粒子穿过探测室的路径。

观看 DIY 云室的实际运行。然后自己动手做一个！

规格

时间： 20 分钟

价格 $70

难度 1/5

材质

透明塑料或玻璃缸
毛毡
强力胶
异丙醇，浓度 90% 或更高
干冰
用于盛放干冰的宽而浅的容器
深色金属烤盘（比鱼缸开口大）
手电筒

工具

剪刀
乳胶或丁腈手套
隔热手套
安全眼镜

说明

将毛毡裁剪成与鱼缸底部大小一致，并将其粘贴在底部（通常用来放置沙子和假宝箱的地方）。
戴上安全眼镜和手套，在鱼缸中倒入足够的异丙醇以浸湿毛毡。倒掉多余的液体。
戴上烤箱手套，将干冰放入浅容器中。用烤盘盖住。
将鱼缸倒扣在烤盘上，使覆盖有毛毡的底部朝上。您可以使用额外的毛毡来堵住鱼缸和烤盘之间的缝隙。现在取下眼镜和手套（但在拆卸云室时请重新戴上）。
等待约 10 分钟，让酒精蒸汽充满鱼缸。然后关闭所有灯光，用手电筒照入鱼缸。
如果您看到一条看起来像迷失在异国他乡的游客路径的轨迹，那么您看到的是电子或正电子（电子的反物质对应物）。这些轻粒子在撞击空气分子时会四处弹跳，留下锯齿形和卷曲的轨迹。
当一个大气氡原子喷射出一个体积大、能量低的 α 粒子（两个质子和两个中子的聚集体）时，会出现一条短而粗的轨迹。氡是一种天然存在的放射性元素，但其在空气中的浓度非常低，以至于其在空气中的含量比花生酱的放射性还要低。
一条长而直的轨迹表明您很可能看到了 μ 子，它是电子的较重亲属。μ 子是在宇宙射线撞击高层大气中的分子时产生的。由于它们非常重，μ 子会“砸”开空气，留下清晰的线条。
如果轨迹突然分叉，恭喜您！您刚刚看到了粒子衰变。许多粒子是不稳定的，会转变成更稳定的粒子。您正在目睹物理学在起作用。