如何像 1951 年那样将宇宙射线困在罐子里

能量从不停止在太空或地球上辐射。十多年来，国际空间站的宇宙射线桶（一种称为阿尔法磁谱仪的仪器）收集了数亿个来自无休止的质子、原子核和其他原子碎片的样本。在这里，云室（如位于瑞士的欧洲核子研究中心 CERN 使用的云室）照亮了宇宙中看不见的宇宙风暴。

1951 年 3 月，长期担任《大众科学》撰稿人的 Kenneth M. Swezey 向太空爱好者和 DIY 爱好者提供了一份使用花生酱罐制作云室的分步指南。Swezey 写道：“任何云室的秘密都是过饱和蒸汽。​​当原子粒子穿过这种蒸汽时，它们会在路径上凝结分子，留下可见的液滴——就像高空飞行的飞机的蒸汽尾迹一样。”

第一个云室是由物理学家查尔斯·托马斯·里斯·威尔逊于 1895 年发明的，用于重现空气中的烟雾并研究其行为。到 1910 年，他开始监视带电粒子的踪迹，这些粒子使过饱和空气电离并导致水滴形成。大约在同一时间，物理学家维克多·赫斯确定带电粒子（他称之为宇宙射线）从太空进入地球大气层，这一发现让他于 1936 年获得了诺贝尔奖。

尽管这些天体火花无处不在，但它们的起源仍是一个谜，尽管人们怀疑超新星和像太阳这样的普通恒星是主要来源。能量束与地球上层大气中的原子相撞，产生带电亚原子粒子，如介子、介子、电子和正电子，它们的电离尾迹在云室中呈现为细长的线条。地球上的辐射也会产生宇宙射线。

当斯威齐在 20 世纪 50 年代提供他自己的云室时，它的用途似乎有些实用。冷战恶化引发的对核战争的恐惧占据了新闻头条。自制云室可以探测附近爆炸产生的原子粒子，更不用说 α 粒子（氡气等来源的放射性衰变产物）和镭的伽马射线，直到 20 世纪 70 年代，镭仍被涂在手表表盘上。

要观察宇宙射线风暴，首先要准备一个玻璃或塑料罐——越大越好。深色背景（例如粘在底部和盖子内的黑色毡）将增强体验。用外用酒精浸透底部的材料，盖上盖子，将罐子倒置在干冰上。随着仪器冷却，蒸汽形成。关掉灯，然后用手电筒照射罐子。应该会出现细线，一些是完全笔直的（高能μ子，大到足以穿过罐子），其他则是曲折的（电子和正电子，非常小，它们会弹开周围的粒子），还有一些像橡皮擦污迹（氡产生的α粒子，很重且带电性很高，因此它们会聚集离子随行人员）。

尽管 CERN 提供了使用相同基本成分的最新教学视频，但我们 1951 年的云室配方今天仍然有效。找不到干冰？现成的云室可以在常规冰箱温度下工作。您只需要近乎纯净的乙醇和热水即可产生云（以及几百美元额外的设备成本）。

这个故事最初发表在《大众科学》高刊上。阅读更多 PopSci+ 故事。