云雾室：威尔逊的物理奇迹

2024-06-12 百科知识版权反馈

【摘要】：云雾室粒子侦探处云雾室是一种早期的核辐射探测器﹐也是最早的带电粒子径迹探测器，也称云室。根据以上发现，经过多次反复实验，终于在1911年发明了著名的威尔逊云雾室。他利用威尔逊云雾室演示了光子与电子碰撞从而证明了反冲电子的存在，进而毫无疑问地证明康普顿效应的正确性。

云雾室　粒子侦探处

云雾室是一种早期的核辐射探测器﹐也是最早的带电粒子径迹探测器，也称云室。由于其发明者为英国物理学家威尔逊，因此一般又称为威尔逊云室。也许你的好奇心又起来了，别着急，下面就让我们一起来参观一下这座“粒子侦探处”，看看在云雾室中，究竟都有着哪些好玩的物理学现象。

山中云雾美景激发了威尔逊的研究欲望

1895年时，在卡文迪什实验室，威尔逊开始了他对云的形成的研究。他让水蒸气在他设计好的玻璃容器中膨胀，发现达到饱和状态的水蒸气遇到游离的灰尘或者带电离子核，便会凝结成小水珠，这就是云雾形成的原因。

根据以上发现，经过多次反复实验，终于在1911年发明了著名的威尔逊云雾室。同年，威尔逊用自己发明的云室观察并照相记录下来了历史上第一次关于α和β粒子的径迹记录。

简单地解释一下：云雾室就是在一个充满了干净空气和酒精或乙醚的饱和汽的空间里面，不小心闯进去了一个肉眼看不见的带电微粒，它就成了“云雾”凝结的核心形成雾点，这些雾点显示出的便是微粒运动的“足迹”。

威尔逊于1911年制造的第一个云雾室，现在看来是比较简单的，然而在当时，它却是攻克现代科学堡垒的一件相当有用的锐利武器，尤其是在早期对基本粒子的研究方面，它更是提供了必不可少的帮助。正因为有了它，才能使观察带电基本粒子或离子的运动径迹这种原本只能在微观世界中存在的现象成为可能，并且真实地摆在人们面前，也正是由于发明了云雾室才把人们带进了微观世界之中。

旋流雾室

1927年，因为云雾室对物理学界甚至是人类世界的重要贡献，威尔逊当之无愧地荣获了诺贝尔物理学奖。

自从云雾室发明以后，众多的科学家开始利用它来完成自己的研究，1927年与威尔逊共同分享诺贝尔物理学奖的康普顿就是其中之一。他利用威尔逊云雾室演示了光子与电子碰撞从而证明了反冲电子的存在，进而毫无疑问地证明康普顿效应的正确性。(www.chuimin.cn)

除去康普顿之外，安德逊也将云室置入一个强磁场之中观察宇宙射线，宇宙射线进入云室后会留下轨迹，拍下轨迹的照片，即可用来进行分析。通过分析他发现了由英国物理学家狄拉克预言过的“反”粒子，这是人类第一次从实验上发现了反物质，为物理学家探寻新的粒子指明了新的方向，同时这也是人类在对物质世界认识上进行了一次巨大的飞跃。安德逊也由此成为获得了诺贝尔物理学奖。

中子运转光感图对云雾室的研究促使人们发现了全新的粒子——中子

英国物理学家查德威克是利用威尔逊云雾室进行实验从而获得了诺贝尔物理学奖的第三人，他采用电离室、计数器和云雾室实验，证实玻特的贯穿辐射不是γ射线，而是一种以前尚未发现的与氢核（质子）的质量差不多，但不带电的中性粒子，而这种粒子就是人们现在所说的中子。

其实我国也有和云雾室相关的研究，比如1935年清华大学物理系教授——物理学家霍秉权，在任教的同时致力于云雾室的研究，自制成小“云室”，并在此基础上做成了“双云室”用以观察宇宙射线。这种“双云室” 性能良好，观察宇宙射线径迹清晰，这一创造得到国际著名物理学家玻尔和威尔逊的充分肯定。

1956年中国物理学家张文裕利用从国外带回的建造云室用的高级平面玻璃和一些实验工具，建成了中间一个加有磁场的，包括三个云室的大云室组，这成为当时国际上规模最大的云室组，为国家培养了一批宇宙线研究人才。

综合以上所有事实证明，云雾室的发明在科学的历史进程上是一个重要的存在，如果没有威尔逊云雾室，许多重要的原子核物理现象和宇宙现象就不可能被人所发现。

云雾产生的条件

1894年秋天，英国物理学家威尔逊在苏格兰一个山上度假。山顶上经常云雾缠绕，变幻万千，游客们都被这迷人的景色所陶醉，威尔逊却突发奇想，要在实验室里制造云雾。为此，威尔逊研究归纳了产生云雾的条件：一个是空气中的水蒸气必须处于饱和状态，否则水蒸气不会凝结成小水珠；另一个条件是空气中有一些“凝结核心”，通常，空气中的尘埃起凝结核心的作用。这些微小颗粒上面经常聚集了一些电荷，这些电荷会将过饱和水蒸气凝结成小水珠，无数直径很小的小水球悬浮在空气中，构成了云雾的雾滴。

云雾室：威尔逊的物理奇迹

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