Камера Уилсона.

Говоря о наблюдениях за электронами, протонами и прочими зверями, я пока что опускал вопрос о том – а как, собственно, физики за ними наблюдали.

В 1911 году… о, этот год нам уже встречался! Именно в этот год Резерфорд провел свой эксперимент по протыканию альфа-частицами золотой фольги и выдвинул свою гипотезу планетарного строения атома. И вот в 1911 году в физике произошло еще одно важное событие. Профессор Кембриджского университета, шотландец Чарлз Уилсон создал удивительный прибор для наблюдения следов-треков отдельных альфа-частиц. Прибор получил название «камеры Уилсона». Он сразу завоевал известность среди физиков, изучающих атомы и ядра; им широко пользуются и сегодня. Как-то Резерфорд сказал, что это «самый оригинальный и удивительный инструмент в истории науки». По словам Нильса Бора, присутствовавшего при этом, небольшая речь Резерфорда была проникнута почти детской радостью от того, что в камере Уилсона можно было буквально видеть рассеяние альфа-частиц.

Фредерик Жолио-Кюри усовершенствовал камеру Уилсона, благодаря чему удалось увеличить длину трека в 76 раз, – это значительно улучшило возможность наблюдения. Ему же принадлежат слова: «Ну разве это не величайший эксперимент в мире? Бесконечно малая частица, выброшенная в цилиндр камеры, сама отмечает свой путь мельчайшими частичками тумана!».

Так как же она устроена? Уилсон говорил Бору, что идея камеры возникла, когда он в утренние часы наблюдал туманы, окутывавшие высокие горы Шотландии. Туман – вот ключ к разгадке механизма. Камера наполнена туманом, то есть перенасыщенным паром (не будем вдаваться в физику перенасыщенных газов), у которого есть свойство – при первой возможности конденсироваться в мельчайшие капельки воды. Вместо водяного пара можно использовать пары спирта или эфира. Конденсация происходит, если есть центры конденсации, например – заряженные частицы, в том числе ионы. Когда альфа-частица бодро несется сквозь туман, она на своем пути ударяет в молекулы воды и при этом образуются ионы. И вот на этих-то ионах и начинается конденсация пара в жидкость. А там, где образовалась одна микрокапелька, тут же конденсируются и другие. В результате эти капли достигают значительных размеров, и таким образом по всему пути частицы возникает тонкая линия сконденсировавшихся капелек – «трек», которая и показывает траекторию частицы. Трек можно сфотографировать. Источник исследуемых частиц может располагаться либо внутри камеры, либо вне ее (в этом случае частицы залетают через прозрачное для них окно).

Если камеру поместить в магнитное поле, то траектория частиц, чувствительных к магнитному полю, начнет изменяться. Таким образом мы можем вычислять массу и скорость частиц (см. об этом дальше).

Камера Уилсона сыграла огромную роль в изучении строения вещества. На протяжении нескольких десятилетий она оставалась практически единственным инструментом для визуального исследования ядерных излучений. В 1927 году Уилсон получил за свое изобретение Нобелевскую премию по физике. Впоследствии камера Уилсона в качестве основного средства исследования радиации уступила место пузырьковым и искровым камерам.