【知識(shí)拓展】

1912年，德國(guó)家韋克多·漢斯帶著電離室在乘氣球升空測(cè)定空氣電離度的實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)電離室內(nèi)的電流隨海拔的升高而變大，從而認(rèn)定電流是來(lái)自地球以外的一種穿透力強(qiáng)的射線(xiàn)所產(chǎn)生的，于是有人為之取名為“宇宙射線(xiàn)”。

     宇宙射線(xiàn)主要是有質(zhì)子、氦核、鐵核等裸質(zhì)子核組成的高能粒子流，也含有少量中性的γ射線(xiàn)和穿過(guò)地球的中微子流，由于星際磁場(chǎng)和星際介質(zhì)的影響，宇宙線(xiàn)粒子在星際空間中經(jīng)歷著復(fù)雜的傳播過(guò)程，這些帶電粒子受磁場(chǎng)影響而改變其原本方向。星際磁場(chǎng)就像一個(gè)攪拌機(jī)，將宇宙線(xiàn)粒子攪拌得向同性。其中一些zui終穿過(guò)，大氣層到達(dá)地球。這里要指出的是，直接探測(cè)宇宙線(xiàn)必需在大氣層外進(jìn)行，用衛(wèi)星或在宇宙空間站上進(jìn)行探測(cè)。因?yàn)槌形⒆油?，外?lái)的高能宇宙射線(xiàn)在穿過(guò)大氣層時(shí)要與大氣中的氧氮原子核發(fā)生碰撞，并使其失去zui初的身份而轉(zhuǎn)化出次級(jí)宇宙線(xiàn)粒子。1938年法國(guó)物理學(xué)家俄歇發(fā)現(xiàn)這些高能宇宙線(xiàn)的次級(jí)粒子又將有足夠能量產(chǎn)生下一代粒子，如此下去，就會(huì)在地面產(chǎn)生由電磁級(jí)聯(lián)形成的μ子、電子、正電子以及γ射線(xiàn)粒子的組合物，這就是所謂的“廣延大氣簇射”。正是廣延大氣簇射提供給我們另一種探測(cè)宇宙線(xiàn)的手段——測(cè)量宇宙線(xiàn)和大氣相互作用產(chǎn)生的次級(jí)粒子，即所謂間接探測(cè)。我國(guó)西藏羊八井宇宙射線(xiàn)觀察站就是利用廣延大氣簇射對(duì)宇宙線(xiàn)進(jìn)行探測(cè)。依據(jù)原初宇宙線(xiàn)的能量大小和大氣簇射產(chǎn)生粒子數(shù)目相關(guān)的原理，即原初能量越高，次級(jí)粒子數(shù)目越多，這樣就可根據(jù)探測(cè)到的次級(jí)粒子的數(shù)目來(lái)推知原初粒子能量。
    從人類(lèi)探測(cè)到的數(shù)據(jù)可知，宇宙線(xiàn)的的能量約從109電子伏特到1020電子伏特，而迄今，人造粒子加速器的zui高能量約為1013電子伏特。也就是說(shuō)宇宙線(xiàn)源這個(gè)高能加速器的能量是北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的一百億倍。家們困惑，天體上什么機(jī)制能使粒子1020電子伏特的這樣高的能量。今天，人類(lèi)雖然不能說(shuō)出宇宙射線(xiàn)是由什么地方產(chǎn)生的，但它們償?shù)貫榈厍驇?lái)了日地空間環(huán)境的寶貴信息。宇宙線(xiàn)是至細(xì)至微的物質(zhì)粒子，但其揭示和反應(yīng)的卻是zui宏大的宇宙的信息。

【原理解析】

啟動(dòng)演示裝置后，在云霧室里產(chǎn)生一個(gè)足夠大的溫度梯度，使蒸汽（酒精）連續(xù)不斷地由高溫處向低溫處擴(kuò)散，并在低溫處產(chǎn)生蒸汽的過(guò)飽和狀態(tài)。當(dāng)帶電粒子射入蒸汽的過(guò)飽和層時(shí)，則會(huì)與蒸汽分子碰撞產(chǎn)生電離，蒸汽分子失去電子而形成正離子，而失去的電子被其它氣體分子俘獲形成負(fù)離子，過(guò)飽和的蒸汽分子被吸附在正負(fù)離子上，以這些電離的離子為凝結(jié)中心，凝成一連串小液滴，有側(cè)面光照時(shí)，這些小液滴對(duì)光有散射作用，這樣從暗背景中便能觀察到明亮的粒子徑跡。