طراحی و ساخت آشکارساز اتاقک ابر برای نخستین‌بار در ایران
اتاقک ابر (cloud chamber) وسیله‌ای برای آشکارسازی ذرات و مشاهدۀ مسیر آنهاست. این اتاقک برای نخستین‌بار در کشور، در آزمایشگاه پرتوهای کیهانی دانشکدۀ فیزیک دانشگاه شریف طراحی و ساخته شد.
اتاقک ابر (cloud chamber) وسیله‌ای برای آشکارسازی ذرات و مشاهدۀ مسیر آنهاست. این اتاقک برای نخستین‌بار در کشور، در آزمایشگاه پرتوهای کیهانی دانشکدۀ فیزیک دانشگاه شریف طراحی و ساخته شد. مجهز بودن این آشکارساز به میدان مغناطیسی برای منحرف کردن ذرات باردار، آن را از نمونه‌های خارجی متمایز کرده است. در واقع، این دستگاه نسخۀ ارتقا یافته است که باعث انحراف مسیر ذره می‌شود. همچنین، این قابلیت را دارد تا با توجه به ردی که ذرات در مسیر خود در اتاقک بر جای می‌گذارند نوع ذره را مشخص سازد.
چارلز ویلسون، فیزیکدان اسکاتلندی، با استفاده از الکل به جای آب توانست حساسیت آشکارسازی ذرات را در این دستگاه بالا ببرد. کارل آندرسون، فیزیکدان امریکایی، نیز توانست پوزیترون و میون را با استفاده از این دستگاه آشکارسازی کند. این دو فیزیکدان موفق به دریافت جایزۀ نوبل شدند. آشکارسازی ذرات باردار در حوزۀ فیزیک ذرات و اخترفیزیک بسیار حائز اهمیت است.
اساس کار اتاقک ابر ایجاد محیطی با بخار فوق اشباع الکل در اختلاف دمایی زیاد است. به این منظور روی اتاقک مشاهده، سیم‌هایی با ولتاژ بالا برای تولید گرما و میدان مغناطیسی قرار گرفته است. با روشن شدن دستگاه در اتاقک مشاهده، بخار الکل از طریق سیم‌های گرم‌کننده تولید می‌شود و سپس، از بالا و پایین به سمت صفحه‌ای که دمای آن منهای ۳۴ درجۀ سانتی‌گراد است منتشر می‌شود. زمانی که فرایند به‌طور کامل انجام شد و اتاقک ابر کاملاً به مرحلۀ فوق اشباع رسید، بخار الکل به‌صورت بخار سرد شده به ضخامت سه تا چهار سانتی‌متر ابری را روی صفحۀ کف اتاقک مشاهده تشکیل می‌دهد. زمانی که ذره‌ای باردار وارد بخار فوق اشباع درون اتاقک ابر می‌شود، بخار الکل را در مسیر خود یونیزه می‌کند. با چسبیدن مولکول‌های الکل مجاور به مولکول یونیزه‌شده قطرات شبنم تشکیل می‌شوند که با چشم غیرمسلح نیز قابل مشاهده است. هرچه این مسیر ضخیم‌تر باشد می‌توان آن را ناشی از ذرات پرجرم‌تر مانند آلفا و یا پروتون دانست و هرچه نازک‌تر و با انحراف بیشتری باشد می‌توان آن را ناشی از ذرات کم‌انرژی‌تر مانند الکترون و یا میون دانست.
مسیرهای کوتاه و ضخیم مشاهده شده عمدتاً مربوط به ذرات آلفاست
در گام‌های بعدی با قرار دادن منابع رادیواکتیو مشخص و تصویربرداری، کاتالوگی از شکل مسیر ذرات متفاوت تهیه خواهد شد. همچنین با استفاده از میدان مغناطیسی می‌توان از پدیدۀ تولید زوج، تصویربرداری و انرژی فوتون اولیه را با توجه به شعاع مسیر الکترون و پوزیترون محاسبه کرد. این دستگاه با استفاده از میدان مغناطیسی نیز قابلیت منحرف کردن ذرات را با انرژی کمتر از ۰/۷۵ الکترون‌ولت دارد. در آینده، با تصویربرداری و تحلیل تصاویر شعاع لارمور ذرات به دست آمده و انرژی ورودی آنها محاسبه خواهد شد. با استفاده از این محاسبات توزیع فراوانی ذرات بر حسب انرژی آنها به دست خواهد آمد.
این طرح حاصل همکاری دو دانشجو با نام‌های مصطفی حیدری زاد و احمد صادقی به سرپرستی محمود بهمن آبادی، عضو هیئت علمی دانشگاه صنعتی شریف، است. ویدئوی مرتبط با این خبر را می‌توانید در آپارات مشاهده کنید: https://www.aparat.com/v/x2lzj
گردآورنده: سارا مطلبی/ مجله نجوم
ویراستار: منا رجبیه فرد
منبع: برگرفته از پوستر ارائه شده در کنفرانس سالیانۀ فیزیک در سال ۹۶
توجه:
بازنشر مطالبی که گروه تحریریه فضای مجازی ماهنامه نجوم دروبگاه، کانال تلگرام، اینستاگرام و ... تولید می‌کنند، در دیگر رسانه‌های مکتوب و مجازی، به شرط ذکر منبع و نام نویسنده یا مترجم بلامانع است.
در غیر این صورت بدیهی است حق پیگیری قانونی، مطابق با قانون حمایت از مؤلفین وزارت فرهنگ و ارشاد اسلامی برای ماهنامه نجوم محفوظ خواهد بود.
