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啤酒带来的发明

2007-07-02 09:434600

      科学上有很多发现看起来是非常偶然的,有些发明的灵感就来自日常生活。在高能物理中,有一个非常重要的实验工具是气泡室,发明它的是著名的美国物理学家格拉塞。格拉塞是在喝啤酒的时候得到灵感,进而发明了气泡室。

    那么,啤酒是怎么给格拉塞以启发的呢?那是在 1952年,格拉塞已经在从事物理学研究工作,在紧张工作之余,他也喝啤酒放松身心。有一天,他看着新打开的啤酒中冒出了大量的气泡,这些气泡慢慢减少,他摇晃摇晃酒瓶,又出一些气泡,看着从啤酒中冒出的这些气泡,格拉塞心中有所触动,一些直觉的火花就开始闪动。他随手捏了一些固体微粒,可能是沙粒或者米粒,然后将这些微粒投入到啤酒中,当这些小颗粒下沉时,在它们下沉的路线周围又不断产生出气泡,这些气泡很清晰地显示出了颗粒在啤酒中下沉时的路径。

    我们知道,啤酒中溶有二氧化碳气体,气泡就是来自这些二氧化碳,密封的啤酒中压力大,所以可以溶解很多二氧化碳,当打开啤酒瓶时,压力减小,二氧化碳就以气泡的形式冒出来,刚冒完气泡的啤酒还处在不稳定状态,遇到固体颗粒的扰动,就会继续产生气泡。这些气泡沿着固体颗粒的路径分布,这一现象就像暗夜里闪亮的一个火花.点燃了格拉塞在物理学上的灵感。

    他立刻想到,在探测高能粒子的时候,可以用气泡来显示高能粒子的飞行路径,从而探测和研究这些粒子的各种特性。他回到实验室,把这一偶然中获得的灵感运用到探测带电粒子的研究中,很快发明了气泡室。气泡室的妙处在于,当有粒子射入气泡室后,便可通过气泡来观察粒子的运动轨迹。科学家便可以通过研究这些运动轨迹来推算这些粒子的属性。

    气泡室是一种装有透明液体的耐高压容器,里面的液体可以是液态氢、氦、丙烷、戌烷等,这些液体在特定温度下如果突然减压,就会在短时间内处于过热的亚稳状态而不马上沸腾,这时若有高能带电粒子通过就会发生局部沸腾,并在粒子经过的地方产生大量的气泡,从而显示出粒子的径迹。根据径迹的长短、浓淡等数据,便能清楚地分辨出粒子的种类和性质。

    气泡室在高能物理研究中起了重要的作用。通过气泡室,科学家们发现了很多共振态。所谓共振态,就是寿命极短的粒子。当粒子寿命短于某一限度的时候,很难在探测器中留下径迹而直接被探测到,只能通过其衰变产物的间接效应来观测。在研究原子核的散射和反应过程中,当入射粒子能量取某一确定值时,研究发现它的某种属性随能量的变化曲线和力学中的共振曲线完全类似,因而被称为共振态。

    人们首先在质子和反质子的湮没中发现了一些共振态,后来在各种反应中出现了几十个、几百个共振态。1953年,意大利裔科学家费米和他的同事安得森在美国芝加哥大学的同步回旋加速器上做实验时发现了质子一介子系统中的第一个共振态,此后,物理学家们一直在忙于寻找共振态,直到今天,这项工作仍在继续进行着。

    1952年格拉塞制成了世界上第一台气泡室,在乙醚泡中显示了宇宙射线中粒子的径迹。这以后有很多物理研究组开始将气泡室用于高能物理研究,不断研究和发展气泡室技术。气泡室在高能物理研究中起了重要的作用,人们借助它与高能加速器联用发现了许多基本粒子以及100多种共振态。气泡室的发明是格拉塞对高能物理学做出的杰出贡献,它为粒子物理研究开拓了新的领域,在原子核科学技术史上也是一个创举。为了表彰格拉塞对高能物理学的杰出贡献,他获得了1960年的诺贝尔物理学奖。

    在格拉塞发明气泡室之前,人们探测各种物理粒子用的是威尔逊云雾室或者鲍威尔的核乳胶技术。这两种技术在检测低能粒子时很有用,但是,要探测和确定一些高能粒子,就必须克服一些必要的缺陷。比如,要探测一些高能粒子,在技术上就要求在更长的粒子飞行路径上做出记录。气泡室因密度大、循环快,它所搜集到的各种信息大约是云雾室的一千倍。所以,在高能物理实验中,气泡室已基本上取代了云雾室。

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