|
Charles Thomson Rees Wilson, ein brillanter britischer Physiker, begeisterte sich seit seiner Jugend für die Phänomene des Wetters. Vor allem untersuchte er die Mechanismen, die dazu führten, dass sich unzählige Wassertropfen zu Wolken versammelten. Um das Verhalten von den Wassertropfen unter Laborbedingungen studieren zu können, machte er sich daran, eine Kammer zu konstruieren, in der sich unter genau vorgegebenen Bedingungen feinste Wassertropfen bilden konnten, die die Kammer in Form von Nebel erfüllten. Daher benannte man diese Kammer im Deutschen auch als Nebelkammer (englisch cloud chamber = Wolkenkammer). Hätte C.T.R. Wilson seine Nebelkammer nur dafür verwendet, seine Tropfen zu untersuchen, so hätte wahrscheinlich niemals jemand von dieser epochalen Erfindung erfahren.
|
Abbildung 6-1 Die Nebelkammer
|
|
Ernest Rutherford sagte einmal von der Nebelkammer, dass sie eine der originellsten und wichtigsten Erfindungen des 19. Jahrhunderts sei.
|
Die Nebelkammer ist ein meist zylindrisches Gefäß, das mit einer Mischung aus Gas und Wasserdampf gefüllt ist, wobei sich der Dampf noch im Gleichgewicht mit der Flüssigkeitsphase befindet. Die Nebelkammer ist mit einem Kolben versehen, der es ermöglicht, ihr Volumen sehr schnell zu vergrößern. Dabei dehnt sich das Gas im Inneren der Kammer entsprechend dem vergrößerten Volumen aus und kühlt dabei ab, weil es bei diesem schnellen Vorgang keine Zeit findet, von seiner Umgebung Wärme aufzunehmen.
Durch diese plötzliche Abkühlung ist der Wasserdampf in der Nebelkammer übersättigt und würde sich als Nebel niederschlagen, könnte er Kondensationskeime wie Staub oder ähnliches finden. C.T.R. Wilson aber versuchte eben das zu verhindern, indem er hochreine Luft verwendete, in der solche Verunreinigungen nicht zu finden waren. Mit dieser hochreinen Luft meinte Wilson, davon ausgehen zu können, dass es keine Niederschläge geben würde. Es geschah aber zu seinem zunächst höchstem Erstaunen, dass sich dann doch stets feine Nebelschleier bildeten. Sooft er seine Versuche auch ausführte, immer wieder erhielt er auf zunächst unerklärliche Art und Weise tropfenartige Niederschläge, und zwar meist entlang haarfeiner Linien, die sich durch seine Nebelkammer zogen.
Sein scharfer Verstand und seine Vorbildung ermöglichten ihm den Schluss, dass es sich bei den Kondensationskeimen, die den Niederschlag ermöglichten, um geladene Atome handeln könnte, möglicherweise um die Ionen, die für die Restleitfähigkeit der Atmosphäre verantwortlich waren.
Im selben Jahr, in dem Wilson seine Nebelkammerversuche anstellte (1895), wurde die Röntgenstrahlung entdeckt. Thomson und McClelland entdeckten schnell, dass die Röntgenstrahlung geeignet war, die Leitfähigkeit der Luft dramatisch zu erhöhen, indem sie die Atome der Luft ionisierte und so Ladungsträger zur Verfügung stellte. Wilson überprüfte diese Eigenschaft der Röntgenstrahlung mit seiner Nebelkammer und stellte sofort einen sehr starken Zuwachs an regenartigem Niederschlag fest, wenn die Nebelkammer der Röntgenstrahlung ausgesetzt war.
Als Thomson und Rutherford 1906 zeigen konnten, dass die Leitfähigkeit von Gasen tatsächlich auf eine Ionisation der Gase zurückzuführen war, blieb kein Zweifel mehr daran, dass Wilsons Nebelkammer es ermöglichte, Gasionen als Kondensationskeime sichtbar zu machen, photographisch festzuhalten und dann nach Belieben zu studieren.
Dringen schnelle Teilchen bzw. Strahlung in das Kammervolumen ein, dann können sie auf ihrem Weg durch die Kammer Gasmoleküle ionisieren. Entlang dieser Ionenbahnen entstehen dann Wassertropfen, die eine Nebelspur entlang der Teilchenbahn bilden. Beleuchtet man das Innere der Nebelkammer, dann wird das Licht an der Nebelspur gestreut, wodurch die Spur hell vor dem dunklen Hintergrund aufleuchtet und photographiert werden kann. Diese Nebelspur in der Nebelkammer entsteht ganz ähnlich wie die Kondensstreifen bei Flugzeugen.
Nachdem Wilson seine Nebelkammer weiter verbessert hatte, war er 1911 der erste Mensch, der die Teilchenbahn von Alphateilchen und von Elektronen mit eigenen Augen sah.
Mit der Nebelkammer wurden über Jahre hinweg viele der wichtigsten Experimente der Kern- und Teilchenphysik ausgeführt.
Die Comptonstreuung der Nebelkammer wurde nachgewiesen, womit der Comptoneffekt nicht weiter angezweifelt werden konnte. Anderson entdeckte das Positron, Blackett und Ochialini zeigten Paarerzeugung und Paarvernichtung von Elektronen und Positronen, Cockroft und Walton konnten die ersten künstlichen Kernreaktionen nachweisen. [5,6,31]
|
