Komora Wilsona

Jak wiadomo z badań fizyków i meteorologów, para wodna skrapla się przede wszystkim na jonach. Wykorzystał to w roku 1912 C.T.R. Wilson do opracowania metody pozwalającej obserwować ślady toru cząstek ab-. Rysunek 1 przedstawia schematycznie zbudowane przez niego urządzenie zwane obecnie komorą Wilsona. Zbiornik A napełniony jest gazem (np. powietrzem lub argonem) z domieszką pary wodnej. Przez szybę S możemy obserwować, co dzieje się w komorze lub dokonywać fotografii. Wewnątrz komory umieszczamy preparat promieniotwórczy P, emitujący cząstki jonizujące. Przez szybkie obniżenie tłoka T powodujemy gwałtowne rozrzedzenie znajdującego się w zbiorniku gazu, co prowadzi do obniżenia jego temperatury i częściowo skroplenia się pary wodnej. Para skrapla się przede wszystkim na jonach utworzonych przez poruszającą się cząstkę jonizującą , wyemitowaną przez substancję promieniotwórczą. Powstałe kropelki wody tworzą biały ślad toru poruszającej się cząstki. Rysunek 2 przedstawia fotografię takich śladów cząstek a, a rysunek 3 cząstki b-. Widzimy, że zagęszczenie kropelek wody na torze cząstki a jest znacznie większe niż w przypadku cząstki b-. Świadczy to, że zdolność jonizacyjna cząstek a jest znacznie większa niż cząstek b-.
Im dana cząstka naładowana ma większą energię, tym mniej par jonów wytwarza na 1cm toru. Stąd na przykład tory cząstek a lub b- sfotografowane w komorze Wilsona są cieńsze na początku a grubsze u końca. Pozwala to wyznaczyć kierunek ruchu cząstki.
Komora Wilsona często umieszcza się w jednorodnym polu magnetycznym (wytworzonym np. przez solenoid). Pole jest skierowane prostopadle do szyby S (rys.1). Cząstki naładowane poruszają się w płaszczyźnie prostopadłej do linii sił pola ulegają odchyleniu. Obserwując kierunek odchylenia można określić znak ładunku elektrycznego cząstki. Rysunek 4 przedstawia poglądowo zachowanie się promieniowania a,b- i g w polu magnetycznym.
Mierząc dokładnie promienie krzywizny toru cząstki w polu magnetycznym o znanym natężeniu, długość toru, tj. zasięg oraz zagęszczenie powstałych kropel można za stosunkowo dużą dokładnością wyznaczyć masę cząstki, jej ładunek i energię. Pozwala to między innymi określić jaka to jest cząstka, czyli ,,zidentyfikować” ją.
Komora Wilsona pozwala również na obserwowanie skutków oddziaływania promieniowania gamma z materią. Przyjrzyjmy się rysunkowi 5 przedstawia on fotografię śladu promieniowania gamma o niewielkiej energii fotonu (tzw. promieniowania miękkiego). Widoczne są liczne ślady elektronów, które pojawiają się wskutek znanego nam już zjawiska fotoelektrycznego (foton gamma wyrzuca elektron z atomu lub molekuły gazu wypełniającego komorę, a elektron ten jonizuje atomy lub molekuły gazu, na których z kolei skrapla się para wodna).
Cząstki o dużej energii mają w gazie zasięg większy od wymiarów nawet dużych komór Wilsona, a ponadto jonizując słabiej pozostawiają ledwie widoczny ślad. utrudnia to ich badanie. Toteż dla tych cząstek poczęto w latach czterdziestych stosować tzw. Emulsje jądrowe, a w latach pięćdziesiątych stosować tzw. komory pęchorzykowe.