به این تصویر جذاب نگاه کنید. این یک اثر هنری نیست. این تصویر یک انفجار هم نیست. این یک اتاقک ابر است و آن خطوط که مشاهده می‌کنید، مسیر حرکت ذرات زیراتمی‌ست. روش اتاقک ابر که اولین بار توسط فیزیکدان اسکاتلندی سی تی آر ویلسون، در سال ۱۹۱۲ ابداع شد، یکی از اولین و ساده‌ترین روش‌های مشاهده‌ی ذرات بنیادین است که تاکنون توسط فیزیکدانان به کار گرفته شده است.
اگرچه امروزه دیگر فیزیکدانان ذرات، از روش‌ها و تجهیزات جدیدتری برای مشاهده‌ی ذرات زیراتمی استفاده می‌کنند، اما اتاقک ابر همچنان به عنوان یک نمونه‌ی آموزشی باقی مانده است. این روش آنقدر ساده است که حتی می‌توانید در خانه نیز آن را بسازید و با آن ذرات بنیادینی که از کیهان وارد فضای خانه‌ی شما می‌شوند را مشاهده کنید. شاید در پست دیگری روش انجام این آزمایش را توضیح دهم، اما در اینجا قصد دارم ابتدا اساس عملکرد اتاقک ابر ویلسون را شرح دهم.
اساس عملکرد اتاقک ابر ویلسون:
داخل محفظه‌ی ویلسون، مقداری بخار وجود دارد که این بخار ممکن است، بخار آب یا اتانول یا بخارهای دیگری باشد. البته این بخار یک بخار معمولی نیست، بلکه یک بخار در حالت فوق اشباع است. حالت فوق اشباع از نظر ترمودینامیکی، بدین معناست که در این محفظه، بیشتر از چیزی که ظرفیت دارد، بخار وجود دارد. این موضوع باعث می‌شود که این بخار آماده‌ی تبدیل شدن به مایع باشد. این حالت در یک ابر نیز اتفاق می‌افتد. بخار آب در هوا به حالت فوق اشباع می‌رسد و بعد باران آغاز می‌شود.
روند تشکیل باران نیز بدین صورت است که ابتدا قطرات بسیار ریزی تشکیل می‌شود و بعد، این قطرات بزرگ و بزرگ‌تر می‌شوند تا سقوط کنند. ما به آن ذرات ریز اولیه، هسته‌های میعان می‌گوییم و به آن فرآیند نیز هسته زایی می‌گوییم. این هسته‌ها بعدا بزرگ‌تر می‌شوند و قطرات باران را می‌سازند. این همان چیزی‌ست که اتاقک ابر از آن برای مشاهده‌ی ذرات استفاده می‌کند.
وقتی که یک ذره‌ی پر انرژی مثل ذرات آلفا یا ذرات بتا یا دیگر ذرات بنیادین، از درون این بخار فوق اشباع عبور می‌کند، با بخار آب واکنش می‌دهد و در مسیر خود، یون‌هایی را می‌سازد. حالا این یون‌ها نقش همان هسته‌ها در فرآیند هسته زایی ایفا می‌کنند. اگر بخار در حالت فوق اشباع باشد، سریعا در اطراف این هسته‌های یونی، میعان رخ می‌دهد و شما یک خط زیبای سفیدرنگ مشاهده می‌کنید که بخار را شکافته است. این خط سفیدرنگ، مسیر حرکت همان ذرات بنیادین است.
در گذشته در شتابدهنده‌های ذرات، به صورت گسترده از این روش برای مشاهده‌ی ذرات بنیادین استفاده می‌شد.
– اَبا اِباد