Поки ви ходите навколо, ви не помічаєте цього, але через ваше тіло проходить близько 10 000 мюонів за хвилину.
Ці ферміони, що в багатьох відношеннях схожі на електрони, але мають більшу масу і дивовижний магнітний момент, утворюються в атмосфері Землі в результаті зіткнень космічних променів. Хоча вони існують лише близько 2,2 мікросекунди, їх можна виявити з поверхні Землі і навіть під землею.
Зокрема, завдяки виявленню мюонів можна отримати уявлення про форму підземних структур, відому як томографія мюонів.
“Як рентгенівські промені, які проникають через тіло і дозволяють знімати зображення кісток, ці елементарні частинки можуть зберігати майже прямолінійну траєкторію через сотні метрів каменю перед розпадом або поглинанням,” — пояснила одна команда, яка стверджує, що виявила приховану кімнату під Великою пірамідою Гізи за допомогою цього методу, в дослідженні, опублікованому в Nature. “Записуючи позицію та напрямок кожного мюона, що перетинає поверхню детектора, детектор мюонів може відрізнити порожнини від каменю.”
Хоча такі детектори мюонів дорогі, ви можете створити свій власний детектор мюонів вдома за дуже низькою ціною. Тож як зробити один?
Як створити детектор частинок у хмарній камері вдома:
Якщо ваша мета — виявити будь-які частинки, що проходять через вашу кухню, це насправді досить легко. Все, що вам потрібно зробити, це створити “хмарну камеру”, для цього потрібні кілька дешевих і легко доступних частин, включаючи пластикову ємність або чашку, трохи фетру або губки, ізопропіловий спирт і найскладнішу частину — сухий лід.
Промокнувши фетр або губку в спирті і закріпивши їх на верхній частині ємності, а потім помістивши ємність на поверхню над сухим льодом, ви створюєте свою хмарну камеру.
На верху камери рідина повільно випаровується в газ. Але коли вона опускається до дна камери, холодний лід змушує її знову перетворитися в рідку форму. На дні камери повітря стає пересиченим. Коли частинка проходить через нього, вона може вибивати електрони з молекул газу. Оскільки молекули заряджені, газ алкоголю притягується до них і утворює дрібні краплі, що створює сліди в хмарній камері, показуючи шлях частинки.
В цьому налаштуванні ви можете бачити всі види частинок, включаючи атоми радону — великі сліди, що ви бачите — і мюони — маленькі довгі сліди. Це досить цікаво.
Як створити детектор мюонів:
Якщо ви головним чином зацікавлені в мюонах, є ще один хитрий трюк, який можна використати для їх виявлення, знову ж таки, досить просто. Мюони, коли досягають вас або землі, рухаються майже зі швидкістю світла. Хоча це звучить так, ніби може ускладнити вам завдання виявити мюон, насправді це спрощує операцію завдяки Черенковському випромінюванню.
Швидкість світла у вакуумі є абсолютним обмеженням швидкості у всесвіті. Нічого не може йти швидше ніж 300 000 кілометрів за секунду (186 000 миль за секунду), згідно з працями Ейнштейна, оскільки для цього знадобиться безмежна кількість енергії. Однак це не означає, що світло не може бути перевищено за швидкістю в певних умовах, і коли це відбувається, може виникати щось дивне, що називається “ефектом Черенкова”. У воді, наприклад, світло сповільнюється до 200 000 кілометрів за секунду (124 274 милі за секунду).
Це іноді трапляється. У 1934 році радянський фізик Павло Черенков став свідком того, що відбувається, коли це трапляється, після обстрілу води радіацією. З води вивільнялося синє світло, тепер відоме як світло Черенкова або випромінювання Черенкова.
Щоб виявити мюони, вам потрібно лише мати середовище, через яке світло проходить повільніше, ніж частинки. І, напевно, ви маєте доступ до води, якщо ви шукаєте, як створити прискорювач частинок, а не активно шукаєте воду.
Використовуючи фотомножник у закритому контейнері без світла, ви можете виявити випромінювання Черенкова, яке утворюється мюонами, що рухаються через рідину в контейнері.
В цьому налаштуванні ви не побачите крутих слідів хмарної камери, але зможете виявити частинку, що з’явилася внаслідок зіткнення космічних променів з нашою атмосферою. Що, я впевнений, ви погодитесь, досить цікаво.