Menu - Upper Menu

Languages:
AlbanianBulgarianCatalanCroatianCzechDanishDutchEnglishEstonianFrenchFinnishGalicianGermanGreekHungarianItalianLatvianLithuanianMacedonianMaltesePolishPortugueseRomanianRussianSerbianSlovakSloveneSpanishSwedishTurkishUkrainian
Home » Issue 14 » Metodu ta’ kif tista’ tibni ‘cloud chamber’

Metodu ta’ kif tista’ tibni ‘cloud chamber’

Maqlub għall-Malti minn Joan Borg Marks


Raġġi Alpha minn sors ta’ Polonium joħorgu f’forma ta’ fjura miċ-ċentru ta’ ‘cloud chamber’ kontinwa. Dawn il-partiċelli jsiru viżibbli permezz ta’ ‘alcohol vapour’ li jiġi diffuż minn post li qiegħed f’temperatura tal-kamra, għal post ieħor f’temperatura ta’ -78 ⁰C. Dan ir-ritratt ittiehed fl-1957. Iklikkja biex tkabbar l-istampa.
Stampa fil-‘public domain’; sors: Wikimedia Commons

Il-fiżika tal-partiċelli narawha ħafna drabi xi ħaġa li tintuża fir-riċerka biss, u li mhix xi ħaġa li jista’ jaħdem biha l-pubbliku in ġenerali. Francisco Barradas-Solas u Paloma Alameda-Meléndez juruna kif bl-għajnuna ta’ xi affarijiet mid-dar nistgħu nneħħu din l-idea u nġibu l-fiżika tal-partiċelli ġol-klassi.

L-għan tal-fiżika tal-partiċelli hu li nsibu minn x’hiex huma magħmula l-affarijiet kollha u biex naraw kif iġibu ruħhom dawn l-affarijiet bażiċi. Għalkemm il-fiżika tal-partiċelli hi xi ħaġa mportanti fix-xjenza, ħafna drabi ma nagħtux kasha u ma jifhmuhiex l-istudenti, jista’ jkun minħabba li jarawha m’għandha x’taqsam xejn ma’ l-affarijiet li nagħmlu kuljum. Sadanittant, xjenzjati li jaħdmu f’dan il-qasam, jaħdmu u jgħoddu ‘electrons’, ‘protons’, u ‘muons’, kuljum, bħal ma aħna kollha ngħoddu l-baqar, mwejjed u ajruplani. Barra minn hekk, magni li jfittxu l-partiċelli (eżempju PET scanners) jintużaw ta’ kuljum fil-mediċina biex jgħinu fil-fejqan ta’ tumuri u biex isegwu kif jaħdmu xi organi tal-ġisem.

F’dan l-artiklu ser nuru kif nistgħu naraw il-fiżika tal-partiċelli ġol-klassi, bil-possibilita’ li nkunu qed nużaw wieħed mill-metodi l-iktar sempliċi: ‘diffusion cloud chamber’ li hi dejjem sensittiva. Din tista’ tiġi magħmula minn tank tal-ħut magħluq u mimli bl-arja u alkoħol ‘vapour’, f’temperatura baxxa ħafna. B’hekk wieħed jista’ jittraċċa partiċelli ċċargjati bħal ‘cosmic ray muons’ ta’ ċertu eneġija.

Partiċelli elementari

Partiċelli elementarji huma l-iżgħar affarijiet li minnhom hu magħmul kollox. M’humiex biss dawk l-affarijiet li minnhom huwa magħmul kollox iżda minnhom jinbet il-mod ta’ kif l-affarijiet jirreagixxu bejn xulxin (għal aktar dettalji ara Landua & Rau, 2008). Dawn il-partiċelli għandhom l-enerġija biex jiċċaqilqu u għandhom il-piż, b’hekk wieħed jista’ jarahom direttament bid-‘detectors’ – apparat magħmul apposta. Biex inkunu eżatt, wieħed ma jkunx jista’ jara l-partiċelli direttament – minflok, il-passaġġ minn ġod-‘detectors’, wieħed jista’ jarah minħabba l-effetti li jħallu – bħal per eżempju meta l-ambjent jiġi ċċarġjat. Dan hu eżatt dak li jkun qed jiġri meta nosservaw dawk il-linji bojod li jħalli warajh ajruplan fis-sema – u x’nistgħu nagħmlu bil-‘cloud chamber’ li ser nibnu.

‘Diffusion cloud chamber’ li hi sensittiva l-ħin kollu

Din il-‘cloud chamber hi magħmula minn kaxxa li ma tħallix arja tidħol ġo fiha, imma li hi mimlija bl-arja tal-kaxxa. Jekk wieħed ikessaħ il-qieħ tal-kaxxa b’dak li jissejjaħ ‘dry ice’, (‘carbon dioxide’ solidu li jkun f’temperatura ta’ -79 ˚C waqt li jkun qed isir gass) it-temperatura tinbidel malajr ħafna u l-atmosfera fil-qieħ tal-kaxxa tiġi ‘supersaturated’ bl-alkoħol. Din iż-żona tkun sensittiva u jkollha iktar alkoħol milli tista’ żżomm tant li meta tgħaddi xi partiċella iċċarġjata minnha li jkollha biżżejjed enerġija, jifformaw ‘ions’ minn fejn tkun għaddejja u dawn iħallu traċċi bil-qtar li jifforma minn fejn kienu għaddejjin.


‘Diffusion cloud chamber’ li hi sensittiva l-ħin kollu
Dan ir-ritratt, bil-kortesija ta’ Francisco Barradas Solas

Kif tinbena u kif taħdem

Materjali

  • Kontenitur tal-plastik trasparenti jew tal-ħġieġ (bħal xi akwarju), xi 30cm b’20cm, u għoli xi 20cm (jekk tuża qies differenti jista’ jvarja l-effett)
  • Folja tal-aluminju (ħoxna xi millimetru, l-istess ħxuna tal-qieħ tal-akwarju
  • Kontenitur baxx daqsxejn ikbar mill-qieħ tal-akwarju
  • Żewġ bozoz, waħda tagħti dawl qawwi
  • Biċċa ‘felt’, xi 3cm wiesgħa u twila biżżejjed biex iddur madwar it-tank
  • Gloj li ma jkunx jinħall bl-alkoħol
  • Tejp iswed li jintuża għall-elettriku
  • Alkoħol (isopropyl alcohol)
  • ‘Dry ice’

Metodu

  1. Waħħal il-felt mad-dawra ta’ ġewwa tat-tank, fin-naħa ta’ isfel. Tista’ twaħħal ftit felt anke fil-qiegħ tat-tank.

  2. Aqta’ il-folja ta’ l-aluminju biex din tiġi kemm jista’ jkun tiksi l-wiċċ tat-tank u iksiha bit-tejp ta’ l-elettriku ħalli tiġi b’wiċċ kollu iswed.

  1. Xarrab il-felt bl-alkoħol. Oqgħod attent li ma jibdiex iċarċar mal-ġenb tat-tank.
    Nota ta’ attenzjoni: Agħmel dan kollu ġo kamra bit-twieqi miftuħin għax l-alkoħol jista’ jieħu n-nar.

  2. Dawwar it-tank wiċċu l-isfel fuq il-folja tal-aluminju. Kun żgur li l-wiċċ l-iswed iħares ‘l fuq għax b’hekk it-traċċi jiġu jidhru aktar.

  3. Uża t-tejp ta’ l-elettriku biex iżżomm il-folja tal-aluminju mat-tank. Trid tagħlaq it-tank sew ħalli ma tgħaddix arja. Dan pass importanti ħafna u jrid isir sew għax fejn jagħlaq ser isir imxarrab u kiesaħ ħafna waqt il-proċess.


Sezzjoni tal-‘cloud chamber’. Klikkja fuq ir-ritratt biex tkabbar
Dan ir-ritratt, bil-kortesija ta’ Francisco Barradas Solas
  1. Agħmel saff ċatt ta’ ‘dry ice’ u poġġi t-tank fuqu. Biex ikunu jmissu sew ma’ xulxin tużax biċċiet kbar tas-silġ: biċċiet ċatti jew trab l-aħjar f’dan il-każ.
    Nota ta’ attenzjoni: ‘Dry ice’ ikollu temperatura ta xi -79˚C u trid taħdem bl-ingwanti ħoxnin biex ma tmissux direttament b’idejk.

  2. Żomm il-parti ta’ fuq tat-tank sħun billi per eżempju titfa d-dawl minn bozza fuqu. Tużax it-tank f’post kiesaħ għax inkella ma jkollux ambjent tajjeb biex jidhru t-traċċi li trid tara.


Iċ-‘Chamber’. Klikkja fuq ir-ritratt biex tkabbar
Ritratt ippreparat minn Alberto Izquierdo; bil-kortesija ta’ Francisco Barradas Solas
  1. Ħalli t-tank mingħajr ma tmissu għal xi 10 minuti, sakemm tintlaħaq it-temperatura meħtieġa. Itfa’ dawl qawwi fuq it-tank f’angolu baxx u ħares lejn il-qiegħ tat-tank. Għall-ewwel tara biss qisu xi tip ta’ fwar mill-alkoħol imma bil-mod jekk toqgħod attent tara t-traċċi qishom ħjut, tal-qtar li jiffurmaw għax ikunu għaddejjin il-partiċelli ċċarġjati minn dak il-post. Nota: It-traċċi jidhru aħjar ġo kamra mudlama.

Traċċi ta’ radjazzjoni gol-‘cloud chamber’ (traċċi ħoxnin u qosra: partiċelli Alpha; twal u rqaq: partiċelli Beta)
Ritratt bil-kortesija ta’ Bionerd; minn ‘Wikimedia Commons’

‘Cosmic rays’. Klikkja fuq ir-ritratt biex tkabbar
Ritratt ippreparat minn Alberto Izquierdo; bil-kortesija ta’ Francisco Barradas Solas

Għalkemm kull partiċella ċċarġjata u li għandha enerġija biżżejjed, tista’ tħalli t-traċċi minn fejn tkun għaddejja, il-maġġoranza tat-traċċi jiġu minn radjazzjoni sekondarja (‘secondary cosmic rays'). Dawn huma partiċelli li jiġu minn partiċelli oħra (l-iktar ‘protons’) li jkunu ġejjin mill-ispazju u li jiffurmaw meta jolqtu l-atmosfera tad-dinja. ‘Secondary cosmic rays’ jimxu kważi bil-veloċita’ tad-dawl u jiġu assorbiti mill-atmosfera jew inkella jinbidlu u jsiru partiċelli ġodda minnhom, bħal ‘muons’, li jistgħu jaslu sa wiċċ id-dinja u jiġu osservati. ‘Muons’ huma partiċelli elementari ċċarġjati jixbħu lill-‘electrons’, imma l-‘muons’ huma mitejn darba itqal mill-‘electron’..

X’tista’ tagħmel bil-‘cloud chamber’?

Biex dan li ddiskrivejna jiġi iktar ta’ użu u nkunu nistgħu nifhmu aktar ippreparajna ‘comic strip’w1 (ara taħt) li turi kif taħdem il-‘cloud chamber’ u kif joriġinaw u x’inhuma il-‘cosmic rays’. Din hija storja ta’ ‘cosmic proton’ u d-dixxendenti tagħha.

Aħna nużaw din iċ-‘chamber’ l-iskola ma’ l-istudenti tagħna ta’ bejn it-tnax u s-sittax-il sena. Nippruvaw li ngħinu lill-istudenti jaraw il-partiċelli bħala affarijiet veri anke jekk ma jidhrux għax huma tant żgħar. Meta wieħed jara t-traċċi li jħallu warajhom il-partiċelli – simili għal dawk li jħallu warajhom l-ajruplani – ikun l-ewwel pass lejn il-proċess biex wara nintroduċu affarijiet veri u stampi minn ‘high-energy physics’, u nużawhom f’eżerċizzji u mistoqsijietw2, w3 (Cid, 2005; Cid & Ramón, 2009). Ngħalqu billi nsemmu ‘detector’ iktar ikkomplikat għall-użu ġo l-iskola: ‘cosmic ray scintillation detector’. Dan iħalli lill-istudenti jirrekordjaw u jistudjaw affarijiet waħedhom (Barradas-Solas, 2007).


Klikkja biex tkabbar l-istampa
Meħud minn ‘cloud chamber comic strip’; ritratt bil-kortesija ta’ Paloma Alameda-Meléndez

Uża l-‘online forum’ ta’ Science in School biex tiddiskuti ideat dwar kif tista’ tuża l-‘cloud chamber’ fl-iskejjel. Ara s-sit: www.scienceinschool.org/forum/cloudchamber

Ħajr

L-awturi jixtiequ jirringrazzjaw lil Dr. Eleanor Hayes, ‘Editor-in-Chief’ ta’ Science in School, għall-assistenza tagħha biex jiġi ffinaliżżat dan l-artiklu.

Referenzi

Barradas-Solas F (2007) Giving new life to old equipment. Physics Education 42: 9-11. doi: 10.1088/0031-9120/42/1/F03
To access this article, which is freely available online, visit the website of the Institute of Technical Education, Madrid, Spain (http://palmera.pntic.mec.es) or use the direct link: http://tinyurl.com/y8ssyc5

Cid R (2005) Contextualized magnetism in secondary school: learning from the LHC (CERN). Physics Education 40: 332-338. doi: 10.1088/0031-9120/40/4/002

Cid X, Ramón C (2009) Taking energy to the physics classroom from the Large Hadron Collider at CERN. Physics Education 44: 78-83. doi: 10.1088/0031-9120/44/1/011

Landua R, Rau M (2008) The LHC: a step closer to the Big Bang. Science in School 10: 26-33. www.scienceinschool.org/2008/issue10/lhcwhy

Referenzi minn siti elettroniċi

w1 – ‘Comic strip’ (bl-Ingliż u Spanjol) u instruzzjonijiet (bl-Ispanjol) jinsabu fis-sit: http://palmera.pntic.mec.es/~fbarrada/cc_supp_mat.html

w2 – Informazzjoni fuq LHC u kalkoli fiżiċi sempliċi fuq ‘Taking a closer look at LHC’: http://www.lhc-closer.es

w3 – Is-sit elettroniku ta’ CERN għal għalliema (http://teachers.web.cern.ch) jinkludi wkoll stampi ta’ ‘bubble chamber’.  Ara s-sit: http://tinyurl.com/yfbv8ls

Riżorsi

Għal xi informazzjoni sempliċi dwar il-fiżika tal-partiċelli mmirata għall-pubbliku in generali, ara:

Close FE (2004) Particle Physics: A Very Short Introduction. Oxford, UK: Oxford University Press. ISBN: 9780192804341

Tour interattiv ta’ The Lawrence Berkeley National Laboratory, li jinsab ‘online’, ‘The Particle Adventure: the Fundamentals of Matter and Force’: www.particleadventure.org

The virtual visitor centre of the SLAC National Accelerator Laboratory (partikolarment il-partijiet dwar teorija, ‘detectors’ u ‘cosmic rays’): www2.slac.stanford.edu/vvc

Is-sit ta’ CERN: http://public.web.cern.ch/public/en/Research/Detector-en.html

Għal diskussjoni dwar kif il-‘ Large Hadron Collider’ ta’ CERN ser iwieġeb mistoqsijiet importanti dwar il-fiżika tal-partiċelli, ara:

Landua R (2008) The LHC: a look inside. Science in School 10: 34-47. www.scienceinschool.org/2008/issue10/lhchow

Għal introduzzjonijiet dettaljati mmirati għal dawk b’edukazzjoni fix-xjenza li ma jibżgħux minn ftit matematika. Nirrakkomandaw:

Barnett RM et al. (2000) The Charm of Strange Quarks: Mysteries and Revolutions of Particle Physics. New York, NY, USA: AIP Press. ISBN: 0387988971

Treiman SB (1999) The Odd Quantum. Princeton, NJ, USA: Princeton University Press. ISBN: 0691009260
Il-ktieb ta’ Treiman huwa wieħed mill-aħjar kotba li bdew jiddiskutu il-‘quantum mechanics’ fil-fiżika tal-partiċelli – suġġett li mhux inkluż f’dan l-artiklu – inkluż il-partiċelli virtwali u mhux stabbli u kif partiċelli differenti jirrelataw ma’ xulxin.

Biex titgħallem aktar dwar ‘cosmic rays’, ara il- Cosmicopia tan-NASA: http://helios.gsfc.nasa.gov/cosmic.html

Aħna u ħafna oħrajn bħalna tgħallimna kif nibnu ‘cloud chamber’ mill-paġna ta’ Andy Foland fuq: www.lns.cornell.edu/~adf4/cloud.html

Is-sit elettroniku tal-Mużew Amerikan ta’ l-Istorja Naturali jippreżenta l-istadji prinċipali ta’ kif tibni ‘cloud chamber’ permezz ta’ stampi: www.amnh.org/education/resources/rfl/web/einsteinguide/activities/cloud.html

Mhux faċli tispjega fid-dettall il-proċessi ta’ ‘supersaturation’ u ta’ kif jiffurmaw it-traċċi, jew kif wieħed jista’ jiġġustifika l-għażla ta’ ‘active liquid’ (isopropanol, fil-każ tagħna), minħabba li dawn jiddependu b’mod ikkomplikat fuq – eżempju – ‘ionisation energies’, ‘vapour pressures’, rata ta’ diffuzjoni u aspetti oħra varji ta’ inġinerija ta’ ‘chamber’. Jekk trid tkun taf aktar, ara l-bijografija supplimentarja fuq is-sit elettroniku: http://palmera.pntic.mec.es/~fbarrada/cc_supp_mat.html

Għal xi artiklu ta’ Science in School li jiddeskrivi kif tikkalkula r-radjazzjoni minn Radon fid-dar, ara:

Budinich M, Vascotto M (2010) The ‘Radon school survey’: measuring radioactivity at home. Science in School 14: 54-57. www.scienceinschool.org/2010/issue14/radon

Jekk ħadt gost taqra dan l-artiklu u attivitajiet oħra tat-tagħlim f’din il-pubblikazzjoni ta’ Science in School, forsi tieħu gost tara l-kollezzjoni tagħna ta’ pubblikazzjonijiet oħra dwar attivitajiet tat-tagħlim. Ara: www.scienceinschool.org/teaching


Review

‘Cosmic rays’ jikkonsistu minn partiċelli subatomiċi ġejjin mill-ispazju u li jidħlu fl-atmosfera tad-dinja, joħolqu xita ta’ partiċelli sekondarji li jistgħu jiġu studjati fuq il-wiċċ tad-dinja. Studenti fi skejjel sekondarji normalment jaqraw fuq dawn il-partiċelli minn kotba biss jew jistudjawhom minn simulazzjonijiet – għalkemm il-partiċelli għaddejjin b’mod kostanti minn ġo ġisimna.

Hawnhekk, Francisco Barradas-Solas u Paloma Alameda-Meléndez jippreżentaw l-idea li ‘cloud chambers’ jistgħu jintużaw minn studenti bħala għodda esperimentali, li biha jkunu jistgħu jagħmlu investigazzjonijiet huma fuq ir-radjazzjoni. Huma wkoll jipprovdu dettalji dwar kif hi mibnija ‘cloud chamber’, għodda li tista’ tinbena fl-iskola mingħajr problemi, u li tgħin lill-istudenti josservaw dawn il-partiċelli subatomiċi fil-klassi billi t-traċċi tagħhom ikunu jidhru.

Vangelis Koltsakis, Greċja


Rakkommandazzjoni tar-Referee: Fiżika, Fiżika tal-partiċelli

Copyright: attribution Copyright: non-commercial Copyright: share and share alike No endorsement


Return to top of page

Support the print journal

Learn more

Menu - My Account

Science in School e-newsletter