当您抬头看云时，
你知道，
世界是否因它而改变了？
01
当物理学家看云时
王小波在《黄金时代》中写道：
“那天我二十一岁。
在我一生的黄金时代，
我有很多奢侈的希望。
我想爱，我想吃，
我也想瞬间变成半灯和半黑暗的云。 “
在《徐Xing的传奇》中，沉康文提到：
“我已经跨过许多桥梁，
我已经看过很多次云，
喝了很多酒，
但是我只爱一个最佳年龄的人。 “
他们都提到了云，当他们抬头时可以看到云。
Wang Xiaobo抬头看着云，感到他总是很凶猛，无法击败任何东西。沉·康文（Shen Congwen）抬头看着云，通过云层，他看到了一双微笑的眼睛。
研究物理学，抬头看云，想到…的人…
这是云房的原始来源。
起初，我们只是想研究实验室中云形成的条件，但后来，它改变了整个世界。
02
破碎的幽灵
1894年，苏格兰物理学家查尔斯·汤姆森·里斯·威尔逊（Charles Thomson Rees Wilson）观察到本尼维斯山的一种神奇现象：
阳光穿过云层，形成了一个巨大的彩虹环，似乎被微弱的人类形式包围。
他不是第一个观察这样一个宏伟的场景的人。
早在1780年，德国牧师约翰·西尔塞拉格（Johann Silberschlag）就在布罗肯山（Brocken Hill）上观察到了这种现象，并将其录制为Brocken Specter。
如果您在四川爬上Emei山，您通常会看到五颜六色的光环在外面发红，远处的内部紫色，而您的身影则笼罩在光环中，人们被移动和阴影，好像他们是佛像一样。
这种现象的出现实际上与光学错觉有关。
首先，要观察这种现象，我们需要站在薄雾的山峰上，面对太阳，低头看。
目前，阳光从后面闪耀，在我们下面的云层上铸造阴影。由于透视效果，我们的数字终于出现了一个扩大的三角形。
另外，当阳光穿过云层时，它会与其中的颗粒相互作用，并经过各种过程，例如散射，衍射，干扰等。最终的综合效果是阴影周围的彩色光环。
由于视觉幻象，我们下意识地认为，阴影和光环之间没有距离，并且在同一平面上，因此看起来像一个巨大的幽灵，笼罩在五颜六色的光环中。
03
原始云房
话虽如此，在威尔逊时代，对破碎幽灵的看似简单的解释并不那么明显。
即使，每个人都只对云的形成方式只有一点了解。
苏格兰物理学家约翰·艾特肯（John Aitken）一直在研究云形成的条件，为此，他创建了一种实验装置：
首先，将一部分水倒入玻璃容器的底部，然后让容器坐着，等待水分子逐渐填充整个腔。
然后，允许整个容器扩展绝缘。根据热力学的第一定律，我们知道容器中气体的温度将降低。
然后我们看到了玻璃容器中的云。
但是，如果他过滤玻璃容器中的空气，去除灰尘并重复相同的实验操作，他将看不到云。
因此，他发现了一种制造人造云并得出结论的方法：
云是水滴被灰尘颗粒上的水蒸气凝结。突然的体积膨胀会在装有灰尘的空气中产生云。
这是具有纯粹目的的原始云房，是研究云形成的条件，但留下了意想不到的复活节彩蛋。
这个复活节彩蛋被灰尘覆盖了数十年，并最终被威尔逊发现。
威尔逊随后赢得了1927年诺贝尔物理学奖，并重写了世界科学技术的历史。
04
让微观颗粒出现
现在，回到本尼维斯山的顶部。
威尔逊（Wilson）对眉毛鬼（Browken Ghost）感到震惊，希望在实验室中重现这一现象，并研究研究背后的详细原因。然后，第一个问题是：
如何在实验室中人为地创造云。
威尔逊（Wilson）选择站在巨人的肩膀上：他基本上采用了艾特肯（Aitken）的云室设计理念，只是为了使他的玻璃容器具有更大的扩展系数。
复活节彩蛋出现在这里！
当玻璃容器的体积继续扩展时，超过原始体积的四分之一，无尘空气中形成的薄云和薄雾。
显然，这与Aitken的结论不一致。
在这种情况下，必须有其他东西代替灰尘颗粒作为冷凝核，使水滴粘附在其上，最后形成云。
他推测，这可能是某种带电的颗粒，而肉眼不可见，因为带电的颗粒可以存在于过滤的空气中。
为了验证他的猜想，威尔逊进一步改善了实验设备，并用X射线照射过过滤后的玻璃容器。结果，在容器的体积扩展后产生了大量液滴，最后形成了非常明显的云和雾。
威尔逊的原始云室真实图片
考虑到X射线具有电离效应，这验证了威尔逊的猜想：X射线会导致空气中的颗粒电离为离子，并且容器中的水蒸气将这些离子用作凝结核，将其凝结到水滴中，并最终形成云和雾。
换句话说，X射线通过的地方是云和薄雾形式的地方。
云和薄雾无处可隐藏X射线。
也就是说，只要我们让带电的颗粒射入云室，它将与容器中的气体分子相撞。在此过程中，气体分子被离子化，水蒸气在生成的离子上凝结以形成云，显示最初是看不见的粒子轨迹。
从那时起，云不再只是云。
因此，威尔逊被称为：
“物理学的最后一个，伟大的个人实验者。”
05
粒子物理的新时代
威尔逊云室成为最早的充电粒子轨道探测器，粒子物理进入了前所未有的时代。
例如，以下是在云室中拍摄的5.3 MeVEnergeα颗粒的轨迹。卢瑟福（Rutherford）散射从1近1点发出，在2附近发生，偏转角约为30度，然后分散在3附近。
如何确定这是否是α粒子？
首先，可以根据云室中轨道的长度来测量粒子的速度。可以根据轨迹的曲率测量粒子的电荷幅度和动量，最后确定粒子的类型。
粒子的质量，电荷和寿命等一系列特征共同形成了其独特的身份信息，就像我们每个人都有一个ID号一样。
如果您最终将其比较并发现没有已知粒子具有与该粒子相同的特性，那么祝贺：
您发现了一个新粒子！
这就是在历史上发现了多少新粒子。
1928年，迪拉克（Dirac）从理论上预测了质子。 1932年，卡尔·戴维·安德森（Carl David Anderson）使用威尔逊云室（Wilson Cloud Room）捕捉下面的意外粒子轨迹。
安德森（Anderson）在云室中采取的正电子轨迹
根据粒子的挠度路径，可以计算出其质量与电子的质量相同，但电荷相反。这不是Dirac预测的正电子吗？
因此，我们通过实验验证了正电子的真正存在。
安德森还于1936年获得了诺贝尔物理奖。
我们使用威尔逊云房，我们发现了Muons，K Mesons等。
之后立即…
夸克，标准模型，量子染色体动力学，TCP定理…
这些开始呢？
只是我们想看到云，仅此而已。
我们最终将长大
看着云时梦dream以求的男孩不再是男孩。
但是在物理世界中，
每当我抬头看云时，
总是有梦想要遵循。
参考：
[1]本·马斯登。计算灰尘和驯化云：在约翰·艾特肯（John Aitken）的“户外物理学”内，tidsskrift for kulturforskning。 2020（9）：45-56。
[2] Halliday，EC，Ctr Wilson教授的一些回忆，《雷暴与闪电》的英语先驱。
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