وسائل الكشف عن الجسيمات دون الذرية أكثر شيوعًا مما يعتقد الكثير من الناس. وما طقطقة عداد جايجر، والضوء المنبعث حين تضرب الجسيمات المشحونة كهربيًّا - كالإلكترونات - مواد مجهَّزَة على نحو خاص، بحيث تكون صورة على شاشة التلفاز؛ إلا مثالان فقط.

اكتشف رذرفورد نواة الذرة من خلال تأثيرها على حزم جسيمات ألفا، التي تشتت عبر زوايا واسعة. وقد استخدم مواد وامضة كي يكشف عنها بينما تتشتت مرتدة عن نواة الذرة. وقد استخدم رذرفورد وزميلاه أعينهم لرؤية الومضات وعدها، وبحلول خمسينيات القرن العشرين أتمتت المكونات الإلكترونية عملية عد الومضات الصادرة عن المواد الوامضة البلاستيكية الحديثة.

حين يتحرك جسيم مشحون عبر أحد الغازات فإنه يخلف وراءه أثرًا من الذرات المؤينة. ويعتمد نطاق كامل من كواشف الجسيمات - من الغرف السحابية إلى غرف الشرارات السلكية - على استشعار هذا الأثر من الذرات المؤينة بالطريقة عينها.

منذ قرن تقريبًا تمكَّنَ رذرفورد بواسطة هذه السبل من الكشف عن جسيمات ألفا المنبعثة من الراديوم، جسيمًا جسيمًا. تمثلت السمة المحورية في أن الكاشف يمكنه أن يعظم على نحو بالغ مقدار التأين الضئيل الذي يسببه مرور جسيم ألفا واحد وكان الكاشف يتكون من أنبوب نحاسي مفرغ منخفض الضغط يمر في مركزه سلك رفيع. كانت تُمرَّر شحنة قدرها ألف فولت بين السلك والأنبوب، وهو ما ينشئ مجالاً كهربيًّا. في ظل هذا الترتيب، حين يمر جسيم مشحون عبر الغاز المخلخل تنتج الأيونات تنجذب الأيونات نحو السلك، وبينما تتزايد سرعتها فإنها تؤين المزيد من الغاز، مما يعظم الأثر المبدئي. ويمكن لأيون واحد أن ينتج ألف أيون، وكل هذا ينتهي به المطاف في السلك المركزي، منتجا نبضة من الشحنة الكهربية كبيرة بما يكفي كي يلتقطها مقياس كهربي حساس موصل بالسلك. في (عداد جايجر) الحديث المجال الكهربي عند السلك ضخم للغاية لدرجة أن إلكترونًا منفردًا في أي مكان في العداد يمكنه أن يسبب موجة هائلة من التأيين، بحيث إن أقل قدر من التأيين ينتج إشارة.

رغم أن هذا يكشف عن وجود إشعاع، فإنه بعيد للغاية عما هو مطلوب للكشف عن الجسيمات في التجارب العالية الطاقة الحديثة. وهذه الكواشف تُستخدم بالتوازي مع كواشف أخرى. والمعرفة كيف يتم هذا، من المفيد أن نلقي نظرة على تطور عملية الكشف عن الجسيمات.

أول الكواشف القادرة على إظهار آثار الجسيمات المشحونة كانت الغرفة السحابية، التي هي غرفة غاز مزودة بمكبس ومملوءة ببخار الماء، وحين نسحب المكبس بسرعة فإن التمدد السريع يبرد الغاز وتتكون سحابة في هذا الجو البارد الرطب، وحين تعبر جسيمات ألفا وبيتا الناتجة عن النشاط الإشعاعي فإنها تؤين الذرات الموجودة في البخار وتتكون قطيرات غائمة على الفور حول مسارها، وحين تضاء الغرفة تبرز هذه المسارات كما تظهر ذرات الغبار في شعاع الشمس.

استُخدِمت الغرفة السحابية للكشف عن الجسيمات في الأشعة الكونية، وقد تحسنت كفاءتها من خلال الجمع بينها وبين عداد جايجر. فإذا وضعنا عداد جايجر أعلى الغرفة وآخر أدناها وانطلق كلاهما في الوقت عينه، فمن المرجح بشدة أن شعاعًا من الأشعة الكونية قد مرَّ بينهما، وبالتبعية من خلال الغرفة. ويمكن توصيل عدادي جايجر بآلية حركة بحيث إن النبضة الكهربية الناتجة عن التفريغ المتزامن للعدادين تسبب تمدد الغرفة السحابية، وتمكّن ومضة ضوء من التقاط المسارات على فيلم تصوير. وقد اكتُشف أول الأمثلة على الجسيمات المضادة، البوزيترون، وأيضًا جسيمات عجيبة في الأشعة الكونية بواسطة الغرفة السحابية. ومع ذلك، فقد حل استخدام الأفلام الحساسة محل هذه الوسيلة.

مواضيع ذات صلة

Normal modes

Waves in three dimensions

Probability amplitudes for particles

The random walk

Nuclei and particles

الزخات الهوائية Air Showers

النيوترينات Neutrinos

النيوكليونات Nucleons

النوى الثقيلة Heavy Nuclei

المركبة الكهرومغناطيسية

الميونات Mouns

الأشعة الكونية الثانوية Secondary Cosmic Rays