עננים.
הוא רק התעניין בעננים, ערפל, ברקים וסופות רעמים.
אבל אז, כדי לחקור זאת במעבדה הוא המציא את "המכשיר המקורי והנפלא ביותר בהיסטוריה המדעית".
בלי כוונה הוא גילה עולם נסתר ומופלא,
חלקיקים...
והפיזיקה אחריו כבר לא הייתה אותו הדבר.
אבל בכל זאת, הוא אהב את העננים.
שרשור מעורפל⬇️🧵
צ'ארלס תומסון ריס וילסון (C.T.R. Wilson) נולד ב-1869 בסקוטלנד למשפחת חוואים. הוא תכנן ללמוד רפואה אבל התאהב בפיזיקה וכימיה.
חיבתו למדע ולטבע הובילה אותו ב-1894 למצפה מטאורולוגי על ההר הגבוה ביותר בממלכה המאוחדת - Ben Nevis.
אבל במקום לצפות בכוכבים הוא התלהב ממשהו אחר לגמרי.
ערפל.
בפסגת ההר, מוקף בעננים, וילסון נשבה בקסמה של תופעה נדירה ומרהיבה - Brocken spectre - הילה דמוית קשת בענן סביב צל דמותו שהוטל על גבי הערפל.
(כיום אפשר לראות תופעה זו גם כשצילו של מטוס באוויר מוטל על העננים).
הוא עוד לא ידע שתופעה זו תשנה את מסלול חייו.
ואת הפיזיקה.
פרס הנובל בדרך.
כשחזר לקיימברידג', החליט ליצור עננים במעבדה ולשחזר את התופעה.
איך ענן נולד?
מים מתאדים באויר חם (לחות) אשר נע מעלה, מתפשט ומתקרר. כשהאוויר מתקרר הוא לא יכול לשאת את הלחות ונוצרת רווית יתר (Supersaturation). במצב זה האדים "יתעבו" סביב "גרעיני התעבות" כגון חלקיקי אבק - והנה עננים.
וילסון בנה מכשיר פשוט - שני תאים מחוברים.
באחד אוויר לח, בשני גליל עם בוכנה. בעזרת הבוכנה, הגליל ינק את האויר אשר התפשט והתקרר.
כך, נוצרה רווית יתר, ועם קצת אבק באויר - התעבות. ענן.
תא הערפל נולד (Cloud Chamber).
אבל רגע.
משהו מוזר.
גם בלי אבק הופיעו טיפות.
וקווים חדים, לבנים.
משהו היה שם בכל זאת, מאז ומתמיד, חוצה את התא ומשאיר עקבות.
וילסון העלה השערה מהפכנית: ה"משהו" הזה יוצר יונים טעונים לאורך המסלול ואלו מושכים אליהם חשמלית טיפות מים.
קרינה מייננת.
רק שימו לב שאנחנו ב-1895 ואף אדם עוד לא ראה חלקיק.
אלקטרון? פרוטון? אלפא? חלקם אפילו לא נחזה עדיין.
באותה שנה רנטגן מגלה את קרני ה-X. וילסון מעביר את הקרינה דרך תא עם אויר סופר נקי...
והקרינה מייננת ונוצר "ענן".
הוכחה!
כך, במקביל להמשך המחקר בתופעות אטמוספריות בהן התעניין באמת, וילסון המשיך לשפר ולשכלל את תא הערפל.
הקולגות שלו, כמו רת'רפורד, הכירו את עבודתו.
העולם עדיין לא.
מבלי להבין, וילסון ראה קרינה קוסמית - חלקיקים טעונים שמקורם בחלל החיצון או מהתנגשויות באטמוספירה.
כבר בהתחלה וילסון העלה השערות על מקור המסלולים בתא שלו אבל רק ב-1912 ויקטור הס יגלה את מקור הקרינה.
בכל מקרה - תא הערפל של וילסון עוד יפגוש את הקרינה הקוסמית בהמשך הדרך.
ובענק.
רק ב-1911 וילסון מפרסם תאור מפורט של תא הערפל ותמונות של מסלוליהם של חלקיקי אלפא ובטא.
לראשונה אי פעם - אפשר "לראות" חלקיקים!
העולם המדעי נרעש.
את מה שתא הערפל יעשה למדע בשנים הבאות אפשר להקביל אולי רק לטלסקופ.
גבולות היקום הנגיש לבני האדם התרחבו באחת והתגליות - לא איחרו להגיע.
רגע לפני...
התא של וילסון היה גאוני אך פשוט. עם השנים, חוקרים שונים שיפרו והרחיבו את יכולותיו.
אויר הוחלף באלכוהול להגדלת הרגישות.
שדה מגנטי חיצוני הפעיל כוח שסובב את החלקיק וגילה את מטענו החשמלי.
הצילום חובר ל"טריגר" חיצוני לתזמון אופטימלי.
ועוד.
התא הפך לכלי מגוון יותר ויותר.
ב-1919, רתרפורד "הפציץ" חנקן עם חלקיק אלפא ויצר חמצן וחלקיק שהיה זהה לאטום מימן... הפרוטון.
ב-1923 ארתור קומפטון הסביר את הפיזור של פוטון על אלקטרון.
תהליכים אלו נמדדו תחילה באופן עקיף ולאחר מכן, תוך שימוש בתא הערפל.
חלקיק נכנס - שניים יוצאים.
תהליך האינטראקציה מתרחש לנגד עיננו.
וכשמגיע - מגיע.
ב-1927 חלק וילסון את פרס הנובל בפיזיקה עם קומפטון "על שיטתו להפיכת מסלולי חלקיקים חשמליים גלויים באמצעות התעבות".
וילסון, עם התא שפיתח וקומפטון, עם האפקט שעל שמו, סימנו נקודת ציון משמעותית בהתהוותה של פיזיקה חדשה.
פיזיקת החלקיקים.
ואז הגיעו התגליות המפתיעות באמת!
ב-Caltech, קארל אנדרסון (Anderson) הפעיל שדה מגנטי חזק במיוחד על תא ערפל במטרה לחקור קרינה קוסמית.
ב-1932 הוא זיהה משהו מוזר במיוחד.
המסלול בתא נראה כמו אלקטרון, בגודל ובמהירות. אבל תחת השדה המגנטי הוא הסתובב לכיוון ההפוך.
אלקטרון עם מטען חיובי?
אנטי חומר!
פוזיטרון...
ופרס נובל.
גילוי הפוזיטרון הוכיח שדיראק צדק באופן בו שילב את תורת היחסות הפרטית ופיזיקת הקוונטים.
אבל הייתה לו עוד תחזית:
פוטון מעל אנרגיה מסוימת יכול להפוך לזוג, אלקטרון ופוזיטרון.
אנרגיה הופכת למסה.
ב-1933 פטריק בלאקט (Blackett) צפה לראשונה ביצירת זוגות...
בתא ערפל.
גם הוא יזכה בפרס נובל.
בחזרה לאנדרסון.
ב-1936 הוא גילה משהו מוזר עוד יותר בקרינה הקוסמית.
שוב, זה נראה אלקטרון. הפעם מסתובב בכיוון הנכון, אבל רדיוס הסיבוב גדול בהרבה...
כבד פי 207 מאלקטרון!
"מי הזמין אותו?" שאל הפיזיקאי איזידור רבי.
המיואון (Muon), שאף אחד כלל לא חזה, התגלה.
תא הערפל הקדים את התיאוריה.
ב-1947 יתגלה בתא ערפל החלקיק ה"מוזר" הראשון - הקאון (Kaon) שלימים ישחק תפקיד מרכזי בגילוי המרעיש של שבירת הסימטריה (CP violation).
ב-1952 פותח ה"יורש" - תא הבועות (Bubble chamber): אותו עקרון, הפעם עם נוזל מעל לטמפרטורת הרתיחה.
צפיפות גבוהה = רגישות גבוהה.
ובמקום טיפות, בועות.
כיום ב-CERN, ובמעבדות ענק אחרות, צאצאי תא הערפל - גלאים עצומים, עמוסי טכנולוגיה, עם מיליוני ערוצים ובקרה ממוחשבת - הם כלי מחקר מרכזי בפיזיקה של אנרגיות גבוהות, קרינה קוסמית והמפץ הגדול.
יסודות הפיזיקה.
יותר ממאה שנה לאחר שוילסון ראה עננים על ההר, מורשתו עדיין בחוד החנית של המדע.
אחרי 1911 וילסון כמעט ולא פרסם על תא הערפל.
גם פרס הנובל לא הסיט אותו מאהבתו הראשונה: חשמל אטמוספרי, סופות רעמים ו...
עננים.
עד למותו בשנת 1959 הוא המשיך בחקר ברקים ופיתח תיאוריות חדשות על תופעות אטמוספריות.
אבל תרומתו המשמעותית למדע תיזכר לנצח דווקא בתחום בו לא ממש התעניין.
אגב, כ-60 ק"מ בקו אווירי מההר Ben Nevis נמצא ההר Schiehallion בו כ-200 שנה לפני שוילסון קיבל השראה לתא הערפל התבצע ניסוי צ'יהליון המפורסם שם נמדדה לראשונה צפיפות כדור הארץ.
שני הרים סמוכים בסקוטלנד שימשו השראה לפריצות דרך מדעיות.
מעניין...
וילסון "הלך לחפש אתונות ומצא מלוכה".
נהוג לחשוב שאם תגלית מסוימת לא הייתה מתרחשת כשהתרחשה, מישהו אחר היה מגלה אותה בהזדמנות קרובה.
לא בטוח שאם וילסון לא היה מתעניין בעננים (ולא היה בעל כושר טכני מעולה) מישהו אחר היה מגלה את תא הערפל כל כך מהר.
מעניין כיצד המדע היה נראה בלעדיו?
ארנסט רת'רפורד אמר על תא הערפל שהוא "המכשיר המקורי והנפלא ביותר בהיסטוריה המדעית".
מתקן כה פשוט שהפך לאחד מכלי המחקר החשובים ביותר במאה ה-20.
אבל גדולתו איננה בפשטותו אלא "ביכולתו להפוך את הבלתי נראה לנראה" והיא מסבירה לנו משהו בסיסי על המדע ועל החיים בכלל:
אין טוב ממראה עיניים.
זהו טיבו של המדע.
אתה מתחיל עם שאלה אחת, רק כי היא מעניינת, ואתה אף פעם לא יודע היכן תסיים.
פעם זה מתחיל בגיל כדוה"א ומסתיים בהצלת מיליוני ילדים מזיהום עופרת.
הפעם זה התחיל בעננים והסתיים...
טוב קראתם.
אם השרשור עניין אתכם, אשמח שתשתפו את הציוץ הראשון⬇️
Share this Scrolly Tale with your friends.
A Scrolly Tale is a new way to read Twitter threads with a more visually immersive experience.
Discover more beautiful Scrolly Tales like this.