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云室轨迹之迷

已有 5019 次阅读 2014-6-17 02:36 |个人分类:物理|系统分类:观点评述

有个问题困扰我十多年了。

高中物理课本,在带电粒子在电磁场中的运动那一部分,介绍了云室。一个带电粒子可以在过饱和蒸汽中划出一个光滑的曲线。更一般地,一个外来粒子可以在充满过饱和蒸汽的云室里划出一个光滑轨迹。如果没有磁场,或者粒子是中性的,这条轨迹近似为直线。

这里面有个问题。一个有确定动量的外来粒子,在与云室中的气体分子碰撞下,应该会迅速地失去初始动量方向的信息。但是实验却是,粒子在宏观尺度上,基本保持初始运动方向。

一种解释是,粒子的平均自由程确实是在宏观尺度上面。这便要求两点:第一,云室里的气体足够稀薄;第二,外来粒子与云室内气体分子的散射截面足够小。但是,既然云室里是过饱和蒸汽,云室里的气体就不可能非常稀薄。此外,各种外来粒子都是划出宏观可见的轨迹,而显然它们不可能都只是跟气体分子微弱地相互作用。

这个问题我跟高中物理老师,以及后来的同事都讨论过。迄今还没有合理的解释。



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