布莱克特的变革

布莱克特的变革

威尔逊云室虽然可以清楚地再现粒子的径迹，比起盖革计数管有很大的优势，但盖革计数管的灵敏性却是威尔逊云室无法企及的。那么，能不能将这两者的优势结合在一起呢？最早进行这种尝试的是英国物理学家布莱克特。

在布莱克特生活的年代，到海军去服役是十分诱人的。13岁的布莱克特就进入了海军学校学习。毕业时正值第一次世界大战爆发，他就上了前线，并一直到大战的结束。由于有军功在身，布莱克特进入了剑桥大学去跟随卢瑟福学习。

在学习期间，除了学习必要的基础知识，布莱克特还迷上了威尔逊云室。也正是由于布莱克特的努力，这种新型装置获得了更加全面的应用。

当时，卢瑟福发现了元素嬗变的新现象。这种现象是用α粒子轰击氮，发现氮转变成了氧的一种同位素。卢瑟福的观察是通过屏幕上的闪烁现象而推断的。布莱克特认为，这个实验还需要更直接的证明，他要借助云室为卢瑟福的新发现提供更坚实的证明。

在20世纪20年代初，布莱克特开始了这一实验。他将氮气充入云室中，而后用粒子轰击，这时的云室是周期性地膨胀，用起来比较麻烦。布莱克特拍摄了粒子的径迹，并拍了2万多张照片，其中有40多万条α粒子径迹。这些径迹中有8万多条径迹显示出粒子与氮分子发生了撞击，而在所撞击后发生的分叉径迹中可以证明卢瑟福关于元素嬗变的观点。

布莱克特的这些照片拍摄于1915年，给人们留下了深刻的印象。如果要推广威尔逊云室这种新技术的话，布莱克特的照片就是最有力的宣传了。不仅如此，云室还成了布莱克特研究宇宙射线和各种粒子的有力工具。

在使用云室时，除了云室的基本功能，人们还非常关心粒子进入云室的时间。这样的话，对粒子径迹的拍摄将更有针对性。否则，就要反复拍摄多次，而且还要不断地让云室膨胀、做准备。尽管如此频繁地做准备、不断地拍照片，这些照片中有用的还是不多。针对这个问题，布莱克特对云室进行了改进。

布莱克特将云室与盖革计数器组合起来使用。他把云室放在两个盖革计数器之间。当宇宙线粒子穿过两个计数器和云室时，两个计数器就会接收到相应的信号，如果这两个信号一样，则说明这个信号也穿过了云室，这时就让云室膨胀，再拍摄照片。由于这样的计数器接收到的后一个信号与前一个信号是“符合”的，因此，人们就将这样的盖革计数器叫做“符合计数器”。有了这样的新式云室就省事多了，可以不必再盲目拍摄了。过去往往拍摄几千张照片才能得到适宜的结果，而用新型云室只需拍几张照片就够了。由此可见，比起早期无目的地拍摄，新云室要经济得多了。

布莱克特也利用云室研究宇宙线，他也拍到了正电子的照片，但比安德森晚了几个月。后来，他进一步发现γ射线穿过铅板时有时会消失，并且同时产生一个电子和一个正电子对（叫做“正负电子对”）。布莱克特的发现不仅使正电子的研究更加深入了，而且对爱因斯坦的质量能量方程式也是一个重要的支持。过去人们虽然相信这个方程，但没有提出明确的例证，布莱克特的发现正好弥补了这一缺憾。这个实验中，光子转变为具有静止质量的粒子，并且这种转化的结果完全符合爱因斯坦的质量与能量的转化方程。

由于布莱克特对云室的重要改进，以及利用云室进行的核物理研究成果，他获得了1948年度的诺贝尔物理学奖。