Kebuk Awan: Mengesan Zarah dari Angkasa

Browse By

Zarah angkasa dan kebuk awan

Sinar kosmos adalah zarah subatom bertenaga tinggi yang sentiasa menghentam Bumi dari angkasa lepas. Ribuan zarah-zarah ini merentasi planet kita, menerobosi dinding-dinding di sekeliling kita dan menembusi tubuh kita setiap saat! Sinaran semula jadi ini tidak berbahaya dan tidak dapat dilihat oleh mata kasar, namun, runut (tracks) yang ditinggalkan olehnya boleh dikesan oleh sebuah perkakasan yang dikenali sebagai kebuk awan (cloud chamber).

ilustrasi zarah-zarah yang terkandung dalam sinar kosmos. Sumber: www.cdn.vox-cdn.com

Kebuk awan menggunakan alkohol tersejat bagi menghasilkan ‘awan’ yang sangat sensitif terhadap zarah yang melintasinya. Prinsipnya sama dengan pembentukan awan di langit. Jika udara menjadi tepu dengan wap air dalam suhu sekeliling yang rendah, titisan kecil kabus akan terbentuk di sekeliling habuk-habuk atau bahan-bahan lain yang terapung di udara. Ia juga terbentuk di sekeliling ion iaitu atom (atau kelompok atom) bercas elektrik. Apabila zarah bercas seperti proton melintasi kebuk, ia meninggalkan jejak ion (trail of ions) hasil pelanggarannya dengan molekul-molekul di udara sepanjang laluannya. Titisan kabus di sekeliling ion inilah yang membentuk runut-runut yang dapat disaksikan oleh pemerhati.

Bagaimana membina kebuk awan?

Sebelum bermula, pastikan anda diawasi oleh orang dewasa kerana bahan-bahan seperti isopropanol dan ais kering sangat berbahaya dan perlu dikendalikan dengan berhati-hati. Pastikan anda memakai sarung tangan tebal semasa memegang ais kering kerana suhunya yang sangat rendah boleh menyebabkan kulit anda terbakar sejuk (cold burn).

Barang-barang yang diperlukan untuk membina kebuk awan adalah tangki akuarium plastik bersaiz sederhana, bekas plastik atau kaca, dulang keluli (sebaiknya dibalut dengan plastik hitam), cecair isopropanol, kepingan fabrik felt,  ais kering, pita pelekat dua sisi, dan lampu suluh. Felt dilekatkan pada dasar tangki dengan pita pelekat, kemudian dibasahkan dengan isopropanol. Kuantiti isopropanol mestilah bersesuaian; felt haruslah basah lencun namun pastikan isopropanol tidak bertakung di dalam tangki. Letakkan ais kering di dalam bekas dan letakkan dulang secara bertelangkup, kemudian, letakkan tangki di atas dulang dalam keadaan terbalik. Padamkan lampu bilik dan suluhkan kebuk di bahagian dasarnya. Beberapa corak runut bakal terbentuk di atas penutup bekas dan dapat dilihat dengan jelas apabila disuluh.

Contoh kebuk awan yang dibina. Sumber: www.popsci.com

Apakah yang dapat dilihat?

Jenis zarah dapat ditentukan berdasarkan corak runut yang terbentuk. Sekiranya anda mengesan runut pendek dan tebal, anda sedang melihat zarah alfa (gabungan 2 proton dan 2 neutron); jisimnya yang berat dan bertenaga rendah menghasilkan runut bercorak sedemikian. Jika runut yang anda saksikan berbentuk zig-zag atau berkeriting, ia adalah elektron atau positron (antizarah bagi elektron, berjisim sama tetapi bercas positif). Disebabkan jisimnya yang ringan, ia berlanggar dengan molekul udara seterusnya menghasilkan corak tersebut. Sebaliknya, zarah muon (seperti elektron tetapi lebih berat) menghasilkan runut lurus dan panjang. Hal ini kerana jisimnya yang tinggi membolehkan ia merentasi udara tanpa sebarang pesongan. Akhir sekali, jika runut bercabang, tahniah! Anda sedang menyaksikan reputan zarah (particle decay). Kejadian ini adalah disebabkan kebanyakan zarah tidak stabil; maka, reputan sebegini berlaku setiap saat.

Contoh runut-runut yang terhasil di dalam kebuk awan. Sumber: www.cloudylabs.fr

Pada masa kini, kebuk awan tidak lagi digunakan di makmal-makmal kerana peranannya telah digantikan oleh pengesan zarah moden. Namun, kos pembuatannya yang rendah dan hasil pemerhatian yang menakjubkan amat sesuai dijadikan aktiviti di dalam kelas.

Rujukan:

1. https://home.cern/news/news/experiments/how-make-your-own-cloud-chamber

2. https://www.symmetrymagazine.org/article/january-2015/how-to-build-your-own-particle-detector

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

4 × 3 =