Kosmische Teilchen sichtbar machen

Aus dem Weltall treffen ständig kosmische Teilchen auf die Erde. Sie fliegen durch uns hindurch, dennoch können wir sie nicht spüren oder sehen. Eine Nebelkammer macht die kosmischen Teilchen sichtbar. Das Experiment lässt sich in nur fünf bis zehn Minuten mit Schülern aufbauen. Es passt in eine Unterrichtssequenz zu Astroteilchen- oder Teilchenphysik.

Bauanleitung und weitere Informationen stehen ganz unten zum Download bereit.

Bei einem Weiterbildungstag am CERN im Juni 2013 bauen Schweizer Physiklehrkräfte eine Nebelkammer.
Bei einem Weiterbildungstag am CERN im Juni 2013 bauen Schweizer Physiklehrkräfte eine Nebelkammer.Bild: Christine Plass

Der Physiker Hans Peter Beck erläutert, was sich mit einer Nebelkammer genau beobachten lässt: "Mit diesem Experiment können kosmische Teilchen sichtbar gemacht werden, allerdings handelt es sich nur bei den wenigsten Ereignissen, die sich in der Nebelkammer zeigen, tatsächlich um die Spuren kosmischer Teilchen. Das hat folgenden Grund: Kosmische Teilchen kommen meistens von 'oben' und nur selten von der 'Seite'. Sie sind daher, wenn überhaupt, nur als sehr kurze Spuren oder kleine Punkte sichtbar. Denn die Nebelschicht ist nur ein paar Millimeter dick, und was da senkrecht hindurchschiesst, kann auch nur eine kurze senkrechte Spur hinterlassen. Nur einige wenige (!) kosmische Teilchen kommen tatsächlich von der Seite und können auch mal eine lange Spur erzeugen.

Das, was man in der Nebelkammer zur Hauptsache sieht, ist die Umgebungsradioaktivität. Es gibt immer und überall radioaktive Kerne, die Alpha-Zerfälle oder Beta-Zerfälle machen. Zerfällt so ein Kern gerade innerhalb der Nebelschicht, hat das Alpha-Teilchen (He-Kern) oder das Beta-Teilchen (Elektron) gute Chancen, eine lange Spur im Nebel zu erzeugen. Auch hier kann es (selten!) vorkommen, dass ein Alpha oder ein Elektron senkrecht zur Nebelschicht fliegt - dann gibt es eine sehr kurze sichtbare Spur, die aber nicht von einem kosmischen Teilchen stammt.

Kurzum: Mit unserer Nebelkammer lassen sich kosmische Teilchen beobachten, vor allem aber Alphas und Betas von radioaktiven Kernen. Die 'dicken Brummer' - von Auge besonders gut sichtbar - sind Alphas."