A kép egy elektron pályáját mutatja a buborékkamra folyadékjában haladva. A kamra belsejében a kép síkjára merőleges irányú, állandó erősségű mágneses mező uralkodik.
a) Hogyan haladt végig az elektron a nagy spirálpályán, az óramutató járásával egyező, vagy pedig azzal ellentétes irányban?
Az óramutató járásával egyező irányban.
A folyadékban haladó elektronra közegellenállási erő hat, ami az elektron sebességét csökkenti, a mozgási energiáját fokozatosan felemészti, szétszórja (disszipálja a folyadék részecskék között). Tehát a spirálpályán haladva a sebessége csökken. Mivel egy \(m\) tömegű, \(q\) töltésű, \(v\) sebességgel \(B\) nagyságú (sebességre merőleges) mágneses indukciójú mezőben haladó részecske körmozgást végez, melynek \(r\) sugara
\[r=\frac{mv}{Bq}\]
ezért az egyre kisebb sebesség egyre kisebb sugarú körpályát eredményez. A közegellenállás miatt fokozatosan csökkenő sebesség tehát az elektron "bespirálozódását" fogja okozni (nem pedig egyre nagyobb sugarú köríven haladást). Ez az ábra szerint úgy lehetséges, ha az elektron az óramutató járásával egyező irányban fut végig a spirálpályán.
b) Milyen irányú a mágneses mező, a lap (tábla) síkjába befelé, vagy abból kifelé mutató?
Befelé.
A mágneses Lorentz-erő jobbkéz- illetve balkéz-szabályát kell alkalmazni, ügyelve arra, hogy az elektron töltése negatív, amit például úgy vehetünk feigyelembe, ha a val kezünket használjuk a pozitív töltésre érvényes jobb helyett (a szoksáos ujjrend mellett, amikor is a hüvelykujj mutatja a részecske haladási irányát, a többi ujj a sebességre merőleges indukvcióösszetevő irányát, a pofon pedig a tenyérből kifelé álló merőleges vektor irányába "repül".
Páldául válaszuk ki a képen a pálya legfelső pontját! Itt az elektron jobbra halad, és lefelé kanyarodik a pályája, vagyis a gyorsulása lefelé irányuló. A lefelé irányú gyorsulást a mágneses Lorentz-erő okozza. Ehhez a bal kezünkkel a mágneses mezőt a kép síkjába befelé irányulónak kell vennünk:
c) Mit mondhatunk a spirálpályát befutó részecske haladási irányáról és a mágneses mező irányáról, ha a felvétel nem elektront, hanem pozitront örökített meg?
A részecske ekkor is az óramutató járásával megegyező irányban fut végig a spirálpályán, de a mágneses mező ekkor a kép síkjából kifelé irányuló (felénk mutat).
A közegellenállás miatt a pozitron sebessége is feltétlenül csökken, így az ő pályasugara is folyamatosan csökken az 1. kérdésben tárgyaltak alapján. Tehát a spirálpálya tetején a pozitron is jobbra halad, és a pálya lefelé hajlása itt is lefelé gyorsulást jelent, amit a Lorentz-erő okoz. Viszont a pozitron pozitív töltése miatt most jobbkéz-szabályt kell alkalmazni, amivel felénk mutató mágneses mező ad csak lefelé erőt:
d) Hogyan lehetséges, hogy a spirálvonal belső részén a pálya görbéje metszi a korábbi szakaszt, annak ellenére, hogy az elektronnak a folyamatos lassulás miatt egyre beljebb, egyre kisebb sugarú íven kellene haladnia? Ehhez ugyanis fel kellene gyorsulni! Netán a közegellenállás néha rosszul végzi a dolgát, és lassítás helyett gyorsít egyet az elektronon?
Az elektron sebességvektora nem pontosan a kép síkjában van, hanem azzal egy kis szöget zár be. Vagyis az elektronnak van némi, a képsíkra merőleges sebességkomponense is.
Emiatt a pálya valójában "Bábel-tornya"-szerűen emelkedő spirál, ami a fényképező számára kissé ferdén áll, így a képsíkra eső vetületén az ívek átfedésbe kerülhetnek, ahogy ezt a kakaós csigáknál megfigyelhetjük:
