Vad är en bubbla Chamber?

March 24

Ett bubbelkammare är en anordning som används inom fysiken för att upptäcka laddade partiklar. Det uppfanns av Donald Glaser 1952, och han var därefter Nobelpriset för sin uppfinning. Även när det förhärskande sättet att upptäcka partiklar, bubbelkammaren tillfället inte används ofta, till stor del på grund av vissa nackdelar som blir uppenbara när man behandlar extremt högenergetiska partiklar.

Principen bakom bubbelkammaren, och faktiskt de flesta partikeldetektorer, är ganska enkel. Det kan ses som analogt med att titta på himlen för spår kvar av flygplan. Även om en jet ränder av så snabbt du donâ € t märker det passera, kommer du att se dess spår under en tid, så att du kan rekonstruera den väg den tog. En bubbelkammare fungerar längs en liknande princip, med partiklar lämnar ett spår av bubblor som kan fotograferas.

Kammaren själv är fylld med någon sorts transparent och instabil vätska, ofta överhettad vätgas. Vätskan görs överhettad genom att hålla den under tryck, och släppa den något för tillfället partiklarna införs. Som laddade partiklar ta sig genom kammaren, de orsakar vätskan att koka när de passerar, skapar ett spår av bubblor. Partiklarna själva tar bara några nanosekunder att passera genom kammaren, men bubblorna tar miljontals gånger längre tid att expandera, allmänhet tar omkring 10ms. Under den tiden, kan fotografier tas från olika vinklar, vilket skapar en tre-dimensionell representation av partikelbanan.

Bubblorna därefter elimineras genom trycksättning av kammaren, och proceduren upprepas med nästa sats av partiklar. Varje uppsättning av fotografier tas i vad vi kan överväga en kort tid, kräver bara några sekunder vardera, men det är faktiskt ganska lång och vetenskapliga normer. Moderna detektorer kan göra hela förfarandet i millisekunder, vilket möjliggör hundratals eller tusentals skurar av partiklar som skall dokumenteras i ett par sekunder. Moderna detektorer fånga även bilder digitalt, vilket gör dem lättare att analysera och lagra.

Som ett resultat, är bubbelkammaren sällan används i modern detektorpartikel. Ett annat problem är att eftersom bubbelkammare är ganska små, de är också oförmögna att korrekt dokumentera kollisioner med högenergetiska partiklar, vilket ytterligare minskar deras användbarhet i moderna experiment. Slutligen den punkt där vätskan blir överhettad måste sammanfalla exakt med när omedelbara partiklarna träffar varandra, vilket kan vara nästan omöjligt att samordna med partiklar som har extremt korta livslängder.

Trots sin relativa inkurans, bilderna från bubblan kamrarna är fortfarande ganska användbart för undervisningsändamål. Eftersom de är fotografier av fysiska spår, är de i allmänhet mycket lättare för folk att förstå än mer komplexa beskrivningar av interaktioner eller andra abstraherade data. Eleverna kan titta på en bild som tagits av en bubbla trail och se exakt samspelet mellan olika partiklar, och hur partiklarna förfall under sin tid i kammaren. Av dessa skäl, även om de inte används i stor utsträckning spetsforskning, bubbla kammare fortsätter att se några användningsuniversitetslaboratorier och fotografier tagna historiskt ses ofta i läroböcker.