Пузырьковая камера -Bubble chamber

Первые следы, наблюдаемые в 1,5-дюймовой (3,8 см) пузырьковой камере с жидким водородом Джона Вуда в 1954 году.

Пузырьковая камера — сосуд, заполненный перегретой прозрачной жидкостью (чаще всего жидким водородом ), используемый для обнаружения движущихся через него электрически заряженных частиц. Он был изобретен в 1952 году Дональдом А. Глейзером , за что он был удостоен Нобелевской премии по физике 1960 года . Предположительно, Глейзера вдохновили пузырьки в стакане пива ; однако в выступлении 2006 года он опроверг эту историю, хотя и сказал, что, хотя пиво не было источником вдохновения для пузырьковой камеры, он проводил эксперименты с использованием пива для заполнения ранних прототипов .

В то время как пузырьковые камеры широко использовались в прошлом, сейчас они в основном вытеснены проволочными камерами , искровыми камерами , дрейфовыми камерами и кремниевыми детекторами . Известные пузырьковые камеры включают Большую европейскую пузырьковую камеру (BEBC) и Гаргамель .

Функция и использование

Запись пузырьковой камеры из ЦЕРН
Пузырьковая камера

Пузырьковая камера похожа на камеру Вильсона как по применению, так и по основному принципу. Обычно это делается путем заполнения большого цилиндра жидкостью, нагретой почти до точки кипения . Когда частицы попадают в камеру, поршень резко снижает давление, и жидкость переходит в перегретую метастабильную фазу. Заряженные частицы создают ионизационную дорожку, вокруг которой жидкость испаряется, образуя микроскопические пузырьки . Плотность пузырьков вокруг трека пропорциональна потере энергии частицей.

Пузыри увеличиваются в размерах по мере расширения камеры, пока не станут достаточно большими, чтобы их можно было увидеть или сфотографировать. Вокруг него установлено несколько камер, позволяющих снимать трехмерное изображение происходящего. Использовались пузырьковые камеры с разрешением до нескольких микрометров (мкм) .

Часто полезно подвергнуть всю камеру постоянному магнитному полю. Он действует на заряженные частицы через силу Лоренца и заставляет их двигаться по спиральным траекториям, радиусы которых определяются отношением заряда к массе частиц и их скоростями. Поскольку величина заряда всех известных заряженных долгоживущих субатомных частиц такая же, как у электрона , их радиус кривизны должен быть пропорционален их импульсу . Таким образом, измеряя радиус кривизны частицы, можно определить ее импульс.

Заметные открытия

Известные открытия, сделанные пузырьковой камерой, включают открытие слабых нейтральных токов в Гаргамеле в 1973 году, которое подтвердило правильность электрослабой теории и привело к открытию бозонов W и Z в 1983 году (в экспериментах UA1 и UA2 ). В последнее время пузырьковые камеры использовались в исследованиях слабо взаимодействующих массивных частиц (WIMP) в SIMPLE, COUPP , PICASSO и совсем недавно в PICO .

Недостатки

Хотя пузырьковые камеры были очень успешны в прошлом, они имеют ограниченное применение в современных экспериментах с очень высокими энергиями по целому ряду причин:

  • Необходимость в фотографическом считывании, а не в трехмерных электронных данных, делает его менее удобным, особенно в экспериментах, которые необходимо много раз сбрасывать, повторять и анализировать.
  • Перегретая фаза должна быть готова к точному моменту столкновения, что усложняет обнаружение короткоживущих частиц.
  • Пузырьковые камеры недостаточно велики и массивны для анализа высокоэнергетических столкновений, где все продукты должны находиться внутри детектора.
  • Частицы с высокой энергией могут иметь слишком большие радиусы пути, чтобы их можно было точно измерить в относительно небольшой камере, что затрудняет точную оценку импульса.

Из-за этих проблем пузырьковые камеры в значительной степени были заменены проволочными камерами , которые позволяют одновременно измерять энергии частиц . Другой альтернативный метод — искровая камера .

Примеры

использованная литература

внешние ссылки