Hvad er et boblekammer?

Et boble kammer er en enhed der anvendes i fysik til at detektere ladede partikler. Det blev opfundet af Donald Glaser i 1952, og han blev derefter tildelt Nobelprisen for dens opfindelse. Skønt den engang var den fremherskende måde at detektere partikler på, bruges boblekammeret i øjeblikket ikke ofte, i vid udstrækning på grund af nogle ulemper, der bliver tydelige, når man arbejder med ekstremt højenergipartikler.

Princippet bag boblekammeret, og faktisk de fleste partikeldetektorer, er ganske enkelt. Det kan betragtes som analogt med at se på himlen efter spor efterladt af fly. Selv hvis en jet strækker sig så hurtigt, at du ikke bemærker, at den passerer, vil du se dens spor i nogen tid, så du kan rekonstruere den sti, den tog. Et boblekammer fungerer efter et lignende princip, med partikler, der efterlader et spor med bobler, der kan fotograferes.

Selve kammeret er fyldt med en slags gennemsigtig og ustabil væske, ofte overophedet brint. Væsken fremstilles overophedet ved at holde den under tryk og frigive den let på det tidspunkt, hvor partiklerne indføres. Når ladede partikler kører gennem kammeret, får de væsken til at koge, når de passerer, hvilket skaber et spor af bobler. Partiklerne i sig selv tager kun et par nanosekunder for at passere gennem kammeret, men boblerne tager millioner af gange længere tid at udvide, og det tager normalt ca. 10ms. I den tid kan der tages fotografier fra forskellige vinkler, hvilket skaber en tredimensionel repræsentation af partikelstien.

Boblerne fjernes derefter ved at trykke på kammeret, og proceduren gentages med den næste batch af partikler. Hvert sæt fotografier er taget i det, vi måske overveje i en kort periode, hvilket kun kræver et par sekunder hver, men dette er faktisk ret lang efter videnskabelige standarder. Moderne detektorer er i stand til at udføre hele proceduren i millisekunder, hvilket gør det muligt for hundreder eller tusinder af bursts af partikler at blive dokumenteret på få sekunder. Moderne detektorer fanger også billeder digitalt, hvilket gør dem lettere at analysere og gemme.

Som et resultat bruges boblekammeret sjældent til moderne partikeldetektion. Et andet problem er, at fordi boblekamre er forholdsvis små, er de også ude af stand til korrekt at dokumentere sammenstød med højenergipartikler, hvilket yderligere reducerer deres anvendelighed i moderne eksperimenter. Endelig skal det punkt, hvorpå væsken bliver overophedet, falde nøjagtigt sammen med, når de øjeblikkelige partikler rammer hinanden, hvilket kan være næsten umuligt at koordinere med partikler, der har ekstremt korte levetider.

På trods af deres relative forældelse er billederne fra boblekamre stadig meget nyttige til undervisningsformål. Fordi det er fotografier af fysiske stier, er de generelt meget lettere for folk at forstå end mere komplekse beskrivelser af interaktioner eller andre abstraherede data. Studerende kan se på et billede, der er taget af en boblesti og se præcist samspillet mellem forskellige partikler, og hvordan partiklerne forfalder i deres tid i kammeret. Af disse grunde, selvom de ikke er almindeligt anvendt i avanceret forskning, ser boblekamre fortsat nogle brug af universitetslaboratorier, og fotografier taget historisk ses ofte i lærebøger.