Was ist eine Blasenkammer?
Eine Blasenkammer ist ein Gerät, das in der Physik verwendet wird, um geladene Teilchen zu erfassen. Es wurde 1952 von Donald Glaser erfunden und erhielt daraufhin den Nobelpreis für seine Erfindung. Obwohl die Blasenkammer einst die häufigste Methode zum Nachweis von Partikeln war, wird sie derzeit nicht häufig verwendet, was zum großen Teil auf einige Nachteile zurückzuführen ist, die sich beim Umgang mit Partikeln mit extrem hoher Energie bemerkbar machen.
Das Prinzip hinter der Blasenkammer und in der Tat den meisten Teilchendetektoren ist recht einfach. Man kann sich das analog dazu vorstellen, den Himmel nach Spuren zu beobachten, die Flugzeuge hinterlassen haben. Selbst wenn ein Jet so schnell vorbeizieht, dass Sie es nicht bemerken, werden Sie seine Spur für einige Zeit sehen, so dass Sie den Weg rekonstruieren können, den er genommen hat. Eine Blasenkammer arbeitet nach einem ähnlichen Prinzip, wobei Partikel eine Blasenspur hinterlassen, die fotografiert werden kann.
Die Kammer selbst ist mit einer Art transparenter und instabiler Flüssigkeit gefüllt, häufig mit überhitztem Wasserstoff. Die Flüssigkeit wird überhitzt, indem sie unter Druck gehalten und beim Einbringen der Partikel leicht abgelassen wird. Während sich geladene Teilchen durch die Kammer bewegen, kochen sie beim Passieren der Flüssigkeit und bilden eine Blasenspur. Die Partikel selbst brauchen nur wenige Nanosekunden, um die Kammer zu durchlaufen, aber die Blasen brauchen Millionen Mal länger, um sich auszudehnen, im Allgemeinen etwa 10 ms. In dieser Zeit können Fotos aus verschiedenen Blickwinkeln aufgenommen werden, wodurch eine dreidimensionale Darstellung des Partikelpfades entsteht.
Die Blasen werden dann durch Druckbeaufschlagung der Kammer beseitigt, und der Vorgang wird mit der nächsten Partikelcharge wiederholt. Jede Fotoserie wird in einer kurzen Zeitspanne aufgenommen, die nur einige Sekunden dauert, aber nach wissenschaftlichen Maßstäben ist diese Zeitspanne recht lang. Moderne Detektoren sind in der Lage, den gesamten Vorgang in Millisekunden durchzuführen, so dass Hunderte oder Tausende von Partikelexplosionen in wenigen Sekunden dokumentiert werden können. Moderne Detektoren erfassen Bilder auch digital und erleichtern so die Analyse und Speicherung.
Infolgedessen wird die Blasenkammer in der modernen Partikeldetektion selten verwendet. Ein weiteres Problem besteht darin, dass Blasenkammern aufgrund ihrer geringen Größe auch Kollisionen energiereicher Partikel nicht ordnungsgemäß dokumentieren können, was ihre Nützlichkeit in modernen Experimenten weiter verringert. Schließlich muss der Punkt, an dem sich die Flüssigkeit überhitzt, genau mit dem Zeitpunkt übereinstimmen, an dem die augenblicklichen Partikel aufeinander treffen, was bei Partikeln mit extrem kurzer Lebensdauer fast unmöglich zu koordinieren ist.
Trotz ihrer relativen Veralterung sind die Bilder aus Blasenkammern für Unterrichtszwecke immer noch sehr nützlich. Da es sich um Fotografien von physischen Spuren handelt, sind sie für die Menschen im Allgemeinen viel einfacher zu verstehen als komplexere Beschreibungen von Interaktionen oder andere abstrahierte Daten. Die Schüler können sich ein Bild von einer Blasenspur ansehen und die Wechselwirkungen verschiedener Partikel und deren Zerfall während ihrer Zeit in der Kammer genau beobachten. Aus diesen Gründen werden Blasenkammern, obwohl sie in der Spitzenforschung nicht weit verbreitet sind, weiterhin in Universitätslabors verwendet, und historisch aufgenommene Fotos werden häufig in Lehrbüchern verwendet.