Qu'est-ce qu'une chambre à bulles?
Une chambre à bulles est un appareil utilisé en physique pour détecter des particules chargées. Il a été inventé par Donald Glaser en 1952 et il a ensuite reçu le prix Nobel pour son invention. Bien que la chambre à bulles fût autrefois l’un des moyens les plus répandus de détecter les particules, elle n’est pas fréquemment utilisée, en grande partie à cause de certains inconvénients apparents lorsqu’il s’agit de particules extrêmement hautes en énergie.
Le principe de la chambre à bulles et de la plupart des détecteurs de particules est assez simple. Cela peut être assimilé à regarder dans le ciel les traces laissées par les avions. Même si un jet passe tellement vite que vous ne le remarquez pas, vous verrez sa trace pendant un certain temps, ce qui vous permet de reconstruire le chemin qu’il a emprunté. Une chambre à bulles fonctionne selon le même principe, les particules laissant une traînée de bulles pouvant être photographiées.
La chambre elle-même est remplie d'une sorte de liquide transparent et instable, souvent de l'hydrogène surchauffé. Le liquide est surchauffé en le maintenant sous pression et en le relâchant légèrement au moment où les particules sont introduites. Lorsque les particules chargées traversent la chambre, elles font bouillir le liquide et créent une traînée de bulles. Les particules elles-mêmes ne prennent que quelques nanosecondes à traverser la chambre, mais les bulles mettent des millions de fois plus de temps à se dilater, prenant généralement environ 10 ms. Pendant ce temps, les photographies peuvent être prises sous différents angles, créant une représentation tridimensionnelle du chemin des particules.
Les bulles sont ensuite éliminées en pressurisant la chambre et la procédure est répétée avec le lot de particules suivant. Chaque série de photographies est prise dans ce que nous pourrions considérer comme une courte période de temps, ne nécessitant que quelques secondes chacune, mais c’est en réalité assez long selon les normes scientifiques. Les détecteurs modernes sont capables d'effectuer toute la procédure en quelques millisecondes, ce qui permet de documenter des centaines ou des milliers de rafales de particules en quelques secondes. Les détecteurs modernes capturent également les images numériquement, ce qui les rend plus faciles à analyser et à stocker.
En conséquence, la chambre à bulles est rarement utilisée dans la détection de particules moderne. Un autre problème réside dans le fait que les chambres à bulles étant relativement petites, elles sont également incapables de documenter correctement les collisions de particules de haute énergie, ce qui réduit encore leur utilité dans les expériences modernes. Enfin, le point auquel le liquide devient surchauffé doit coïncider exactement avec le moment où les particules instantanées se heurtent, ce qui peut être presque impossible à coordonner avec des particules ayant une durée de vie extrêmement courte.
Malgré leur relative obsolescence, les images de chambres à bulles sont encore très utiles à des fins pédagogiques. Comme ce sont des photographies de traces physiques, elles sont généralement beaucoup plus faciles à comprendre que des descriptions plus complexes d'interactions ou d'autres données abstraites. Les élèves peuvent regarder une image capturée d'une traînée de bulle et voir avec précision les interactions de diverses particules et leur décroissance au cours de leur séjour dans la salle. Pour ces raisons, bien que peu utilisées dans la recherche de pointe, les chambres à bulles continuent à utiliser des laboratoires universitaires, et les photographies prises dans le passé sont souvent vues dans des manuels.