Che cos'è una camera a bolle?
Una camera a bolle è un dispositivo utilizzato in fisica per rilevare particelle cariche. Fu inventato da Donald Glaser nel 1952 e successivamente gli fu assegnato il premio Nobel per la sua invenzione. Anche se una volta il modo prevalente di rilevare particelle, la camera a bolle attualmente non viene utilizzata frequentemente, in gran parte a causa di alcuni inconvenienti che diventano evidenti quando si tratta di particelle a energia estremamente elevata.
Il principio alla base della camera a bolle, e in effetti la maggior parte dei rivelatori di particelle, è abbastanza semplice. Può essere considerato analogo a guardare il cielo per le tracce lasciate dagli aeroplani. Anche se un jet scorre così rapidamente che non ti accorgi che passa, vedrai la sua traccia per un po 'di tempo, permettendoti di ricostruire il percorso che ha preso. Una camera a bolle funziona secondo un principio simile, con particelle che lasciano una scia di bolle che possono essere fotografate.
La camera stessa è riempita con una sorta di liquido trasparente e instabile, spesso idrogeno surriscaldato. Il liquido viene surriscaldato mantenendolo sotto pressione e rilasciandolo leggermente nel momento in cui vengono introdotte le particelle. Mentre le particelle cariche si fanno strada attraverso la camera, fanno bollire il liquido mentre passano, creando una scia di bolle. Le particelle stesse impiegano solo pochi nanosecondi per passare attraverso la camera, ma le bolle impiegano milioni di volte in più per espandersi, impiegando generalmente circa 10 ms. In quel momento, le fotografie possono essere prese da varie angolazioni, creando una rappresentazione tridimensionale del percorso delle particelle.
Le bolle vengono quindi eliminate pressurizzando la camera e la procedura viene ripetuta con il successivo lotto di particelle. Ogni serie di fotografie è presa in quello che potremmo considerare un breve periodo di tempo, richiedendo solo pochi secondi ciascuno, ma questo è in realtà abbastanza lungo per gli standard scientifici. I moderni rivelatori sono in grado di eseguire l'intera procedura in millisecondi, consentendo di documentare centinaia o migliaia di esplosioni di particelle in pochi secondi. I rivelatori moderni catturano anche le immagini in modo digitale, rendendole più facili da analizzare e archiviare.
Di conseguenza, la camera a bolle viene raramente utilizzata nel moderno rilevamento di particelle. Un altro problema è che, poiché le camere a bolle sono piuttosto piccole, sono anche incapaci di documentare correttamente le collisioni di particelle ad alta energia, riducendo ulteriormente la loro utilità negli esperimenti moderni. Infine, il punto in cui il liquido si surriscalda deve coincidere esattamente con il momento in cui le particelle istantanee si colpiscono, il che può essere quasi impossibile da coordinare con particelle che hanno una durata estremamente breve.
Nonostante la loro relativa obsolescenza, le immagini delle camere a bolle sono ancora abbastanza utili ai fini dell'insegnamento. Poiché sono fotografie di percorsi fisici, sono generalmente molto più facili da comprendere per le persone rispetto a descrizioni più complesse di interazioni o altri dati astratti. Gli studenti possono guardare un'immagine catturata di una scia di bolle e vedere con precisione le interazioni di varie particelle e come le particelle si deteriorano durante il loro tempo nella camera. Per questi motivi, sebbene non ampiamente utilizzati nella ricerca all'avanguardia, le camere a bolle continuano a vedere alcuni che usano laboratori universitari e le fotografie scattate storicamente sono spesso viste nei libri di testo.