バブルチャンバーとは？

バブルチャンバーは、物理学で荷電粒子を検出するために使用されるデバイスです。 1952年にドナルドグレイザーによって発明され、その後、その発明によりノーベル賞を受賞しました。 かつては粒子を検出する一般的な方法でしたが、現在では、非常に高エネルギーの粒子を扱う際に明らかになるいくつかの欠点のため、気泡チャンバーは現在あまり使用されていません。

バブルチャンバーの背後にある原理、そして実際にほとんどの粒子検出器は、非常に単純です。 これは、飛行機が残した道を空で見るのに似ていると考えることができます。 ジェット機がすみやかに通り過ぎて通過したことに気づかなくても、しばらくその軌跡が表示され、通過した経路を再構築できます。 気泡チャンバーは同様の原理に沿って機能し、粒子は撮影可能な気泡の跡を残します。

チャンバー自体は、ある種の透明で不安定な液体、しばしば過熱水素で満たされています。 液体は、圧力をかけた状態で過熱され、粒子が導入された瞬間にわずかに放出されます。 荷電粒子がチャンバーを通過すると、液体が通過する際に液体が沸騰し、気泡の跡ができます。 粒子自体はチャンバーを通過するのに数ナノ秒しかかかりませんが、気泡は膨張するのに何百万倍もかかり、一般に約10msかかります。 その間、さまざまな角度から写真を撮影して、粒子経路の3次元表現を作成できます。

次に、チャンバーを加圧することにより気泡を除去し、次のバッチのバッチで手順を繰り返します。 写真の各セットは、それぞれ数秒しかかからない短い時間で撮影されますが、これは実際には科学的な基準ではかなり長いものです。 最新の検出器は、ミリ秒単位で手順全体を実行できるため、数秒で数百または数千の粒子バーストを文書化できます。 また、最新の検出器は画像をデジタルでキャプチャするため、分析と保存が容易になります。

その結果、気泡チャンバーは現代の粒子検出ではめったに使用されません。 もう1つの問題は、バブルチャンバーがかなり小さいため、高エネルギー粒子の衝突を適切に記録できず、現代の実験での有用性がさらに低下することです。 最後に、液体が過熱するポイントは、瞬間粒子が互いに衝突するときと正確に一致する必要があり、非常に短い寿命を持つ粒子と調整することはほとんど不可能です。

それらの相対的な陳腐化にもかかわらず、バブルチャンバーからの画像は、教育目的のためにまだ非常に有用です。 それらは物理的なトレイルの写真であるため、一般に、インタラクションやその他の抽象化されたデータのより複雑な説明よりも、人々が理解しやすいものです。 生徒はバブルトレイルをキャプチャした画像を見て、さまざまな粒子の相互作用や、チャンバー内での粒子の崩壊の様子を正確に見ることができます。 これらの理由により、最先端の研究では広く使用されていませんが、バブルチャンバーは大学の実験室を使用し続けており、歴史的に撮影された写真は教科書でよく見られます。