Wat is een bellenkamer?
Een bellenkamer is een apparaat dat in de fysica wordt gebruikt om geladen deeltjes te detecteren. Het werd uitgevonden door Donald Glaser in 1952 en hij kreeg vervolgens de Nobelprijs voor zijn uitvinding. Hoewel de bellenkamer ooit de gangbare manier was om deeltjes te detecteren, wordt deze momenteel niet vaak gebruikt, grotendeels vanwege een aantal nadelen die duidelijk worden bij het omgaan met deeltjes met een extreem hoge energie.
Het principe achter de bellenkamer, en inderdaad de meeste deeltjesdetectoren, is vrij eenvoudig. Het kan worden beschouwd als analoog aan het kijken naar de lucht voor paden achtergelaten door vliegtuigen. Zelfs als een jet zo snel voorbijstreept dat je hem niet voorbij ziet komen, zul je zijn spoor enige tijd zien, waardoor je het pad dat hij nam kon reconstrueren. Een bellenkamer werkt volgens een soortgelijk principe, waarbij deeltjes een spoor van bellen achterlaten dat kan worden gefotografeerd.
De kamer zelf is gevuld met een soort transparante en onstabiele vloeibare, vaak oververhitte waterstof. De vloeistof wordt oververhit gemaakt door deze onder druk te houden en deze enigszins los te laten op het moment dat de deeltjes worden geïntroduceerd. Terwijl geladen deeltjes zich een weg banen door de kamer, laten ze de vloeistof koken terwijl ze passeren, waardoor een spoor van bellen ontstaat. De deeltjes zelf hebben slechts enkele nanoseconden nodig om door de kamer te passeren, maar de bellen doen er miljoenen keren langer over om uit te zetten, meestal ongeveer 10 ms. In die tijd kunnen foto's vanuit verschillende hoeken worden genomen, waardoor een driedimensionale weergave van het deeltjespad ontstaat.
De bellen worden vervolgens geëlimineerd door de kamer onder druk te zetten en de procedure wordt herhaald met de volgende partij deeltjes. Elke set foto's wordt genomen in wat we als een korte periode kunnen beschouwen, die slechts enkele seconden nodig hebben, maar dit is eigenlijk vrij lang volgens wetenschappelijke normen. Moderne detectoren kunnen de hele procedure in milliseconden uitvoeren, waardoor honderden of duizenden bursts van deeltjes in een paar seconden kunnen worden gedocumenteerd. Moderne detectoren nemen ook beelden digitaal op, waardoor ze gemakkelijker te analyseren en op te slaan zijn.
Als gevolg hiervan wordt de bellenkamer zelden gebruikt bij moderne deeltjesdetectie. Een ander probleem is dat, omdat bellenkamers vrij klein zijn, ze ook niet in staat zijn om botsingen van energierijke deeltjes goed te documenteren, wat hun bruikbaarheid in moderne experimenten verder vermindert. Ten slotte moet het punt waarop de vloeistof oververhit raakt precies samenvallen met wanneer de instantdeeltjes elkaar raken, wat bijna onmogelijk kan zijn te coördineren met deeltjes met een extreem korte levensduur.
Ondanks hun relatieve veroudering, zijn de afbeeldingen uit bellenkamers nog steeds behoorlijk nuttig voor lesdoeleinden. Omdat het foto's zijn van fysieke sporen, zijn ze over het algemeen veel gemakkelijker te begrijpen dan complexere beschrijvingen van interacties of andere geabstraheerde gegevens. Studenten kunnen kijken naar een afbeelding van een bubbelspoor en zien precies de interacties van verschillende deeltjes, en hoe de deeltjes tijdens hun verblijf in de kamer vervallen. Om deze redenen, hoewel niet veel gebruikt in geavanceerd onderzoek, blijven bellenkamers nog steeds gebruik maken van universitaire laboratoria en worden historisch genomen foto's vaak gezien in studieboeken.