Hva er et boblekammer?

Et boble kammer er en enhet som brukes i fysikk for å oppdage ladede partikler. Den ble oppfunnet av Donald Glaser i 1952, og han ble deretter tildelt Nobelprisen for oppfinnelsen. Selv om det en gang var den utbredte måten å detektere partikler på, brukes boblekammeret for tiden ikke ofte, i stor grad på grunn av noen ulemper som blir synlige når det gjelder ekstreme høyenergipartikler.

Prinsippet bak boblekammeret, og faktisk de fleste partikkeldetektorer, er ganske enkelt. Det kan tenkes å være analogt med å se på himmelen etter stier som er etterlatt av fly. Selv om en jet strømmer forbi så raskt at du ikke legger merke til at den passerer, vil du se dens løype i noen tid, slik at du kan rekonstruere stien den tok. Et boblekammer fungerer etter et lignende prinsipp, med partikler som etterlater et spor med bobler som kan fotograferes.

Selve kammeret er fylt med en slags gjennomsiktig og ustabil væske, ofte overopphetet hydrogen. Væsken blir overopphetet ved å holde den under trykk, og frigjøre den litt i det øyeblikket partiklene blir introdusert. Når ladede partikler kommer seg gjennom kammeret, får de væsken til å koke når de passerer, og skaper et spor av bobler. Partiklene i seg selv tar bare noen få nanosekunder å passere gjennom kammeret, men boblene tar millioner av ganger lenger tid å utvide, og tar vanligvis rundt 10 ms. I den tiden kan fotografier tas fra forskjellige vinkler, og skaper en tredimensjonal representasjon av partikkelbanen.

Boblene elimineres deretter ved å trykke på kammeret, og prosedyren blir gjentatt med den neste bunke partikler. Hvert sett med fotografier er tatt i det vi kan vurdere en kort periode, og krever bare noen få sekunder hver, men dette er faktisk ganske lang etter vitenskapelige standarder. Moderne detektorer kan utføre hele prosedyren i millisekunder, slik at hundrevis eller tusenvis av partikler kan dokumenteres på noen få sekunder. Moderne detektorer tar også bilder digitalt, noe som gjør dem enklere å analysere og lagre.

Som et resultat blir boblekammeret sjelden brukt i moderne partikkeldeteksjon. Et annet problem er at fordi boblekamre er ganske små, er de også ikke i stand til å dokumentere kollisjoner av høyenergipartikler på riktig måte, noe som reduserer nytten av dem i moderne eksperimenter ytterligere. Til slutt må punktet der væsken blir overopphetet sammenfalle nøyaktig med når øyeblikkelig partikler treffer hverandre, noe som kan være nesten umulig å koordinere med partikler som har ekstremt korte levetider.

Til tross for deres relative foreldelse, er bildene fra boblekamre fremdeles ganske nyttige til undervisningsformål. Fordi de er fotografier av fysiske stier, er de generelt mye lettere for folk å forstå enn mer komplekse beskrivelser av interaksjoner, eller andre abstraherte data. Studentene kan se på et bilde tatt av en boblesti og se nøyaktig samspillet mellom forskjellige partikler, og hvordan partiklene forfaller i løpet av deres tid i kammeret. Av disse grunner, selv om de ikke er mye brukt i nyskapende forskning, fortsetter boblekamre å se at noen bruker universitetslaboratorier, og bilder som er tatt historisk sett blir ofte sett i lærebøker.