Co to jest komora bąbelkowa?
Komora bąbelkowa to urządzenie stosowane w fizyce do wykrywania naładowanych cząstek. Został wynaleziony przez Donalda Glasera w 1952 r., A następnie otrzymał nagrodę Nobla za jego wynalazek. Chociaż kiedyś był to powszechny sposób wykrywania cząstek, komora pęcherzykowa nie jest obecnie często stosowana, w dużej mierze z powodu pewnych wad, które ujawniają się w przypadku cząstek o bardzo wysokiej energii.
Zasada kryjąca się za komorą bąbelkową, a nawet większością detektorów cząstek, jest dość prosta. Można to uznać za analogiczne do obserwowania nieba w poszukiwaniu śladów pozostawionych przez samoloty. Nawet jeśli nadlatuje odrzutowiec tak szybko, że go nie zauważysz, przez jakiś czas zobaczysz jego ślad, co pozwoli Ci zrekonstruować ścieżkę, którą obrał. Komora bąbelkowa działa na podobnej zasadzie, a cząsteczki pozostawiają ślad pęcherzyków, które można sfotografować.
Sama komora jest wypełniona pewnego rodzaju przezroczystą i niestabilną cieczą, często przegrzanym wodorem. Ciecz przegrzewa się, utrzymując ją pod ciśnieniem i uwalniając ją nieznacznie w momencie wprowadzenia cząstek. Gdy naładowane cząstki przedostają się przez komorę, powodują gotowanie się cieczy podczas przejścia, tworząc ślad pęcherzyków. Same cząstki potrzebują tylko kilku nanosekund, aby przejść przez komorę, ale pęcherzyki potrzebują miliony razy dłużej, aby się rozszerzyć, zwykle około 10 ms. W tym czasie można robić zdjęcia pod różnymi kątami, tworząc trójwymiarową reprezentację ścieżki cząstek.
Pęcherzyki są następnie eliminowane przez zwiększanie ciśnienia w komorze, a procedurę powtarza się z następną porcją cząstek. Każdy zestaw zdjęć jest wykonywany w krótkim czasie, który może zająć tylko kilka sekund, ale według standardów naukowych jest to dość długi czas. Nowoczesne detektory są w stanie wykonać całą procedurę w milisekundach, co pozwala na udokumentowanie setek lub tysięcy wybuchów cząstek w kilka sekund. Nowoczesne detektory rejestrują również obrazy cyfrowo, co ułatwia ich analizę i przechowywanie.
W rezultacie komora pęcherzykowa jest rzadko stosowana w nowoczesnym wykrywaniu cząstek. Innym problemem jest to, że ponieważ komory pęcherzykowe są dość małe, nie są one również w stanie prawidłowo dokumentować zderzeń cząstek wysokoenergetycznych, co dodatkowo zmniejsza ich przydatność we współczesnych eksperymentach. Wreszcie, punkt, w którym ciecz się przegrzewa, musi pokrywać się dokładnie z momentem, w którym cząstki natychmiast uderzają o siebie, co może być prawie niemożliwe do skoordynowania z cząsteczkami o wyjątkowo krótkiej żywotności.
Mimo względnego starzenia się obrazy z komór pęcherzykowych są nadal bardzo przydatne do celów dydaktycznych. Ponieważ są to zdjęcia śladów fizycznych, są one znacznie łatwiejsze do zrozumienia dla ludzi niż bardziej złożone opisy interakcji lub inne abstrakcyjne dane. Uczniowie mogą spojrzeć na zdjęcie uchwycone przez ślad bańki i dokładnie zobaczyć interakcje różnych cząstek oraz sposób, w jaki cząsteczki rozkładają się podczas przebywania w komorze. Z tych powodów, choć nie są one powszechnie stosowane w najnowocześniejszych badaniach, komory pęcherzykowe nadal korzystają z laboratoriów uniwersyteckich, a zdjęcia zrobione historycznie często znajdują się w podręcznikach.