Bubble Chamber คืออะไร?

ห้องฟองเป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในวิชาฟิสิกส์เพื่อตรวจจับอนุภาคที่มีประจุ มันถูกคิดค้นโดย Donald Glaser ในปี 1952 และต่อมาเขาก็ได้รับรางวัลโนเบลจากการประดิษฐ์ แม้ว่าครั้งหนึ่งวิธีการตรวจจับอนุภาคที่แพร่หลาย แต่ในปัจจุบันไม่ได้มีการใช้ห้องฟองในส่วนใหญ่เนื่องจากข้อบกพร่องบางอย่างที่เห็นได้ชัดเมื่อจัดการกับอนุภาคพลังงานสูงมาก

หลักการที่อยู่เบื้องหลังห้องบับเบิลและเครื่องตรวจจับอนุภาคส่วนใหญ่นั้นค่อนข้างเรียบง่าย มันอาจจะดูคล้ายกับการดูท้องฟ้าสำหรับเส้นทางทิ้งไว้ข้างหลังโดยเครื่องบิน แม้ว่าเจ็ทจะพุ่งออกมาอย่างรวดเร็วจนคุณไม่สังเกตเห็นว่ามันผ่านไปคุณจะเห็นเส้นทางของมันในบางครั้งเพื่อให้คุณสามารถสร้างเส้นทางใหม่ได้ ห้องบับเบิลทำงานตามหลักการที่คล้ายกันโดยมีอนุภาคที่ทิ้งร่องรอยของฟองอากาศที่สามารถถ่ายภาพได้

ห้องนั้นเต็มไปด้วยของเหลวโปร่งใสและไม่เสถียรซึ่งมักจะเป็นไฮโดรเจนที่มีความร้อนสูง ของเหลวถูกทำให้ร้อนยวดยิ่งโดยทำให้มันอยู่ภายใต้ความกดดันและปล่อยมันออกมาเล็กน้อยในช่วงเวลาที่มีการนำอนุภาค เมื่ออนุภาคที่มีประจุพุ่งผ่านเข้ามาในห้องพวกมันจะทำให้ของเหลวเดือดเมื่อผ่านไปทำให้เกิดฟองอากาศ อนุภาคเหล่านี้ใช้เวลาเพียงไม่กี่นาโนวินาทีในการผ่านเข้ามาในห้อง แต่ฟองนั้นใช้เวลาในการขยายนานกว่าหลายล้านเท่าโดยทั่วไปใช้เวลาประมาณ 10ms ในเวลานั้นภาพถ่ายสามารถถ่ายจากมุมที่หลากหลายสร้างภาพสามมิติของเส้นทางอนุภาค

จากนั้นฟองอากาศจะถูกกำจัดโดยการอัดอากาศเข้าไปในห้องและทำซ้ำขั้นตอนนี้กับอนุภาคชุดต่อไป ภาพถ่ายแต่ละชุดถ่ายในสิ่งที่เราอาจพิจารณาในระยะเวลาอันสั้นโดยใช้เวลาเพียงไม่กี่วินาทีในแต่ละภาพ แต่จริงๆแล้วมันค่อนข้างยาวตามมาตรฐานทางวิทยาศาสตร์ เครื่องตรวจจับที่ทันสมัยสามารถทำกระบวนการทั้งหมดเป็นมิลลิวินาทีทำให้สามารถบันทึกการระเบิดของอนุภาคเป็นร้อยหรือพันในเวลาไม่กี่วินาที อุปกรณ์ตรวจจับสมัยใหม่ยังจับภาพดิจิทัลทำให้ง่ายต่อการวิเคราะห์และจัดเก็บ

เป็นผลให้ห้องฟองนั้นไม่ค่อยถูกใช้ในการตรวจจับอนุภาคสมัยใหม่ ปัญหาอีกประการหนึ่งคือเนื่องจากห้องฟองสบู่มีขนาดค่อนข้างเล็กพวกเขาจึงไม่สามารถบันทึกการชนของอนุภาคพลังงานสูงได้อย่างเหมาะสมและลดการใช้ประโยชน์ในการทดลองที่ทันสมัย ในที่สุดจุดที่ของเหลวจะกลายเป็นความร้อนยวดยิ่งจะต้องตรงกับเมื่ออนุภาคในทันทีปะทะกันซึ่งแทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะประสานงานกับอนุภาคที่มีอายุสั้นมาก

ทั้งๆที่ความล้าสมัยของพวกเขาภาพจากห้องฟองยังคงมีประโยชน์มากสำหรับวัตถุประสงค์ในการสอน เนื่องจากพวกเขาเป็นภาพถ่ายของรอยทางกายภาพพวกเขามักจะเข้าใจได้ง่ายกว่าคำอธิบายที่ซับซ้อนของการปฏิสัมพันธ์หรือข้อมูลที่เป็นนามธรรมอื่น ๆ นักเรียนสามารถดูภาพที่บันทึกจากรอยฟองและดูการโต้ตอบอย่างแม่นยำของอนุภาคต่าง ๆ และการสลายตัวของอนุภาคในช่วงเวลาที่อยู่ในห้อง ด้วยเหตุผลเหล่านี้แม้ว่าจะไม่ได้ใช้กันอย่างแพร่หลายในการวิจัยที่ล้ำสมัย แต่ห้องฟองสบู่ยังคงเห็นห้องทดลองใช้ของมหาวิทยาลัยบางแห่ง