Пузырьковая камера представляет собой сосуд , заполненный с перегретым прозрачной жидкости (чаще всего жидкого водорода ) , используемого для обнаружения электрически заряженных частиц , движущихся через него. Он был изобретен в 1952 году Дональд А. Глейзера , [1] , для которой он был удостоен в 1960 году Нобелевской премии по физике . [2] Предположительно, Глейзер был вдохновлен пузырями в стакане пива ; однако в своем выступлении в 2006 году он опроверг эту историю, хотя сказал, что, хотя пиво не было источником вдохновения для пузырьковой камеры, он проводил эксперименты, используя пиво для наполнения первых прототипов . [3]
В то время как пузырьковые камеры широко использовались в прошлом, теперь их в основном вытеснили проволочные камеры , искровые камеры , дрейфовые камеры и кремниевые детекторы . Известные пузырьковые камеры включают Большую европейскую пузырьковую камеру (BEBC) и Гаргамель .
Функция и использование [ править ]
Пузырьковая камера похожа на камеру Вильсона как по применению, так и по основному принципу. Обычно это делается путем заполнения большого цилиндра жидкостью, нагретой до температуры чуть ниже точки кипения . Когда частицы попадают в камеру, поршень внезапно снижает свое давление, и жидкость переходит в перегретую метастабильную фазу. Заряженные частицы создают ионизационный трек, вокруг которого жидкость испаряется, образуя микроскопические пузырьки . Плотность пузырьков вокруг трека пропорциональна потерям энергии частицей.
Пузырьки увеличиваются в размере по мере расширения камеры, пока не станут достаточно большими, чтобы их можно было увидеть или сфотографировать. Вокруг него установлено несколько камер, позволяющих снимать трехмерное изображение события. Используются пузырьковые камеры с разрешением до нескольких микрометров (мкм) .
Вся камера находится в постоянном магнитном поле. Он действует на заряженные частицы через силу Лоренца и заставляет их двигаться по спиралевидным траекториям, радиусы которых определяются отношением заряда к массе частиц и их скоростями. Поскольку величина заряда всех известных заряженных долгоживущих субатомных частиц такая же, как у электрона , их радиус кривизны должен быть пропорционален их импульсу . Таким образом, измеряя радиус кривизны частицы, можно определить ее импульс.
Известные открытия [ править ]
Известные открытия, сделанные с помощью пузырьковой камеры, включают открытие слабых нейтральных токов в Гаргамелле в 1973 году [4], которое подтвердило обоснованность электрослабой теории и привело к открытию W- и Z-бозонов в 1983 году (в экспериментах UA1 и UA2 ). . В последнее время пузырьковые камеры были использованы в исследовании слабо взаимодействующих массивных частиц (WIMP) S , при SIMPLE, COUPP , ПИКАССО и совсем недавно, PICO . [5] [6] [7]
Недостатки [ править ]
Хотя в прошлом пузырьковые камеры были очень успешными, они имеют ограниченное применение в современных экспериментах с очень высокими энергиями по ряду причин:
- Необходимость считывания фотографий, а не трехмерных электронных данных делает их менее удобными, особенно в экспериментах, которые необходимо перезапускать, повторять и многократно анализировать.
- Перегретая фаза должна быть готова к точному моменту столкновения, что затрудняет обнаружение короткоживущих частиц.
- Пузырьковые камеры не являются ни большими, ни достаточно массивными, чтобы анализировать столкновения с высокими энергиями, когда все продукты должны находиться внутри детектора.
- Частицы высоких энергий могут иметь слишком большие радиусы пути, чтобы их можно было точно измерить в относительно небольшой камере, что затрудняет точную оценку количества движения.
Из-за этих проблем пузырьковые камеры в значительной степени были заменены проволочными камерами , которые позволяют одновременно измерять энергию частиц . Другой альтернативный метод - искровая камера .
Примеры [ править ]
- Пузырьковая камера 30 см (ЦЕРН)
- Пузырьковая камера Saclay 81 см
- Пузырьковая камера 2 м (ЦЕРН)
- Бернская бесконечно малая пузырьковая камера
- Bevatron , ускоритель частиц с пузырьковой камерой с жидким водородом
- Большая европейская пузырьковая камера
- Голографическая пузырьковая камера из лексана
- Гаргамель , камера с тяжелыми жидкостными пузырьками, работавшая в ЦЕРНе с 1970 по 1979 год.
- LExan пузырьковая камера
- PICO , пузырьковая камера с жидким фреоном для поиска темной материи
- СНОЛАБ
Ссылки [ править ]
- ↑ Дональд А. Глейзер (1952). «Некоторые эффекты ионизирующего излучения на образование пузырьков в жидкостях». Физический обзор . 87 (4): 665. Полномочный код : 1952PhRv ... 87..665G . DOI : 10.1103 / PhysRev.87.665 .
- ^ "Нобелевская премия по физике 1960" . Нобелевский фонд . Проверено 3 октября 2009 .
- ^ Энн Pinckard (21 июля 2006). «Вперед к истории: начало серии летних лекций - изобретение и история пузырчатой камеры» . Архив обзора лаборатории Беркли . Национальная лаборатория Лоуренса Беркли . Проверено 3 октября 2009 .
- ^ "1973: Нейтральные токи обнаружены" . ЦЕРН . Архивировано из оригинала на 2010-11-16 . Проверено 3 октября 2009 .
- ^ "Эксперимент COUPP - E961" . КУПП . Проверено 3 октября 2009 .
- ^ "Эксперимент ПИКАССО" . ПИКАССО . Проверено 3 октября 2009 .
- ^ «Эксперимент PICO» . ПИКО . Проверено 22 февраля 2016 .
Внешние ссылки [ править ]
- СМИ, связанные с пузырьковыми камерами на Викискладе?
- «Пошаговое руководство по чтению изображений пузырьковой камеры» . ЦЕРН . Архивировано из оригинала 7 марта 2012 года.
