Пузырьковая камера
Пузырьковая камера — это сосуд, наполненный перегретой прозрачной жидкостью (чаще всего жидким водородом ), используемый для обнаружения электрически заряженных движущихся через него частиц. Он был изобретен в 1952 году Дональдом А. Глейзером . [1] за что ему была присуждена Нобелевская премия по физике 1960 года . [2] Предположительно, Глейзера вдохновили пузырьки в стакане пива ; однако в выступлении 2006 года он опроверг эту историю, хотя и сказал, что, хотя пиво не было источником вдохновения для создания пузырьковой камеры, он проводил эксперименты с использованием пива для наполнения ранних прототипов . [3]
Хотя пузырьковые камеры широко использовались в прошлом, сейчас они в основном вытеснены проволочными камерами , искровыми камерами , дрейфовыми камерами и кремниевыми детекторами . Известные пузырьковые камеры включают Большую европейскую пузырьковую камеру (BEBC) и Гаргамель .
Функция и использование [ править ]
Пузырьковая камера аналогична камере Вильсона как по применению, так и по основному принципу. Обычно его изготавливают 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 ионизационную дорожку, вокруг которой жидкость испаряется, образуя микроскопические пузырьки . Плотность пузырьков вокруг трека пропорциональна потере энергии частицы.
Пузыри увеличиваются в размерах по мере расширения камеры, пока не станут достаточно большими, чтобы их можно было увидеть или сфотографировать. Вокруг него установлено несколько камер, позволяющих запечатлеть трехмерное изображение происходящего. пузырьковые камеры с разрешением до нескольких микрометров (мкм) Использовались .
Часто бывает полезно подвергнуть всю камеру постоянному магнитному полю. Он действует на заряженные частицы посредством силы Лоренца и заставляет их двигаться по винтовым 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.
Запись пузырьковой камеры из ЦЕРН
Пузырьковая камера
Известные открытия [ править ]
Известные открытия, сделанные с помощью пузырьковой камеры, включают открытие слабых нейтральных токов в Гаргамеле в 1973 году. [4] которое установило обоснованность электрослабой теории и привело к открытию W- и Z-бозонов в 1983 году (в экспериментах UA1 и UA2 ). Недавно пузырьковые камеры использовались в исследованиях слабовзаимодействующих массивных частиц (WIMP) в SIMPLE, COUPP , PICASSO и совсем недавно в PICO . [5] [6] [7]
Недостатки [ править ]
Хотя пузырьковые камеры были очень успешными в прошлом, они имеют ограниченное применение в современных экспериментах при очень высоких энергиях по ряду причин:
- Необходимость фотографического считывания, а не трехмерных электронных данных, делает его менее удобным, особенно в экспериментах, которые необходимо сбрасывать, повторять и анализировать много раз.
- Перегретая фаза должна быть готова точно в момент столкновения, что усложняет обнаружение короткоживущих частиц.
- Пузырьковые камеры не являются ни большими, ни достаточно массивными для анализа высокоэнергетических столкновений, где все продукты должны находиться внутри детектора.
- Радиусы пути частиц высокой энергии могут быть слишком большими, чтобы их можно было точно измерить в относительно небольшой камере, что затрудняет точную оценку импульса.
Из-за этих проблем пузырьковые камеры в основном были заменены проволочными камерами , которые позволяют энергию одновременно измерять частиц. Другой альтернативный метод — искровая камера .
Примеры [ править ]
- Пузырьковая камера 30 см (ЦЕРН)
- Пузырьковая камера Сакле 81 см
- Пузырьковая камера длиной 2 м (ЦЕРН)
- Бернская бесконечно малая пузырьковая камера
- Беватрон — ускоритель частиц с пузырьковой камерой с жидким водородом.
- Большая Европейская пузырьковая камера
- Голографическая лексановая пузырьковая камера
- Гаргамель — пузырьковая камера с тяжелой жидкостью, работавшая в ЦЕРНе с 1970 по 1979 год.
- Пузырьковая камера Lexan
- PICO , пузырьковая камера с жидким фреоном в поисках темной материи
Ссылки [ править ]
- ^ Дональд А. Глейзер (1952). «Некоторые эффекты ионизирующего излучения на образование пузырьков в жидкостях». Физический обзор . 87 (4): 665. Бибкод : 1952PhRv...87..665G . дои : 10.1103/PhysRev.87.665 .
- ^ «Нобелевская премия по физике 1960 года» . Нобелевский фонд . Проверено 3 октября 2009 г.
- ^ Энн Пинкард (21 июля 2006 г.). «На переднем плане истории: стартует серия летних лекций – изобретение и история пузырьковой камеры» . Посмотреть архив лаборатории Беркли . Национальная лаборатория Лоуренса Беркли . Архивировано из оригинала 24 декабря 2017 г. Проверено 3 октября 2009 г.
- ^ «1973: Обнаружены нейтральные токи» . ЦЕРН . Архивировано из оригинала 16 ноября 2010 г. Проверено 3 октября 2009 г.
- ^ «Эксперимент КУПП – Е961» . КУПП . Проверено 3 октября 2009 г.
- ^ «Эксперимент ПИКАССО» . ПИКАССО . Проверено 3 октября 2009 г.
- ^ «Эксперимент ПИКО» . ПИКО . Проверено 22 февраля 2016 г.
Внешние ссылки [ править ]
- «Пошаговое руководство о том, как читать изображения пузырьковой камеры» . ЦЕРН . Архивировано из оригинала 7 марта 2012 года.
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
