Пузырьковая камера — это сосуд, заполненный перегретой прозрачной жидкостью (чаще всего жидким водородом ), используемый для обнаружения электрически заряженных частиц, движущихся через него. Она была изобретена в 1952 году Дональдом А. Глейзером , [1] за что он был удостоен Нобелевской премии по физике 1960 года . [2] Предположительно, Глейзер был вдохновлен пузырьками в стакане пива ; однако в своем выступлении в 2006 году он опроверг эту историю, хотя и сказал, что, хотя пиво не было вдохновением для пузырьковой камеры, он проводил эксперименты с использованием пива для заполнения ранних прототипов . [3]
Хотя пузырьковые камеры широко использовались в прошлом, в настоящее время они в основном вытеснены проволочными камерами , искровыми камерами , дрейфовыми камерами и кремниевыми детекторами . Известные пузырьковые камеры включают в себя Большую европейскую пузырьковую камеру (BEBC) и Гаргамель .
Пузырьковая камера похожа на камеру Вильсона как по применению, так и по основному принципу. Обычно она изготавливается путем заполнения большого цилиндра жидкостью, нагретой до температуры чуть ниже точки кипения . Когда частицы попадают в камеру, поршень внезапно снижает ее давление, и жидкость переходит в перегретую метастабильную фазу. Заряженные частицы создают ионизационный след, вокруг которого жидкость испаряется, образуя микроскопические пузырьки . Плотность пузырьков вокруг следа пропорциональна потере энергии частицей.
Пузырьки увеличиваются в размерах по мере расширения камеры, пока они не станут достаточно большими, чтобы их можно было увидеть или сфотографировать. Вокруг нее установлено несколько камер, что позволяет запечатлеть трехмерное изображение события. Эксплуатировались пузырьковые камеры с разрешением до нескольких микрометров (мкм) .
Часто бывает полезно подвергнуть всю камеру постоянному магнитному полю. Оно действует на заряженные частицы через силу Лоренца и заставляет их двигаться по винтовым траекториям, радиусы которых определяются отношениями 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, сделанные с помощью пузырьковой камеры, включают открытие слабых нейтральных токов в Гаргамеле в 1973 году [4] , что 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 использовались в исследованиях слабо взаимодействующих массивных частиц (WIMP) в SIMPLE, COUPP , PICASSO и совсем недавно в PICO . [5] [6] [7]
Хотя пузырьковые камеры были очень успешны в прошлом, их применение в современных экспериментах с очень высокими энергиями ограничено по ряду причин:
Из-за этих проблем пузырьковые камеры в значительной степени были заменены проволочными камерами , которые позволяют одновременно измерять энергию частиц . Другой альтернативной техникой является искровая камера .
