什么是气泡室(Bubble Chamber)？

气泡室是物理学中用来探测带电粒子的一种装置。它是由唐纳德·格拉泽于1952年发明的，后来他因其发明而获得诺贝尔奖。虽然气泡室曾经是探测粒子的普遍方法，但目前并不常用，在很大程度上是因为在处理高能粒子时，一些明显的...

气泡室是物理学中用来探测带电粒子的一种装置。它是由唐纳德·格拉泽于1952年发明的，后来他因其发明而获得诺贝尔奖。虽然气泡室曾经是探测粒子的普遍方法，但目前并不常用，在很大程度上是因为在处理高能粒子时，一些明显的缺点。科学家用烧杯研究气泡室背后的原理，事实上大多数粒子探测器，很简单。它可以被认为是类似于观察天空中飞机留下的痕迹。即使一架喷气式飞机飞驰而过，你不会注意到它经过，你也会在一段时间内看到它的踪迹，这样你就可以重建它所走的路径。气泡室的工作原理与此类似，粒子会留下一串可以拍到的气泡。燃烧室本身充满了某种透明的、不稳定的液体，通常是过热的氢气。通过保持压力使液体过热，并在微粒进入的那一刻稍微释放出来。带电粒子在前进通过腔室，它们使液体在通过时沸腾，形成一系列气泡。粒子本身只需几纳秒就可以穿过腔室，但气泡膨胀的时间要长数百万倍，一般需要10毫秒左右。在这段时间里，可以从不同角度拍摄照片，创建粒子路径的三维表示。然后通过对腔室加压消除气泡，然后对下一批粒子重复该过程。每一组照片都是在我们认为很短的时间内拍摄的，每次只需要几秒钟，但从科学标准来看，这实际上相当长现代探测器能够在毫秒内完成整个过程，允许在几秒钟内记录成百上千个粒子的爆发。现代探测器还以数字方式捕捉图像，使其更易于分析和存储。因此，气泡室在现代粒子探测中很少使用。另一个问题是，由于气泡室相当小，它们也无法正确记录高能粒子的碰撞，这进一步降低了它们在现代实验中的用处。最后，液体过热的点必须一致正是在瞬间粒子相互撞击的时候，这几乎不可能与寿命极短的粒子相协调。尽管它们相对过时，气泡室的图像对于教学还是很有用的。因为它们是物理轨迹的照片，所以它们通常是很多的比起更复杂的相互作用描述或其他抽象数据，人们更容易理解。学生们可以看到气泡轨迹的图像，精确地看到各种粒子之间的相互作用，以及粒子在室内的衰减过程。基于这些原因，虽然在前沿研究中没有广泛应用，但气泡室仍有一些使用大学实验室，历史上拍摄的照片经常出现在教科书中。

发表于 2020-09-18 07:25
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分类：科学教育

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