什么是氣泡室(Bubble Chamber)？

氣泡室是物理學中用來探測帶電粒子的一種裝置。它是由唐納德·格拉澤于1952年發明的，后來他因其發明而獲得諾貝爾獎。雖然氣泡室曾經是探測粒子的普遍方法，但目前并不常用，在很大程度上是因為在處理高能粒子時，一些明顯的...

氣泡室是物理學中用來探測帶電粒子的一種裝置。它是由唐納德·格拉澤于1952年發明的，后來他因其發明而獲得諾貝爾獎。雖然氣泡室曾經是探測粒子的普遍方法，但目前并不常用，在很大程度上是因為在處理高能粒子時，一些明顯的缺點。科學家用燒杯研究氣泡室背后的原理，事實上大多數粒子探測器，很簡單。它可以被認為是類似于觀察天空中飛機留下的痕跡。即使一架噴氣式飛機飛馳而過，你不會注意到它經過，你也會在一段時間內看到它的蹤跡，這樣你就可以重建它所走的路徑。氣泡室的工作原理與此類似，粒子會留下一串可以拍到的氣泡。燃燒室本身充滿了某種透明的、不穩定的液體，通常是過熱的氫氣。通過保持壓力使液體過熱，并在微粒進入的那一刻稍微釋放出來。帶電粒子在前進通過腔室，它們使液體在通過時沸騰，形成一系列氣泡。粒子本身只需幾納秒就可以穿過腔室，但氣泡膨脹的時間要長數百萬倍，一般需要10毫秒左右。在這段時間里，可以從不同角度拍攝照片，創建粒子路徑的三維表示。然后通過對腔室加壓消除氣泡，然后對下一批粒子重復該過程。每一組照片都是在我們認為很短的時間內拍攝的，每次只需要幾秒鐘，但從科學標準來看，這實際上相當長現代探測器能夠在毫秒內完成整個過程，允許在幾秒鐘內記錄成百上千個粒子的爆發。現代探測器還以數字方式捕捉圖像，使其更易于分析和存儲。因此，氣泡室在現代粒子探測中很少使用。另一個問題是，由于氣泡室相當小，它們也無法正確記錄高能粒子的碰撞，這進一步降低了它們在現代實驗中的用處。最后，液體過熱的點必須一致正是在瞬間粒子相互撞擊的時候，這幾乎不可能與壽命極短的粒子相協調。盡管它們相對過時，氣泡室的圖像對于教學還是很有用的。因為它們是物理軌跡的照片，所以它們通常是很多的比起更復雜的相互作用描述或其他抽象數據，人們更容易理解。學生們可以看到氣泡軌跡的圖像，精確地看到各種粒子之間的相互作用，以及粒子在室內的衰減過程。基于這些原因，雖然在前沿研究中沒有廣泛應用，但氣泡室仍有一些使用大學實驗室，歷史上拍攝的照片經常出現在教科書中。

發表于 2020-09-18 07:25
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分類：科學教育

什么是氣泡室(Bubble Chamber)？

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