Τι είναι το Bubble Chamber;

Ο θάλαμος φυσαλίδων είναι μια συσκευή που χρησιμοποιείται στη φυσική για την ανίχνευση φορτισμένων σωματιδίων. Εφευρέθηκε από τον Donald Glaser το 1952 και στη συνέχεια τιμήθηκε με το βραβείο Νόμπελ για την εφεύρεσή του. Αν και κάποτε ήταν ο διαδεδομένος τρόπος ανίχνευσης σωματιδίων, ο θάλαμος φυσαλίδων δεν χρησιμοποιείται σήμερα συχνά, σε μεγάλο βαθμό λόγω ορισμένων μειονεκτημάτων που γίνονται εμφανή όταν αντιμετωπίζουμε σωματίδια εξαιρετικά υψηλής ενέργειας.

Η αρχή πίσω από τον θάλαμο φυσαλίδων, και μάλιστα τους περισσότερους ανιχνευτές σωματιδίων, είναι αρκετά απλή. Μπορεί να θεωρηθεί ανάλογο με την παρακολούθηση του ουρανού για μονοπάτια που αφήνουν πίσω τα αεροπλάνα. Ακόμα κι αν ένας πίδακας περάσει τόσο γρήγορα που δεν το προσέξετε να περνά, θα δείτε τα ίχνη του για κάποιο χρονικό διάστημα, επιτρέποντάς σας να ανακατασκευάσετε τη διαδρομή που πήρε. Ένας θάλαμος φυσαλίδων λειτουργεί σύμφωνα με μια παρόμοια αρχή, με τα σωματίδια να αφήνουν ένα ίχνος φυσαλίδων που μπορούν να φωτογραφηθούν.

Ο ίδιος ο θάλαμος είναι γεμάτος με κάποιου είδους διαφανές και ασταθές υγρό, συχνά υπερθερμασμένο υδρογόνο. Το υγρό γίνεται υπερθερμασμένο διατηρώντας το υπό πίεση και απελευθερώνοντάς το ελαφρά τη στιγμή που εισάγονται τα σωματίδια. Καθώς τα φορτισμένα σωματίδια διασχίζουν τον θάλαμο, προκαλούν βρασμό του υγρού καθώς περνούν, δημιουργώντας ένα ίχνος φυσαλίδων. Τα ίδια τα σωματίδια χρειάζονται μόνο λίγα νανοδευτερόλεπτα για να περάσουν μέσα από το θάλαμο, αλλά οι φυσαλίδες χρειάζονται εκατομμύρια φορές περισσότερο για να διασταλούν, γενικά χρειάζονται περίπου 10 ms. Σε αυτό το διάστημα, οι φωτογραφίες μπορούν να ληφθούν από διάφορες γωνίες, δημιουργώντας μια τρισδιάστατη αναπαράσταση της διαδρομής των σωματιδίων.

Στη συνέχεια, οι φυσαλίδες απομακρύνονται με πίεση στον θάλαμο και η διαδικασία επαναλαμβάνεται με την επόμενη παρτίδα σωματιδίων. Κάθε σετ φωτογραφιών λαμβάνεται σε ένα σύντομο χρονικό διάστημα που θα μπορούσαμε να θεωρήσουμε, που απαιτεί μόνο λίγα δευτερόλεπτα το καθένα, αλλά αυτό είναι στην πραγματικότητα αρκετά μεγάλο για τα επιστημονικά πρότυπα. Οι σύγχρονοι ανιχνευτές είναι σε θέση να κάνουν ολόκληρη τη διαδικασία σε χιλιοστά του δευτερολέπτου, επιτρέποντας την τεκμηρίωση εκατοντάδων ή χιλιάδων εκρήξεων σωματιδίων μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα. Οι σύγχρονοι ανιχνευτές καταγράφουν επίσης εικόνες ψηφιακά, διευκολύνοντας την ανάλυση και την αποθήκευσή τους.

Ως αποτέλεσμα, ο θάλαμος φυσαλίδων χρησιμοποιείται σπάνια στη σύγχρονη ανίχνευση σωματιδίων. Ένα άλλο πρόβλημα είναι ότι επειδή οι θάλαμοι φυσαλίδων είναι αρκετά μικροί, δεν είναι επίσης ικανοί να τεκμηριώσουν σωστά τις συγκρούσεις σωματιδίων υψηλής ενέργειας, μειώνοντας περαιτέρω τη χρησιμότητά τους στα σύγχρονα πειράματα. Τέλος, το σημείο στο οποίο το υγρό υπερθερμαίνεται πρέπει να συμπίπτει ακριβώς με το πότε τα στιγμιαία σωματίδια χτυπούν το ένα το άλλο, κάτι που μπορεί να είναι σχεδόν αδύνατο να συντονιστεί με σωματίδια που έχουν εξαιρετικά μικρή διάρκεια ζωής.

Παρά τη σχετική απαρχαιότητά τους, οι εικόνες από θαλάμους με φυσαλίδες εξακολουθούν να είναι αρκετά χρήσιμες για διδακτικούς σκοπούς. Επειδή είναι φωτογραφίες φυσικών μονοπατιών, είναι γενικά πολύ πιο εύκολο για τους ανθρώπους να τις καταλάβουν από πιο σύνθετες περιγραφές αλληλεπιδράσεων ή άλλα αφηρημένα δεδομένα. Οι μαθητές μπορούν να δουν μια εικόνα που τραβήχτηκε από ένα ίχνος φυσαλίδων και να δουν με ακρίβεια τις αλληλεπιδράσεις διαφόρων σωματιδίων και πώς τα σωματίδια διασπώνται κατά τη διάρκεια του χρόνου τους στον θάλαμο. Για αυτούς τους λόγους, αν και δεν χρησιμοποιούνται ευρέως στην έρευνα αιχμής, οι αίθουσες φυσαλίδων συνεχίζουν να βλέπουν ότι κάποιοι χρησιμοποιούν πανεπιστημιακά εργαστήρια και φωτογραφίες που τραβήχτηκαν ιστορικά εμφανίζονται συχνά σε σχολικά βιβλία.