на чем основано действие пузырьковой камеры

На чем основано действие пузырьковой камеры

Пузырьковая камера – трековый детектор элементарных заряженных частиц, в котором трек (след) частицы образует цепочка пузырьков пара вдоль траектории её движения. Изобретена А. Глэзером в 1952 г. (Нобелевская премия 1960 г.).
Принцип действия пузырьковой камеры напоминает принцип действия камеры Вильсона. В последней используется свойство перенасыщенного пара конденсироваться в мельчайшие капельки вдоль траектории заряженных частиц. В пузырьковой камере используется свойство чистой перегретой жидкости вскипать (образовывать пузырьки пара) вдоль пути пролёта заряженной частицы. Перегретая жидкость – это жидкость, нагретая до температуры большей температуры кипения для данных условий. Вскипание такой жидкости происходит при появлении центров парообразования, например, ионов. Таким образом, если в камере Вильсона заряженная частица инициирует на своём пути превращение пара в жидкость, то в пузырьковой камере, наоборот, заряженная частица вызывает превращение жидкости в пар.

на чем основано действие пузырьковой камеры. Смотреть фото на чем основано действие пузырьковой камеры. Смотреть картинку на чем основано действие пузырьковой камеры. Картинка про на чем основано действие пузырьковой камеры. Фото на чем основано действие пузырьковой камеры
а.
на чем основано действие пузырьковой камеры. Смотреть фото на чем основано действие пузырьковой камеры. Смотреть картинку на чем основано действие пузырьковой камеры. Картинка про на чем основано действие пузырьковой камеры. Фото на чем основано действие пузырьковой камеры
б.
на чем основано действие пузырьковой камеры. Смотреть фото на чем основано действие пузырьковой камеры. Смотреть картинку на чем основано действие пузырьковой камеры. Картинка про на чем основано действие пузырьковой камеры. Фото на чем основано действие пузырьковой камеры
в.

Перегретое состояние достигается быстрым (5-20 мс) уменьшением внешнего давления. На несколько миллисекунд камера становится чувствительной и способна зарегистрировать заряженную частицу. После фотографирования треков давление поднимается до прежней величины, пузырьки “схлопываются” и камера вновь готова к работе. Цикл работы большой пузырьковой камеры на чем основано действие пузырьковой камеры. Смотреть фото на чем основано действие пузырьковой камеры. Смотреть картинку на чем основано действие пузырьковой камеры. Картинка про на чем основано действие пузырьковой камеры. Фото на чем основано действие пузырьковой камеры1 с (т. е. значительно меньше, чем у камеры Вильсона), что позволяет использовать её в экспериментах на импульсных ускорителях. Небольшие пузырьковые камеры могут работать в значительно более быстром режиме – 10-100 расширений в секунду. Моменты возникновения фазы чувствительности пузырьковой камеры синхронизуют с моментами попадания в камеру частиц от ускорителя.

Важным преимуществом пузырьковой камеры по сравнению с камерой Вильсона и диффузионной камерой является то, что в качестве рабочей среды в ней используется жидкость (жидкие водород, гелий, неон, ксенон, фреон, пропан и их смеси). Эти жидкости, являясь одновременно мишенью и детектирующей средой, обладают на 2-3 порядка большей плотностью, чем газы, что многократно увеличивает вероятность появления в них событий, достойных изучения, и позволяют целиком “уместить” в своём объёме треки высокоэнергичных частиц.
Пузырьковые камеры могут достигать очень больших размеров (до 40 м 3 ). Их, как и камеры Вильсона, помещают в магнитное поле. Пространственное разрешение пузырьковых камер ≈ 0.1 мм.
Недостатком пузырьковой камеры является то, что её невозможно (в отличие от камеры Вильсона) быстро “включить” по сигналам внешних детекторов, осуществляющих предварительный отбор событий, так как жидкость слишком инерционна и не поддается очень быстрому (за время ≈ 1 мкс) расширению. Поэтому пузырьковые камеры, будучи синхронизованы с работой ускорителя, регистрируют все события, инициируемые в камере пучком частиц. Значительная часть этих событий не представляет интереса.

Источник

Пузырьковая камера

на чем основано действие пузырьковой камеры. Смотреть фото на чем основано действие пузырьковой камеры. Смотреть картинку на чем основано действие пузырьковой камеры. Картинка про на чем основано действие пузырьковой камеры. Фото на чем основано действие пузырьковой камеры

на чем основано действие пузырьковой камеры. Смотреть фото на чем основано действие пузырьковой камеры. Смотреть картинку на чем основано действие пузырьковой камеры. Картинка про на чем основано действие пузырьковой камеры. Фото на чем основано действие пузырьковой камеры

Пузырько́вая ка́мера — прибор для регистрации следов (или треков) быстрых заряженных ионизирующих частиц, действие которого основано на вскипании перегретой жидкости вдоль траектории частицы.

Содержание

История

Пузырьковая камера была изобретена Дональдом Глейзером (США) в 1952 году. За своё открытие Глейзер получил Нобелевскую премию в 1960 году. Луис Уолтер Альварес усовершенствовал пузырьковую камеру Глейзера, использовав в качестве перегретой жидкости водород. А также для анализа сотен тысяч фотографий, получаемых при исследованиях с помощью пузырьковой камеры, Альварес впервые применил компьютерную программу, позволявшую анализировать данные с очень большой скоростью.

Пузырьковая камера позволила зафиксировать поведение многих ионизирующих частиц, не поддававшихся ранее наблюдению, и получить о них в тысячи раз большую информацию. До этого около 40 лет была известна камера Вильсона.

Принцип работы

Камера заполнена жидкостью, которая находится в состоянии близком к вскипанию. При резком уменьшении давления жидкость становится перегретой. Если в данном состоянии в камеру попадёт ионизирующая частица, то её траектория будет отмечена цепочкой пузырьков пара и может быть сфотографирована.

Рабочая жидкость

В качестве рабочей жидкости наиболее часто применяют жидкие водород и дейтерий (криогенные пузырьковые камеры), а также пропан, различные фреоны, ксенон, смесь ксенона с пропаном (тяжеложидкостные пузырьковые камеры).

Создание перегретой жидкости

Перегрев жидкости достигается за счет быстрого понижения давления до значения, при котором температура кипения жидкости оказывается ниже её текущей температуры.

Понижение давления осуществляется за время

5—15 мс перемещением поршня (в жидководородных камерах) либо сбросом внешнего давления из объёма, ограниченного гибкой мембраной (в тяжеложидкостных камерах).

Процесс измерения

Частицы впускаются в камеру в момент её максимальной чувствительности. Спустя некоторое время, необходимое для достижения пузырьками достаточно больших размеров, камера освещается и следы фотографируются (стереофотосъёмка с помощью 2—4 объективов). После фотографирования давление поднимается до прежней величины, пузырьки исчезают, и камера снова оказывается готовой к действию. Весь цикл работы составляет величину менее 1 с, время чувствительности

Пузырьковые камеры (кроме ксеноновых) размещаются в сильных магнитных полях. Это позволяет определить импульсы заряженных частиц по измерению радиусов кривизны их траекторий.

Применение

Пузырьковые камеры, как правило, используются для регистрации актов взаимодействия частиц высоких энергий с ядрами рабочей жидкости или актов распада частиц. В первом случае рабочая жидкость исполняет роли и регистрирующей среды, и среды-мишени.

Характеристики, достоинства и недостатки

на чем основано действие пузырьковой камеры. Смотреть фото на чем основано действие пузырьковой камеры. Смотреть картинку на чем основано действие пузырьковой камеры. Картинка про на чем основано действие пузырьковой камеры. Фото на чем основано действие пузырьковой камеры

на чем основано действие пузырьковой камеры. Смотреть фото на чем основано действие пузырьковой камеры. Смотреть картинку на чем основано действие пузырьковой камеры. Картинка про на чем основано действие пузырьковой камеры. Фото на чем основано действие пузырьковой камеры

Эффективность регистрации пузырьковой камеры различных процессов взаимодействия или распада определяется в основном её размерами. Наиболее типичный объём — сотни литров, но существуют камеры гораздо большего размера, например, водородная камера «Мирабель» на ускорителе Института физики высоких энергий РАН имеет объём 10 м³; водородная камера на ускорителе Национальной ускорительной лаборатории США — объём 25 м³.

Основное преимущество пузырьковой камеры — изотропная пространственная чувствительность к регистрации частиц и высокая точность измерения их импульсов.

Недостаток пузырьковой камеры — слабая управляемость, необходимая для отбора нужных актов взаимодействия частиц или их распада.

См. также

Литература

Ссылки

Полезное

Смотреть что такое «Пузырьковая камера» в других словарях:

ПУЗЫРЬКОВАЯ КАМЕРА — прибор для регистрации следов (треков) заряж. ч ц высоких энергий, действие к рого основано на вскипании перегретой жидкости вблизи траектории ч цы. Изобретена Д. Глейзером (США) в 1952 (Нобелевская премия, 1954). Жидкость можно нагреть выше… … Физическая энциклопедия

ПУЗЫРЬКОВАЯ КАМЕРА — ПУЗЫРЬКОВАЯ КАМЕРА, устройство для обнаружения и распознавания ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ. Оно состоит из герметичной камеры, заполненной сжиженным газом, обычно водородом, температура которого поддерживается на уровне несколько ниже точки кипения за… … Научно-технический энциклопедический словарь

ПУЗЫРЬКОВАЯ КАМЕРА — ПУЗЫРЬКОВАЯ КАМЕРА, детектор частиц, действие которого основано на вскипании перегретой жидкости вблизи траектории (трека) частицы. Служит для регистрации актов взаимодействия элементарных частиц высоких энергий с ядрами жидкости или распада… … Современная энциклопедия

ПУЗЫРЬКОВАЯ КАМЕРА — трековый детектор ядерных излучений, действие которого основано на вскипании перегретой жидкости (образовании мелких пузырьков пара) вблизи ионов, возникающих вдоль следа (трека) заряженной частицы. Распространены криогенные пузырьковые камеры,… … Большой Энциклопедический словарь

пузырьковая камера — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN bubble chamber … Справочник технического переводчика

Пузырьковая камера — ПУЗЫРЬКОВАЯ КАМЕРА, детектор частиц, действие которого основано на вскипании перегретой жидкости вблизи траектории (трека) частицы. Служит для регистрации актов взаимодействия элементарных частиц высоких энергий с ядрами жидкости или распада… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

Пузырьковая камера — прибор для регистрации следов (треков) быстрых заряженных частиц, действие которого основано на вскипании перегретой жидкости вдоль траектории частицы. Изобретена Д. Глейзером (США) в 1952. Перегретая жидкость может существовать некоторое … Большая советская энциклопедия

пузырьковая камера — трековый детектор ядерных излучений, действие которого основано на вскипании перегретой жидкости (образовании мелких пузырьков пара) вблизи ионов, возникающих вдоль следа (трека) заряженной частицы. Распространены криогенные пузырьковые камеры,… … Энциклопедический словарь

пузырьковая камера — burbulinė kamera statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. bubble chamber vok. Blasenkammer, f rus. пузырьковая камера, f pranc. chambre à bulle, f … Fizikos terminų žodynas

ПУЗЫРЬКОВАЯ КАМЕРА — трековый детектор ядерных излучений, действие к рого основано на вскипании перегретой жидкости (образовании мелких пузырьков пара) вблизи ионов, возникающих вдоль следа (трека) заряженной частицы. Распространены криогенные П. к., заполненные… … Естествознание. Энциклопедический словарь

Источник

Пузырьковая камера

на чем основано действие пузырьковой камеры. Смотреть фото на чем основано действие пузырьковой камеры. Смотреть картинку на чем основано действие пузырьковой камеры. Картинка про на чем основано действие пузырьковой камеры. Фото на чем основано действие пузырьковой камеры

на чем основано действие пузырьковой камеры. Смотреть фото на чем основано действие пузырьковой камеры. Смотреть картинку на чем основано действие пузырьковой камеры. Картинка про на чем основано действие пузырьковой камеры. Фото на чем основано действие пузырьковой камеры

на чем основано действие пузырьковой камеры. Смотреть фото на чем основано действие пузырьковой камеры. Смотреть картинку на чем основано действие пузырьковой камеры. Картинка про на чем основано действие пузырьковой камеры. Фото на чем основано действие пузырьковой камеры

на чем основано действие пузырьковой камеры. Смотреть фото на чем основано действие пузырьковой камеры. Смотреть картинку на чем основано действие пузырьковой камеры. Картинка про на чем основано действие пузырьковой камеры. Фото на чем основано действие пузырьковой камеры

на чем основано действие пузырьковой камеры. Смотреть фото на чем основано действие пузырьковой камеры. Смотреть картинку на чем основано действие пузырьковой камеры. Картинка про на чем основано действие пузырьковой камеры. Фото на чем основано действие пузырьковой камеры

на чем основано действие пузырьковой камеры. Смотреть фото на чем основано действие пузырьковой камеры. Смотреть картинку на чем основано действие пузырьковой камеры. Картинка про на чем основано действие пузырьковой камеры. Фото на чем основано действие пузырьковой камеры

Полезное

Смотреть что такое «Пузырьковая камера» в других словарях:

ПУЗЫРЬКОВАЯ КАМЕРА — прибор для регистрации следов (треков) заряж. ч ц высоких энергий, действие к рого основано на вскипании перегретой жидкости вблизи траектории ч цы. Изобретена Д. Глейзером (США) в 1952 (Нобелевская премия, 1954). Жидкость можно нагреть выше… … Физическая энциклопедия

ПУЗЫРЬКОВАЯ КАМЕРА — ПУЗЫРЬКОВАЯ КАМЕРА, устройство для обнаружения и распознавания ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ. Оно состоит из герметичной камеры, заполненной сжиженным газом, обычно водородом, температура которого поддерживается на уровне несколько ниже точки кипения за… … Научно-технический энциклопедический словарь

ПУЗЫРЬКОВАЯ КАМЕРА — ПУЗЫРЬКОВАЯ КАМЕРА, детектор частиц, действие которого основано на вскипании перегретой жидкости вблизи траектории (трека) частицы. Служит для регистрации актов взаимодействия элементарных частиц высоких энергий с ядрами жидкости или распада… … Современная энциклопедия

ПУЗЫРЬКОВАЯ КАМЕРА — трековый детектор ядерных излучений, действие которого основано на вскипании перегретой жидкости (образовании мелких пузырьков пара) вблизи ионов, возникающих вдоль следа (трека) заряженной частицы. Распространены криогенные пузырьковые камеры,… … Большой Энциклопедический словарь

пузырьковая камера — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN bubble chamber … Справочник технического переводчика

Пузырьковая камера — ПУЗЫРЬКОВАЯ КАМЕРА, детектор частиц, действие которого основано на вскипании перегретой жидкости вблизи траектории (трека) частицы. Служит для регистрации актов взаимодействия элементарных частиц высоких энергий с ядрами жидкости или распада… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

Пузырьковая камера — Первые треки, обнаруженные в пузырьковой камере Пузырьковая камера прибор для регистрации следов (или треков) быстрых заряженных ионизирующих частиц, действие которого основано на вскипании перегретой жидкости вдоль траектории частицы.… … Википедия

пузырьковая камера — трековый детектор ядерных излучений, действие которого основано на вскипании перегретой жидкости (образовании мелких пузырьков пара) вблизи ионов, возникающих вдоль следа (трека) заряженной частицы. Распространены криогенные пузырьковые камеры,… … Энциклопедический словарь

пузырьковая камера — burbulinė kamera statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. bubble chamber vok. Blasenkammer, f rus. пузырьковая камера, f pranc. chambre à bulle, f … Fizikos terminų žodynas

ПУЗЫРЬКОВАЯ КАМЕРА — трековый детектор ядерных излучений, действие к рого основано на вскипании перегретой жидкости (образовании мелких пузырьков пара) вблизи ионов, возникающих вдоль следа (трека) заряженной частицы. Распространены криогенные П. к., заполненные… … Естествознание. Энциклопедический словарь

Источник

На чем основано действие пузырьковой камеры

© Куцева Н. В. │ Сайт «Элементарные частицы» разработан в рамках ВКР магистра
по направлению подготовки 44.04.01 «Педагогическое образование» профиля «Физическое образование».
ВГПУ – 2018 г.

В камере Вильсона нельзя было наблюдать ядерные реакции с участием релятивистских тяжёлых частиц (например, протонов), так как они практически не тормозятся в газах. Для решения данной проблемы 1952 году американским учёным Д. А. Глейзером было предложено использовать перегретую жидкость. А камера, которую он придумал, получила название пузырьковая.

Для того, чтобы определить тип частицы, её энергию и импульс, пузырьковую камеру так же как и камеру Вильсона помещают во внешнее магнитное поле.

на чем основано действие пузырьковой камеры. Смотреть фото на чем основано действие пузырьковой камеры. Смотреть картинку на чем основано действие пузырьковой камеры. Картинка про на чем основано действие пузырьковой камеры. Фото на чем основано действие пузырьковой камеры
Старая пузырьковая камера Лаборатории им. Э. Ферми

на чем основано действие пузырьковой камеры. Смотреть фото на чем основано действие пузырьковой камеры. Смотреть картинку на чем основано действие пузырьковой камеры. Картинка про на чем основано действие пузырьковой камеры. Фото на чем основано действие пузырьковой камеры
Схема пузырьковой камеры:

Преимущество пузырьковой камеры перед камерой Вильсона обусловлено большей плотностью рабочего вещества. В ней застревают частицы даже больших энергий, поэтому пробеги частиц в основном короткие. Это позволяет наблюдать серию последовательных превращений частицы и вызываемые ею реакции. Главное её преимущество состоит в том, что она позволяет получить точные измерения импульсов быстрых ионизирующих частиц.

Из недостатков одним из самых значимых является её слабая управляемость, которая нужна для отбора нужных актов распада частиц либо их взаимодействия. Устройство невозможно моментально запустить по сигналам внешних детекторов из-за инерционности рабочей жидкости и других физических параметров. Поэтому пузырьковые камеры, будучи синхронизованы с работой ускорителя, регистрируют все события, инициируемые в камере пучком частиц. И, к сожалению, з начительная часть этих событий не представляет интереса. Обработка снимков проходит в два этапа: сначала отбираются снимки с интересующими событиями, а затем проводятся измерения координат точек на следах отобранных событий с помощью микроскопов, полуавтоматических или автоматических измерительных устройств. По специальным программам на компьютерах вычисляются геометрические характеристики треков: углы вылета частиц, длины пробегов, импульсы, ошибки этих величин и т. д.

Фотографии треков заряженных частиц в пузырьковой камере
Для просмотра фотографий кликните по их миниатюрным изображениям

За свое изобретение в 1960 году Д. А. Глейзер получил Нобелевскую премию по физике.

Источник

На чем основано действие пузырьковой камеры

В 50-е годы XX века в физике простых частиц наступила эпоха пузырьковых камер. Она подарила неслыханное до той поры чувство действительности микромира, позволив практически рассматривать оставленные частичками следы.

Прослужив науке практически 30 лет, камеры уступили место электрическим сенсорам, которые могут регистрировать еще больше событий с еще большей энергией и с большей точностью. Но все столкновения и перевоплощения частиц, детектируемые современными электрическими способами, накрепко спрятаны в толще сотен полупроводниковых частей, калориметров, счетчиков и стают пред нами уже в виртуальном виде, пересчитанные, отобранные по заблаговременно смоделированным схемам. Так в нашей обыкновенной жизни компьютерная анимация приходит на замену фильмам с реальными артистами. И хотя экспериментальные способы достигнули сейчас умопомрачительных высот, студентам и школьникам педагоги говорят про умопомрачительный мир частиц по фотографиям, приобретенным 10-ки годов назад при помощи устройств, о которых мы как раз и собираемся поведать.

От капелек к пузырькам

Основными средствами детектирования заряженных частиц к середине XX века были ядерные эмульсии и камеры Вильсона. В ядерных эмульсиях при просвете частички происходила хим реакция, а в камере Вильсона, работавшей при давлении в 300 атмосфер, сверхнасыщенный пар конденсировался в жидкость.

К тому времени было уже открыто огромное количество частиц: электроны, позитроны, протоны, нейтроны, мюоны в галлактических лучах, пи-мезоны. Но попадались и такие таинственные экземпляры, которые никак не удавалось изучить при помощи имеющихся сенсоров. Чтоб с ними разобраться, экспериментаторам необходимы были новые способы регистрации частиц.

В 1950 году поисками новых методов детектирования занялся в Мичиганском институте Дональд Глейзер. Требования к сенсору были последующие. Он был должен срабатывать и ворачиваться в начальное состояние за несколько секунд, так как в то время уже готовился к запуску новый ускоритель, способный выдавать пучки протонов с такими маленькими интервалами. Более того, в течение этих секунд конфигурации, вызванные пролетающими частичками, должны были становиться так видными, чтоб их можно было запечатлеть на фото, и все это при разумных температурах и давлениях. Глейзер перебрал огромное количество вариантов, связанных с хим и электронными превращениями, водянистыми и жесткими телами, и приостановил собственный выбор на перегретой воды.

Создадим маленькое отступление и кратко поведаем о физическом явлении перегрева, на котором основан принцип деяния пузырьковой камеры и предшествовавшей ей камеры Вильсона. Понятно, что вода, к примеру, бурлит в обыденных критериях при температуре 1000С. Но те, кто когда-нибудь подымался высоко в горы, где давление меньше, чем на уровне моря, подтвердят, что там для закипания воды полностью довольно и 900С. А вот при повышении давления температура кипения, напротив, возрастает. Но самое увлекательное – то, что если жидкость, подогретую при высочайшем давлении, вдруг возвратить в обыденные условия (понизить давление с помощью поршня), она закипит не сходу, а будет некое время пребывать в неуравновешенном состоянии, пока ее не потревожат. Такая жидкость и именуется перегретой. Нарушить ее неустойчивое равновесие может заряженная частичка. При движении частички, в воды образуются ионы, вокруг которых возникают пузырьки, и начинается кипение.

Начало пузырьковой эры

Но вернемся опять к Глейзеру. Для первых собственных тестов он избрал диэтиловый эфир, который был сравнимо дешев и просто выделялся в чистом виде, а при работе с ним не требовалось никаких сверхъестественных температур и давлений. Проведя собственные расчеты, Глейзер, все же, решил выискать данные в научной литературе и в одном из ведущих журналов физической химии за 1924 год нашел-таки увлекательную статью об опытах с диэтиловым эфиром. Главный изложенный там экспериментальный факт был последующим: перегретый до температуры 1400С диэтиловый эфир при обыкновенном давлении в одну атмосферу самопроизвольно закипал через случайные промежутки времени. И здесь следует дать подабающее напористости и интуиции Глейзера. Он проанализировал приведенную табличку с этими случайными интервалами и узнал, что в среднем время, через которое происходит закипание, составляет 60 с. Далее он взял известные данные о галлактическом и радиоактивном фоне, учел описанную создателями конструкцию емкости с эфиром и вычислил, что через нее в среднем каждые 60 с должна пролетать одна частичка!

Похоже, он был на правильном пути. 1-ое устройство, изготовленное Глейзером, состояло из 2-ух соединенных меж собой трубочек, заполненных водянистым и газообразным диэтиловым эфиром. Они имели длину 10 см и внутренний поперечник 3 мм. Поначалу обе трубочки нагревались до 1600С и 1400С, а потом более подогретая охлаждалась до комнатной температуры. Во 2-ой трубке при всем этом создавалось перегретое состояние, и как к ней подносили источник радиоактивного излучения (Глейзер использовал радиоактивный кобальт), диэтиловый эфир закипал. Итак, сама возможность детектирования при помощи перегретой воды была подтверждена, но оставался другой, более принципиальный вопрос – можно ли таким методом получать четкие следы частиц?

Чтоб это показать, Глейзер приготовил несколько малеханьких камер из тугоплавкого борного стекла (пирекса), заполненных несколькими кубическими сантиметрами диэтилового эфира. Высочайшая температура поддерживалась при помощи масляной ванны, а для сброса давления вручную использовалась особая ручка. Сразу с открытием ручки врубалась кинокамера и со скоростью 3000 кадров за секунду снимала все, что происходило в сосудах. Потом процесс снятия давления и следующего сжатия был автоматизирован и синхронизован с кинокамерой и счетчиком Гейгера, который докладывал о возникновении частички. Кинофильм вышел захватывающий. Пузырьки, образовавшиеся при просвете заряженной частички, вырастали до 1 мм за 300 мкс. В почти всех случаях следы частиц были ясно видны, и стало ясно, что прибор полностью подходящ для измерений.

В 1955 году в Брукхейвене в США 15-сантиметровая пузырьковая камера, заполненная пропаном, была в первый раз применена в опыте на ускорителе. А уже на последующий год другую камеру, вдвое большего размера, поперечником 30 см, расположили в магнитное поле и получили 60 тыс. стереоснимков с изображениями следов частиц. На их сейчас можно было различить положительные и отрицательные частички, потому что они под действием магнитного поля отклоняются в различные стороны, и по кривизне линии движения вычислить их скорость. Так началась эпоха пузырьковых камер, а в 1960 году Дональд Глейзер получил за свое изобретение Нобелевскую премию по физике.

Волшебство инженерной мысли

Устройство, называемое пузырьковой камерой, представляет собой сосуд с окошками, заполненный прозрачной жидкостью под давлением в несколько атмосфер и помещенный в магнитное поле. Если рабочая жидкость бурлит при очень низкой температуре, как, к примеру, водород, все это еще помещается в криостат и охлаждается. Перед вбросом частиц из ускорителя происходит расширение рабочего объема при помощи специального поршня, давление снижается и появляется перегретая жидкость. Некие частички пролетают насквозь, некие ведут взаимодействие с веществом камеры, но при всем этом все, имеющие заряд, оставляют за собой следы в виде пузырьков закипающей воды. Все это происходит за сотые толики микросекунды. Через несколько миллисекунд пузырьки растут до видимых размеров, для освещения врубается импульсная лампа, и несколько камер (обычно их три) сразу фотографируют рабочий объем камеры. Они агрессивно закреплены в различных местах 1-го и такого же окна, а означает, позволяют получить стереоизображение. Когда снимки изготовлены, давление опять наращивают, пузырьки исчезают, и камера вновь готова к измерениям. Весь цикл занимает несколько 10-ов миллисекунд.

Но сами по для себя фото – еще полдела. Далее начинается процесс анализа траекторий и идентификации частиц. И если скопление снимков при совместной работе пузырьковой камеры и ускорителя может продолжаться некоторое количество дней либо недель, то обработка приобретенной инфы может занять месяцы, а то и годы. Непосвященному человеку покажется, что на фото с пузырьковой камеры отпечатаны ничего не значащие завитушки и росчерки. Но для физика это кладезь инфы. Тугие спирали соответствуют электронам (либо позитронам, если завернуты в другую сторону). Так именуемые «вилки» означают, что в этом месте влетевшая частичка столкнулась с ядром вещества, заполняющего камеру, и в итоге образовались еще какие-то частички. А если вилка начинается «ниоткуда» – означает, распалась какая-то нейтральная частичка.

Если все линии движения (либо треки) кропотливо измерить на всех 3-х сразу изготовленных снимках, то можно вернуть пространственную картину действия и вычислить свойства всех участвовавших в нем частиц. Поначалу этим вручную занимались сами физики, но позже, когда счет пошел на сотки тыщ кадров, положение выручили показавшиеся к тому времени компы и автоматические сканирующие устройства. Без их совладать с таковой горой инфы было бы просто нереально. Общее число стереоснимков, приобретенных в опытах на пузырьковых камерах, превосходит 100 млн!

Последние из могикан

За 30 лет в мире было выстроено чуток больше сотки пузырьковых камер, позволивших рассмотреть целую плеяду новых частиц, предсказанных теорией, и подтвердить существование «очарованного» кварка. Какие только воды (точнее, сжиженные газы) в их не использовались: водород, дейтерий, пропан, ксенон, неон, фреон и даже гелий. Рабочие температуры тоже были многообразны: от сверхнизкой для гелия либо водорода до практически комнатной для ксенона, пропана либо фреона. Начав с маленьких размеров, в несколько 10-ов см, камеры в конечном итоге заполучили воистину огромные масштабы. Последняя пузырьковая камера в Европейском центре ядерных исследовательских работ была построена к 1971 году и называлась «Гаргамель». Это был цилиндр поперечником 1,85 м и длиной 4,85 м, заполненный 18 т фреона. Конкретно с ней связано последнее достижение камерной эры – открытие необыкновенных взаимодействий простых частиц, нареченных нейтральными токами. В том же году в США была сделана и наибольшая в мире пузырьковая камера практически сферической формы поперечником 4,5 м для работы с водянистым водородом и дейтерием. Но никакие инженерные заслуги уже не могли принципно поменять ситуацию: эти сенсоры не могли работать с новыми ускорителями, которые выдавали пучки частиц с большой энергией и интенсивностью. Эра пузырьковых камер подходила к концу.

Новое – не до конца забытое старенькое

Но фото с пузырьковых камер еще рано списывать в архив иллюстраций. Не дальше как в 2002 году две экспериментальные группы (одна, работающая на синхротроне Spring-8 в Стране восходящего солнца, а другая из Института теоретической и экспериментальной физики в Москве) практически сразу сказали об обнаружении новых частиц, нареченных пентакварками. Русские ученые натолкнулись на это явление при анализе собственных экспериментальных данных, приобретенных много годов назад на ксеноновой пузырьковой камере «Диана»! Может, посреди 100 млн снимков обнаружится и еще чего-нибудть увлекательное?

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *