Câmara de bolhas -Bubble chamber

Câmara de bolhas de 15 pés (4,57 m) em desuso do Fermilab
As primeiras faixas observadas na câmara de bolhas de hidrogênio líquido de 3,8 cm de John Wood , em 1954.

Uma câmara de bolhas é um recipiente preenchido com um líquido transparente superaquecido (geralmente hidrogênio líquido ) usado para detectar partículas eletricamente carregadas movendo-se através dele. Foi inventado em 1952 por Donald A. Glaser , pelo qual recebeu o Prêmio Nobel de Física em 1960 . Supostamente, Glaser se inspirou nas bolhas de um copo de cerveja ; no entanto, em uma palestra de 2006, ele refutou essa história, embora dizendo que, embora a cerveja não tenha sido a inspiração para a câmara de bolhas, ele fez experimentos usando cerveja para preencher os primeiros protótipos .

Embora as câmaras de bolhas tenham sido amplamente utilizadas no passado, elas agora foram suplantadas principalmente por câmaras de arame, câmaras de faísca, câmaras de deriva e detectores de silício . Câmaras de bolhas notáveis ​​incluem a Big European Bubble Chamber (BEBC) e Gargamelle .

Função e uso

Uma gravação de câmara de bolhas do CERN
Uma câmara de bolhas

A câmara de bolhas é semelhante a uma câmara de nuvens , tanto em aplicação quanto em princípio básico. Normalmente é feito enchendo um cilindro grande com um líquido aquecido logo abaixo do seu ponto de ebulição . À medida que as partículas entram na câmara, um pistão diminui repentinamente sua pressão e o líquido entra em uma fase superaquecida e metaestável . Partículas carregadas criam uma trilha de ionização, em torno da qual o líquido vaporiza, formando bolhas microscópicas . A densidade da bolha ao redor de uma trilha é proporcional à perda de energia de uma partícula.

As bolhas crescem em tamanho à medida que a câmara se expande, até ficarem grandes o suficiente para serem vistas ou fotografadas. Várias câmeras são montadas ao seu redor, permitindo que uma imagem tridimensional de um evento seja capturada. Câmaras de bolhas com resolução de alguns micrômetros (μm) foram operadas.

Muitas vezes é útil submeter toda a câmara a um campo magnético constante. Ele age nas partículas carregadas através da força de Lorentz e faz com que elas se desloquem em trajetórias helicoidais cujos raios são determinados pelas relações carga-massa das partículas e suas velocidades. Como a magnitude da carga de todas as partículas subatômicas conhecidas, carregadas e de vida longa é a mesma que a de um elétron , seu raio de curvatura deve ser proporcional ao seu momento . Assim, medindo o raio de curvatura de uma partícula, seu momento pode ser determinado.

Descobertas notáveis

Descobertas notáveis ​​feitas pela câmara de bolhas incluem a descoberta de correntes neutras fracas em Gargamelle em 1973, que estabeleceu a solidez da teoria eletrofraca e levou à descoberta dos bósons W e Z em 1983 (nos experimentos UA1 e UA2 ). Recentemente, as câmaras de bolhas têm sido usadas em pesquisas sobre partículas massivas de interação fraca (WIMP)s , no SIMPLE, COUPP , PICASSO e, mais recentemente, PICO .

Desvantagens

Embora as câmaras de bolhas tenham sido muito bem-sucedidas no passado, elas são de uso limitado em experimentos modernos de altíssima energia por várias razões:

  • A necessidade de uma leitura fotográfica em vez de dados eletrônicos tridimensionais o torna menos conveniente, especialmente em experimentos que devem ser redefinidos, repetidos e analisados ​​muitas vezes.
  • A fase superaquecida deve estar pronta no exato momento da colisão, o que dificulta a detecção de partículas de vida curta.
  • As câmaras de bolhas não são grandes nem maciças o suficiente para analisar colisões de alta energia, onde todos os produtos devem estar contidos dentro do detector.
  • As partículas de alta energia podem ter raios de caminho muito grandes para serem medidos com precisão em uma câmara relativamente pequena, dificultando assim a estimativa precisa do momento.

Devido a esses problemas, as câmaras de bolhas foram amplamente substituídas por câmaras de arame , que permitem que as energias das partículas sejam medidas ao mesmo tempo. Outra técnica alternativa é a câmara de faísca .

Exemplos

Referências

links externos