غرفة الفقاعات

غرفة الفقاعات عبارة عن وعاء مملوء بسائل شفاف شديد السخونة (غالباً الهيدروجين السائل ) يُستخدم للكشف عن الجسيمات المشحونة كهربائياً التي تتحرك خلاله. اخترعها دونالد أ. جلاسر عام 1952 ، ^{[ 1 ]} وحصل بفضل هذا الاختراع على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1960. ^{[ 2 ]} يُقال إن جلاسر استلهم فكرته من الفقاعات في كوب من البيرة ؛ إلا أنه نفى هذه الرواية في محاضرة ألقاها عام 2006، مع أنه أقرّ بأن البيرة لم تكن مصدر إلهام غرفة الفقاعات، إلا أنه أجرى تجارب باستخدام البيرة لملء النماذج الأولية . ^{[ 3 ]}

رغم أن غرف الفقاعات كانت تُستخدم على نطاق واسع في الماضي، إلا أنها استُبدلت الآن في الغالب بغرف الأسلاك ، وغرف الشرارة ، وغرف الانجراف ، وكواشف السيليكون . ومن أبرز غرف الفقاعات غرفة الفقاعات الأوروبية الكبيرة (BEBC) وغرفة غارغاميل .

تُشبه حجرة الفقاعات حجرة السحب ، سواءً من حيث التطبيق أو المبدأ الأساسي. تُصنع عادةً بملء أسطوانة كبيرة بسائل مُسخّن إلى ما دون درجة غليانه بقليل . عند دخول الجسيمات إلى الحجرة، يُخفّض مكبس ضغطه فجأة، فيدخل السائل في حالة شبه مستقرة فائقة التسخين. تُشكّل الجسيمات المشحونة مسار تأين، يتبخر السائل حوله، مُكوّنًا فقاعات مجهرية . تتناسب كثافة الفقاعات حول المسار طرديًا مع فقد الطاقة للجسيم.

تتزايد أحجام الفقاعات مع تمدد الحجرة، حتى تصبح كبيرة بما يكفي لرؤيتها أو تصويرها. تُثبّت عدة كاميرات حولها، مما يسمح بالتقاط صورة ثلاثية الأبعاد للحدث. وقد تم تشغيل حجرات فقاعات بدقة تصل إلى بضعة ميكرومترات (ميكرومتر) .

من المفيد غالبًا تعريض الحجرة بأكملها لمجال مغناطيسي ثابت. يؤثر هذا المجال على الجسيمات المشحونة عبر قوة لورنتز ، مما يجعلها تتحرك في مسارات حلزونية ، تتحدد أنصاف أقطارها بنسبة شحنة الجسيمات إلى كتلتها وسرعاتها. ولأن مقدار شحنة جميع الجسيمات دون الذرية المعروفة والمشحونة وطويلة العمر يساوي مقدار شحنة الإلكترون ، فإن نصف قطر انحنائها يتناسب طرديًا مع زخمها . وبالتالي، يمكن تحديد زخم الجسيم بقياس نصف قطر انحنائه.

• 
  تسجيل من غرفة الفقاعات في سيرن
• 
  غرفة الفقاعات

على الرغم من أن غرف الفقاعات كانت ناجحة للغاية في الماضي، إلا أن استخدامها محدود في التجارب الحديثة ذات الطاقة العالية جدًا لأسباب متنوعة:

• إن الحاجة إلى قراءة فوتوغرافية بدلاً من البيانات الإلكترونية ثلاثية الأبعاد تجعلها أقل ملاءمة، خاصة في التجارب التي يجب إعادة ضبطها وتكرارها وتحليلها عدة مرات.
• يجب أن تكون المرحلة فائقة التسخين جاهزة في اللحظة الدقيقة للتصادم، مما يعقد عملية الكشف عن الجسيمات قصيرة العمر.
• غرف الفقاعات ليست كبيرة ولا ضخمة بما يكفي لتحليل التصادمات عالية الطاقة، حيث يجب أن تكون جميع المنتجات محصورة داخل الكاشف.
• قد يكون للجسيمات عالية الطاقة أنصاف أقطار مسار كبيرة جدًا بحيث لا يمكن قياسها بدقة في حجرة صغيرة نسبيًا، مما يعيق التقدير الدقيق للزخم.

بسبب هذه المشكلات، استُبدلت غرف الفقاعات إلى حد كبير بغرف الأسلاك ، التي تسمح بقياس طاقات الجسيمات في الوقت نفسه. وهناك تقنية بديلة أخرى هي غرفة الشرارة .

• غرفة الفقاعات 30 سم (سيرن)
• غرفة فقاعات ساكلاي 81 سم
• غرفة الفقاعات بطول مترين (سيرن)
• غرفة الفقاعات المتناهية الصغر في برن
• بيفاترون ، وهو مسرع جسيمات مزود بحجرة فقاعات الهيدروجين السائل
• غرفة الفقاعات الأوروبية الكبيرة
• حجرة فقاعات ليكسان ثلاثية الأبعاد
• غارغاميل ، وهي غرفة فقاعات سائلة ثقيلة كانت تعمل في سيرن بين عامي 1970 و 1979.
• حجرة الفقاعات المصنوعة من مادة ليكسان
• بيكو ، غرفة فقاعات الفريون السائل للبحث عن المادة المظلمة

• "دليل تعليمي خطوة بخطوة حول كيفية قراءة صور غرفة الفقاعات" . سيرن . مؤرشف من الأصل في 7 مارس 2012.