什么是一个气泡室？(a bubble chamber?)

气泡室是物理学中用于检测带电粒子的装置。它是由唐纳德-格拉塞在1952年发明的，随后他因其发明获得了诺贝尔奖。尽管曾经是检测粒子的普遍方法，但目前气泡室并不经常使用，这在很大程度上是因为在处理极高能量的粒子时存在一些明显的缺点。...

气泡室是物理学中用于检测带电粒子的装置。它是由唐纳德-格拉塞在1952年发明的，随后他因其发明获得了诺贝尔奖。尽管曾经是检测粒子的普遍方法，但目前气泡室并不经常使用，这在很大程度上是因为在处理极高能量的粒子时存在一些明显的缺点。

气泡室，乃至大多数粒子探测器背后的原理是非常简单的。它可以被认为是类似于观察天空中飞机留下的痕迹。即使一架飞机快速掠过，你没有注意到它的经过，你也会在一段时间内看到它的痕迹，使你能够重建它的路径。气泡室的工作原理与此类似，粒子留下的气泡痕迹可以被拍摄下来。

试验室本身充满了某种透明和不稳定的液体，通常是过热的氢气。该液体通过保持压力而被过热，并在粒子被引入的那一刻稍微释放。当带电粒子通过该室时，它们会导致液体在通过时沸腾，产生一串气泡。粒子本身只需要几纳秒就能通过腔室，但气泡需要数百万倍的时间来膨胀，一般需要10毫秒左右。在这段时间里，可以从不同的角度拍照，形成粒子路径的三维表现。

然后，通过对试验室加压来消除气泡，并对下一批颗粒重复这一程序。每一组照片都是在我们可能认为很短的时间内拍摄的，每张照片只需要几秒钟，但从科学标准来看，这实际上是相当长的时间。现代探测器能够在几毫秒内完成整个程序，允许在几秒钟内记录成百上千的粒子爆发。现代探测器还以数字方式捕捉图像，使其更容易分析和存储。

因此，气泡室在现代粒子探测中很少被使用。另一个问题是，由于气泡室相当小，它们也无法正确记录高能粒子的碰撞，进一步降低了它们在现代实验中的用处。最后，液体变得过热的时间点必须与瞬间粒子相互撞击的时间点完全吻合，这对于寿命极短的粒子来说，几乎不可能协调。

尽管气泡室的图像相对来说已经过时了，但对于教学目的来说仍然相当有用。因为它们是物理轨迹的照片，它们通常比更复杂的相互作用描述或其他抽象的数据更容易让人理解。学生们可以看着拍摄到的气泡轨迹的图像，准确地看到各种粒子的相互作用，以及粒子在室中的时间里是如何衰减的。由于这些原因，尽管在前沿研究中没有广泛使用，但气泡室仍然在大学实验室中得到一些使用，而且历史上拍摄的照片经常出现在教科书中。