探測器與儀器

絲室(wire chamber)

假設你想知道的不只是「有東西穿過了一盒氣體」,而是它究竟從哪裡穿過。一個巧妙的辦法是:把盒子裝滿氣體,再在裡面拉上許多根細絲,每根都加上高電壓。當一個帶電粒子穿過、電離了氣體時,被釋放的電子會漂向最近的那根絲,而在那根細絲近旁,電場極強,每個電子都會引發一場更多電子的雪崩——這就是一個內建的微型放大器。哪根絲有了訊號,就告訴你粒子從哪裡經過。這就是絲室背後的想法。

更確切地說,在一台多絲正比室裡,幾百根平行的感應絲處在帶電極板之間、充滿氣體的空間中。帶電粒子的電離釋放出電子,電子漂向各絲;絲附近的雪崩產生出一個大到足以讀出的電脈衝,脈衝的大小大致正比於原始的電離量(所以叫「正比」)。知道哪根絲有訊號,就給出粒子在一個方向上的位置。一種叫漂移室的改進更進一步:再測出電子漂到絲上所花的時間,並已知它們在氣體中穩定的漂移速度,就能算出它們的起始距離,從而把徑跡定位得遠比單憑絲間距所能達到的更精確。

絲室由喬治·夏帕克在1968年發明(這項成就為他贏得1992年諾貝爾物理學獎),它改變了粒子物理:徑跡第一次能夠以電子方式讀出、直接送進電腦,取代了泡室那種逐張照片、緩慢分析的做法。絲室及其後裔至今仍在許多實驗中以低廉成本覆蓋大體積。它們的限度在於速度與精細度:在大型強子對撞機內部區域那種極高的碰撞率下,人們更青睞矽徑跡探測器;而氣體絲室在更大、更不擁擠的外部區域(例如緲子系統)依然表現出色。

一台小汽車大小的漂移室,僅憑測量被釋放的電子漂到絲上所花的時間,就能把一條徑跡定位到幾分之一毫米——而它每立方米的成本遠低於矽,這正是這類絲室至今仍填充著探測器大片外層區域的原因。

夏帕克的絲讓徑跡直接流進電腦。

一個常見的混淆:絲間距並不等於位置解析度。藉助漂移時間,絲室能把徑跡定位得遠比絲與絲之間的間隙更精確。

又稱
multiwire proportional chamberdrift chamberMWPC多丝正比室漂移室