探测器与仪器

云室、泡室与乳胶(cloud chamber, bubble chamber, and emulsion)

在电子学能够读出粒子之前,物理学家需要一个真正看见粒子路径的办法——把粒子看不见的痕迹变得足够清晰,好拍下来。三项经典发明恰恰做到了这一点,每一项都让一个带电粒子的径迹显现为一条你能亲眼看见、亲手测量的线。它们是云室、泡室和照相乳胶,它们一起把粒子物理带过了它发现的黄金时代。

每一种都以不同的方式让电离痕迹现形。云室盛着一团濒临凝结成雾的气体;一个带电粒子经过时留下的离子,成为微小水滴凝结的种子,画出一条细细的白色雾迹。泡室则用一团刚刚越过沸点的液体(通常是液氢)反其道而行;沿着离子痕迹,微小的气泡形成,并在它们长大之前被拍下——在一种同时充当碰撞靶的材料里,给出更密、更锐利的径迹。照相乳胶是一种厚厚的照相胶片,带电粒子的经过曝光出一条颗粒线,冲洗之后能在显微镜下以极高的空间精度被追描。在磁场中,这些径迹的弯曲给出动量,它们的密度给出关于身份的线索。

这些装置带来了奠基性的发现:正电子和缪子最早是在云室里被发现的,许多奇异粒子是在乳胶和泡室里被发现的,而泡室那些优美的螺旋照片定义了这个领域的视觉语言。它们决定性的局限、也是它们退役的原因,在于速度和选择性。得由人逐张扫描照片,而且没法吩咐这种装置只记录有趣的事件。能够每秒检视上百万次碰撞、只留下罕见那几次的电子探测器和触发系统,使这些优雅的室在前沿工作中过时了——尽管云室至今仍是绝佳的教学工具。

1932年,卡尔·安德森拍下一条云室径迹,它弯曲的方向对电子来说反了,却又有着电子那般的轻——这就是反电子,即正电子,是被拍进胶片的反物质。此后几十年的泡室照片,用新发现粒子的卷曲径迹填满了教科书。

正电子是作为照片上的一条弯线被发现的。

这些装置退役,不是因为它们看得不好,而是因为它们太慢、又无法被触发以只留下罕见事件——而这恰恰是电子探测器所能做到的。

又称
Wilson cloud chamberGlaser bubble chamberphotographic emulsion云室泡室