丝室(wire chamber)
假设你想知道的不只是「有东西穿过了一盒气体」,而是它究竟从哪里穿过。一个巧妙的办法是:把盒子装满气体,再在里面拉上许多根细丝,每根都加上高电压。当一个带电粒子穿过、电离了气体时,被释放的电子会漂向最近的那根丝,而在那根细丝近旁,电场极强,每个电子都会引发一场更多电子的雪崩——这就是一个内建的微型放大器。哪根丝有了信号,就告诉你粒子从哪里经过。这就是丝室背后的想法。
更确切地说,在一台多丝正比室里,几百根平行的感应丝处在带电极板之间、充满气体的空间中。带电粒子的电离释放出电子,电子漂向各丝;丝附近的雪崩产生出一个大到足以读出的电脉冲,脉冲的大小大致正比于原始的电离量(所以叫「正比」)。知道哪根丝有信号,就给出粒子在一个方向上的位置。一种叫漂移室的改进更进一步:再测出电子漂到丝上所花的时间,并已知它们在气体中稳定的漂移速度,就能算出它们的起始距离,从而把径迹定位得远比单凭丝间距所能达到的更精确。
丝室由乔治·夏帕克在1968年发明(这项成就为他赢得1992年诺贝尔物理学奖),它改变了粒子物理:径迹第一次能够以电子方式读出、直接送进电脑,取代了泡室那种逐张照片、缓慢分析的做法。丝室及其后裔至今仍在许多实验中以低廉成本覆盖大体积。它们的限度在于速度与精细度:在大型强子对撞机内部区域那种极高的碰撞率下,人们更青睐硅径迹探测器;而气体丝室在更大、更不拥挤的外部区域(例如缪子系统)依然表现出色。
一台小汽车大小的漂移室,仅凭测量被释放的电子漂到丝上所花的时间,就能把一条径迹定位到几分之一毫米——而它每立方米的成本远低于硅,这正是这类丝室至今仍填充着探测器大片外层区域的原因。
夏帕克的丝让径迹直接流进电脑。
一个常见的混淆:丝间距并不等于位置分辨率。借助漂移时间,丝室能把径迹定位得远比丝与丝之间的间隙更精确。