Большая европейская пузырьковая камера - Big European Bubble Chamber

Большая европейская пузырчатая камера на выставке в музее микрокосма

В Большая европейская пузырьковая камера (BEBC) - детектор большого размера, ранее использовавшийся для изучения физика элементарных частиц в ЦЕРН. Корпус камеры, представляющий собой сосуд из нержавеющей стали, был заполнен 35 кубометрами перегретого жидкий водород, жидкость дейтерий или неон -водородная смесь,[1] чувствительность которого регулировалась с помощью подвижного поршня массой 2 тонны. Жидкости при типичных рабочих температурах около 27 К находились под избыточным давлением около 5 атм. Расширение поршня, синхронизированное с пучком заряженных частиц, пересекающим объем камеры, вызвало быстрое падение давления, в результате чего жидкость достигла точки кипения. [2][3] Во время каждого расширения заряженные частицы ионизировали атомы жидкости, когда они проходили через нее, и выделяемая ими энергия инициировала кипение на их пути, оставляя следы крошечных пузырьков.[4] Следы этих пузырьков были сфотографированы пятью камерами, установленными наверху камеры. Стереофотографии были впоследствии отсканированы, и все события, наконец, были оценены группой ученых.[5] После каждого расширения давление снова увеличивали, чтобы прекратить кипение. После этого пузырьковая камера была снова готова к новому циклу воздействия пучком частиц.

Концепция и конструкция гигантских пузырьковых камер, таких как Гаргамель и BEBC был основан на ноу-хау, приобретенном в результате строительства и эксплуатации пузырьковых камер меньшего размера, таких как Водородная камера 30 см, который вступил в строй на ЦЕРН в 1960 г., а четыре года спустя последовал Водородная камера 2 м.[6]

Проект BEBC был запущен в 1966 году ЦЕРН, Франция (Saclay ) и Германии (DESY ) и установлен в ЦЕРНе в начале 1970-х годов.[2] Корпус камеры был окружен крупнейшим на тот момент сверхпроводящий соленоид магнит двух катушек в Аранжировка Гельмгольца. Катушки магнита были изготовлены в ЦЕРН с использованием сверхпроводящего кабеля из ниобия-титана, армированного медью. Катушки BEBC создавали сильное магнитное поле 3,5 Т по чувствительному объему камеры.[7] Таким образом, быстрые заряженные частицы, проходящие через камеру, искривлялись в магнитном поле, которое давало информацию об их импульсе.

Первые изображения были записаны в 1973 году, когда BEBC впервые получила луч от Протонный синхротрон (PS). С 1977 по 1984 год камера фотографировала Западный регион. нейтрино луч линии Супер протонный синхротрон (SPS) и в адрон пучки с энергиями до 450 ГэВ.[5] В 1978 году была установлена ​​чувствительная к треку цель (TST), которая объединила преимущества водородных и пузырьковых камер с тяжелой жидкостью. [8] Камеры, заполненные водородом, позволяют изучать взаимодействие частиц со свободными протонами, но они имеют низкую эффективность для преобразования гамма-лучей. С другой стороны, тяжелое жидкое наполнение лучше подходит для обнаружения гамма-лучей, но события труднее интерпретировать.[9] Внешний идентификатор мюона (EMI) и идентификатор внешней частицы (EPI) были добавлены к BEBC в 1979 году для идентификации мюонов и заряженных адронов, соответственно, покидающих камеру. [10] Кроме того, внутренний пикетный забор (IPF) использовался для получения сигналов синхронизации для событий, происходящих в пузырьковой камере, помогая подавить фон. [11] Эти изменения превратили BEBC в гибридный детектор.[12]

Эксперименты BEBC были: T225 / 231, T243, WA17, WA19, WA20, WA21, WA22, W24, WA25, WA26, WA27, WA28, WA30, WA31, WA32, WA47, WA51, WA52, WA59, WA66, WA73 и PS180.[13] К концу своей активной жизни в 1984 году BEBC предоставила в общей сложности 6,3 миллиона фотографий для 22 экспериментов. Около 600 ученых из примерно пятидесяти лабораторий по всему миру приняли участие в анализе 3000 км пленки, которую она произвела.[6][14] BECB позволил открыть D-мезоны и способствовал развитию нейтринной и адронной физики, выполняя одну из самых богатых программ по физике.[5] Сейчас он выставлен в ЦЕРНе. Музей микромира.

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ "Введение в практикум" 30 лет физике пузырьковой камеры"" (PDF). 18 марта 2003 г.
  2. ^ а б Краузе, Майкл (2014). ЦЕРН: Как мы нашли бозон Хиггса. World Scientific. С. 32–33. ISBN  978-9814623551.
  3. ^ Battelli, L .; Бьянки-Штрайт, Марилена; Джакомелли, Г. (июль 1993 г.). Физика элементарных частиц с фотографиями пузырьковой камеры (Отчет). ЦЕРН. стр. 3–4. Получено 23 июн 2016.
  4. ^ «Большая европейская пузырьковая камера, BEBC». ЦЕРН архив. Получено 19 декабря 2007.
  5. ^ а б c Harigel, G.G .; Колли, округ Колумбия; Канди, округ Колумбия (июль 1994 г.). Пузыри 40: Материалы конференции по пузырьковой камере и ее вкладу в физику элементарных частиц. Женева, Швейцария: Северная Голландия. п. 197.
  6. ^ а б Веннингер, Хорст. «По следам пузырьковой камеры» (PDF). ЦЕРН Курьер. IOP Publishing. 44 (6): 26–29.
  7. ^ Герт Г. Харигель (март 2003 г.). Пузырьковые камеры, технологии и влияние на физику высоких энергий (Отчет). ЦЕРН. п. 351. Получено 23 июн 2016.
  8. ^ «Отдел экспериментальной физики». Годовой отчет. ЦЕРН (1978): 74–75. 1979 г.. Получено 4 июля 2016.
  9. ^ Battelli, L .; Бьянки-Штрайт, Марилена; Джакомелли, Г. (июль 1993 г.). Физика элементарных частиц с фотографиями пузырьковой камеры (Отчет). ЦЕРН. стр. 3–4. Получено 23 июн 2016.
  10. ^ «Отдел экспериментальной физики». Годовой отчет. ЦЕРН (1979): 72–73. 1980 г.. Получено 4 июля 2016.
  11. ^ «Отдел экспериментальной физики». Годовой отчет. ЦЕРН (1981): 56.1982. Получено 4 июля 2016.
  12. ^ «Большая европейская пузырьковая камера, BEBC». ЦЕРН архив. Получено 2007-12-19.
  13. ^ Харигель, Г. Г. (1985). Список публикаций, посвященных экспериментам BEBC (PDF) (Отчет). ЦЕРН. п. 1. Получено 29 июн 2016.
  14. ^ «Золотые юбилейные фотографии - BEBC, Большая европейская пузырьковая камера». Сервер документов ЦЕРН. 17 мая 2004 г.