Basiswissen

Die Blasenkammer ist ein Teilchendetektor, der die Spuren von geladenen Elementarteilchen und Hadronen sichtbar macht. Gleichzeitig dient das Füllmaterial auch als Target für Teilchenkollisionen. Die Blasenkammer ersetzte die Nebelkammer und ist selbst heute durch andere Detektoren verdrängt.

Bildbeschreibung und Urheberrecht — Die Blasenkammer des Physikers Enrico Fermi: der Durchmesser beträgt rund 15 Fuß oder 4,57 Meter. © User Jebulon on Wikimedia Commons ☛

Funktionsprinzip

Eine Blasenkammer ist ein zumeist mit flüssigem Wasserstoff (Alternativen sind z. B. Deuterium, Krypton und Xenon) gefüllter Raum, in den die zu untersuchenden Teilchen injiziert werden – etwa aus einem Teilchenbeschleuniger. Kurz vor der Injektion wird der Druck innerhalb der Kammer stark verringert, so dass die Temperatur des Wasserstoffs oberhalb des Siedepunktes liegt. Die einlaufenden Teilchen ionisieren nun Wasserstoffatome und diese Ionen dienen als Keime für Gasblasen. Etwa 10 Millisekunden nach der Injektion werden durch ein Blitzlicht mehrere Kameras an unterschiedlichen Positionen ausgelöst, so dass sich aus den Photographien ein dreidimensionales Bild der Spuren rekonstruieren lässt. Danach wird der Druck in der Kammer wieder erhöht, so dass die Gasblasen sich wieder lösen. Insgesamt dauert ein solcher Zyklus etwas mehr als eine Zehntelsekunde, bevor die Blasenkammer wieder im blasenfreien Ausgangszustand ist.

Interpretation der Spuren

In der Blasenkammer herrscht gewöhnlich ein homogenes Magnetfeld, so dass Teilchen mit verschiedenen Ladungsvorzeichen aufgrund der Lorentzkraft Kurven mit verschiedener Krümmungsrichtung beschreiben. Aus der Bahnkrümmung lässt sich das Verhältnis von Masse und Ladung und bei zerfallenden Teilchen aus der Bahnlänge die Lebensdauer bestimmen.

Was ist ein Target?

Auf Deutsch: Ziel. Das sind hier die vorhanden Wasserstoffatome. Die eingeschossenen Teilchen können mit diesen Targets wechselwirken. Dadurch entstehen sekundäre Produkte wie etwa Mesonen, schwere Baryonen oder Myonen. Diese können dann Gegenstand eigener Untersuchungen sein.

Nachteile

Als Auswertungsgrundlage ist eine Photographie nötig. Ideal wären aber 3D-Informationen in elektronischer Form für eine schnelle Weiterverarbeitung der Daten.

Die Druckverringerung vor dem Eintritt der Teilchen muss sehr zeitnah zum Messung erfolgen. Das erschwert es, kurzlebige Partikel bestimmen zu können.

Blasenkammern sind nicht groß genug, um Folgeprodukte von Kollisionen hochenergetischer Teilchen detektieren zu können.

Hochenergetische Teilchen haben bei der Ablenkung in einem elektrischen oder magnetischen Feld einen so großen Radius, dass die Bahnkrümmung in den vergleichsweise kleinen Kammern kaum sichtbar wird. Damit kann der Impuls nicht ausreichend genau bestimmt werden.