Chambre à bulles

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Chambre à bulles exposée à l'extérieur d'un bâtiment du Fermilab.
Premières traces observées par John Wood dans de l'hydrogène liquide en 1954.

Une chambre à bulles est un espace fermé (en forme de cuve ou de sphère en général) contenant un liquide (ex : hydrogène) maintenu à une certaine température et formant des bulles sur la trajectoire d'une particule qui le traverse. Ces chambres étaient utilisées comme détecteur de particules au milieu du XXe siècle.

Pour l'étude des phénomènes subatomiques[modifier | modifier le code]

La chambre étant généralement placée dans un champ magnétique important, la trajectoire de la particule est courbée. Son passage dans cette cuve se traduit par la formation le long de sa trajectoire d'une traînée de bulles, qui peuvent ensuite être observées et photographiées ou filmées. Cela est dû à l'état métastable dans lequel est maintenu le liquide.

Les caractéristiques de la trajectoire (courbure et densité des bulles) permettent ensuite de déduire la masse et la charge de la particule. Dans ce type de détecteurs, les particules ont une trajectoire en forme de spirale logarithmique, qui s'interrompt brusquement  : ces interruptions signifient que la particule a été absorbée (par un atome par exemple).

Histoire[modifier | modifier le code]

La chambre à bulle a été inventée par Donald A. Glaser en 1952, ce qui lui valut le Prix Nobel de physique en 1960.

Fonctionnement[modifier | modifier le code]

Une chambre à bulle marche sur le même principe qu'une chambre à brouillard mais au lieu d'être saturée en vapeur, la chambre à bulle est remplie d'un liquide chauffé à une température très proche de sa température d’ébullition. Au moment où les particules entrent dans le détecteur, un piston, qui jusque là appliquait une pression sur le liquide, se relève réduisant ainsi la pression. Le liquide se trouve alors dans un état surchauffé métastable que les particules chargées vont venir perturber.

Quand les particules chargées traversent le liquide, elles l'ionisent permettant au liquide de se vaporiser sur leur chemin créant de petites bulles. Ces bulles vont grossir avec l'expansion de la chambre et pourront être détectées par des caméras posées tout autour de la chambre. On obtient ainsi une vision en trois dimensions de la trajectoire des particules.

La chambre à bulles est plongée dans un champ magnétique puissant. Les particules chargées qui la traversent subissent alors la force de Lorentz qui courbe leur trajectoire. En fonction de la direction de la courbure de la trajectoire et du sens du champ magnétique appliqué, on est en mesure de savoir le signe de la particule détectée. De plus, en mesurant le rayon de courbure des trajectoires, on peut mesurer la vitesse à laquelle se déplace les particules et donc en déduire l'énergie.

Avantages[modifier | modifier le code]

  • Simplicité des principes et de la mise en œuvre.

Inconvénients[modifier | modifier le code]

  • Lenteur de l'effacement des traces (par recompressions complète des bulles) ;
  • lourdeur de l'examen (autrefois toujours visuel) des photos pour détecter les « événements » intéressants ;
  • manque de précision pour la mesure des traces.

Évolutions, alternatives[modifier | modifier le code]

Elle a été avantageusement remplacée dans les années 1970 par d'autres détecteurs à lecture électronique, notamment la chambre multifilaire (MWPC) et la chambre à dérive (TPC).

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Lien externe[modifier | modifier le code]