簡介
汽泡室氣泡室是一種偵測帶電粒子的儀器，在1952年美國物理學家格拉塞（DonaldArthurGlaser，1926-）（也翻譯為唐納德·格拉澤）發明的，這因此讓他得到1960年的諾貝爾物理獎。他是在密西根大學外的酒吧，看到有人把鹽放進啤酒里而得到的靈感，但他在2006年時否認了這項說法 。 汽泡室是一個裝滿液體的容器，該液體處於壓力之下，溫度接近沸點。如果壓力減低，液體的沸點也隨著降低，但若壓力的改變夠快，液體回變成超熱狀態（溫度超過沸點，但仍然維持液體狀態）。假設壓力改變是發生在粒子束剛經過之後，那么室內的液體將會變的不穩定，沿著電離離子的路徑開始沸騰，很多小氣泡因此形成，可以拍攝下來，帶電粒子的軌跡於是就出現在我們眼前。
實驗原理
氣泡室的影象顯示出碰撞後粒子的軌跡氣泡室是一種裝有透明液體（如液體氫、氦、丙烷、戌烷等）的耐高壓容器。它是利用在特定溫度下通過突然減壓使某種工作液體在短時間內（一般為50毫秒）處於過熱的亞穩狀態而不馬上沸騰，這時若有高能帶電粒子通過就會發生局部沸騰，並在粒子經過的地方產生大量的氣泡，從而顯示出粒子的徑跡。根據徑跡的長短、濃淡等數據，便能清楚地分辨出粒子的種類和性質。然後氣泡室又恢復至高壓狀態，氣泡立即消失，這樣氣泡室可以連續使用。氣泡室容積大小從數毫升到100升，所用液體為液氫、淮氙、乙醚、丙烷等；氣泡室的壓力從1個大氣壓到幾十個大氣壓。氣泡室因密度大、循環快，所蒐集到的各種信息大約是雲霧室的1000倍。
實驗技術
阿耳瓦雷茨1959年建成的72英寸氣泡室氣泡室技術複雜，造價和加速器差不多，是當時研究基本粒子的最有效的工具之一。為了充分利用它們的功能，必須用半自動方式掃描成百萬張照片，掃描裝置的輸出送至計算機中進行分析。實現這項任務的電腦程式設計是建立該系統中的一項困難工作。將氣泡室和計算機連線起來能得到豐富的實驗資料，大型實驗室中取得的膠捲可分送世界各地的用戶反覆研究，以期從這些原始材料中得到一些結果。由於阿爾瓦雷斯發展了氫泡室技術和數據分析方法，他獲得了1968年諾貝爾物理獎。
實驗結構
低溫泡室
建於上世紀70年代的、直徑3.7米、高4米的歐洲大氣泡室BEBC格拉塞早期的泡室是用有機液體作為工作物的小型泡室。後來由於物理實驗的需要﹐在工作液體和規模等方面都有了很大的發展。因為基本粒子與質子(氫核)的相互作用最簡單﹐容易得到明確的物理結果﹐所以研製出了液氫泡室。這在泡室技術和在物理上的套用都是極為關鍵的進步。氘核含有一個質子和一個中子﹐為了研究粒子與中子的相互作用﹐還研製出了液氘泡室(後來用液氘充到氫泡室中也得液氘泡室)。由於氦原子核的自鏇和同位鏇都是零﹐這時研究與自鏇及同位鏇有關的過程相當重要﹐所以又研製成了液氦泡室。氫﹑氘和氦泡室的一個共同特點是﹐都需要很低的工作溫度(氫泡室的工作溫度為25～29K﹐氘泡室的工作溫度比氫泡室的約高5K﹐氦泡室的工作溫度最低﹐為3～4K)﹐所以它們又稱為低溫泡室。這種泡室要求有低溫系統﹐所以技術難度較大。
重液泡室
有些物理實驗要求有效地記錄光子和儘可能增加靶物質的厚度(例如做中微子實驗就需要儘量多的靶物質)﹐所以研製了一種重液泡室。這種泡室的工作液體通常是氟利昂及其混合物。這種泡室的工作溫度與室溫相近﹐不需要低溫系統。氫泡室和重液泡室在物理實驗上各有優缺點。氫泡室有提供純質子靶的優點﹐但是記錄γ光子及其它次級作用的效率較低﹐而重液泡室則正好相反。因此﹐後來研製了把兩者結合起來的具有稱為徑跡靈敏靶的泡室。它是把充有液氫或液氘的透明的塑膠容器作為靶子放到一個充有液氖和液氫混合物的泡室里同時進行膨脹﹐使得靶子內外部能對徑跡靈敏。
全息照相泡室
粲粒子發現以後﹐為了測量其極短的壽命(約10秒)﹐需要提高徑跡室的空間解析度。所以﹐又研製了全息照相泡室。全息照相可以直接給出三維的記錄﹐它比普通照相有大得多的景深範圍﹐而且空間解析度高一個數量級。同時﹐它還可以使探測器系統小型化。
混合泡室
為了提高對加速器粒子束流的利用率及提高事例的積累速度﹐還研製了一種每秒可以循環十次以上的快循環泡室。由於產生胚胎氣泡的熱針在不到1微秒的時間內就擴散掉了﹐所以到目前為止﹐還不可能做到由計數器觸發控制膨脹的泡室。但是﹐由於快電子學及線上計算器的快速發展﹐現在已經可能用閃爍計數器﹑切倫科夫計數器﹑多絲正比室﹑漂移室﹑穿越輻射探測器﹑光子探測器﹑量能器等電子學探測器組成的選擇觸發的邏輯系統對快循環泡室採用觸發選擇照相和協助記錄。這樣就大大提高了有用照片的比率和可進一步分析的記錄內容。這種以快循環泡室作為靶子及頂點探測器﹐在上﹑下游配有電子學探測器系統﹐稱為混合譜儀。
實驗結果
氣泡室的影象顯示出碰撞後粒子的軌跡物理學家可以從粒子的徑跡中了解許多情況，如氣泡室放在強磁體的兩個磁極之間，效果更好。那些能夠留下氣泡徑跡的粒子總是帶電的——帶正電或帶負電。如果它們帶的是正電，那么，在磁體的影響下，它們的路徑就會朝一個方向彎曲；如果它們帶負電，它們的路徑就朝相反的方向彎曲；從它們路徑彎曲的程度可以確定它們的運動速率，再加上徑跡的粗細等因素就能確定粒子的質量。當一個粒子衰變成兩個以上的粒子時它的徑跡就會分叉，在粒子發生碰撞的情況下徑跡也會分叉。在一張特定的氣泡室照片中，會出現大量徑跡。有粒子相遇的、分開的，還有分叉的。有時在一個徑跡圖形的幾個部分之間還有些空白，這些空白就要用某種不帶電的粒子來解釋，因為不帶電粒子在氣泡室中運動時不會留下可見的徑跡。物理學家從各種徑跡的複雜組合中可以辨認出所碰到的粒子類型，或者發現某種新的粒子。
阿耳瓦雷茨和他的氣泡室阿耳瓦雷茨（LuisWalterAlvarez，1911-1988）與他的老師康普頓（ArthurHolyCompton，1892～1962）在芝加哥從事宇宙射線的研究中取得了一些重要成果。格拉塞發明氣泡室時，阿耳瓦雷茨很感興趣，決定建造一個規模空前的注滿液態氫的氣泡室。這是一個很大的技術計畫，阿耳瓦雷茨組織了一大批各個領域的技術專家，建造了一系列的氣泡室，其大小不斷增加，最大的達72英寸。格拉塞最初的氣泡室直徑只有幾厘米，阿耳瓦雷茨最初的氣泡室為500立升，以後的氣泡室卻逐漸成了龐然大物，有的甚至直徑達到幾米，能夠容納以立方米計的液體。現在最大的氣泡室直徑達幾米，裝有上萬立升的液態氫。
一對中性Λ粒子和反Λ粒子在氫泡室中產生和衰變的照片。
Λ衰變成一個質子(p)和一個負π介子(π-)。左邊的反Λ衰變成一個反質子(p-)和一個π介子(π+)。反質子擊中液態氫中的一個質子時，反質子就湮滅成四個π介子.1953年，費米（EnricoFermi,1901-1954）與同事在美國芝加哥大學的同步回旋加速器上做實驗時發現了質子—介子系統中的第一個共振態。氣泡室技術的發明，使物理學家有可能發現更多的共振態，大大促進了粒子物理學的發展，人們首先在質子—反質子的湮沒中發現了一些共振（左圖），後來在各種反應中出現了幾十個、幾百個共振。上個世紀60年代，物理學家們一直在忙於尋找共振，直到今天，這項工作仍在進行。
工作液體
工作液可用液氫或液氘，需在甚低溫下工作，也可用液態碳氫有機物，如丙烷、乙醚等，可在常溫下工作。大型氣泡室容積可達20立方米。氣泡室兼備乳膠和雲室兩者的優點，容器內的工作液本身就是一個可見的靶子。氣泡室的徑跡畸變小、本底乾淨、徑跡清晰，測量精度高。
液態氫
氣泡室最有用的液體是液態氫，因為氫是已知的最簡單的原子。每一個氫原子含有一個原子核（它只由一個質子構成），還有一個孤零零的電子繞著原子核鏇轉。因此，液態氫是只由一些孤立的質子和電子構成的。在液態氫中發生的亞原子事件就特別簡單，很容易從氣泡所組成的徑跡辨認出來，而所有其他液體的原子核，都由幾個質子和幾個中子組成。
實驗貢獻
用氣泡室發現了Σ0，Ξ0，Σ+，Ω-等粒子以及幾百種共振粒子。它還可用於探測各種類型粒子的衰變。
實驗歷史
威爾遜
鮑威爾的核乳膠技術和威爾遜的雲霧室在檢測低能粒子時很有用，但要探測和確定一些高能粒子，在技術上就要要求能在比威爾遜雲室更快和更長的路徑上做出記錄，同時還要克服鮑威爾核乳膠技術中無法把中性粒子與事件準確聯繫起來的困難。
1910年，威爾遜通過顯示在飽和蒸汽中運動的帶電粒子周圍的霧氣，揭示了這些粒子的徑跡。雲霧室突然膨脹時，使蒸汽過飽和，液體就凝聚在帶電粒子在其運動路徑上所留下的離子的周圍。在強烈的側射光照射下就可看到這種霧，就象我們看到的在高空飛行的飛機留下的蒸氣尾跡一樣。威爾遜雲霧室有著光輝的歷史，尤其是它曾顯示了第一個人工蛻變的徑跡，中子引起的反衝質子的徑跡，正電子和簇射的徑跡等等。雲霧室氣體密度低是很大的缺陷，即單位體積中含有的物質非常少。
格拉塞
格拉塞和他的泡室1952年，美國物理學家格拉塞為如何探測高能粒子的運動徑跡而冥思苦想，他往酒杯里倒啤酒時被啤酒中冒著的氣泡吸引，如果扔到杯中一個小粒子，氣泡會追隨正在粒子的運動軌跡而形成。他由此受到啟發，用液體來取代威爾遜雲霧室中的氣體，可使密度大約增加上千倍。他用了一種處於沸點溫度的液體，再使壓力突然降低，從而使液體處於其沸點以上的溫度，觀察在離子運動路徑上形成的氣泡。他製成了世界上第一台泡室，在乙醚液中顯示了宇宙射線粒子的徑跡。在他成功地觀察到第一批徑跡後，他又用不同的液體進行試驗。這以後泡室開始用於高能物理研究，泡室技術得到不斷發展。氣泡室的發明是格拉塞對高能物理學做出的傑出貢獻，它為粒子物理研究開拓了新的領域，在原子核科學技術史上也是一個創舉。他因此獲得了1960年諾貝爾物理學獎。
實驗優缺點
優點
氣泡室的優點是直觀﹑作用頂點(有時連衰變頂點)可見﹑有很好的多重效率﹑有效空間大和測量精度高等等。
缺點
氣泡室的缺點，收集和分析數據較慢﹐特別是掃描﹑測量照片(雖然在利用自動化劑量裝置的情況下)太費時間，體積不容易做得很大﹐因而不容易適應能量越來越高﹑要研究的作用截面越來越小﹑事例數要儘量多的實驗的要求。目前正在發展著全息泡室與電子學譜儀的結合。
