气泡室

我们已经知道，费米发现了质子-介子系统中的第一个共振，但是那时候人们并未想到有这么多共振、并且在所有系统中都有共振。气泡室技术的发明，就象打开了闸门一样，人们首先在质子-反质子的湮没中发现了一些共振（图12.11），后来在各种反应中出现了几十个、几百个共振。60年代中，物理学家们一直在忙于寻找共振，直到今天，这项工作仍在大规模地继续进行着。

有一段时间内，气泡室这一新技术简直垄断了共振的研究，就好象早期的照相乳胶技术控制了粒子物理学一样。气泡室是一种能显示带电粒子运动径迹的仪器。我们已经知道，早在1910年，C.T.R.威尔逊就通过显示在饱和蒸汽中运动的带电粒子周围的雾气，揭示了这些粒子的径迹。云雾室突然膨胀时，使蒸汽过饱和，液体就凝聚在带电粒子在其运动路径上所留下的离子的周围。在强烈的侧射光照射下就可看到这种雾，就象我们看到的在高空飞行的飞机留下的蒸气尾迹一样。威尔逊云雾室有着光辉的历史，尤其是它曾显示了第一个人工蜕变的径迹，中子引起的反冲质子的径迹，正电子和簇射的径迹等等。但是，它有一个很大的缺点，即气体密度低，换句话说，它的单位体积中含有的物质非常少。

图12.11　一对中性Λ粒子和反Λ粒子在氢泡室中产生和衰变的照片。图右面的Λ衰变成一个质子（p）和一个负π介子（π-）。左边的反Λ衰变成一个反质子（）和一个正π介子[1]（π+）。反质子击中液态氢中的一个质子时，反质子就湮灭成四个π介子

1952年，唐纳德·A·格拉塞（1926年生）想起用液体来取代云雾室中的气体，这样大约可使密度增加上千倍。他用了一种处于沸点温度的液体，再使压力突然降低，从而使液体处于其沸点以上的温度，观察在离子运动路径上形成的气泡。格拉塞开始开发这项技术时，用的是装满了乙醚的小室。在他成功地观察到第一批径迹后，他又用不同液体进行试验。最重要的液体是液态氢和液态氙。液态氢提供一个简单的靶子，而液态氙则能作为一个具有高原子序数的靶子。格拉塞在这个领域中起了开路作用，但后来他转向了生物学，由另外一位物理学家发展了他的气泡室，使气泡室的大小和观察范围都有较大的增加。(https://www.daowen.com)

L.W.阿耳瓦雷茨（1911年生）是一位在劳伦斯影响下成长起来的物理学家，因此他也喜欢承担大的实验计划。他富于想象力，他与他的老师A.H.康普顿一起在芝加哥从事宇宙射线的研究中，取得了一些重要成果。但之后不久，他却到了伯克利，在那里从事回旋加速器的工作。战争期间，阿耳瓦雷茨在劳伦斯的鼓动下到麻省理工学院工作。在那里，他发明了一个可用于能见度极差的情况下，依靠雷达导航的飞机着陆系统。他后来又从麻省理工学院到了洛斯阿拉莫斯工作，并曾坚持要在向广岛投掷原子弹的飞机上飞行。阿耳瓦雷茨极力主张参加他认为是历史性的事件，他喜欢会见重要人物，十分崇拜伟大的科学家。战后他回到伯克利时，他曾设计和指导建造了一个直线加速器，并在那时开始专注于利弗莫尔计划。

格拉塞发明气泡室时，阿耳瓦雷茨认为它的前途很大，所以决定建造一个规模空前的注满液态氢的气泡室。这是一个很大的技术计划——甚至劳伦斯对此也还有些疑虑——但阿耳瓦雷茨罗致了一大批各个领域的技术专家，按劳伦斯的传统，鼓励他们的积极性，并进而建造了一系列的气泡室，其大小不断增加，最大的达72英寸，有一个浴缸那样大小。现在，最大的气泡室直径长达几米，装有上万立升的液态氢。阿耳瓦雷茨的气泡室“只”装了500立升。

这些仪器非常复杂，代价也非常昂贵，它们的成本和加速器差不多。不过，对于加速器的利用来说，这些仪器是必不可少的，而且它们也是研究基本粒子的最有效的工具之一。为了充分利用它们的功能，必须用半自动方式扫描成百万张照片，扫描装置的输出送至计算机中进行分析。实现这项任务的计算机程序设计是建立该系统中的一项困难工作。为了理解这个过程，我们应该把布莱克特对氮蜕变（123页）云雾室照片所进行的立体观察的直接分析，与气泡室的现代操作进行比较。把气泡室和计算机连接起来就能得到丰富的实验资料，在大型实验室中取得的胶卷可分送世界各地的用户，这些用户可以一遍又一遍地研究这些胶卷，以期从这些原始材料中得到一些结果。