Una camera a bolle è un dispositivo utilizzato in fisica per rilevare particelle cariche. È stato inventato da Donald Glaser nel 1952 e successivamente è stato insignito del Premio Nobel per la sua invenzione. Sebbene un tempo fosse il modo prevalente per rilevare le particelle, la camera a bolle non è attualmente utilizzata di frequente, in gran parte a causa di alcuni inconvenienti che si manifestano quando si ha a che fare con particelle ad altissima energia.
Il principio alla base della camera a bolle, e in effetti della maggior parte dei rivelatori di particelle, è abbastanza semplice. Può essere considerato come guardare il cielo per le tracce lasciate dagli aeroplani. Anche se un jet passa così velocemente che non ti accorgi che passa, vedrai la sua scia per un po’ di tempo, permettendoti di ricostruire il percorso che ha fatto. Una camera a bolle funziona secondo un principio simile, con particelle che lasciano una scia di bolle che possono essere fotografate.
La camera stessa è piena di una sorta di liquido trasparente e instabile, spesso idrogeno surriscaldato. Il liquido viene surriscaldato tenendolo in pressione e rilasciandolo leggermente al momento dell’introduzione delle particelle. Quando le particelle cariche si fanno strada attraverso la camera, fanno bollire il liquido mentre passano, creando una scia di bolle. Le particelle stesse impiegano solo pochi nanosecondi per passare attraverso la camera, ma le bolle impiegano milioni di volte in più per espandersi, generalmente impiegando circa 10 ms. In quel momento, le fotografie possono essere scattate da varie angolazioni, creando una rappresentazione tridimensionale del percorso delle particelle.
Le bolle vengono quindi eliminate pressurizzando la camera e la procedura viene ripetuta con il successivo lotto di particelle. Ogni serie di fotografie viene scattata in quello che potremmo considerare un breve periodo di tempo, che richiede solo pochi secondi ciascuna, ma in realtà è piuttosto lungo per gli standard scientifici. I rivelatori moderni sono in grado di eseguire l’intera procedura in millisecondi, consentendo di documentare centinaia o migliaia di scoppi di particelle in pochi secondi. I rilevatori moderni acquisiscono anche le immagini digitalmente, rendendole più facili da analizzare e archiviare.
Di conseguenza, la camera a bolle è usata raramente nella moderna rilevazione di particelle. Un altro problema è che, poiché le camere a bolle sono piuttosto piccole, sono anche incapaci di documentare adeguatamente le collisioni di particelle ad alta energia, riducendo ulteriormente la loro utilità negli esperimenti moderni. Infine, il punto in cui il liquido si surriscalda deve coincidere esattamente con il momento in cui le particelle istantanee si incontrano, il che può essere quasi impossibile da coordinare con particelle che hanno una durata di vita estremamente breve.
Nonostante la loro relativa obsolescenza, le immagini delle camere a bolle sono ancora molto utili per scopi didattici. Poiché sono fotografie di tracce fisiche, sono generalmente molto più facili da capire per le persone rispetto a descrizioni più complesse di interazioni o altri dati astratti. Gli studenti possono guardare un’immagine catturata di una scia di bolle e vedere con precisione le interazioni di varie particelle e come le particelle decadono durante il loro tempo nella camera. Per questi motivi, anche se non molto utilizzate nella ricerca d’avanguardia, le camere a bolle continuano a vedere alcuni utilizzi nei laboratori universitari, e le fotografie scattate storicamente si trovano spesso nei libri di testo.