Une chambre à bulles est un appareil utilisé en physique pour détecter des particules chargées. Il a été inventé par Donald Glaser en 1952, et il a ensuite reçu le prix Nobel pour son invention. Bien qu’autrefois le moyen prédominant de détecter les particules, la chambre à bulles n’est actuellement pas fréquemment utilisée, en grande partie à cause de certains inconvénients qui deviennent apparents lorsqu’il s’agit de particules à très haute énergie.
Le principe de la chambre à bulles, et en fait de la plupart des détecteurs de particules, est assez simple. Cela peut être considéré comme analogue à regarder le ciel à la recherche de traînées laissées par les avions. Même si un jet passe si vite que vous ne le remarquez pas, vous verrez sa trace pendant un certain temps, vous permettant de reconstituer le chemin qu’il a emprunté. Une chambre à bulles fonctionne selon un principe similaire, avec des particules laissant une traînée de bulles qui peuvent être photographiées.
La chambre elle-même est remplie d’une sorte de liquide transparent et instable, souvent de l’hydrogène surchauffé. Le liquide est rendu surchauffé en le maintenant sous pression, et en le relâchant légèrement au moment de l’introduction des particules. Au fur et à mesure que les particules chargées traversent la chambre, elles font bouillir le liquide en passant, créant une traînée de bulles. Les particules elles-mêmes ne prennent que quelques nanosecondes pour traverser la chambre, mais les bulles mettent des millions de fois plus de temps à se dilater, prenant généralement environ 10 ms. Pendant ce temps, les photographies peuvent être prises sous différents angles, créant une représentation tridimensionnelle du trajet des particules.
Les bulles sont ensuite éliminées en pressurisant la chambre, et la procédure est répétée avec le prochain lot de particules. Chaque série de photographies est prise dans ce que nous pourrions considérer comme une courte période de temps, ne nécessitant que quelques secondes chacune, mais c’est en fait assez long selon les normes scientifiques. Les détecteurs modernes sont capables d’effectuer toute la procédure en quelques millisecondes, ce qui permet de documenter des centaines ou des milliers de salves de particules en quelques secondes. Les détecteurs modernes capturent également des images numériquement, ce qui les rend plus faciles à analyser et à stocker.
En conséquence, la chambre à bulles est rarement utilisée dans la détection de particules moderne. Un autre problème est que parce que les chambres à bulles sont assez petites, elles sont également incapables de documenter correctement les collisions de particules à haute énergie, ce qui réduit encore leur utilité dans les expériences modernes. Enfin, le point auquel le liquide devient surchauffé doit coïncider exactement avec le moment où les particules instantanées se heurtent, ce qui peut être presque impossible à coordonner avec des particules qui ont une durée de vie extrêmement courte.
Malgré leur relative obsolescence, les images des chambres à bulles sont encore très utiles à des fins pédagogiques. Parce qu’il s’agit de photographies de sentiers physiques, elles sont généralement beaucoup plus faciles à comprendre pour les gens que des descriptions plus complexes d’interactions ou d’autres données abstraites. Les élèves peuvent regarder une image capturée d’une traînée de bulles et voir précisément les interactions de diverses particules et comment les particules se désintègrent pendant leur séjour dans la chambre. Pour ces raisons, bien que peu utilisées dans la recherche de pointe, les chambres à bulles continuent de voir certaines utiliser des laboratoires universitaires, et les photographies prises historiquement sont souvent vues dans les manuels.