تستطيع غرفة الفقاعات تقديم صورة كاملة عن التفاعل حيث أن لها بعضًا من أوجه القصور؛ فهي حساسة فقط حين تكون المحتويات في حالة فرط إحماء، بعد حدوث تمدد سريع. ويجب أن تدخل الجسيمات الغرفة في هذه الفترة الحرجة البالغ مدتها بضعة مللي ثوان، قبل أن يعاد الضغط إلى مستواه الطبيعي مجددًا من أجل «تجميد» نمو الفقاعات.

لكن دراسة عدد كبير من التفاعلات النادرة يتطلب أسلوبًا أكثر انتقائية. وفي الستينيات، باتت غرفة الشرارات هي الأسلوب المثالي. تتكون غرفة الشرارات الأساسية من ألواح معدنية متوازية تفصلها بضعة مليمترات بعضها عن بعض مغمورة في غاز خامل (أقل تفاعلا كالنيون، وحين يمر الجسيم المشحون عبر الغرفة فإنه يخلف مسارًا مؤينًا في الغاز، تمامًا مثل الغرفة السحابية، وما إن يمر الجسيم، يمكنك تمرير جهد كهربي عال بالتناوب في ألواح غرفة الشرارات وتحت ضغط المجال الكهربي تتكون الشرارات على امتداد المسارات المؤينة. العملية أشبه بحدوث البرق خلال عاصفة كهربية. ومن الممكن تصوير مسارات الشرارات، أو يمكن تسجيل مواضعها من خلال مزامنة وصول الطقطقة المصاحبة لها إلى الميكروفونات الإلكترونية، وفي أي من الحالتين من الممكن بناء صورة المسارات الجسيمات من أجل التحليل الحاسوبي اللاحق أفضل ما في غرفة الشرارات هو أن لها «ذاكرة»، ومن الممكن التحكم في توقيت بدء عملها. ويمكن استخدام العدادات الوميضية الموضوعة خارج الغرفة، والتي تستجيب بسرعة من أجل تحديد الموضع الدقيق للجسيمات المشحونة التي تمر عبر الغرفة. وشريطة أن يحدث كل هذا في غضون عشر ميكروثانية، فإن الأيونات ستظل موجودة في فراغات غرفة الشرارات، وستكشف الذبذبة ذات الفولتية العالية عن المسارات.

شكل 6-3: صورة لواحدة من أولى عمليات رصد البوزون W - الجسيم المشحون الحامل للقوة الضعيفة - ملتقطة في الكاشف UA1 في سيرن عام 1982. رصد هذا الكاشف التصادمات المباشرة بين البروتونات والبروتونات المضادة والتي في هذه الحالة أتت من اليسار إلى اليمين كي تتصادم في مركز الكاشف. تُظهر شاشة الكمبيوتر الجزء المركزي من الجهاز، والذي كشف مسارات الجسيمات المشحونة على مدار عملية التأيين التي التقطتها آلاف الأسلاك. كل نقطة على الصورة تتوافق مع سلك قام بتسجيل نبضة تأيين. نتج عن هذه العملية ما يصل إلى 65 مسارًا، واحد منها فقط هو ما كشف عن تحلُّل البوزون W، الذي نتج على نحو لحظي خلال تصادم البروتونات بالبروتونات المضادة. يرجع المسار إلى إلكترون عالي الطاقة. وبجمع طاقات كل الجسيمات الأخرى اكتُشف اختفاء مقدار كبير نسبيًا من الطاقة في الاتجاه المعاكس لاتجاه الإلكترون ومن المرجح أن يكون نيوترينو خفي هو ما تسبب في تبديد هذه الطاقة معًا، يحمل النيوترينو والإلكترون طاقة مكافئة لكتلة البوزون W القصير الأجل. ²

بعد ذلك نقسم ألواح غرفة الشرارات إلى صفائح من الأسلاك المتوازية، بحيث يفصلها مليمتر أو نحو ذلك عن بعضها. تُستشعر نبضة التيار المرتبطة بكل شرارة بواسطة السلك أو السلكين الأقرب للشرارة فقط، وبهذا من خلال تسجيل أي الأسلاك استشعر الشرارات ستعرف في حدود المليمتر الموضع الذي مرَّ منه الجسيم. لاحظ كيف يمكن هذا غرفة الشرارات السلكية من تقديم معلومات جاهزة للتلقيم إلى الكمبيوتر دون أي معالجة إضافية إلا القليل. تستطيع غرفة الشرارات السلكية أن تعمل أسرع ألف مرة من أغلب غرف الفقاعات وكانت تتوافق على نحو طيب للغاية مع الطرق الحاسوبية لتسجيل البيانات المطورة في الستينيات. ومن الممكن تلقيم الإشارات الآتية من كواشف عديدة - العدادات الوميضية، الغرف السلكية - إلى جهاز كمبيوتر صغير في الوقت الفعلي لصدورها، بحيث لا يقوم هذا الكمبيوتر بتسجيل هذه المعلومات على شريط مغناطيسي من أجل التحليل المفصل بعد انتهاء التجربة فحسب، وإنما يمكنه أيضًا تقديم المعلومات إلى الفيزيائيين أثناء إجراء التجربة. وتوفّر مجموعات من الغرف ذات الأسلاك الممتدة في ثلاثة اتجاهات مختلفة معلومات كافية لبناء صورة ثلاثية الأبعاد لمسارات الجسيمات، ويستطيع الكمبيوتر حساب الطاقة والزخم الخاصين بكل جسيم والتحقق من هويته.

في الستينيات، مكنتنا غرف الشرارات من جمع البيانات بسرعة حول تفاعلات بعينها، لكن من ناحية أخرى أمدتنا غرف الفقاعات بصورة أكثر اكتمالا بكثير عن الأحداث، بما في ذلك نقطة التفاعل، أو «الذروة». كانت الكواشف «الإلكترونية» و«المرئية» يكمل بعضهما بعضًا، ومعا مكَّنَتْ هذه الكواشف الباحثين من اكتشاف جسيمات لم تكن معروفة من قبل.

هوامش

(2) © CERN/Science Photo Library.

مواضيع ذات صلة

Normal modes

Waves in three dimensions

Probability amplitudes for particles

The random walk

Nuclei and particles

الزخات الهوائية Air Showers

النيوترينات Neutrinos

النيوكليونات Nucleons

النوى الثقيلة Heavy Nuclei

المركبة الكهرومغناطيسية

الميونات Mouns

الأشعة الكونية الثانوية Secondary Cosmic Rays