حجرة سلكية

غرفة الأسلاك أو غرفة التناسب متعددة الأسلاك هي نوع من عدادات التناسب التي تكشف الجسيمات المشحونة والفوتونات ، ويمكنها توفير معلومات موضعية عن مسارها، ^{[ 1 ]} من خلال تتبع آثار التأين الغازي. ^{[ 2 ]} وقد مثّلت هذه التقنية تحسينًا لطريقة كشف الجسيمات في غرفة الفقاعات ، التي كانت تستخدم تقنيات التصوير الفوتوغرافي، حيث سمحت للإلكترونيات عالية السرعة بتتبع مسار الجسيمات.

تستخدم حجرة الأسلاك المتعددة مجموعة من أسلاك الأنود ، ذات جهد مستمر موجب ، تمر عبر حجرة ذات جدران موصلة عند جهد أقل، وهو الكاثود . تُملأ الحجرة بغاز، مثل خليط الأرجون والميثان، بحيث يؤدي مرور أي جسيم مؤين عبر الأنبوب إلى تأيين الذرات الغازية المحيطة وإنتاج أزواج أيونية تتكون من أيونات موجبة وإلكترونات. تتسارع هذه الأزواج بفعل المجال الكهربائي عبر الحجرة، مما يمنع إعادة التركيب؛ حيث تتسارع الإلكترونات نحو الأنود، والأيونات الموجبة نحو الكاثود. عند الأنود، تحدث ظاهرة تُعرف باسم انهيار تاونسند . ينتج عن ذلك تدفق تيار قابل للقياس لكل حدث تأيين أصلي، يتناسب مع طاقة التأين التي يودعها الجسيم المكتشف. من خلال قياس نبضات التيار من كل سلك على حدة، يمكن تحديد مسار الجسيم. من بين التعديلات على هذا التصميم الأساسي: حجرة الفجوة الرقيقة، واللوحة المقاومة ، وحجرة الانجراف . يمكن أيضًا تقسيم غرفة الانجراف إلى نطاقات استخدام محددة في تصميمات الغرف المعروفة باسم إسقاط الوقت ، والغاز ذي الشريط الميكروي، وأنواع الكواشف التي تستخدم السيليكون. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

في عام 1968، اخترع جورج شارباك ، أثناء عمله في المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية ( سيرن )، وطوّر غرفة التناسب متعددة الأسلاك ( MWPC ). وقد حاز بفضل هذا الاختراع على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1992. مثّلت هذه الغرفة تطورًا ملحوظًا عن غرفة الفقاعات السابقة، حيث ارتفع معدل الكشف فيها من جسيم واحد أو اثنين فقط في الثانية إلى 1000 جسيم في الثانية. أنتجت غرفة التناسب متعددة الأسلاك إشارات إلكترونية من عملية الكشف عن الجسيمات، مما مكّن العلماء من تحليل البيانات باستخدام الحواسيب. ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]} تُعدّ غرفة التناسب متعددة الأسلاك تطويرًا لغرفة الشرارة . ^{[ 8 ]}

في تجربة نموذجية، تحتوي الحجرة على خليط من هذه الغازات: ^{[ 2 ]}

• الأرجون ( حوالي 2/3 )​​​
• إيزوبوتان ( أقل بقليل من 1/3 )​
• الفريون (0.5%)

ويمكن أيضًا ملء الحجرة بما يلي:

• الزينون السائل ؛ ^{[ 9 ]}
• سائل رباعي ميثيل سيلان ؛ ^{[ 10 ]} أو
• بخار رباعي (ثنائي ميثيل أمينو) الإيثيلين (TMAE). ^{[ 11 ]}

في تجارب فيزياء الطاقة العالية ، يُستخدم هذا الجهاز لمراقبة مسار الجسيمات. ولزمن طويل، استُخدمت غرف الفقاعات لهذا الغرض، ولكن مع تطور الإلكترونيات ، أصبح من المرغوب فيه وجود كاشف ذي قراءة إلكترونية سريعة. (في غرف الفقاعات، كانت تُؤخذ صور فوتوغرافية ثم تُفحص الصور المطبوعة الناتجة ). غرفة الأسلاك هي غرفة تحتوي على العديد من الأسلاك المتوازية، مرتبة على شكل شبكة وموصولة بجهد عالٍ، بينما يكون الغلاف المعدني موصولًا بالأرض. وكما هو الحال في عداد جايجر ، يترك الجسيم أثرًا من الأيونات والإلكترونات، التي تنجرف نحو الغلاف أو أقرب سلك، على التوالي. ومن خلال تحديد الأسلاك التي مرّ بها نبض تيار، يمكن رؤية مسار الجسيم.

تتميز الحجرة بدقة زمنية نسبية جيدة جدًا، ودقة موضعية جيدة، وتشغيل ذاتي التشغيل (فيربل 1977). ^{[ 12 ]}

لقد مكّن تطوير الحجرة العلماء من دراسة مسارات الجسيمات بدقة محسنة بشكل كبير، وكذلك لأول مرة من مراقبة ودراسة التفاعلات النادرة التي تحدث من خلال تفاعل الجسيمات.

إذا تم قياس توقيت نبضات التيار في الأسلاك بدقة، مع الأخذ في الاعتبار أن الأيونات تحتاج إلى بعض الوقت للانتقال إلى أقرب سلك، فإنه يمكن استنتاج المسافة التي عبرت عندها الجسيمات السلك. وهذا يزيد بشكل كبير من دقة إعادة بناء المسار، ويُعرف باسم غرفة الانجراف .

تعمل غرفة الانجراف عن طريق موازنة فقدان الطاقة الناتج عن اصطدام الجسيمات بجزيئات الغاز مع تراكم الطاقة المتولدة من المجالات الكهربائية عالية الطاقة المستخدمة لتسريع الجسيمات. ^{[ 13 ]} تصميمها مشابه لتصميم غرفة الانجراف التناسبية متعددة الأسلاك، ولكن بمسافة أكبر بين أسلاك الطبقة المركزية. ^{[ 8 ]} يُمكن الكشف عن الجسيمات المشحونة داخل الغرفة من خلال تأين جزيئات الغاز نتيجة لحركة الجسيمات المشحونة. ^{[ 14 ]}

يحتوي كاشف CDF II في مختبر فيرميلاب على حجرة انجراف تُسمى جهاز التتبع الخارجي المركزي . ^{[ 15 ]} تحتوي الحجرة على غاز الأرجون والإيثان، وأسلاك مفصولة بفجوات طولها 3.56 مليمتر. ^{[ 16 ]}

باستخدام حجرتي انجراف، بحيث تكون أسلاك إحداهما متعامدة مع أسلاك الأخرى، وكلاهما متعامد مع اتجاه الشعاع، نحصل على كشف أكثر دقة للموقع. وإذا استُخدم كاشف بسيط إضافي (مثل المستخدم في عداد الرفض) لكشف الجسيم، بدقة مكانية ضعيفة أو معدومة، على مسافة ثابتة قبل أو بعد الأسلاك، يُمكن إنشاء نموذج ثلاثي الأبعاد، واستنتاج سرعة الجسيم من فرق زمن مروره في أجزاء الكاشف المختلفة. يُعطينا هذا الإعداد كاشفًا يُسمى حجرة الإسقاط الزمني ( TPC ).

لقياس سرعة الإلكترونات في الغاز ( سرعة الانجراف ) توجد غرف انجراف خاصة، غرف انجراف السرعة ، والتي تقيس وقت الانجراف لموقع معروف للتأين.

• 
  رسم توضيحي يُظهر الجزء الداخلي من غرفة الانجراف
• 
  غرفة الانجراف في متحف الفنون والحرف في باريس

• غرفة الفقاعات
• كاشف التأين الغازي
• كاشف غازي ذو نمط دقيق
• كاشف الجسيمات
• غرفة ويلسون

• محاضرة هايدلبرغ حول غرف التأين البحثية