Kunst mit Teilchenspuren

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Dass Physik mehr ist, als nur Formeln auf Papier und komische Apparate mit viel zu vielen Knöpfen, zeigt die New Yorker Künstlerin Carter Hodgkin.

Auf ihrer Webseite zeigt sie künstlerische Darstellungen von Teilchenspuren. Solche Spuren entstehen in Teilchendetektoren (beispielsweise Nebel- oder Blasenkammern), wenn ein durchgehendes Teilchen seine Umgebung ionisiert. Aus der Form der Spur lässt sich mit ein paar Tricks auf Ladung, Masse und Art des Teilchens schließen.

Die Teilchen, die den Detektor durchqueren, geben Teile ihrer Energie an die umgebenden Atome und Moleküle ab. Je nach Detektortyp reagieren diese darauf unterschiedlich, wichtig ist jedoch, dass sie dadurch sichtbar werden, beispielsweise in der Nebelkammer in Form eines kleinen, sich bildenen Wassertröpfchens. Wenn man die so entstandenen Spuren mit einer Kamera fotografiert, kann man sie später analysieren und auf die Art und Eigenschaft der beteiligten Teilchen schließen.

Aufgehübschte Blasenkammeraufnahme aus der Big European Bubble Chamber (Bild: CERN Courier)

Der Abstand der einzelnen Tröpfchen1 ist ein Maß für die Energie2 der Teilchen: Je mehr Energie diese an ihre Umgebung abgeben, desto mehr Tröpfchen gibt es. Durch ein in der Kammer herrschendes Magnetfeld werden die Spuren von geladenen Teilchen gekrümmt, so dass man auf die Ladung des Teilchens und über den Krümmungsradius auf dessen Impuls schließen kann.

Heutzutage werden derartige Detektoren aus zwei Gründen übrigens kaum noch genutzt. Erstens muss man einzelne Bilder mit einer Kamera aufnehmen, was nur relativ wenige Messungen pro Zeiteinheit zulässt. Und zweitens müssen diese Bilder dann von jemandem analysiert werden. Das wurde früher, bevor es leistungsfähige Computer gab, größtenteils von Frauen gemacht, die nur dazu angestellt waren, auf derartigen Bildern die Punkte zu zählen und Krümmungsradien zu vermessen. Das macht heutzutage, bei modernen Detektoren, zum Glück der Computer.

Im Original sehen die Teilchenspuren etwas langweiliger aus3, aber prinzipiell könnten die Bilder von Hodgkin tatsächlich Messungen entsprechen.

Ist es nicht schön?

  1. um mal beim Beispiel der Nebelkammer zu bleiben []
  2. bzw. den Energieverlust []
  3. sofern sie nicht, wie oben, mit Falschfarben aufgepeppt wurden []
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4 Antworten auf Kunst mit Teilchenspuren

  1. André sagt:
    #1

    Ein großes Anwendungsgebiet für Nebelkammern ist übrigens die Lehre, da man hier wirklich etwas sieht. Im Gegensatz zu einem großen Haufen Elektronik wie es bei CMS (und vergleichbare Detektoren) der Fall ist.

    Davon abgesehen wird die Blasenkammer durchaus noch in aktueller Forschung eingesetzt. Ich müsste es jetzt genauer raussuchen (kann ich, wenn Interesse), aber es gibt ein Experiment, dass nach Kandidaten für Dunkle Materie (WIMPs) mittels einer Blasenkammer sucht. Der Vorteil einer Blasenkammer liegt z.B. in der guten Auflösung und der relativ großen Massendichte, das für schwach wechselwirkende Teilchen benötigt wird.

  2. Basti sagt:
    #2

    Da hast du durchaus Recht, André. Deshalb steht da ja auch “kaum noch genutzt” und nicht “nicht mehr genutzt” ;-)

  3. André sagt:
    #3

    Oh. Ach, das habt ihr doch jetzt schnell da rein geschrieben … *g*

  4. Anne sagt:
    #4

    Mir ist nicht ganz klar, was der 2. Grund ist, die Kammer kaum ncoh zu verwenden.

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