波蘭籍法國物理學(xué)家夏帕克（Georges Charpak，1924-）1992年被授予諾貝爾物理獎，以表彰他對高能物理探測器，特別是多絲正比室（multiwire proportional chamber）的發(fā)明和發(fā)展。
夏帕克從1959年起到歐洲核子研究中心工作，參加了μ子磁矩的精確測量、利用π介子進(jìn)行核結(jié)構(gòu)等一些重要物理實驗研究?；玖Ｗ娱g的反應(yīng)復(fù)雜，有時在一個反應(yīng)中會產(chǎn)生幾百個粒子。為了解釋這些反應(yīng)，科學(xué)家往往需要記錄每個粒子的軌跡。在多絲正比室發(fā)明以前，這類記錄常用的是各種照相法，所獲圖片要靠特殊的測量器具進(jìn)行分析，工作過程緩慢。夏帕克十分注重對新型粒子探測器的探索。
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| 蓋革-繆勒管 |
經(jīng)典的正比計數(shù)器（Proportional Counter）如蓋革-繆勒管，是由一根細(xì)絲裝在直徑約為1cm的管子中央構(gòu)成的。在細(xì)絲和管壁間加幾千伏的高壓。帶電粒子穿過充氣的管子，會使氣體電離。在這個過程中，氣體的中性原子會釋放帶負(fù)電的電子，而變成帶正電的離子。在電場的作用下，電子向管心的細(xì)絲（即陽極）運(yùn)動。接近細(xì)絲的地方電場非常強(qiáng)，電子大大加速，于是就有足夠的能量使氣體游離，因而有更多的電子被釋放，這些電子又被加速，這樣就形成了電子和正離子的雪崩。正是由于電子和離子的運(yùn)動，引起了陽極絲產(chǎn)生一電信號，給出帶電粒子通過的信息。正比計數(shù)管確定粒子位置的精度約1厘米，即計數(shù)管本身的尺碼。
夏帕克對正比計數(shù)管作了重大改革，他于1968年首次發(fā)表了他的開創(chuàng)性研究成果。多絲正比室由大量平行細(xì)絲組成，所有這些細(xì)絲都處于兩塊相距幾厘米的陰極平面之間的一個平面內(nèi)，陽極細(xì)線的直徑約為十分之一毫米，間距約為一或幾毫米（左圖）。當(dāng)時人們普遍認(rèn)為，這類多絲結(jié)構(gòu)會因相互感應(yīng)等問題而不能正常工作。夏帕克認(rèn)為每根絲都會像正比計數(shù)管一樣地工作，并可使空間精度達(dá)到一毫米或更小。每根絲都能承擔(dān)極高的粒子記錄速率，可高達(dá)每秒幾十萬次。同時，這種結(jié)構(gòu)能以模塊方式組成所需的各種體積和形狀，易于做成大面積探測器，適于進(jìn)行不同規(guī)模和特點的實驗。
多絲正比室的每根絲都可單獨配備一個放大器?，F(xiàn)代電子學(xué)正好可以提供能源消耗極小的密集型放大器，使建造數(shù)萬以致數(shù)十萬的電子讀出系統(tǒng)成為可能。另一方面，這種裝置還能用計算機(jī)記錄信號，并處理大量數(shù)據(jù)。比過去以照相為主的記錄帶電粒子徑跡方法成千倍地提高了獲取實驗數(shù)據(jù)的速度，并能最大程度地選擇出實驗者所希望研究的事例，高效地分析那些真正揭露物質(zhì)內(nèi)部秘密的粒子間的相互作用。
多絲正比室成為粒子探測器發(fā)展史上的一個里程碑，至今，粒子物理學(xué)實驗所用的多種徑跡探測器，都由夏帕克最初的發(fā)明發(fā)展而來。早在1968年提出多絲正比室的同時，夏帕克就致力于進(jìn)一步發(fā)展多絲正比室，他注意到了通過測量初級電離電子漂移到陽極絲的時間來確定入射粒子空間位置的可能性。1969年他與美國的A.H.沃倫特（Wallent）首次提出了具有更高徑跡定位精度的新探測器──漂移室（Drift Chamber）。
漂移室與多絲正比室的重要區(qū)別在于﹕多絲正比室是只要某陽極絲有輸出脈沖﹐就認(rèn)為粒子入射在該絲的1/2絲距范圍之內(nèi)(絲距指二根相鄰陽極絲間距離)。而漂移室將進(jìn)一步測量出初始電離電子向陽極絲的漂移時間﹐由漂移時間的長短定出入射粒子離開陽極絲的準(zhǔn)確距離﹐從而很大地提高了空間分辨本領(lǐng)。陽極絲距也就不再是多絲正比室那樣的1mm﹑2mm等﹐而是增大到幾厘米甚至幾十厘米。讀出電子學(xué)器件中﹐各絲除放大器等外﹐必須有時間－數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換器等再接到計算器。
漂移室的基本構(gòu)造類似于多絲正比室，主要部件是兩個陰極平面和一個陽極絲平面﹐內(nèi)充合適的氣體。預(yù)先測定電子在氣體中漂移速度，通過測量從粒子通過瞬間產(chǎn)生原始電離到電離電子漂移到陽極絲產(chǎn)生電信號之間的時間間隔，由此可以確定原始電離距離陽極絲的位置。這樣就可以大大提高測量徑跡位置的空間分辨率，達(dá)到小于0.1毫米，同時又保持了多絲正比室的優(yōu)點。漂移室的定位精度高(100μm或更好)﹐時間分辨好(可達(dá) 5ns)﹐直流高壓下自觸發(fā)﹐連續(xù)靈敏﹐能同時計數(shù)和定位﹐由于絲距較大﹐易制成各種形狀的大面積探測器﹐絲數(shù)的減少將降低電子線路的費(fèi)用﹐提高每絲的計數(shù)率(104 ～105 s-1)﹕可用于磁場中﹐但由于電子在漂移過程中會受到磁場影響而偏離無磁場軌道﹐在定位時需作一定校正。此后，按不同的需要又發(fā)展了各種類型的漂移室﹐主要有多絲漂移室﹑均勻電場漂移室和可調(diào)電場漂移室﹐以及低氣壓﹑高氣壓﹑球形﹑圓筒形等特殊類型的漂移室。
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| 北京正負(fù)電子對撞機(jī)重大改造工程新譜儀BESIII的主漂移室 |
高性能的探測器使實驗粒子物理學(xué)迅速改變了面貌，粒子物理學(xué)家能深入研究非常罕見的粒子之間的相互作用，這類相互作用往往可以揭示物質(zhì)內(nèi)部深層次的奧秘。漂移室與多絲正比室一樣﹐在高能物理實驗中起著極其重要的作用﹐已成為必不可少的探測器之一。
從上個世紀(jì)80年代中期開始，夏帕克等人就積極地將多絲正比室、漂移室技術(shù)推廣到粒子物理學(xué)以外的領(lǐng)域，使高能物理的技術(shù)成果直接為人類謀福。這一技術(shù)已運(yùn)用到幾乎所有成像和精確顯微的領(lǐng)域里，在核物理﹑天文學(xué)及宇宙線﹑生物﹑醫(yī)學(xué)及X 射線晶體學(xué)方面顯示出廣闊的應(yīng)用前景。
?。ǜ吣芩萍继幹谱?資料來自物理參考、物之理網(wǎng)、中國大百科全書等）
