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(jiǎng)，以表彰他對(duì)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(shí)驗(yàn)研究。基本粒子間的反應(yīng)復(fù)雜，有時(shí)在一個(gè)反應(yīng)中會(huì)產(chǎn)生幾百個(gè)粒子。為了解釋這些反應(yīng)，科學(xué)家往往需要記錄每個(gè)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(duì)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(jì)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(huì)使氣體電離。在這個(gè)過程中，氣體的中性原子會(huì)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(dòng)。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(dòng)，引起了陽極絲產(chǎn)生一電信號(hào)，給出帶電粒子通過的信息。正比計(jì)數(shù)管確定粒子位置的精度約1厘米，即計(jì)數(shù)管本身的尺碼。
夏帕克對(duì)正比計(jì)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(gè)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(shí)人們普遍認(rèn)為，這類多絲結(jié)構(gòu)會(huì)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(huì)像正比計(jì)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(shí)，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(diǎn)的實(shí)驗(yàn)。
多絲正比室的每根絲都可單獨(dú)配備一個(gè)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(jì)算機(jī)記錄信號(hào)，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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的速度，并能最大程度地選擇出實(shí)驗(yàn)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(gè)里程碑，至今，粒子物理學(xué)實(shí)驗(yàn)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(shí)，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(jí)電離電子漂移到陽極絲的時(shí)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(shí)間﹐由漂移時(shí)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(shí)間－數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換器等再接到計(jì)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(gè)陰極平面和一個(gè)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(hào)之間的時(shí)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(shí)又保持了多絲正比室的優(yōu)點(diǎn)。漂移室的定位精度高(100μm或更好)﹐時(shí)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(shí)計(jì)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(jì)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(huì)受到磁場影響而偏離無磁場軌道﹐在定位時(shí)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(duì)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(gè)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。
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