Cómo funciona una cámara de niebla

Imagen: Scifair.org
Los físicos de partículas suelen encontrarse en sus vidas profesionales con el inconveniente de que aquello con lo que trabajan es tan sumamente pequeño que se vuelve indetectable tanto para el ojo humano como para los más avanzados sistemas de microscopía. Es cierto que en la actualidad se pueden conseguir imágenes en las que se distinguen átomos individuales cuando estos son lo suficientemente grandes, pero de ahí a poder visualizar un sólo protón, o un aún más pequeño electrón, hay un escalón insalvable para la técnica actual.

¿Cómo pueden, pues, los físicos saber que aquello con lo que trabajan no es un mero ente creado por su mente? ¿Cómo se pueden asegurar de que las partículas subatómicas existen en realidad? La respuesta es obvia: a través de su interacción con otras partículas o con otro sistema físico; y un ejemplo extraordinario de ello es el que se muestra en el vídeo que os dejo a continuación: una cámara de niebla.

El funcionamiento de una cámara de niebla está basado en el mismo fenómeno por el cual se forman las nubes y resulta ingenioso y extraordinario a partes iguales.

La atmósfera interior de una de estas cámaras está compuesta de un gas fácilmente ionizable, es decir que se requiere poca energía para extraer un electrón de un átomo; mantenido en estado de sobreenfriamiento, de manera que basta una mínima perturbación para que se condense de la misma forma que se congela el agua en este vídeo.

¿Qué es eso que se ve en la cámara de niebla?

La radiación más común está compuesta de partículas alfa y beta, que no son más que núcleos de Helio y electrones (o positrones) respectivamente. Cuando una de esta partículas cruza la cámara de niebla, es capaz de ionizar algunos átomos del gas contenido en su interior. Estos átomos ionizados pasan a actuar como núcleos de condensación, partículas que aumentan la tensión superficial del gas a su alrededor permitiendo que se congregue y condense inmediatamente, volviéndolo fácilmente distinguible en el interior de la cámara como una pequeña nubecilla. De esta manera, podemos observar perfectamente el camino que han recorrido las partículas individuales sin más que observar los trazos de nube dejados en el gas condensado.

Gracias a estas cámaras se pone fácilmente en evidencia la diferencia entre radiación alfa y beta. En primer lugar, la radiación alfa es mucho más pesada que los ligeros electrones, por lo que sus trazas serán rectas en su mayor parte, mientras que en las de las partículas beta se podrán observar cambios de dirección fruto de las colisiones elásticas contra los átomos.

Asimismo, si se sitúa una cámara de niebla en el seno de un campo magnético, se puede observar como se curvan las trayectorias de las partículas debido a la interacción de su carga eléctrica con el campo; poniendo además en evidencia la diferencia de carga entre las dos radiaciones, pues se curvan en sentidos opuestos. Además, esta experiencia es útil también para conocer la masa de las partículas que cruzan la cámara de niebla.

A día de hoy, existen muchos tipos de cámara de niebla, desde la más sencilla, utilizaba alcohol, ideada por Wilson y que podéis construir vosotros mismos a las más modernas cámaras de burbujas que no solo les valieron el premio Nobel a sus inventores, si no que se han convertido en el tipo de cámara más utilizado en la investigación actual debido a que utilizan un líquido sobrecalentado que permite detectar trazas de partículas mucho más energéticas como las producidas en FERMILAB, en EEUU; o en el LHC del CERN.

Como veis, las grandes ideas suelen surgir de las cosas más cotidianas, como una nube en este caso… o una celebre manzana para un genio inglés.

Licenciado en Física por la Universidad de Oviedo y doctor en física teórica por la Universidad Autónoma de Madrid.

Actualmente trabaja en la École polytechnique fédérale de Lausanne (EPF) como postdoc, investigando sobre Teoría Cuántica de Campos en presencia de fenómenos gravitatorios, con especial atención a sistemas no relativistas.



Por Fooly Cooly
Publicado el ⌚ 9 julio, 2010
Categoría(s): ✓ Física