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.

Imagen de previsualización de YouTube

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.

20 Comentarios

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Miguel Guarrior

Fascinante! , no solo “Como funciona una cámara de niebla” debierais haberlo completado con “Qué es una cámara de niebla” para profanos como yo.
Leer estas cosas le alegran la mañana a uno.
Gracias.
PD:Vais lanzados, enhorabuena por Atómica iniciativa.

GoNisGoNis

Dos matizaciones:

1) Está técnica tan imaginativa ya ha sido superada y prácticamente no se usa. Desde luego ni en los dos detectores del Tevatron de Fermilab, ni en los 4 (o 5) del LHC del CERN

2) Desde el punto de vista divulgativoson fáciles de construir y muy espectaculares. El Instituto de Física de Cantabria ya hace años que tiene una pequeña cámara de niebla en la que muchos escolares (y adultos) han podido ver las partículas producidas por los rayos cósmicos en las jornadas de puertas abiertas

Fooly_Cooly

Estoy empezando a desarrollar la teoría de que la gente no lee… échale un ojo al penúltimo párrafo, por favor.

MalonezMalonez

Ahora ya sé como se consiguen esas rayitas de partículas que siempre salen al hablar de los colisionadore de partículas. Muy instructivo!

Ab-AeternoAb-Aeterno

excelente! y yo empezaba a dudar de estudiar física justo por que me hice la misma pregunta del 2do párrafo… bueno igual no dude del todo xD.
PD: Gran iniciativa felicidades y gracias, esta muy bueno el blog entrentenido y científico.
Saludos desde Perú.

Gouki

Fooly la has bordado con esta entrada.
Siempre habia visto esas imagenes, pero nunca me habia preguntado el funcionamiento.

Un saludo.

DawkinsDawkins

Bastante bien explicado, y muy interesante verlo en acción en el vídeo.

Un saludo.

César

Una duda:

¿Cuándo dices que “se podrán observar cambios de dirección fruto de las colisiones elásticas contra los átomos”, te refieres a esas oscilaciones que se ven en las trayectorias de la fotografía?

Un cordial saludo.

Fooly_Cooly

Sinceramente, no me he parado a analizar el video con tanto cuidado como para asegurarlo.

En realidad lo que se debería observar es cómo, a veces, algunas de las trayectorias de los electrones cambian bruscamente de dirección, como una pelota de tenis que choca contra una piedra inamovible, debido a la diferencia de masa entre ambas.

ZeekZeek

Gracias, por fin lo he entendido!!! Siempre lo quise saber y ya algunas veces había leído explicaciones de como funcionan las cámaras de niebla, pero no me quedaba nada claro.

Y enhorabuena por volver al formato divulgativo de naukas, con artículos de ciencia, más que anuncios de conferencias o publicaciones :)

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