Cámara de niebla

La base de la cámara de niebla (cámara de Wilson, ) se llena de hielo seco (CO2 sólido a unos -78,5 ºC, pasa directamente de sólido a gas, sublimación, creando un atmósfera fría, saturada de CO2) y un material absorbente situado en el techo del recipiente superior se empapa a fondo de alcohol isopropílico. El alcohol es bastante volátil, por lo que forma un vapor en la parte superior de la cámara. A medida que el vapor desciende, se enfría rápidamente debido al hielo seco y el aire se "sobresatura": el propanol realmente quiere condensarse, pero no hay nada en lo que pueda hacerlo. Las partículas cargadas que atraviesan la cámara hacen que las moléculas de alcohol adquieran una polarización eléctrica y sean atraídas hacia esas partículas y entre ellas. De este modo, se condensan en pequeñas gotas de líquido en la cámara, que se muestran como vetas blancas de nubes a lo largo de la trayectoria de las partículas.

La cámara de niebla tuvo una gran utilidad para el estudio de las partículas durante la primera mitad del siglo XX y participó en grandes descubrimientos como el del positrón por parte de Carl David Anderson (1905-1991) que le valió un premio Nobel, así como del muón descubierto también por Anderson (en ese momento creyó estar descubriendo el pión, que se pensaba que era el portador de la fuerza nuclear fuerte). Además sirvió también para confirmar la hipótesis de Hess sobre los rayos cósmicos (que fueron descubiertos mediante otros métodos), obteniendo también así un premio Nobel. Finalmente ésta fue sustituida en 1952 por la cámara de burbujas, otro detector que le valió un premio Nobel a su inventor Donald Arthur Glaser (1926-2013)

Esta demostración suele realizarse con una fuente radiactiva, con partículas alfa y beta que provocan la condensación del propanol, pero en realidad también funciona en ausencia de una fuente, gracias a los muones de rayos cósmicos que atraviesan el aparato. Los muones son producidos en la atmósfera por protones (los "rayos cósmicos") que chocan contra los núcleos de los gases. Éstos producen una serie de partículas hijas, pero los muones son las únicas que suelen durar lo suficiente como para llegar a la superficie de la Tierra.

El paso de partículas cargadas de suficiente energía que atraviesan la cámara (por ejemplo muones de los rayos cósmicos secundarios) da lugar a iones que actúan como núcleos de condensación sobre los que crecen las gotas de alcohol, formándose así estelas de niela muy similares a las de los aviones a lo largo de las trayectorias de las partículas.

Los muones son electrones pesados que se desintegran en un electón y un neutrino con una vida media de 2,2 μs. Esto supone una interesante prueba de la relatividad especial: los muones suelen producirse a unos 15 km de altura en la atmósfera, una distancia que tardan unos 50 μs en recorrer a la velocidad de la luz . Es decir, duran más de lo esperado.

El experimento que realizamos en el CERN nos permitió filmar trayectorias de partículas que interacciónabban con la materia dentro del recipiente descrito anteriormente.

Esto es lo que filmé:

Vídeo: Ismael Camarero ¿De dónde procede esta radiación?

La cámara de niebla detecta partículas alfa y beta.

• Las partículas alfa (α) tienen carga positiva y están compuestas por dos protones y dos neutrones del núcleo del átomo. Provienen de la desintegración de los elementos radiactivos más pesados, como el uranio, radio y polonio) y beta (procedentes de átomos radiactivos), y protones y muones (del espacio).
• Las partículas beta (β) (procedentes de átomos radiactivos), y protones y muones (del espacio). Una partícula beta también llamado rayos beta o radiación beta, es un electrón o positrón de alta energía y alta velocidad emitido por la desintegración radiactiva de un núcleo atómico durante el proceso de desintegración beta.
• También proceden de materiales radiactivos de nuestro entorno (potasio, uranio y torio en materiales de construcción y rocas del suelo, radón en la atmósfera

Los muones son como electrones pesados. Nos llegan cuando radiaciones muy energéticas procedentes del espacio (rayos cósmicos) chocan con moléculas situadas en lo alto de la atmósfera, rompiendo las moléculas de aire.

El CSN, Consejo de Seguridad Nuclear de Madrid, posee una cámara de niebla de gran calidad que puedes ver aquí.

Ismael Camarero