Una cámara de burbujas es un recipiente lleno de un líquido transparente sobrecalentado (generalmente hidrógeno líquido ) que se utiliza para detectar partículas cargadas eléctricamente que se mueven a través de él. Fue inventado en 1952 por Donald A. Glaser , [1] por lo que fue galardonado con el Premio Nobel de Física de 1960 . [2] Supuestamente, Glaser se inspiró en las burbujas de un vaso de cerveza ; sin embargo, en una charla de 2006, refutó esta historia, aunque dijo que si bien la cerveza no fue la inspiración para la cámara de burbujas, hizo experimentos con cerveza para llenar los primeros prototipos . [3]
Si bien las cámaras de burbujas se usaban ampliamente en el pasado, ahora han sido reemplazadas principalmente por cámaras de alambre , cámaras de chispas , cámaras de deriva y detectores de silicio . Las cámaras de burbujas notables incluyen la Gran Cámara de Burbujas Europea (BEBC) y Gargamelle .
Función y uso
La cámara de burbujas es similar a una cámara de niebla , tanto en su aplicación como en su principio básico. Normalmente se elabora llenando un cilindro grande con un líquido calentado justo por debajo de su punto de ebullición . A medida que las partículas ingresan a la cámara, un pistón disminuye repentinamente su presión y el líquido entra en una fase metaestable sobrecalentada . Las partículas cargadas crean una pista de ionización, alrededor de la cual el líquido se vaporiza, formando burbujas microscópicas . La densidad de burbujas alrededor de una pista es proporcional a la pérdida de energía de una partícula.
Las burbujas aumentan de tamaño a medida que la cámara se expande, hasta que son lo suficientemente grandes como para ser vistas o fotografiadas. Varias cámaras están montadas a su alrededor, lo que permite capturar una imagen tridimensional de un evento. Se han operado cámaras de burbujas con resoluciones de hasta unos pocos micrómetros (μm) .
A menudo es útil someter toda la cámara a un campo magnético constante. Actúa sobre partículas cargadas a través de la fuerza de Lorentz y las hace viajar en trayectorias helicoidales cuyos radios están determinados por las relaciones de carga a masa de las partículas y sus velocidades. Debido a que la magnitud de la carga de todas las partículas subatómicas conocidas, cargadas y de larga vida es la misma que la de un electrón , su radio de curvatura debe ser proporcional a su momento . Por tanto, midiendo el radio de curvatura de una partícula, se puede determinar su momento.
Descubrimientos notables
Los descubrimientos notables realizados por la cámara de burbujas incluyen el descubrimiento de corrientes neutrales débiles en Gargamelle en 1973, [4] que estableció la solidez de la teoría electrodébil y condujo al descubrimiento de los bosones W y Z en 1983 (en los experimentos UA1 y UA2 ) . Recientemente, las cámaras de burbujas se han utilizado en la investigación de partículas masivas de interacción débil (WIMP) , en SIMPLE, COUPP , PICASSO y, más recientemente, PICO . [5] [6] [7]
Inconvenientes
Aunque las cámaras de burbujas tuvieron mucho éxito en el pasado, su uso es limitado en los experimentos modernos de muy alta energía por una variedad de razones:
- La necesidad de una lectura fotográfica en lugar de datos electrónicos tridimensionales lo hace menos conveniente, especialmente en experimentos que deben reiniciarse, repetirse y analizarse muchas veces.
- La fase sobrecalentada debe estar lista en el momento preciso de la colisión, lo que complica la detección de partículas de vida corta.
- Las cámaras de burbujas no son lo suficientemente grandes ni masivas para analizar colisiones de alta energía, donde todos los productos deben estar contenidos dentro del detector.
- Las partículas de alta energía pueden tener radios de trayectoria demasiado grandes para ser medidos con precisión en una cámara relativamente pequeña, lo que dificulta la estimación precisa del impulso.
Debido a estos problemas, las cámaras de burbujas han sido reemplazadas en gran medida por cámaras de alambre , que permiten medir la energía de las partículas al mismo tiempo. Otra técnica alternativa es la cámara de chispas .
Ejemplos de
- Cámara de burbujas de 30 cm (CERN)
- Cámara de burbujas Saclay de 81 cm
- Cámara de burbujas de 2 m (CERN)
- Cámara de burbujas infinitesimal de Berna
- Bevatron , un acelerador de partículas con una cámara de burbujas de hidrógeno líquido
- Gran cámara de burbujas europea
- Cámara de burbujas Lexan holográfica
- Gargamelle , una cámara de burbujas de líquido pesado que operó en el CERN entre 1970 y 1979.
- Cámara de burbujas LExan
- PICO , cámara de burbujas de freón líquido en busca de materia oscura
- SNOLAB
Referencias
- ^ Donald A. Glaser (1952). "Algunos efectos de la radiación ionizante sobre la formación de burbujas en líquidos". Revisión física . 87 (4): 665. Bibcode : 1952PhRv ... 87..665G . doi : 10.1103 / PhysRev.87.665 .
- ^ "El Premio Nobel de Física 1960" . La Fundación Nobel . Consultado el 3 de octubre de 2009 .
- ^ Anne Pinckard (21 de julio de 2006). "Asiento delantero a la historia: comienza la serie de conferencias de verano - Invención e historia de la cámara de burbujas" . Archivo de vista de laboratorio de Berkeley . Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . Consultado el 3 de octubre de 2009 .
- ^ "1973: Se revelan las corrientes neutras" . CERN . Archivado desde el original el 16 de noviembre de 2010 . Consultado el 3 de octubre de 2009 .
- ^ "Experimento COUPP - E961" . COUPP . Consultado el 3 de octubre de 2009 .
- ^ "El experimento PICASSO" . PICASSO . Consultado el 3 de octubre de 2009 .
- ^ "El experimento PICO" . PICO . Consultado el 22 de febrero de 2016 .
enlaces externos
- Medios relacionados con las cámaras de burbujas en Wikimedia Commons
- "Un tutorial paso a paso sobre cómo leer imágenes de cámaras de burbujas" . CERN . Archivado desde el original el 7 de marzo de 2012.