Camara de Niebla
Una cámara de niebla , también conocida como cámara de niebla de Wilson , es un detector de partículas utilizado para visualizar el paso de la radiación ionizante .
Una cámara de niebla consiste en un ambiente sellado que contiene un vapor sobresaturado de agua o alcohol . Una partícula con carga energética (por ejemplo, una partícula alfa o beta ) interactúa con la mezcla gaseosa al eliminar electrones de las moléculas de gas a través de fuerzas electrostáticas durante las colisiones, lo que da como resultado un rastro de partículas de gas ionizado. Los iones resultantes actúan como centros de condensación .alrededor del cual se forma una estela de niebla de pequeñas gotas si la mezcla de gases está en el punto de condensación. Estas gotas son visibles como un rastro de "nube" que persiste durante varios segundos mientras las gotas caen a través del vapor. Estas pistas tienen formas características. Por ejemplo, una pista de partículas alfa es gruesa y recta, mientras que una pista de partículas beta es tenue y muestra más evidencia de desviaciones por colisiones.
Las cámaras de niebla desempeñaron un papel destacado en la física de partículas experimental desde la década de 1920 hasta la década de 1950, hasta la llegada de la cámara de burbujas . En particular, los descubrimientos del positrón en 1932 (ver Fig. 1) y el muón en 1936, ambos de Carl Anderson ( premio Nobel de Física en 1936), utilizaron cámaras de niebla. El descubrimiento del kaon por George Rochester y Clifford Charles Butler en 1947 también se realizó utilizando una cámara de niebla como detector. [1] En cada uno de estos casos, los rayos cósmicoseran la fuente de radiación ionizante. Sin embargo, también se utilizaron con fuentes artificiales de partículas, por ejemplo, en aplicaciones de radiografía como parte del Proyecto Manhattan . [2]
A Charles Thomson Rees Wilson (1869-1959), un físico escocés , se le atribuye la invención de la cámara de niebla. Inspirado por los avistamientos del espectro Brocken mientras trabajaba en la cumbre de Ben Nevis en 1894, comenzó a desarrollar cámaras de expansión para estudiar la formación de nubes y los fenómenos ópticos en el aire húmedo. Muy rápidamente descubrió que los iones podían actuar como centros para la formación de gotas de agua en tales cámaras. Prosiguió con la aplicación de este descubrimiento y perfeccionó la primera cámara de niebla en 1911. En la cámara original de Wilson (ver Fig. 2), el aire dentro del dispositivo sellado se saturaba con vapor de agua, luego se usaba un diafragma para expandir el aire dentro de la cámara. ( adiabáticoexpansión), enfriando el aire y comenzando a condensar el vapor de agua. Por lo tanto, se utiliza el nombre de cámara de niebla de expansión . Cuando una partícula ionizante pasa a través de la cámara, el vapor de agua se condensa sobre los iones resultantes y el rastro de la partícula es visible en la nube de vapor. Wilson recibió la mitad del Premio Nobel de Física en 1927 por su trabajo sobre la cámara de niebla (el mismo año que Arthur Compton recibió la mitad del premio por el Efecto Compton ). [3] Este tipo de cámara también se denomina cámara pulsada porque las condiciones de funcionamiento no se mantienen de forma continua. Patrick Blackett hizo más desarrollosquien utilizó un resorte rígido para expandir y comprimir la cámara muy rápidamente, haciendo que la cámara fuera sensible a las partículas varias veces por segundo. Se utilizó una película de cine para registrar las imágenes.
La cámara de niebla de difusión fue desarrollada en 1936 por Alexander Langsdorf . [4] Esta cámara se diferencia de la cámara de niebla de expansión en que está continuamente sensibilizada a la radiación y en que el fondo debe enfriarse a una temperatura bastante baja, generalmente más fría que -26 °C (-15 °F). En lugar de vapor de agua, se utiliza alcohol por su punto de congelación más bajo . Las cámaras de niebla enfriadas por hielo seco o enfriamiento termoeléctrico por efecto Peltier son dispositivos comunes de demostración y aficionados; el alcohol utilizado en ellos es comúnmente alcohol isopropílico o alcohol metílico .
