Cámara de niebla

La cámara de niebla se usa para detectar partículas de radiación ionizante. En su forma más sencilla, una cámara de niebla es un entorno cerrado que contiene vapor de agua superenfriado y supersaturado. Cuando una partícula cargada de suficiente energía interacciona con el vapor, lo ioniza. Los iones resultantes actúan como núcleos de condensación, alrededor de los cuales se forman gotas de líquido que dan lugar a una niebla. Al paso de las partículas se va produciendo una estela o traza, debido a los numerosos iones producidos a lo largo de su trayectoria. Estas trazas tienen formas distintivas (por ejemplo, la traza de una partícula alfa es ancha y recta, mientras que la de un electrón es más fina y muestra evidencias de ser deflectada). Cuando se aplica un campo magnético vertical, las partículas cargadas se curvan en sentidos opuestos dependiendo del signo de su carga. Esto se muestra en la fotografía que muestra el descubrimiento del positrón; el electrón se curva en el otro sentido. Es posible (y esencial) en este caso determinar que el positrón se está moviendo de hecho hacia arriba (presumiblemente fue deflectada desde abajo), porque la curvatura de la traza es mayor en la parte inferior de la figura (¡la fotografía estaba con la parte de arriba hacia abajo!). Para más información sobre las formas de las trazas ver la cámara de burbujas.

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Invención

Charles Thomson Rees Wilson (1869-1959), un físico escocés, inventó la cámara de niebla. Inspirado por las observaciones del espectro de Brocken mientras trabajaba en la reunión de Ben Nevis en 1894, comenzó a desarrollar cámaras de expansión para el estudio de la formación de nubes y los fenómenos ópticos en el aire húmedo. Muy rápidamente descubrió que los iones podrían actuar como centros para la formación de gotas de agua en tales cámaras. Buscó aplicaciones de este descubrimiento y perfeccionó la primera cámara de niebla en 1911. El la cámara original de Wilson, el aire dentro del dispositivo sellado estaba saturado con vapor de agua, entonces se usa un diafragma para expandir el aire dentro de la cámara (expansión adiabática). Esto enfría el aire y el vapor de agua comienza a condensarse. Cuando una partícula ionizante pasa a través de la cámara, el vapor de agua se condensa en los iones resultantes y la traza de la partícula es visible en la nube de vapor. Wilson, junto con Arthur Compton, recibió el Premio Nobel de física en 1927 por su trabajo en la cámara de niebla.

Otras cámaras

La cámara niebla de difusión se desarrolló más tarde en 1936 por Alexander Langsdorf. Esta cámara difiere de la cámara de niebla de expansión en que es sensible a la radiación de forma continua y que el fondo debe enfriarse a una temperatura baja, generalmente tan fría como el hielo seco. El vapor de alcohol se usa a menudo por sus diferentes temperaturas de transición de fase. Es posible construir una de estas cámaras con materiales caseros y emplearla para ver trazas de partículas cargadas, fundamentalmente rayos cósmicos secundarios tal como se describe, por ejemplo, aquí.

La cámara de burbujas tiene el mismo propósito, el de revelar las trazas de partñiculas cargadas, pero funciona de manera inversa a la de niebla, ya que en ella el material con el que interaccionan las partículas cargadas es un líquido en lugar de un gas y se forman burbujas de vapor al paso de las partículas cargadas en lugar de gotas de líquido. Al estar rellenas con un material más denso, se producirán más interacciones, lo que aumenta la probabilidad de detectar nuevas partículas. Además, las cámaras de niebla se reactivan más rápidamente tras su uso que las de niebla. Estos factores hicieron que rápidamente la cámara de burbujas se convirtiera en el detector de partículas preferido, por lo que las cámaras de niebla desaparecieron en la investigación fundamental a comienzos de los años 1960.

Referencias

Das Gupta, N. N., Ghosh S. K. (1946). «A Report on the Wilson Cloud Chamber y its Applications in Physics». Reviews of Modern Physics 18: 225-365.

Enlaces externos

• Cámara de niebla (animación)
• Aparato original de Wilson
• Construcción de una cámara de niebla casera