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La cámara de niebla: Partículas de verdad (PR-78)
Francisco Barradas



A mucha gente le da la impresión de que esas partículas de las que oímos hablar en los medios o en la escuela son menos reales que los coches o las piedras y no es así, al menos cuando se trata de los electrones, protones, muones, fotones... que los físicos detectan cada día y cuyas energías y momentos miden.Quizá la mejor forma de convencerse sea construir a partir de materiales simples un detector en el que vemos con nuestros propios ojos las estelas que dejan las partículas cargadas a su paso.




Este detector, llamado cámara de niebla, es una caja herméticamente cerrada en cuyo interior hay una mezcla de vapor de alcohol y aire. El fondo de la cámara se mantiene tan frío (por contacto conCO2 sólido, hielo seco) que hay una capa con vapor por debajo de su temperatura de condensación, en un estado inestable en el que sólo hace falta una perturbación para que empiecen a formarse gotas de alcohol líquido.
El paso de partículas cargadas de suficiente energía que atraviesan la cámara (muones de los rayos cósmicos secundarios, por ejemplo) da lugar a iones que actúan como núcleos decondensación sobre los que crecen las gotas de alcohol.

Así se forman estelas de niebla (de alcohol), muy parecidas a las de los aviones, a lo largo de las trayectorias de las partículas.



Detalles




A continuación se se describe con más detalle cómo construir y hacer funcionar la cámara. Muchos de los consejos están basados en la práctica (cámaras que hemos construido y hanfuncionado) y en la tradición (lo hicimos así porque así la habían hecho otros antes...).

Quizá se pudieran sistematizar y justificar estas instrucciones pero, de momento, si lo que queremos es ver trazas de partículas de verdad quizás no merezca la pena. Como de todos modos habrá quien quiera investigar más, al final se da una bibliografía básica de la que partir.

Montaje de la cámara1. Como base de la cámara se puede usar una pecera de plástico o vidrio (siempre que las juntas sean estancas. Unas dimensiones aproximadas que vienen bien son 20 cm x 15 cm de ancho y, más importante, entre 15 y 20 cm de alto.

2. Para que en el interior de la cámara haya vapor de alcohol utilizamos unas tiras de fieltro o similar de unos pocos cm de ancho pegadas a lo largo del interior dela cámara como indica la figura. Estas tiras se empaparán luego en isopropanol (así que cuidado con la elección del pegamento...).

3. Para cerrar la cámara se emplea una chapa de aluminio de las mismas dimensiones que la base de la pecera (o lo que sea).


Es muy importante que la cámara sea hermética, lo que se puede conseguir poniendo una tira de burlete de goma (con un perfil similaral de la figura) y uniéndola al cuerpo de la cámara con cinta (conviene unir no sólo el cuerpo con la base a lo largo del perímetro de la chapa, sino también hacia arriba, o al menos colocar algún peso sobre la parte superior de la cámara).

Finalmente, se debe cubrir la parte de la chapa metálica que da al interior de la cámara de cinta aislante de color negro mate para aumentar la visibilidadde las trazas.

4. Es simplemente un contenedor para el hielo seco sobre el que se va a colocar la cámara. Una buena opción es el poliestireno expandido (llamado “corcho blanco” o también “poliexpán” e incluso “porexpán”), ya que es un buen aislante térmico.

Funcionamiento

Si se mantiene un gradiente de temperatura suficientemente pronunciado entre el fondo y la superficie superior de lacámara a la vez que se garantiza la difusión de vapor desde la superficie más caliente a la más fría a través de un gas inerte (que aquí es aire), será posible obtener una capa, próxima al fondo en nuestro caso, de vapor sobresaturado. Las temperaturas deben ser tales que en esa capa sensible se pueda producir condensación sobre los iones que forman al pasar las partículas cargadas de energía...