Cámara de burbujas
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Cámara de Burbujas. Detector de partículas que se utilizan en la investigación de partículas elementales en física. Cuando las partículas cargadas pasan a través de un líquido contenido en la cámara, dejan huellas visibles a lo largo de sus trayectorias. Estas últimas se estudian después por medio de fotografías. Cada trayectoria curva es en realidad una hilera de pequeñas burbujas que forman la trayectoria de una partícula elemental. Las cámaras de burbujas difieren en tamaño, en el líquido que utilizan y en qué tan rápido pueden tomarse las fotografías. Son muy útiles, en especial porque permiten la visualización directa de todas las partículas cargadas que participan en una interacción de alta-energía, y con ellas se han descubierto muchas partículas nuevas como la rho (p) y la omega menos (Ω-).
La cámara de burbujas fue inventada en 1952 por el físico americano Donald Arthur Glaser, quien en 1960, recibió por ello el Premio Nobel de Física. La primera cámara de burbujas que construyó Glaser tenía sólo unas cuantas pulgadas de diámetro. Actualmente, en cambio, se construyen cámaras enormes de muchos pies de diámetro, que contienen cientos de litros de líquido.
Sumario
Principio de funcionamiento
En esencia es un depósito de líquido a una temperatura superior a su punto de ebullición. El líquido se halla bajo presión, con lo cual se impide que hierva. Pero si se disminuye la presión, el líquido entra en ebullición y aparecen en él burbujas de vapor.
Imagine que una partícula subatómica, un protón o un mesón, por ejemplo, se zambulle en el líquido de una cámara de burbujas. Choca contra las moléculas y átomos del líquido y les transfiere una parte de su energía, formándose así una línea de átomos y moléculas de temperatura superior al resto. Si se retira la presión que actúa sobre el líquido, las burbujas de vapor se forman en primer lugar a lo largo de la línea de energía que ha dejado atrás la partícula subatómica. El paso de las partículas queda así marcado por un trazo visible de burbujas que se puede fotografiar fácilmente. Este rastro visible revela a los físicos muchas cosas, sobre todo si la cámara de burbujas está colocada entre los polos de un potente imán.
Las partículas capaces de dejar un rastro de burbujas poseen siempre una carga eléctrica, o positiva o negativa. Si la carga es positiva, la trayectoria de la partícula se curva en una determinada dirección bajo la influencia del imán; si es negativa, se curva en la dirección contraria. Por la curvatura de la curva puede determinar el físico la velocidad de la partícula. Con esto, con el espesor de la traza y otros datos, puede determinar también la masa de la partícula.
Desintegración o colisión de partículas
Cuando una partícula se desintegra en dos o más partículas, la traza se ramifica. También aparecen ramales en el caso de una colisión. En las fotografías de una cámara de burbujas aparecen normalmente numerosos trazos que convergen, se separan y se ramifican. Hay veces que entre dos porciones del conjunto de trazas se observa un hueco. Lo que hay que hacer entonces es llenar ese hueco con alguna partícula sin carga; pues las partículas que carecen de carga no dejan traza alguna al pasar por una cámara de burbujas.
Significado para un físico nuclear
Para el físico nuclear, la compleja trama de trazos de una fotografía tomada en una cámara de burbujas es tan significativa como los rastros en la nieve para un cazador ducho. De la naturaleza de las trazas puede deducir el físico qué clase de partículas han intervenido o si ha encontrado un nuevo tipo de partícula.
Líquidos
Los líquidos que se usan en las cámaras de burbujas pueden ser de varios tipos. Algunos contienen gases nobles licuados, como el xenón o el helio. Otros, gases orgánicos licuados. Pero el líquido más útil para las cámaras de burbujas es el hidrógeno líquido.
El hidrógeno está compuesto por los átomos más elementales que se conocen. Cada átomo de hidrógeno consiste en un núcleo constituido por un único protón, alrededor del cual gira un solo electrón. Es decir, el hidrógeno líquido está formado sólo por protones y electrones aislados. Los núcleos atómicos de todos los demás líquidos son conglomerados de varios protones y neutrones. Como consecuencia de lo anterior, los sucesos subatómicos que tienen lugar en el seno del hidrógeno líquido son especialmente simples y tanto más fáciles de deducir a partir de las trazas de burbujas.
