Vapor sobresaturado, rastros de burbujas y contadores Geiger – Segunda parte

¿Buscando algo inestable para tu detector de partículas casero? ¿Qué tal un liquido a punto de entrar en ebullición?


Con ese principio básico, Donald Glaser desarrollo a mediados del siglo XX la cámara de burbujas. En esencia era un cilindro que contenía un líquido transparente a una temperatura justo por debajo de su punto de ebullición. Pero esa temperatura depende de la presión. Moviendo un pistón descendía la presión y comenzaban a formarse burbujas mientras el líquido entraba rápidamente en ebullición. Y, al igual que en la cámara de niebla, la radiación favorecía la formación de iones y estos la formación de burbujas. Burbujas que crecían rápidamente al disminuir la presión.

Así que el problema se trasladaba a la detección, entre un montón de burbujas, de un rastro, una trayectoria, que nos indicase la presencia de radiación, su carga eléctrica e incluso su velocidad. Para ello se utilizaban conjuntos de cámaras dispuestos alrededor del cilindro. Este logro proporcionaría el premio Nobel a su inventor.


Pero no puedo acabar sin hablar del contador de partículas mas conocido y “peliculero” de todos. El contador Geiger. Este detector tiene un principio similar a los anteriores. Aquí el desequilibrio es eléctrico. Tenemos un tubo cerrado lleno de gas con un fuerte campo eléctrico. Un campo lo bastante débil para no arrancar electrones del gas pero lo bastante fuerte para acelerarlos. De esta forma, una débil radiación puede arrancar un electrón que será atraído al polo positivo. Al ganar velocidad y golpear otros átomos se desprenderán aun mas electrones provocando una “avalancha” de electrones, en resumen, una corriente eléctrica. Algo así como el grano de arena que derrumba una montaña de playa. Añadiendo amplificadores y un altavoz, esta corriente se transforma en el clásico chirrido de tantas películas. A cambio no es muy preciso. El nombre de contador viene porque cuenta las partículas, o en algunos casos la radiación gamma, pero no dice casi nada sobre su composición o energía.

Siempre me ha impresionado el ingenio utilizado para investigar hace décadas o siglos sin toda la tecnología que ahora tenemos a nuestra disposición. Tal vez sea por un recuerdo infantil. No puedo evitar imaginarme a MacGyver utilizando una botella de Coca-Cola agitada como detector de partículas. Vale, seguro que no funcionaria pero quedaría genial en su lista de problemas resueltos.

Categoría: Física

Vapor sobresaturado, rastros de burbujas y contadores Geiger - Primera parte

Una estela es suficiente para localizar un pequeño barco desde el aire. Hasta puede decirnos algo de sus dimensiones y velocidad. Y un rastro de burbujas puede permitirnos visualizar el movimiento de las invisibles partículas subatómicas.

¿Como ver algo tan diminuto que escapa a cualquier microscópico óptico o electrónico? ¿Como conocer la trayectoria de partículas que pueden desplazarse cerca la velocidad de la luz? Este era el problema que tenían los físicos a mediados del siglo XX. Lo cierto es que no era un problema nuevo, pero sus instrumentos estaban limitados para todo lo que querían descubrir. Su mejor herramienta por aquel entonces era la cámara de niebla. La idea básica era sencilla, si buscas detectar algo diminuto utiliza un sistema inestable que pueda cambiar de estado con una cantidad de energía diminuta.

La cámara de niebla mas básica consiste en un recipiente lleno de una mezcla de aire y vapor de agua sobresaturado, es decir con una humedad relativa mayor del cien por cien. Para conseguir esta mezcla se expandía la mezcla en un cilindro con lo que se enfriaba y dejaba el vapor listo para condensarse rápidamente. En la vida real una humedad tan alta provoca condensaciones como el rocío de madrugada.

La genial idea de Charles Thomson Rees Wilson, un físico escocés de principios del siglo XX, fue recordar que los iones también actuaban como excelentes núcleos de condensación. Y la radiación que incidía sobre la mezcla generaba esos iones. Las diminutas gotas de líquido que se formaban a lo largo de la trayectoria de la radiación podían ser fotografiadas lo que permitía detectar la radiación. Y, si además la cámara esta dentro de un campo eléctrico o magnético, las trayectorias eran curvadas por dicho campo por lo que era posible conocer la carga de la radiación incidente. Era un ingenioso invento del siglo XIX que funcionaba estupendamente sin necesidad de sofisticados detectores electrónicos que aun nadie había inventado. E incluso permitía descubrir partículas nuevas como el positrón que aparece en esta foto.




La versión original solo podía utilizarse de manera intermitente ya que era necesario devolver a la cámara a su situación inicial tras un corto espacio de tiempo. Variantes más sofisticadas utilizaban diferentes diseños y vapores de otros elementos para mejorar su funcionamiento y sensibilidad. La última variante, la cámara de niebla por difusión, podía utilizarse de forma continua y aun ahora pueden comprarse modelos como el de la foto como herramientas educativas.



Para mejorar la capacidad de detección era necesario buscar sistemas aun más inestables. En el próximo texto veremos otras dos ideas que nacieron en el siglo XX. Usar burbujas en lugar de gotas o provocar una "avalancha" de electrones.


Categoría: Física