¿Cómo funciona una cámara de burbujas?
• Responde: Isaac Asimov
La cámara de burbujas es un dispositivo para detectar partículas subatómicas. Fue inventada en 1.952 por el físico americano Donald Arthur Glaser, quien en 1.960, recibió por ello el Premio Nóbel de Física.
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.
Imaginemos que una partícula subatómica -un pro-tón 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.
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.
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.
La primera cámara de burbujas que construyó Glaser tenía sólo unas cuantas pulgadas de diámetro. Hoy día, en cambio, se construyen cámaras enormes de muchos pies de diámetro, que contienen cientos de litros de líquido.
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.
Enviado por: Paco Beruga.
Autor: Isaac Asimov. Doctor en química. Rusia.
Editor: Ricardo Santiago Netto (Administrador de Fisicanet)