Observando el microcosmos

Entre los primeros intentos por observar las trayectorias de las partículas está el de la cámara de niebla. Este impresionante invento data de principios del siglo XX también se llama Cámara de Wilson en honor a su inventor, que compartió el Nobel de Física con Compton en 1927 por este hecho. La cámara de niebla se usaba para detectar partículas de radiación ionizante.

Se trata de un recipiente cerrado que contiene vapor de agua o alcohol supersaturado (es decir, en el punto de condensación) y superenfriado. Cuando una partícula alfa (núcleo de Helio) interacciona con el vapor, se ioniza. Entonces los iones resultantes actúan como el germen de la condensación, alrededor de los cuales se formará niebla debido a que la mezcla está en el punto de condensación. Las altas energías de las partículas alfa o beta hacen que quede registrada una traza de niebla en el recipiente a lo largo de la trayectoria seguida por la partícula cargada. Con lo que tenemos una imagen escalada de la trayectoria que ha podido seguir la partícula.

Un avance en estos dispositivos fue la cámara de burbujas, que se trataba de un recipiente relleno de un líquido transparente supercalentado. Su invención data de 1952 por la que Donald A. Glaser recibió el Nobel de Física en 1960. Se decía que Glaser se inspiró en las burbujas de un vaso de cerveza, aunque hace unos años desmintió esto diciendo que había utilizado la cerveza en algún prototipo. El funcionamiento es muy parecido al de la cámara de niebla. Las partículas entran en la cámara y entonces un pistón produce de repente una brusca disminución en la presión, haciendo que el líquido pase a un estado metaestable de sobrecalentamiento (es decir, se encuentra en estado líquido por encima de la temperatura de evaporación). Las partículas cargadas ionizan el líquido formando burbujas microscópicas. Y además, la densidad de éstas es proporcional a la pérdida de energía por parte de la partícula.

Toda la cámara estaba inmersa en un campo magnético constante, lo que hace que las partículas cargadas describan trayectorias helicoidales cuyo radio depende de la razón carga-masa, como se obtiene de inmediato al resolver las ecuaciones de movimiento de una partícula cargada en el seno de un campo magnético constante. Entonces se podían registrar las trazas y quedaba una imagen macroscópica de la trayectoria. Y gracias a esto se descubrieron muchas partículas de las que hoy forman parte del Modelo Estándar.

 

¿Trayectorias seguidas por partículas cuánticas? ¿No quedamos que en Cuántica no existen las trayectorias? Bien, son ciertas las dos cosas. Pero si pensamos en la escala a la que suceden, vemos que no hay ningún problema. Es decir, las trayectorias no tienen sentido en mecánica cuántica porque el principio de incertidumbre impide que tengamos infinita precisión en la medida simultánea de la posición y la cantidad de movimiento. Pero claro, la trayectoria que nosotros captamos está en un orden de magnitud muy superior al tamaño de la partícula. Una micra es al tamaño de un protón como 1 metro es a 1 millón de kilómetros. Obviamente se trata de un abuso del lenguaje llamarlo "trayectoria seguida por la partícula" cuando en realidad se trata de una huella indirecta de su presencia como partícula cargada que crea un campo eléctrico.

Y para terminar esta breve entrada os recomiendo que visitéis la galería de "The Bubble Chamber" que es un software que genera simulaciones de trazas de partículas imaginarias que colisionan y crean "universos" en una cámara de burbujas hipotética. Muy curioso y seguro que da para algún que otro fondo de pantalla.

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