Cámara de burbujas
Una cámara de burbujas es un recipiente lleno de un líquido transparente sobrecalentado (generalmente hidrógeno líquido) que se usa para detectar partículas cargadas eléctricamente que se mueven a través de él. Fue inventado en 1952 por Donald A. Glaser, por lo que recibió el Premio Nobel de Física de 1960. Supuestamente, Glaser se inspiró en las burbujas de un vaso de cerveza; sin embargo, en una charla de 2006, refutó esta historia, aunque dijo que si bien la cerveza no fue la inspiración para la cámara de burbujas, hizo experimentos con cerveza para llenar los primeros prototipos.
Aunque las cámaras de burbujas se usaban mucho en el pasado, ahora han sido reemplazadas en su mayoría por cámaras de alambre, cámaras de chispas, cámaras de deriva y detectores de silicio. Las cámaras de burbujas notables incluyen la Gran Cámara de Burbujas Europea (BEBC) y Gargamelle.
Función y uso
La cámara de burbujas es similar a una cámara de niebla, tanto en la aplicación como en el principio básico. Normalmente se hace llenando un cilindro grande con un líquido calentado justo por debajo de su punto de ebullición. A medida que las partículas ingresan a la cámara, un pistón disminuye repentinamente su presión y el líquido entra en una fase metaestable sobrecalentada. Las partículas cargadas crean una pista de ionización, alrededor de la cual se vaporiza el líquido, formando burbujas microscópicas. La densidad de burbujas alrededor de una pista es proporcional a la pérdida de energía de una partícula.
Las burbujas aumentan de tamaño a medida que la cámara se expande, hasta que son lo suficientemente grandes como para ser vistas o fotografiadas. Varias cámaras están montadas a su alrededor, lo que permite capturar una imagen tridimensional de un evento. Se han operado cámaras de burbujas con resoluciones de hasta unos pocos micrómetros (μm).
A menudo es útil someter toda la cámara a un campo magnético constante. Actúa sobre partículas cargadas a través de la fuerza de Lorentz y hace que viajen en trayectorias helicoidales cuyos radios están determinados por las partículas. relaciones carga-masa y sus velocidades. Debido a que la magnitud de la carga de todas las partículas subatómicas conocidas, cargadas y de larga vida es la misma que la de un electrón, su radio de curvatura debe ser proporcional a su momento. Por lo tanto, al medir el radio de curvatura de una partícula, se puede determinar su momento.
Descubrimientos notables
Los descubrimientos notables realizados por la cámara de burbujas incluyen el descubrimiento de corrientes neutras débiles en Gargamelle en 1973, que estableció la solidez de la teoría electrodébil y condujo al descubrimiento de los bosones W y Z en 1983 (en los experimentos UA1 y UA2). Recientemente, las cámaras de burbujas se han utilizado en la investigación de partículas masivas de interacción débil (WIMP), en SIMPLE, COUPP, PICASSO y, más recientemente, PICO.
Inconvenientes
Aunque las cámaras de burbujas tuvieron mucho éxito en el pasado, tienen un uso limitado en los experimentos modernos de muy alta energía por una variedad de razones:
- La necesidad de una lectura fotográfica en lugar de datos electrónicos tridimensionales lo hace menos conveniente, especialmente en experimentos que deben ser reajustados, repetidos y analizados muchas veces.
- La fase sobrecalentada debe estar lista en el preciso momento de colisión, lo que complica la detección de partículas de corta duración.
- Las cámaras de burbujas no son lo suficientemente grandes ni masivas para analizar colisiones de alta energía, donde todos los productos deben estar contenidos dentro del detector.
- Las partículas de alta energía pueden tener radios de trayectoria demasiado grandes para medirse con precisión en una cámara relativamente pequeña, lo que dificulta la estimación precisa del impulso.
Debido a estos problemas, las cámaras de burbujas se han reemplazado en gran medida por cámaras de alambre, que permiten medir la energía de las partículas al mismo tiempo. Otra técnica alternativa es la cámara de chispas.
Ejemplos
- Cámara de burbujas de 30 cm (CERN)
- 81 cm Saclay Bubble Chamber
- 2 m Bubble Chamber (CERN)
- Berne Infinitesimal Bubble Chamber
- Bevatron, un acelerador de partículas con una cámara de burbuja de hidrógeno líquido
- Big European Bubble Chamber
- Holographic Lexan Bubble Chamber
- Gargamelle, una cámara de burbujas líquidas pesada que operaba en el CERN entre 1970 y 1979.
- LExan Bubble Chamber
- PICO, cámara de burbuja de freón líquido buscando materia oscura
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