Al estudiar física podemos tener la idea preconcebida de que los átomos, iones y partículas subatómicas sólo existen sobre el papel y que no pueden visualizarse. Sin embargo, a poco que investiguemos en la historia de la física, podemos ver que nos equivocamos.

En 1927, el físico escocés Charles Thomson Rees Wilson, hijo y nieto de granjeros, ganó el premio Nobel por la invención de la cámara de niebla, un sencillo montaje que permitió por primera vez visualizar y fotografiar las trayectorias de átomos ionizados y partículas subatómicas (partículas alfa, partículas beta, electrones…). Su uso se extendió con rapidez por todo el mundo permitiendo la demostración del efecto Compton, el descubrimiento del positrón, la demostración visual de los procesos de creación y aniquilación de electrones-positrones, entre otros.

Se reveló como “método nuevo y rompedor para investigar las propiedades de los gases ionizados y el estudio de la física de partículas”. La cámara de niebla fue llamada “casi el útlimo de los grandes experimentos individuales en la física” y Rutherford llegó a decir que era “el instrumento más original y maravilloso de la historia de la ciencia” (Elsevier, 1965).

ACTIVIDAD 1 (Parte demostrativa) (Barradas, 2002)

El profesor creará en el laboratorio una cámara de niebla casera y los alumnos podrán visualizar las trazas dejadas por las partículas cargadas a su paso (si los alumnos lo desean pueden reproducir el experimento en casa bajo el consentimiento y supervisión de sus padres).

Materiales utilizados:

– Pecera

– Tiras de fieltro.

– Isopropanol (alcohol isopropílico).

– 2 kg. de hielo seco (dióxido de carbono sólido) pulverizado.

– Chapa de aluminio para cerrar el recipiente pintada en negro mate resistente al alcohol.

– Cinta aislante.

– Lámpara halógena orientable y de altura regulable.

Pasos:

  1. Pegar una tira de fieltro de 2 centímetros de ancho empapada en isopropanol a lo largo de todo el perímetro interior inferior de las paredes de la pecera.
  2. Tapar la pecera con la chapa metálica asegurándonos de que queda perfectamente hermética y unirla (por ejemplo con cinta adhesiva).
  3. Crear un lecho de hielo seco lo más plano posible y poner la pecera boca debajo de manera que la chapa metálica que tapaba la pecera quede en contacto con el hielo seco (una capa de unos centímetros puede durar varias horas).
  4. La parte de abajo estará fría pero la de arriba debe estar caliente para que el alcohol del fieltro se evapore bien por lo que la temperatura en la sala no debe ser muy baja. Esto se debe a que el gradiente vertical de temperatura no puede ser cualquiera para que se formen las trazas.
  5. Situar la habitación a oscuras y usar la lámpara halógena para iluminar lateralmente el fondo negro de la cámara de niebla.
  6. Si miramos hacia la base negra de la cámara veremos una niebla finísima de gotitas de isopropanol condensado y sobre ella aparecerán condensaciones en forma de hilillo blanco muy efímeras que corresponden a las partículas cargadas que atraviesan la cámara.Resultado de imagen de camara de niebla

ACTIVIDAD 2 (Búsqueda de información)

  • Busca información sobre los diferentes tipos de trazas a las que pueden dar lugar las diferentes partículas cargadas y sus características. Comenta si observas similitudes y/o diferencias.
  • Aunque es complicado de observar, a veces se presentan trazas suficientemente largas que evolucionan en el tiempo (por ejemplo una única traza que se divide en dos) que se deben a interacciones nucleares. Busca ejemplos y para cada uno averigua qué interacción nuclear la ha producido.

OBJETIVOS

  • Justificar la existencia de nuevas partículas elementales en el marco de la unificación de las interacciones.
  • Describir la estructura atómica y nuclear a partir de su composición en partículas elementales, empleando el vocabulario específico de la física de partículas.

CRITERIOS DE EVALUACIÓN

  • Utilizar el vocabulario básico de la física de partículas y conocer las partículas elementales que constituyen la materia.
  • Establecer la relación entre la composición nuclear y la masa nuclear con los procesos nucleares de desintegración

REFERENCIAS

Nobel Lectures, Physics 1922-1941, Elsevier Publishing Company, Amsterdam, 1965

Francisco Barradas Solas, III Feria Madrid por la Ciencia, (2002) [Hipervínculo]

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