Ciencias

Así funcionan las cámaras de burbujas, un gran detector de los 70 que anticipa aceleradores de partículas

La búsqueda de partículas subatómicas existía antes de los enormes aceleradores de partículas del CERN. Invisible a través de un microscopio, los físicos han logrado detectar y visualiza tu camino. En 1952, Donald A. Glaser inventó una cámara de burbujas, similar a una neblina, pero donde las partículas dejaban un camino de burbujas en el líquido ardiente para hervir.

Entonces funcionan las cámaras de burbujas, la cámara frontal de los aceleradores de partículas y el mundo digital. La diferencia entre ellos es enorme. Que hoy Gran Colisionador de Hadrones se puede capturar en menos de 2 horas, equivalente a 11 años en la Gran Cámara de Burbujas Europea (BEBC), la primera cámara de burbujas del CERN en Comenzó en 1973.

Con la tecnología actual, es relativamente posible manejar esta gran cantidad de datos, sin embargo 6.3 millones de imágenes entre otros hallazgos, una cámara de burbujas permisible prueba la existencia de una potencia nuclear débil. La observación lograda por estas cámaras detecta partículas subatómicas especiales.


La cámara de burbujas en Fermilab y 4,6 metros se inauguró en 1973. Foto: Fermilab

El mecanismo de la cámara de burbujas se basa en la relación entre el punto de ebullición y la alta presión. Cuando la presión del líquido cae repentinamente, el líquido se sobrecalienta y las partículas que atraviesan el líquido dejan una marca en las burbujas que los investigadores pueden seguir.

La tarea de los físicos es fotografiar y analizar con precisión los rastros de partículas rápidas. La clave de estas cámaras de burbujas es que la densidad del medio líquido es alta y, por lo tanto, la colisión suele ser mayor. En la década de 1960, estas cámaras de burbujas se tan útil en física nuclear como los aceleradores de partículas actuales.

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La física detrás de escena está burbujeando

Camara irradia una burbuja Analice el rastro de las partículas observadas en la cámara de burbujas. Imagen: Biblioteca CERN

Cuenta la leyenda que Donald Glaser se inspiró en las cámaras de burbujas de cerveza, pero lo cierto es que el propio Premio Nobel de Física en 1960 distorsionó la historia y en algún momento aclaró que sí. Incluso usó cerveza como líquido para calentar. El experimento no funcionó porque Necesitaba un fluido con baja tensión superficial. aparecen burbujas. Inicialmente, se utilizaron tubos paraguas, pero su tamaño creció rápidamente y se centró en elementos como el hidrógeno líquido.

Las partículas cargadas eléctricamente crean una vía de ionización. Alrededor de esta etapa, el líquido se evapora y forma pequeñas burbujas microscópicas. La idea es que la densidad de las burbujas alrededor de cada línea sea proporcional a la pérdida de energía de la partícula. Un dato que nos ayude a conocer los detalles del mismo.

Color de burbujas de cámara Rastros de partículas subatómicas en la cámara de burbujas. Imagen: CERN

A esto debemos agregarlo toda la cámara está sujeta a un campo magnético continuo, Lo que hace que las partículas cargadas se muevan en una trayectoria helicoidal, cuyo radio está determinado por la relación de velocidad y carga a masa. Dependiendo de la curvatura, podemos describir al momento de determinar las propiedades físicas de una partícula.

A medida que la cámara se expande, las burbujas aumentan de tamaño, lo que facilita la visualización y la capacidad de disparar. Es en la cámara de burbujas donde se encuentra una serie de cámaras que toman una imagen tridimensional.

Neutrino La cámara de burbujas confirmó la existencia de energía nuclear débil. Imagen: Gargamel / CERN

Somos uno de los descubrimientos más importantes en cámaras de burbujas. corriente neutra débil, los orígenes de la teoría de la energía nuclear débil y el descubrimiento de los bosones W y ZLos experimentos recientes para encontrar partículas masivas se denominan interacciones débiles. ENDEBLE.

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BEBC y Gargamelle: máquinas CERN en 70

Una gran cámara de burbujas europea Una gran cámara de burbujas europea construida por el CERN en 1966. Foto: Wikimedia

Las primeras cámaras de burbujas eran muy pequeñas, pero a medida que se acercaban las 80, comenzó a haber hasta 20 metros cúbicos de líquido. Más de 100 de estas cámaras de burbujas se construyeron en todo el mundo.A pesar de los grandes imanes superconductores, el costo fue varios órdenes de magnitud menor que con los aceleradores de partículas.

Algunas de las cámaras son las más famosas Hidrógeno CERNSolo 30 centímetros; Cámara de Saclay81 centímetros; / a dos metros del CERN y finalmente BEBC (‘Big European Bubble Chamber’), construida a principios de los 70, con 3,7 metros de diámetro y uno de los proyectos más importantes de todos los tiempos en el campo de la física de altas energías.

Bubble Camara En la década de 1970, la gran cámara de burbujas europea estaba equipada con el imán superconductor más grande de todos los tiempos. Imagen: Mensajería CERN

BEBC fue un recipiente grande de acero inoxidable, 4 metros de altura y 35 metros cúbicos de líquido (hidrógeno, deuterio o una mezcla de neón e hidrógeno). Con un pistón enorme de dos toneladas, se ajustó la sensibilidad. En 1973 Después de instalar el imán superconductor más grande de su tiempo (3,5 toneladas) Se guardaron las primeras imágenes. En 1977La cámara de burbujas se expuso a rayos de neutrinos con una energía de hasta 450 GeV.

La otra gran cámara de burbujas estaba Gargamel, también construido en el CERN, para la detección de neutrinos. La longitud era de 4,8 metros y el diámetro de 2 metros era ligeramente más pequeño que BEBC. En el interior se utilizaron 12 metros cúbicos de freón líquido pesado (CF3Br). Gracias a este experimento, en 1972-1974 evidencia de la existencia de quarks, una de las partes de los protones y neutrones.

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Se construyó el más grande de todos Fermilab (‘Fermi National Accelerator Laboratory’) en Illinois. Con un diámetro de 15 pies (aproximadamente 4,6 metros), la cámara de burbujas se considera la más grande antes de dar paso a otras estructuras. En el momento, se consideró fabricar una cámara de 25 pies (Aproximadamente 7,6 metros), pero porque, entre otras cuestiones técnicas, no se utilizó el neón.

Técnicos del cern Técnicos del CERN en la cámara de burbujas de Gargamelle en los años 70. Imagen: Biblioteca CERN

La estructura de estas cámaras de burbujas tenía un impacto significativo en la reconstrucción de la investigación física en Europa después de la Segunda Guerra Mundial. A diferencia de años posteriores, cuando el CERN se estableció en Ginebra y los proyectos estaban cada vez más ocupados, las cámaras de burbujas aún podían transportarse fácilmente.

se consideran cámaras de burbujas uno de los factores clave del éxito del CERN. Fue esta simbiosis entre la comunidad de laboratorios del CERN y lo que provocó que los investigadores y Él sentó las bases para la cooperación internacional que posteriormente ha sido uno de los pilares de proyectos como los grandes aceleradores de partículas.

En Xataka Estas son tres razones por las que la astrofísica Martin Rees, profesor de Cambridge, cree que el CERN destruirá la tierra.

Antonio Calzadilla

Experto en redes sociales. Amante de la televisión galardonado. Futuro ídolo adolescente. Evangelista de la música. Gurú del café

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