A câmara de Wilson ou câmara de nuvens é um detector de partículas, que contribuiu para descobertas importantes na física de partículas.
Funcionamento
O físico escocês Charles Thomson Rees Wilson desenvolveu a câmara de nuvens, entre 1895 e 1912. Um recipiente é preenchido com vapor supersaturado de água ou álcool isopropílico, este é muito mais usado atualmente, devido à pureza e ao menor ponto de congelamento do que do gelo seco, que é dióxido de carbono em estado sólido. Supersaturado é um estado onde a pressão do vapor é maior do que a pressão de saturação a uma dada temperatura.
O álcool (alcohol) se torna vapor (vapours) atráves de uma fonte de calor (heating) e o gelo seco (cooling) reduz a temperatura do álcool embaixo, criando um gradiente de temperatura. Consequentemente, parte do vapor de álcool fica em supersaturação (saturatedvapours), que é onde as partículas subatômicas se tornam visíveis. A câmara deve ser iluminada (lighting), para poder observar os traços deixados pelas partículas. O gelo seco deve ser separado do vapor por um quadro negro (black board), para melhor visualização dos rastros brancos. Fonte: Radiation Dosimetry.
A temperatura do fundo da câmara deve ser menor que -26ºC.
O que é um gradiente de temperatura ou gradiente térmico? É a razão entre a taxa de variação de temperatura entre dois pontos e a distância que separa estes pontos.
Condensação dentro da câmara de Wilson
Em um vapor supersaturado, partículas subatômicas deixam rastros de condensação.
Quando uma partícula carregada eletricamente, como por exemplo, uma partícula alpha (α), entra na câmara de Wilson, moléculas de ar (gas atom) que ficam na trajetória da partícula (particle path) são ionizadas (ionized gas atom), ou seja, ficam com falta de elétrons, logo, se tornam eletricamente carregadas. Por consequência, as moléculas ionizadas atraem as moléculas polares de álcool (polar alcohol molecule), se tornando um centro de condensação (condensation center). Logo, surge um rastro de condensação (condensation trail) na câmara. Fonte: AE1S.
Observando partículas na câmara de Wilson
A câmara de Wilson pode revelar partículas secundárias provenientes dos raios cósmicos e partículas que vêm de materiais. As partículas mais comuns vistas na câmara de nuvens são: partículas alfa (núcleos de átomos de hélio), elétrons, prótons e posítrons. Enquanto, muons, píons e kaons são mais raros.
A partícula alfa (α), devido à elevada massa em comparação com outras partículas, deixa um rastro curto e grosso, a fonte pode vir do decaimento do isótopo radônio-220 ou de outras fontes naturais. O muon (μ) é uma partícula secundária que vem dos raios cósmicos, assim como o antimuon. O eletrón (e) pode ter um movimento errático devido ao espalhamento Compton, efeito fotoelétrico, decaimento beta de um isótopo ou decaimento do muon. Elétrons de maior energia deixam rastros em linha reta. Fonte: symmetry.
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