El recorregut per la Física de Partícules

Una cambra de bombolles consisteix en una cambra plena d'hidrogen líquid, en la qual hi ha un camp magnètic. S'injecta dins la cambra un feix de partícules carregades, les quals reaccionen amb els protons i els electrons dels àtoms d'hidrogen. Llavors es creen noves partícules, algunes d'elles carregades. Les partícules carregades, en avançar i donar cops als àtoms, deixen un rastre de "bombolles", que donen nom a la cambra. Aquestes bombolles poden fotografiar-se.

Així és com abans els físics de partícules podien fer descobriments i mesures importants de partícules. Mitjançant l'anàlisi de les bombolles també es podien investigar amb molt detall les propietats de les partícules, així com les seves desintegracions i el seu comportament.

La selecció d'imatges de les pàgines següents prové d'una cambra de bombolles de 2 metres de llargària que hi havia al CERN, a Ginebra. En ella es disparava un feix de partícules carregades negativament, anomenades kaons. Es kaons són partícules formades per dos quarks. En la fotografia de la cambra de bombolles els kaons són disparats de baix a dalt, i en recórrer el camp magnètic, experimenten una desviació cap a la dreta. El camp magnètic, que té una intensitat de 1,78 T, va dirigit cap a dins del monitor.

En les fotografies de les traces de les partícules s'han agafat porcions de màxim 20 cm de llargària. En general només s'hi veu el feix principal de partícules, però en algunes imatges també hi ha traces inclinades un cert angle respecte el feix principal. Es tracta de traces de partícules de, per exemple, raigs còsmics, que arriben a la cambra des de fora.

Ara algunes particularitats de les diferents partícules que poden ajudar a identificar-les en les imatges de les cambres de bombolles.

Les partícules sense càrrega no es poden reconèixer. No experimenten cap desviació en el camp magnètic, de manera que no creen cap traça. Això es deu a que només els ions, o sigui partícules carregades, formen "bombolles".

Els electrons i les seves corresponents antipartícules, els positrons, són les partícules amb menor massa. Per això són curvades dins d'un camp magnètic més fàcilment que les partícules pesades i a més cedeixen molta més energia a l'entorn. Això fa que segueixin una trajectòria espiral molt tancada ben característica. El sentit de la traça espiral permet deduïr si es tracta d'un electró, carregat negativament, o de la seva antipartícula, el positró.

Quan els feixos de partícules col·lideixen amb els protons dels àtoms d'hidrogen es poden produir noves partícules, mitjançant la tranformació de l'energia cinètica que tenen en energia de la massa. Quines noves partícules es creen, depèn d'algunes lleis de conservació que s'han de complir, entre d'altres la conservació de la càrrega i de l'energia. Sovint és molt difícil determinar de quines partícules es tracta.

En general els protons es poden reconèixer per una traça de bombolles molt densa, que en la fotografia queda plasmada amb una línia més negra. Això es deu a la seva gran massa, comparada amb la de les altres partícules carregades.

Ara ja tens informació per fer la assignació de partícules en les fotografies de les cambres de bombolles següents.

Al principi potser només podràs descobrir quina traça correspon a cada esdeveniment fent varies proves. Però no et desanimis, continua intentant-ho. Al final dels exercicis comprovaràs que ja reconèixes les traces correctament.

Comença ja per l'exercici 1!