Todo lo que un detector detecta, de 1911 a hoy, se reduce a un solo fenómeno: una partícula cargada que atraviesa materia va arrancando electrones a su paso — ioniza — y ese rastro microscópico se puede amplificar hasta hacerlo visible. La cámara de burbujas lo amplificaba de la manera más fotogénica posible, y sus fotos son el idioma visual de este sitio: la V, el codo, la espiral. Hora de hablarlo con fluidez.
El truco: un líquido a punto de hervir
La cámara de burbujas es un tanque de hidrógeno líquido llevado, con un pistón, a un estado inestable: sobrecalentado, a punto de hervir. Cualquier perturbación dispara la ebullición — y la perturbación son los iones que deja cada partícula cargada: a lo largo de su trayectoria brotan burbujas microscópicas, se fotografían con flash desde varios ángulos (¡visión estéreo!), y el pistón recomprime para el siguiente ciclo, uno por segundo, sincronizado con el acelerador. Glaser lo inventó en 1952 con vasitos de centímetros; Álvarez lo industrializó hasta los 2 metros. La era del zoo, con sus cientos de hadrones, es en buena parte el catálogo de lo que estas máquinas fotografiaron.
Leer una foto
Tres reglas convierten la foto en física. Primera: solo lo cargado deja rastro. Los neutros — fotones, neutrones, Λ, K⁰, neutrinos — cruzan invisibles; se los descubre por sus huecos, como ya sabes hacer. Segunda: el campo magnético convierte curvatura en momento. La cámara vive dentro de un imán, y la regla es la misma del acelerador:
con el sentido de giro delatando el signo de la carga. Tercera: la densidad del rastro mide la velocidad. Una partícula lenta ioniza más (pasa más tiempo junto a cada átomo): traza gorda y oscura = lenta; traza fina = relativista. Con momento, carga y velocidad se reconstruye masa e identidad, suceso a suceso. Practica con cuatro clásicos:
Cuatro fotografías clásicas (campo magnético saliendo de la pantalla; las partículas cargadas dejan rastro, las neutras no). Interpreta cada una antes de revelar la respuesta.
De la nada, dos trazas nacen en un mismo punto formando una V. ¿Qué es?
Problema. En una foto (B = 1,5 T) una traza describe un arco de radio 1,2 m, girando en sentido horario con el campo saliendo del papel. ¿Momento y signo?
Resultado. 540 MeV/c; y con B hacia fuera, la fuerza curva en horario a las cargas positivas (una carga negativa, como un electrón, giraría en antihorario). Así de artesanal era el oficio: ejércitos de «escaneadoras» (mayoritariamente mujeres, otra deuda histórica) midiendo con regla y transportador millones de fotos. La Ω⁻ de 1964 se encontró exactamente así: una foto entre cien mil.
Por qué murió — y qué la mató. La cámara de burbujas ve todo pero lento: un ciclo por segundo, y cada foto exige ojos humanos. Cuando la física pasó a buscar sucesos rarísimos entre millones (el W: uno por cada 10⁹ colisiones), hizo falta electrónica: detectores que deciden en microsegundos qué guardar. Esa transición — de la foto al chip — es el próximo artículo. Pero su último gran servicio fue enorme: Gargamelle, una burbuja de freón de 12 toneladas, descubrió las corrientes neutras en 1973 y allanó el camino del W y el Z.
Ejercicios
Una Λ de 2 GeV/c de momento nace en una colisión. ¿Qué distancia media recorre antes de desintegrarse ( cm, GeV/c²)? ¿Se verá el hueco en la foto?
Solución
El π⁰ vive 8,5×10⁻¹⁷ s y se desintegra en dos fotones. ¿Puede verse un π⁰ en una cámara de burbujas? ¿Y deducirse?
Solución
Verse, imposible por partida doble: el π⁰ es neutro (no ioniza) y su vuelo es de nanómetros; y sus fotones también son neutros. Pero deducirse, sí: cada fotón puede materializarse unos centímetros más allá en un par e⁺e⁻ — la «pareja» del interactivo. Dos parejas apuntando hacia atrás a un mismo vértice = un π⁰. Los invisibles se cazan por sus productos y por la contabilidad: es el método de este sitio entero, y en el próximo artículo se convierte en arquitectura (calorímetros y energía faltante).
En el suceso «el codo» (π⁺ → μ⁺ν), el codo es suave: el muón sale casi en la dirección del pión. En cambio, en las fotos de K⁺ → μ⁺ν el codo es mucho más brusco. ¿Por qué? (Masas: π 139,6; K 493,7; μ 105,7 MeV.)
Solución
Por el presupuesto sobrante. En π → μν apenas quedan MeV para repartir: el muón hereda casi todo el movimiento del pión y el neutrino se lleva poco — codo suave. En K → μν sobran 388 MeV: el muón puede salir disparado en cualquier dirección con momento propio — codo violento. Los ángulos de una foto son espectroscopía de masas si sabes leerlos; con la cinemática del Nivel II podrás calcularlos exactamente.