A Câmara de Wilson é um aparato experimental para a visualização do rastro de partículas e radiação ionizante. A Câmara de Nuvem de difusão é baseada na Câmara de Wilson e possui a mesma função. No equipamento deste acervo, era utilizada uma amostra radioativa na parte superior da câmara, para observar as características da radiação emitida. Além da radiação proveniente de amostras conhecidas, é possível observar a passagem de raios cósmicos através da câmara.
Montagem e uso de uma câmara de nuvem
Uma câmara de nuvem de difusão consiste possui três componentes principais:
- um recipiente fechado
- uma fonte de vapor de álcool isopropílico na parte superior
- uma placa metálica preta e resfriada na parte inferior
É possível montar uma câmara com materiais simples. Há diversos projetos disponíveis na internet com diferentes métodos de montagem e uso. Nos Laboratórios de Ensino de Física da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, o modelo utilizado é apresentado no vídeo a seguir:
Para o funcionamento correto da câmara, é necessário obter um ambiente supersaturado de vapor (de álcool ou água), em uma situação instável na qual o vapor está prestes a condensar. Em uma câmara de difusão, esta condição é obtida a partir do resfriamento do vapor de álcool isopropílico, proveniente do topo da câmara, próximo da base metálica resfriada. Quando uma partícula altamente energética atravessa a região supersaturada de vapor instável, as colisões da partícula com o gás arrancam elétrons e o ionizam. No caminho ionizado há condensação do vapor, que fica visível por alguns segundos e marca o trajeto da partícula ou radiação ionizante.
É interessante observar que partículas diferentes apresentam comportamento distinto. Por exemplo, é possível identificar o tipo de partícula através da espessura e mudanças de direção do rastro deixado por ela. No vídeo abaixo (em inglês) é demonstrado o funcionamento de uma câmara similar, com a observação de diferentes partículas.
História
As Câmaras de Nuvem foram extremamente importantes para o desenvolvimento da física de partículas durante o período de 1920 a 1950. O primeiro modelo, desenvolvido por Charles Thomson Rees Wilson, foi desenvolvido entre 1894 e 1911. Neste modelo, era utilizado ar saturado com vapor d’água e um sistema de expansão do ar para causar o resfriamento da câmara e formar a névoa, por isso este modelo é denominado Câmara de Nuvem de Expansão. Posteriormente foi desenvolvido o modelo de Câmara de Nuvem de Difusão, em 1936, por Alexander Langsdorf, no qual era possível ver o efeito na neblina por mais tempo.
O trabalho de Wilson no desenvolvimento da câmara de nuvem lhe rendeu um Prêmio Nobel de Física em 1927, “pelo seu método de tornar visível o caminho de partículas carregadas utilizando condensação de vapor. O Prêmio Nobel de Física de 1936 foi entregue a Carl David Anderson “pela sua descoberta do pósitron” em 1932. Outras descobertas importantes tiveram a Câmara de Núvem como ferramenta essencial, como a descoberta do múon e dos káons, utilizando os raios cósmicos como fonte da radiação ionizante.
Pesquisa: Gabriel Cury Perrone; Físico UFRGS / Outubro 2019