Cámara de niebla (Wilson)

El proyecto

La cámara de niebla permite ver el rastro que deja una partícula cargada al atravesar un medio sobresaturado de vapor. Es una de esas experiencias que parecen magia hasta que entiendes la física que hay detrás: las estelas no las dibuja la partícula, sino las gotas de alcohol que se condensan sobre los iones que deja a su paso.

El nombre es un homenaje a Charles Thomson Rees Wilson, que construyó su primera cámara de expansión a finales del siglo XIX. Esta versión es una cámara de difusión: más sencilla de mantener funcionando, sin pistón ni expansión brusca, y perfecta para tenerla encima de la mesa.

Cómo funciona

La base de la cámara se enfría con células Peltier. Dentro, una tira de fieltro empapada en alcohol isopropílico mantiene una atmósfera saturada de vapor. Entre la parte superior, templada, y la base, muy fría, se crea un gradiente de temperatura; justo encima de la base el vapor queda sobresaturado.

Cuando una partícula cargada —un muón de los rayos cósmicos o una partícula alfa— atraviesa esa zona, ioniza el alcohol a su paso. Las gotas se condensan preferentemente sobre esos iones y durante unos segundos queda visible una fina estela blanca. Las alfa son cortas y gruesas; los muones, largas y finas.

Construcción

La cámara está por determinar, pero quiero utilizar un bote grande con tapa de metal a rosca. Se colocará invertido sobre las Peltier. La idea es doble: permitir enfriar la base (del orden de -20ºC) e impedir la pérdida del vapor.

Las Peltier se colocan una sobre obra.

También tiene un sistema de refrigeración líquida (con líquido anticongelante de coche). Una bomba mueve el anticongelante y lo dirije a un bloque de aluminio que está en contacto con la Peltier ‘caliente’.

Un radiador se encarga de enfriarlo. Una botella hará de depósito.

• Aislamiento de XPS alrededor y debajo, para que el frío no se escape.
• Fondo negro mate para que las estelas destaquen.

Electrónica

La electrónica es mínima y no interfiere con la observación:

• ESP32 C3 supermini para leer la temperatura de la base y del interior.
• Sonda DS18B20 en la placa fría. Seguramente otra en la parte caliente.
• Relé para actiar el motor y el ventilador del radiador.
• LED de 3 W con difusor y potenciómetro para regular la luz lateral.
• Interruptor general y fusible en la alimentación.

La luz entra de lado, rasante a la base: si iluminas desde arriba, las estelas se pierden contra el fondo. El LED va alimentado a 5 V y la corriente se limita con una resistencia; no hace falta nada más.

Puesta en marcha

1. Secar bien el interior y comprobar que la junta cierra.
2. Empapar el fieltro con alcohol isopropílico al 99.99 % sin encharcar.
3. Actiar el circuito para que empiecen a funcionar las células Peltier, la bomba y el ventilador.
4. Encender la luz lateral y apagar las luces de la habitación.
5. Mirar unos centímetros por encima de la base, no al fondo.
6. Enfocar la cámara del móvil con paciencia: las estelas duran poco.

Las primeras veces cuesta verlas porque el ojo busca movimiento continuo. Lo que hay que buscar son líneas blancas que aparecen y desaparecen de golpe, como un pelo que cae sobre el fondo.

Resultados

Las más habituales son las de muones, largas y delgadas; también aparecen algunas alfa cortas y gruesas, sobre todo si hay una fuente cerca. En una sesión de media hora se cuentan varias decenas sin dificultad.

Los mejores resultados llegaron al mejorar tres cosas: aislar mejor la base, usar una luz muy rasante y dejar el alcohol reposar unos minutos antes de mirar. El vídeo de las primeras pruebas salió movido; con un soporte fijo y el móvil en modo manual se ven mucho mejor.

Seguridad

• El alcohol isopropílico es inflamable: nada de llamas ni chispas cerca.
• Cuidado con la cantidad de alcohol: el vapor tiene que expandirse.
• Ventilar la habitación al terminar y no dejar el alcohol abierto.

Próximos pasos

• Añadir una fuente alfa débil para comparar tipos de estela.
• Grabar con una cámara fija y hacer una recopilación de estelas.