Camera a nubi

Una camera a nubi rende visibile l’invisibile, permettendoci di vedere la prova delicata e vaporosa che ci sono minuscole particelle la cui storia inizia nello spazio esterno che sparano attraverso tutti noi, ogni minuto di ogni giorno.

Apparato

1 × camera a nubi
Propanolo (alcool isopropilico o IPA)
Ghiaccio secco (anidride carbonica solida)

La dimostrazione

La camera a nubi viene preparata e messa giù. Pochi istanti dopo, strisce vaporose di nuvole appaiono, apparentemente spontaneamente, all’interno della camera. Queste piccole nuvole mostrano il percorso delle particelle cariche attraverso la camera – e, poiché non ci sono evidenti fonti di particelle cariche in giro, sono evidentemente naturali e onnipresenti…

Come funziona

La base della camera a nubi è riempita di ghiaccio secco, e un materiale assorbente vicino alla cima è completamente imbevuto di propanolo. Il propanolo è abbastanza volatile, e quindi forma un vapore nella parte superiore della camera. Mentre il vapore scende, si raffredda rapidamente grazie al ghiaccio secco e l’aria diventa “supersatura”: il propanolo vuole davvero condensare, ma non c’è niente su cui possa condensare. Le particelle cariche che passano attraverso la camera fanno sì che le molecole di propanolo acquisiscano una polarizzazione elettrica e siano attirate verso quelle particelle e tra di loro. Questo fornisce l’impulso per loro di condensare in minuscole goccioline liquide nella camera che si mostrano come strisce bianche di nuvole lungo il percorso delle particelle.

Questa dimostrazione è spesso fatta con una sorgente radioattiva, con particelle alfa e beta che causano la condensazione del propanolo, ma in realtà funziona anche in assenza di una sorgente, a causa dei muoni dei raggi cosmici che passano attraverso l’apparecchio. I muoni sono prodotti in alto nell’atmosfera da protoni (i “raggi cosmici”) che si scontrano con i nuclei dei gas. Questi producono una varietà di particelle figlie, ma gli unici tipicamente abbastanza longevi da arrivare sulla superficie terrestre sono i muoni.

I muoni sono elettroni pesanti, e decadono in un elettrone e un neutrino con una vita media di 2,2 μs. Questo in realtà fornisce un test interessante della relatività speciale: i muoni sono tipicamente prodotti a circa 15 km di altezza nell’atmosfera, una distanza che impiega circa 50 μs per attraversare alla velocità della luce – oltre 20 vite dei muoni. Quindi ci aspetteremmo che a malapena qualcuno ce la faccia! Tuttavia, poiché stanno viaggiando abbastanza vicino alla velocità della luce, il tempo nel loro quadro di riferimento è significativamente dilatato come visto da un osservatore sulla Terra, il che significa che una frazione significativa può, infatti, arrivare alla superficie.

Links

• YouTube: Come fare una camera a nubi

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