Cloud chamber

A cloud chamber torna visível o invisível, permitindo-nos ver a prova delicada e sábia de que existem pequenas partículas cuja história começa no espaço sideral disparando através de todos nós, a cada minuto de cada dia.

Aparatus

1 × câmara de nuvem
Propanol (também conhecido como álcool isopropílico ou IPA)
Gelo seco (dióxido de carbono sólido)

A demonstração

A câmara de nuvem é preparada e colocada para baixo. Momentos mais tarde, aparecem, aparentemente de forma espontânea, traços de nuvens dentro da câmara. Estas pequenas nuvens mostram o caminho das partículas carregadas através da câmara – e, como não existem fontes óbvias de partículas carregadas ao redor, elas são evidentemente naturais e onipresentes…

Como funciona

A base da câmara de nuvens está cheia de gelo seco, e um material absorvente perto do topo completamente embebido em propanol. O propanol é bastante volátil, e por isso forma um vapor no topo da câmara. À medida que o vapor cai, arrefece rapidamente devido ao gelo seco e o ar fica ‘supersaturado’: o propanol quer realmente condensar, mas não há nada para ele se condensar. As partículas carregadas que atravessam a câmara fazem com que as moléculas de propanol ganhem uma polarização eléctrica e sejam atraídas para essas partículas, e uma outra. Isto fornece o impulso para que elas se condensem em minúsculas gotículas de líquido na câmara, que aparecem como raias brancas de nuvens ao longo do caminho das partículas.

Esta demonstração é muitas vezes feita com uma fonte radioativa, com partículas alfa e beta causando a condensação do propanol, mas na verdade ela funciona na ausência de uma fonte também, por causa dos raios cósmicos que passam através do aparelho. Os muões são produzidos no alto da atmosfera por prótons (os ‘raios cósmicos’) esmagando os núcleos de gases. Estes produzem uma variedade de partículas filhas, mas as únicas que normalmente duram o suficiente para chegar à superfície da Terra são os múons.

Muons são elétrons pesados, e se decompõem em um elétron e um neutrino com uma vida média de 2,2 μs. Isto proporciona um teste interessante de relatividade especial: os múons são normalmente produzidos a cerca de 15 km de altura na atmosfera, uma distância que leva cerca de 50 μs para atravessar à velocidade da luz – mais de 20 vidas de múons. Assim, quase não se esperava que nenhum conseguisse! No entanto, como estão a viajar bastante perto da velocidade da luz, o tempo no seu quadro de referência é significativamente dilatado como visto por um observador na Terra, o que significa que uma fracção significativa pode, de facto, chegar à superfície.

Links

• YouTube: Como fazer uma câmara de nuvens