Pero, ¿usted está loco...?

¿Física experimental de partículas en el Instituto?

Pues sí, partículas y astropartículas, y también nuclear... 

Una de las quejas de los detractores de la enseñanza de la física de partículas en secundaria (que los hay entre los profesores de Física y Química) es quese trata de algo "en exceso abstracto", "alejado de la experiencia de los alumnos" o, según les traduciría yo, muy raro... 

Sin embargo, dudo que sea, si se piensa bien, mucho más extraño que el magnetismo, por familiar que nos pueda este resultar y sin embargo ahí está el magnetismo, desde primaria...

La posibilidad principal de mostrar fenómenos relacionados con la física de partículas y astropartículas (y nuclear, claro) en la escuela -y fuera de ella- es la cámara de niebla (en su variedad de difusión continuamente sensible). 

Se trata de un instrumento

• sencillísimo de construir (poco más que una pecera herméticamente cerrada, con una base metálica y llena de vapor de alcohol),
• bastante barato (decenas de euros para hacerlo y unas decenas más para ponerlo en marcha) y
• que da resultados espectaculares ya que permite observar las trazas que dejan las partículas cargadas de suficiente energía que la atraviesan (de los rayos cósmicos y también, de manera aún más llamativa, de alguna fuente radioactiva segura de la que podamos disponer; ver más abajo).

Desde luego, no pretendo decir que la interpretación de las trazas no sea problemática,como tampoco lo es la de tantas experiencias que usamos sin pensar, pero sí que es un medio incomparable para aproximarse a la física de partículas (y astropartículas y nuclear) desde la vertiente experimental; no olvidemos que nuestra ciencia es irremediable e inseparablemente teórica y experimental y que nuestros alumnos y la población general deben saberlo.

He recopilado en el siguiente enlace, actualizado con frecuencia, suficiente información, especialmente práctica y de primera mano sobre 

La cámara de niebla casera

También puede ser útil el electroscopio para el estudio de la radioactividad. Véase por ejemplo, la variante casera que se presenta aquí.

En Bachillerato, podríamos intentar dar un paso más mediante un

Detector de rayos cósmicos casero 

aunque es indudablemente mucho más complicado (a pesar de lo cual es posible, como demuestra la experiencia de muchos profesores de todo el mundo, incluyendo el que suscribe...). Este aparato permite a los alumnos hacer verdaderos experimentos, tomando datos y tratándolos.

 

Física experimental sin aparatos

Afortunadamente, hay alternativas para quien no pueda construir u obtener de alguna manera uno de esos cacharros. No sólo podemos hacer nosotros experiencias, sino que podemos tomar datos o imágenes de experimentos reales y analizarlos en el aula; no deja de ser un trabajo práctico relacionado con lo que hacen muchos físicos experimentales de partículas que no han puesto (o ya no ponen) las manos sobre los experimentos con cuyos datos trabajan.

Propongo para esto dos posibilidades principales, el análisis de imágenes de cámaras de burbujas y el de sucesos de detectores electrónicos, (especialmente de los detectores del difunto LEP y del actual LHC, ambos del CERN.

Por ejemplo, este ejercicio permite calcular la masa de una partícula no detectada por su corta vida a partir de los datos (en casos muy sencillos) de sus "descendientes", tomados en CMS y ATLAS. Los requisitos para poder abordarlo con éxito los he tratado aquí o aquí.

Finalmente, en esta línea están las Masterclasses de física de partículas, que se pueden hacer cuando las convocan los centros de investigación participantes o también en cualquier momento de forma individual (la parte del análisis de datos). Ver también el Cosmic ray e-Lab del proyecto I2U2.

 

Y ahora algo de física nuclear experimental en el instituto

Además de usar la cámara de niebla como detector (más sobre las fuentes aquí y más abajo), hay algunas referencias a explorar. Las dos primeras proponen la detección de radiactividad por su efecto en distintos tipos de plástico:

• "El ‘estudio escolar del radón’: mida la radioactividad de su hogar", Marco Budinich y Massimo Vascotto. Science in School 14 (2010). [el material necesario, Tastrak, se puede buscar aquí y en esta otra página hay muchos otros detalles útiles]
  
• "Cheap educational materials for understanding radiation", H. Nakamura et al. Phys. Educ. 47 17 (2012)

La cámara de niebla que hemos descrito bien puede ser, en nuestro caso, la mejor elección como detector siempre que dispongamos de una fuente apropiada:

Una tarea obvia es investigar la posibilidad y seguridad de extraer la fuente radioactiva de un detector de humos (de ionización como este; si vas a un almacén de bricolaje lo más fácil es que sólo los encuentres fotoeléctricos, que no sirven).

Más seguro es el polvo recogido en un sótano cerrado mediante un trapo que cubra la boquilla de un aspirador o, más simplemente, el polvo que puede recogerse de las pantallas y otras superficies de nuestro hogar (ver esto). Lo que hace falta es probar es si su radiactividad será detectable con nuestros medios.

Para ampliar información sobre lo anterior,  es útil consultar la web "Teaching Advanced Phyics" del Institute of Physics del Reino Unido, concretamente en el Episode 509: Radioactive background and detectors.

 

¿Teléfonos móviles como detectores?

Finalmente, los smartphones nos ofrecen una serie de detectores de partículas basados en la sensibilidad de los sensores CMOS de sus cámaras a los rayos X y γ. Cuando se impide (cubriendo el objetivo con cinta aislante negra, por ejemplo) que a esos sensores les llegue la luz visible la señal no se hace cero; una posibilidad es que, además adel ruido de la electrónica, los fotones X y gamma sean responsables de esa señal. Esto, al menos, es lo que sostienen quienes han desarrollado las aplicaciones

• wikisensor para iPhone.
• GammaPix para Android y (pronto para iPhone).

De aquí sale un bonito proyecto de investigación para nosotros y nuestros alumnos...