Si buscamos una partícula elemental fácilmente detectable con materiales caseros, no tendremos que ir muy lejos, ya que estamos dotados de dos detectores de fotones muy eficientes: nuestros ojos. Desgraciadamente, está claro que no nos sirven para hacer visible el concepto de partícula; demasiados fotones...

Otro detector de partículas de uso común es la pantalla de cualquier monitor de TV, en cuyo interior un cátodo caliente emite electrones que son conducidos hasta la cara interna de la pantalla, dotada de un recubrimiento que emite luz tras cada impacto. Por razones similares a las de antes, tampoco nos vale.

Si utilizamos los tubos de rayos catódicos que se encuentran en algunos laboratorios de Instituto, podemos ver un haz de electrones gracias a la luz emitida al chocar con una pantalla, desviarlo con un imán, producir sombras, mover un molinillo, etc. No está mal, pero desde luego no es material casero y además, hay algo mejor...

El dispositivo que vamos a emplear (y describir en detalle más tarde) no es más que una caja transparente en cuyo interior hay una atmósfera de vapor de alcohol sobreenfriado (en equilibrio inestable a una temperatura inferior a la de condensación). De vez en cuando, algo perturba el equilibrio y el vapor se condensa en parte de la cámara así:

¡Parecen estelas de aviones a reacción! Lo que es lógico, pues el mecanismo de formación de las estelas en la atmósfera es, esencialmente, el mismo. Además es, en cierto modo, el fenómeno inverso a uno que conocemos de sobra; tras calentar agua en un microondas para hacer una infusión parece a veces que el agua no está hirviendo, pero basta dar un golpe a la taza, meter la bolsa de la infusión o poner un poco de azúcar para perturbar ese equilibrio inestable y que la ebullición comience de forma vigorosa. En muy poco tiempo se van deshaciendo de esta manera. 

No cuesta mucho trabajo creer que es el rastro de gotitas de alcohol que deja una partícula cargada (de energía relativamente alta) al ir ionizando átomos y moléculas a lo largo de su trayectoria. Estos iones son los núcleos de condensación sobre los que crecen las gotas de líquido.

Por supuesto, habría que identificar con rigor el origen de esas trazas, pero eso es algo que renunciamos a hacer aquí; todos los detalles pueden encontrase, por ejemplo, en el sitio web Viaje al corazón de la materia. Física de partículas en el Instituto. Los resultados son claros: en una cámara de niebla como la nuestra en ausencia de radiaciones ionizantes ambientales de cierta intensidad la mayoría de las partículas detectadas son muones, descubiertas en 1936, al estudiar (en globos y cuevas profundas, en la superficie y en altas montañas) los rayos cósmicos.

Los rayos cósmicos son partículas de origen extraterrestre, principalmente protones y núcleos atómicos de muy altas energías (a veces mucho mayores que las alcanzadas en cualquier acelerador) que viajan por el espacio a velocidades cercanas a las de la luz y al entrar en la atmósfera terrestre chocan con átomos y moléculas dando lugar a lluvias de partículas que a su vez vuelven a chocar o se desintegran... Se estableció el origen de estas partículas haciendo medidas con detectores a distintas altitudes.

Las partículas que llegan a la superficie son, sobre todo neutrinos (que nosotros no podemos detectar) y muones, tanto positivos como negativos. Estas curiosas partículas son copias más pesadas de los electrones y los positrones y no parecen servir para nada, ya que para explicar toda la materia ordinaria y los procesos físicos más importantes, basta la primera generación de partículas materiales (franja roja en la tabla de partículas: los quarks u y d, el electrón y el neutrino electrónico).

Puede parecer que las otras dos generaciones, (las franjas amarilla y morada de la tabla) podrían desaparecer del universo sin que, a primera vista, notásemos mucho su ausencia. No es extraño pues que un físico (I. I. Rabi) preguntara tras el descubrimiento de los muones: ¿Quién ha pedido eso?

Construcción de una cámara de niebla casera

La tira de fieltro (de unos 2 cm de ancho) pegada en el interior se debe empapar, sin que chorree, de isopropanol (también llamado alcohol isopropílico o 2  propanol, que funciona mucho mejor que el normal porque se ioniza más fácilmente) puro que va evaporándose y habrá que reponer cada cierto tiempo. Después se cierra la cámara, se espera unos minutos a que el vapor más cercano al fondo de la cámara esté sobreenfriado y listo para condensarse al paso de las partículas. Normalmente se observarán varias trazas blancas de niebla por minuto. Los problemas que pueden presentarse (no se ve nada) suelen deberse a que el cierre no es hermético, a que el vapor no está suficientemente frío (hay que esperar o mejorar el contacto con el hielo seco) o a que falta alcohol.

NOTA SOBRE MATERIALES