LAS PARTÍCULAS FUNDAMENTALES Y EL MODELO ESTÁNDAR

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DETECTORES DE PARTÍCULAS

Básicamente, son los instrumentos que ponen de manifiesto, y en muchos casos hacen visibles, las partículas subatómicas. Es necesario que reúnan las características de alta resolución espacial y corto tiempo de respuesta, para obtener la masa, carga, energía y trayectoria de las partículas producidas. La gran sofisticación de dichos aparatos se refleja en los premios Nobel concedidos a sus diseñadores, como Wilson y Charpak. Distinguimos varios tipos, dependiendo del procedimiento de detección utilizado.

La cámara de ionización es un recipiente lleno de gas y provisto de dos electrodos con potenciales diferentes. Las partículas ionizan el gas y estos iones se desplazan hacia el electrodo de signo contrario, creándose una corriente que puede amplificarse y medirse. Las cámaras adaptadas para detectar las partículas individuales de radiación se denominan contadores, como el de Geiger, desarrollado en 1928.

En el contador de centelleo, las partículas cargadas, que se mueven a gran velocidad en los materiales centelleantes, producen destellos visibles a causa de la ionización, y pueden registrarse. Dichos materiales son determinados sólidos y líquidos como sulfuro de cinc, yoduro de sodio o antraceno.

Los detectores de trazas permiten observar las señales (o trazas) que deja a su paso una partícula en la sustancia que contiene el detector. Son de este grupo las emulsiones nucleares, semejantes a las fotográficas, la cámara de niebla y la cámara de burbujas. El principio fundamental de la cámara de niebla fue descubierto por Wilson en 1896, aunque el instrumento no llegó a construirse hasta 1911. Contiene aire, saturado con vapor de alcohol, que inmediatamente se condensa sobre los iones que producen las partículas nucleares o atómicas cargadas a su paso por la cámara, lo que hacen visibles sus trayectorias. La cámara de burbujas, inventada en 1952 por Glaser, tiene un funcionamiento similar a la cámara de niebla. Su diferencia más acusada reside en utilizar un líquido bajo presión a una temperatura algo inferior a su punto de ebullición. A lo largo de las trayectorias de las partículas que atraviesan el líquido se forman minúsculas burbujas que permiten visualizarlas. Estos métodos ópticos de detección han sido paulatinamente sustituidos por métodos electrónicos de recogida de datos desde que Charpak, en 1968, inventó el contador proporcional multicable, que permiten el registro de un número mayor de sucesos.

Otros tipos de detectores emplean muchas otras interacciones entre la materia y las partículas elementales distintas a las eléctricas. Por ejemplo, el detector de Cherenkov se basa en una radiación especial emitida por las partículas cargadas al atravesar medios no conductores a una velocidad superior a la de la luz en dichos medios.

Las partículas neutras como neutrones o neutrinos no pueden detectarse directamente, pero sí de forma indirecta a partir de las reacciones nucleares que tienen lugar cuando colisionan con ciertos núcleos de las sustancias empleadas en el detector. Así, los neutrones lentos producen partículas alfa, detectables con facilidad, al colisionar con los núcleos de boro del trifluoruro de boro. Los neutrinos, que apenas interaccionan con la materia, se detectan en depósitos enormes de percloroetileno (C2Cl4), gracias a los núcleos radiactivos de argón que producen cuando chocan con núcleos de cloro. Este tipo de detector de neutrinos, situado a gran profundidad bajo tierra para evitar la radiación cósmica, se utiliza actualmente para medir el flujo de neutrinos procedente del Sol.

Los detectores de última generación son un tipo de cámara de burbujas conocida como cámara de proyección temporal. Pueden medir las trazas que dejan los haces incidentes en las tres dimensiones, y cuentan con detectores complementarios para registrar otras partículas producidas en las colisiones de alta energía. En el CERN, por ejemplo, existen detectores de varios pisos de altura, formados a su vez por distintos tipos de detectores concéntricos. Examinando las trazas puede deducirse la historia de las partículas desde su formación hasta la desintegración.

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