Construção de uma câmara de nuvens para detecção de partículas elementares e subatômicas

Introdução

Apresentamos a montagem de uma câmara de nuvens de baixo custo e discutimos sua utilização no âmbito de um projeto de iniciação científica voltado para a pesquisa em física de partículas. O experimento permite observar rastros de partículas produzidos por raios cósmicos secundários ou pela radiação emitida por uma fonte de tório. Essas trajetórias foram analisadas tanto na ausência quanto na presença de um campo magnético externo, gerado por películas magnéticas adesivas fixadas nas paredes da câmara. Ao examinar características como comprimento, espessura e curvatura dos rastros, é possível inferir informações qualitativas sobre as partículas.

Objetivo

Propomos e realizamos a montagem de uma câmara de nuvens utilizando materiais de baixo custo e/ou de fácil aquisição. Esta abordagem contempla a inclusão de campos magnéticos externos e seus efeitos sobre partículas de baixa energia, no âmbito de uma investigação baseada na aprendizagem por pesquisa voltada a estudantes de graduação. Além de oferecer uma ferramenta para o ensino de física, esta proposta permite que o estudante assuma o protagonismo na construção do próprio conhecimento, transformando os conceitos estudados em aprendizagem significativa, especialmente no que tange ao conhecimento teórico abstrato relacionado à área de física de partículas.

Método

Os dados referentes às trajetórias foram obtidos em uma sala escura, com uma lanterna acesa e apontada para uma das paredes da câmara. Inicialmente, o experimento foi realizado sem a película magnética nas paredes. As trajetórias das partículas foram registradas por meio de vídeos e fotografias. Posteriormente, a película magnética adesiva foi fixada em duas das paredes do recipiente de acrílico. As trajetórias das partículas também foram registradas para essa configuração.

Resultados e discussão

Os raios cósmicos são fontes incontroláveis ​​de partículas. Portanto, é preciso contar com a sorte. É necessário que uma partícula de baixa energia e pequena massa passe perto das paredes com revestimento magnético. Nesse caso, podemos esperar que essa trajetória seja afetada pelo campo magnético. No entanto, simultaneamente, partículas de pequena massa e baixa energia também estão sujeitas a várias colisões subsequentes com moléculas de isopropanol. Se isso ocorrer, a trajetória caótica resultante das colisões pode ser confundida com uma trajetória curva produzida pelo campo magnético. Contudo, a trajetória errática produzida por partículas leves de baixa energia nem sempre se assemelha a arcos de círculo. Pode tratar-se apenas de uma trajetória aleatória que não se enquadra em nenhuma das formas de curvas conhecidas.

Conclusão

Estudamos os rastros produzidos por partículas carregadas em uma câmara de nuvens de baixo custo. A inclusão de revestimentos magnéticos nas paredes da câmara pode contribuir para a formação de trajetórias curvas, principalmente no caso de partículas leves de baixa energia. A observação dessas trajetórias curvas depende da ocorrência fortuita de a partícula leve de baixa energia passar próxima às paredes com campo magnético. Alguns arcos e trajetórias curvas podem ser obtidos próximo às paredes magnetizadas durante longos períodos de registro. Além disso, este trabalho destaca a relação entre custo, montagem do experimento e confiabilidade estatística em uma câmara de nuvens com campos magnéticos externos.

Palavras-chave

• Ensino de Física
• Câmara de Nuvens
• Raios Cósmicos