O que é uma câmara de bolhas?
Uma câmara de bolhas é um dispositivo usado na física para detectar partículas carregadas. Foi inventado por Donald Glaser em 1952 e, posteriormente, recebeu o Prêmio Nobel por sua invenção. Embora uma vez a maneira predominante de detectar partículas, atualmente a câmara de bolhas não seja usada com frequência, em grande parte devido a algumas desvantagens que se tornam aparentes ao lidar com partículas de energia extremamente alta.
O princípio por trás da câmara de bolhas, e de fato a maioria dos detectores de partículas, é bastante simples. Pode ser pensado como análogo a observar o céu em busca de trilhas deixadas pelos aviões. Mesmo que um jato chegue tão rapidamente que você não perceba que ele passa, você verá sua trilha por algum tempo, permitindo reconstruir o caminho que tomou. Uma câmara de bolhas funciona de acordo com um princípio semelhante, com partículas deixando um rastro de bolhas que podem ser fotografadas.
A própria câmara é preenchida com algum tipo de líquido transparente e instável, geralmente superaquecido a hidrogênio. O líquido é superaquecido, mantendo-o sob pressão e liberando-o levemente no momento em que as partículas são introduzidas. À medida que as partículas carregadas atravessam a câmara, elas fazem o líquido ferver à medida que passam, criando um rastro de bolhas. As próprias partículas levam apenas alguns nanossegundos para atravessar a câmara, mas as bolhas levam milhões de vezes mais para se expandir, geralmente levando cerca de 10ms. Nesse período, as fotografias podem ser tiradas de vários ângulos, criando uma representação tridimensional do caminho das partículas.
As bolhas são então eliminadas pressurizando a câmara e o procedimento é repetido com o próximo lote de partículas. Cada conjunto de fotografias é tirado no que poderíamos considerar um curto período de tempo, exigindo apenas alguns segundos cada, mas na verdade é bastante longo para os padrões científicos. Os detectores modernos são capazes de executar todo o procedimento em milissegundos, permitindo que centenas ou milhares de explosões de partículas sejam documentadas em alguns segundos. Os detectores modernos também capturam imagens digitalmente, facilitando a análise e o armazenamento.
Como resultado, a câmara de bolhas raramente é usada na detecção moderna de partículas. Outro problema é que, como as câmaras de bolhas são bastante pequenas, elas também são incapazes de documentar adequadamente colisões de partículas de alta energia, reduzindo ainda mais sua utilidade em experimentos modernos. Finalmente, o ponto em que o líquido se torna superaquecido deve coincidir exatamente com o momento em que as partículas instantâneas se tocam, o que pode ser quase impossível de coordenar com partículas com vida útil extremamente curta.
Apesar de sua relativa obsolescência, as imagens das câmaras de bolhas ainda são bastante úteis para fins de ensino. Por serem fotografias de trilhas físicas, geralmente são muito mais fáceis para as pessoas entenderem do que descrições mais complexas de interações ou outros dados abstraídos. Os alunos podem olhar para uma imagem capturada de uma trilha de bolhas e ver com precisão as interações de várias partículas e como as partículas se deterioram durante o tempo que passam na câmara. Por esses motivos, embora não sejam amplamente utilizados em pesquisas de ponta, as câmaras de bolhas continuam a ver alguns usarem laboratórios universitários, e as fotografias tiradas historicamente são frequentemente vistas em livros didáticos.