CAMERA A NEBBIA: VEDERE CIÒ CHE NON RIUSCIAMO A VEDERE.

Il nostro pianeta viene continuamente bombardato da particelle ad alta energia provenienti dallo spazio, da raggi cosmici che viaggiano nell’universo ad una velocità prossima a quella della luce e che, giungendo in prossimità della Terra, interagiscono con gli atomi dell’atmosfera e, decadendo, provocano una cascata di miliardi di particelle secondarie: elettroni, positroni, muoni e fotoni si propagano come un getto fino a giungere a terra.
La camera a nebbia è uno strumento utilizzato proprio per la visualizzazione di queste particelle secondarie provenienti dal decadimento di materiali radioattivi: funge dunque da rivelatore che ci permette di osservare ad occhio nudo il passaggio delle particelle che la attraversano, mediante le tracce che esse producono quando interagiscono con il vapore all’interno della camera. L’interazione tra la particella carica e le molecole del gas provoca lo sconvolgimento della disposizione degli elettroni in queste ultime e dà vita ad un fenomeno chiamato ionizzazione: al passaggio di una particella sufficientemente carica, gli ioni liberati diventano nuclei di condensazione attorno ai quali le goccioline di liquido formano una scia, cioè la traccia visibile a occhio nudo che testimonia il passaggio della particella nella camera.
L’ideazione di questo dispositivo si deve al fisico britannico Charles T. S. Wilson, che a partire dal 1899 iniziò a progettare la sua “cloud chamber” per studiare la conduttività dell’aria e la formazione delle nubi. Dopo la prima costruzione della camera nel 1911, Wilson si rese conto che, diffondendo raggi x all’interno dell’apparecchio, le particelle ionizzate fungevano da centro di agglomerazione delle goccioline d’acqua provenienti dal vapore di cui l’aria era satura; attribuì le tracce alle particelle prodotte dalla reattività ambientale quando, al contrario, era riuscito per primo a fotografare i raggi cosmici, che gli valsero il premio Nobel per la fisica nel 1927.
Quella realizzata dagli studenti del 5C, 5G, 5B e 5SINT è una camera a diffusione che non presenta punti morti e opera in continuazione finché il ghiaccio secco non evapora del tutto. La buona riuscita dell’esperimento si basa sulla creazione di un intenso gradiente di temperatura, per il quale la sommità della camera risulti a temperatura maggiore rispetto alla base: quest’ultima è stata raffreddata grazie all’azione del ghiaccio secco, cioè anidride carbonica allo stato solido a -70/-80 gradi, riposto in un basamento in polistirolo in grado di garantire la massima durata di funzionamento della camera. L’intenso gradiente di temperatura è fondamentale affinchè si crei uno strato sensibile sul fondo del contenitore di plexiglass, cioè una condizione di supersaturazione che permetta al gas (alcol evaporato) di esistere sotto forma di vapore in condizioni di equilibrio instabile: quando una particella carica attraversa la zona sensibile, il vapore d’alcol instabile condensa intorno agli ioni formando minuscole goccioline.
Dall’osservazione delle tracce ci è stato possibile distinguere il tipo di particella che ha interagito con la nebbia, a partire dalla loro forma e dimensione: quelle più cariche e più lente, come le particelle alfa, ionizzano di più rispetto agli elettroni, più veloci e meno carichi; le prime hanno dunque prodotto tracce più corte ma piuttosto spesse e i secondi tracce più sottili ma più lunghe e con tratti irregolari.
Nella giornata di venerdì 9 marzo è stato possibile condividere il progetto con i compagni delle altre classi, presentando loro in laboratorio l’esperimento e spiegando come abbiamo realizzato la strumentazione, quale fosse lo scopo e i risultati ottenuti.
L’esperienza, divertente e formativa, è stata un’occasione per i ragazzi di venire a conoscenza dei meccanismi invisibili che ci circondano, nonché un’opportunità per mettersi in gioco e condividere teorie e riflessioni.
Un ringraziamento speciale va ai docenti che hanno reso possibile la realizzazione del progetto stesso, al loro impegno e all’instancabile passione per il loro lavoro, ma anche ai ragazzi che, aderendo all’iniziativa, hanno dimostrato un’insaziabile curiosità e amore per la scienza!

Alice 5C