Una cámara de alambre o cámara proporcional de múltiples alambres es un tipo de contador proporcional que detecta partículas y fotones cargados y puede brindar información posicional sobre su trayectoria, [1] siguiendo los rastros de ionización gaseosa. [2]
La cámara de múltiples cables utiliza una serie de cables de alto voltaje ( ánodo ), que pasan a través de una cámara con paredes conductoras mantenidas al potencial de tierra ( cátodo ). Alternativamente, los cables pueden estar a potencial de tierra y el cátodo mantenido a un voltaje negativo alto; lo importante es que un campo eléctrico uniforme atrae electrones adicionales o iones negativos hacia los cables del ánodo con poco movimiento lateral.
La cámara está llena de un gas cuidadosamente elegido, como una mezcla de argón y metano, de modo que cualquier partícula ionizante que pase a través del tubo ionizará los átomos gaseosos circundantes. Los iones y electrones resultantes son acelerados por el campo eléctrico que atraviesa la cámara, provocando una cascada localizada de ionización conocida como avalancha de Townsend . Esto se acumula en el cable más cercano y da como resultado una carga proporcional al efecto de ionización de la partícula detectada. Calculando los pulsos de todos los cables, se puede encontrar la trayectoria de las partículas.
Las adaptaciones de este diseño básico son la ranura delgada, la placa resistiva y las cámaras de deriva . La cámara de deriva también se subdivide en rangos de uso específico en los diseños de cámara conocidos como proyección de tiempo , gas microstrip y aquel tipo de detectores que utilizan silicio. [3] [4]
En 1968, Georges Charpak , mientras estaba en la Organización Europea para la Investigación Nuclear ( CERN ), inventó y desarrolló la cámara proporcional de múltiples cables ( MWPC ). Esta invención le valió el Premio Nobel de Física en 1992. La cámara fue un avance de la anterior cámara de burbujas con una tasa de detección de solo una o dos partículas por segundo a 1000 detecciones de partículas por segundo. El MWPC produjo señales electrónicas a partir de la detección de partículas, lo que permitió a los científicos examinar datos a través de computadoras. [5] [6] [7] La cámara de cables múltiples es un desarrollo de la cámara de chispas . [8]
En un experimento típico, la cámara contiene una mezcla de estos gases: [2]
La cámara también podría llenarse con:
En experimentos de física de altas energías , se utiliza para observar la trayectoria de una partícula. Durante mucho tiempo, se utilizaron cámaras de burbujas para este propósito, pero con la mejora de la electrónica , se hizo deseable tener un detector con lectura electrónica rápida. (En las cámaras de burbujas, se hacían exposiciones fotográficas y luego se examinaban las fotografías impresas resultantes ). Una cámara de alambre es una cámara con muchos alambres paralelos, dispuestos como una rejilla y puestos en alto voltaje, con la carcasa metálica en potencial de tierra. Como en el contador Geiger , una partícula deja una huella de iones y electrones, que se desplazan hacia la caja o hacia el cable más cercano , respectivamente. Al marcar los cables que tenían un pulso de corriente, se puede ver la trayectoria de la partícula.
La cámara tiene una muy buena resolución temporal relativa, buena precisión posicional y funcionamiento automático (Ferbel 1977). [12]
El desarrollo de la cámara permitió a los científicos estudiar las trayectorias de las partículas con una precisión mucho mayor y también, por primera vez, observar y estudiar las interacciones más raras que se producen a través de la interacción de partículas.
Si también se mide con precisión la sincronización de los pulsos de corriente de los cables y se tiene en cuenta que los iones necesitan algo de tiempo para desplazarse hasta el cable más cercano, se puede inferir la distancia a la que la partícula pasó por el cable. Esto aumenta enormemente la precisión de la reconstrucción del camino y se conoce como cámara de deriva .
Una cámara de deriva funciona equilibrando la pérdida de energía de las partículas causada por los impactos con partículas de gas con la acumulación de energía creada con campos eléctricos de alta energía utilizados para provocar la aceleración de las partículas. [13] El diseño es similar a la cámara proporcional de múltiples cables pero con una mayor distancia entre los cables de la capa central. [8] La detección de partículas cargadas dentro de la cámara es posible mediante la ionización de partículas de gas debido al movimiento de la partícula cargada. [14]
El detector Fermilab CDF II contiene una cámara de deriva llamada Central Outer Tracker . [15] La cámara contiene gas argón y etano, y cables separados por espacios de 3,56 milímetros. [dieciséis]
Si se utilizan dos cámaras de deriva con los hilos de una ortogonales a los hilos de la otra, ambos ortogonales a la dirección del haz, se obtiene una detección más precisa de la posición. Si se utiliza un detector simple adicional (como el que se usa en un contador de veto) para detectar, con resolución posicional pobre o nula, la partícula a una distancia fija antes o después de los cables, se puede hacer una reconstrucción tridimensional y la velocidad de la partícula deducida de la diferencia de tiempo del paso de la partícula en las diferentes partes del detector. Esta configuración nos proporciona un detector llamado cámara de proyección del tiempo ( TPC ).
Para medir la velocidad de los electrones en un gas ( velocidad de deriva ), existen cámaras de deriva especiales, cámaras de deriva de velocidad , que miden el tiempo de deriva para un lugar de ionización conocido.
