Una cámara de alambre o cámara proporcional de múltiples alambres es un tipo de contador proporcional que detecta partículas cargadas y fotones y puede brindar información posicional sobre su trayectoria, [1] al rastrear los rastros de ionización gaseosa. [2] La técnica fue una mejora con respecto al método de detección de partículas de cámara de burbujas , que utilizaba técnicas fotográficas, ya que permitía que la electrónica de alta velocidad rastreara la trayectoria de las partículas.
La cámara multicable utiliza una serie de cables con un voltaje de CC positivo ( ánodo ), que pasan a través de una cámara con paredes conductoras mantenidas a un potencial más bajo ( cátodo ). La cámara está llena de gas, como una mezcla de argón y metano, de modo que cualquier partícula ionizante que pase a través del tubo ionizará los átomos gaseosos circundantes y producirá pares de iones, que consisten en iones positivos y electrones. Estos son acelerados por el campo eléctrico a través de la cámara, lo que evita la recombinación; los electrones son acelerados hacia el ánodo y los iones positivos hacia el cátodo. En el ánodo se produce un fenómeno conocido como avalancha de Townsend . Esto da como resultado un flujo de corriente medible para cada evento ionizante original que es proporcional a la energía de ionización depositada por la partícula detectada. Al medir por separado los pulsos de corriente de cada cable, se puede encontrar la trayectoria de la partícula. Las adaptaciones de este diseño básico son las cámaras de espacio delgado, de placa resistiva y de deriva . La cámara de deriva también se puede subdividir en rangos de uso específico en los diseños de cámaras conocidos como proyección de tiempo , gas de microbanda y aquellos tipos de detectores que utilizan silicio. [3] [4]
En 1968, Georges Charpak , mientras trabajaba en la Organización Europea para la Investigación Nuclear ( CERN ), inventó y desarrolló la cámara proporcional de múltiples hilos ( MWPC ). Esta invención le valió el Premio Nobel de Física en 1992. La cámara fue un avance de la anterior cámara de burbujas, que permitía detectar solo una o dos partículas por segundo, a 1000 partículas por segundo. La MWPC producía señales electrónicas a partir de la detección de partículas, lo que permitía a los científicos examinar los datos a través de ordenadores. [5] [6] [7] La cámara de múltiples hilos 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 los experimentos de física de alta energía , 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 realizaban exposiciones fotográficas y luego se examinaban las fotografías impresas resultantes ). Una cámara de alambre es una cámara con muchos cables paralelos, dispuestos como una rejilla y colocados bajo alto voltaje, con la carcasa de metal en potencial de tierra. Al igual que en el contador Geiger , una partícula deja un rastro de iones y electrones, que se desplazan hacia la carcasa o el cable más cercano , respectivamente. Al marcar los cables que tuvieron 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 autoactivado (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 ocurren a través de la interacción de partículas.
Si se mide también con precisión el tiempo de los pulsos de corriente de los cables y se tiene en cuenta que los iones necesitan un 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 de la trayectoria 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 en uso para causar la aceleración de 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 CDF II del Fermilab 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. [16]
Si se utilizan dos cámaras de deriva con los cables de una ortogonales a los cables 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 utiliza en un contador de vetos) para detectar, con mala o nula resolución posicional, la partícula a una distancia fija antes o después de los cables, se puede realizar una reconstrucción tridimensional y deducir la velocidad de la partícula a partir de la diferencia de tiempo del paso de la partícula en las diferentes partes del detector. Esta configuración nos da un detector llamado cámara de proyección de 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 una ubicación conocida de ionización.
