Divulgación Medida de la carga de una partícula

[Chusg]

A ver si me podéis ayudar con una duda cuya respuesta quizá alguna vez supe pero he olvidado.

La relación carga/masa de una partícula es "fácil" de determinar midiendo la curvatura de su trayectoria en un campo mágnético. Esto es más o menos lo que hacen los espectrómetros de masas para medir la relación carga/masa de los iones. Pero ¿cómo se puede medir la carga o la masa por separado (de un ión, nucleido, partícula...)?

Supongo que actualmente, en la práctica, esto rara vez será necesario, pero estoy pensando en la física nuclear experimental, especialmente en cómo harían estas cosas antiguamente. Por ejemplo supongamos que tenemos un núcleo que bombardeamos con alguna partícula, se produce una reacción nuclear y se forman varios núcleos/partículas que no sabemos a priori lo que son. Del estudio de las trayectorias en la cámara de niebla o de burbujas se puede determinar la relación q/m de cada producto, pero sin saber exactamente qué reacción se ha producido ¿cómo podemos determinar la q (o la m) de cada uno de ellos?
¿Con algo parecido al experimento de Millikan? (me da que no van por ahí los tiros) ¿Con métodos químicos?

[IsaacDL]

Re: Medida de la carga de una partícula

En una cámara de burbujas, conociendo la partícula incidente, de las trayectorias de las partículas participantes en la reacción puedes obtener sus radios, y de ellos, los momentos asociados a cada partícula. Como en la reacción la energía y el momento se conservan, puedes sacar información sobre la masa de las partículas salientes ,y , si no se conservan, la posibilidad de la existencia de alguna partícula participante no visible en la cámara de burbujas. Recuerdo hacer esta práctica en laboratorio y al finalizar teníamos que discutir varias opciones. Aprovecho esta entrada para saber si en una cámara de burbujas hay alguna forma de distinguir dos partículas salientes como un protón y un $\pi^{+}$.

Un saludo.

[Chusg]

Re: Medida de la carga de una partícula

de las trayectorias de las partículas participantes en la reacción puedes obtener sus radios, y de ellos, los momentos asociados a cada partícula.

¿Seguro que a partir del radio puedes sacar los momentos si no sabes la carga? A mí me sale que p=q·B·r (por lo menos en aproximación no relativista), o sea, que si no sabes la carga a priori, de ahí tampoco podrías sacar el momento.

[IsaacDL]

Re: Medida de la carga de una partícula

El método utilizado es para partículas con igual carga que la partícula incidente. Como para todas las partículas el campo B y q es el mismo, tienes que para la partícula incidente (de momento conocido) el radio es proporcional al momento. Conociendo este factor de proporcionalidad, sabiendo los radios de las partículas salientes puedes obtener el momento asociado a cada una de ellas.

Corrijo mi anterior mensaje diciendo que esto es para una cámara de burbujas, no para una cámara de niebla, aunque el objetivo es el mismo.

[Julián]

Re: Medida de la carga de una partícula

Todo indicaría que no es posible ya que la cámara de burbujas tiene como objetivo la detección de partículas mediendo la trayectoria y a partir de esta se obtiene la relación carga/masa en una medición directa. Sin lugar a dudas la discriminación de la carga o la masa es una medida indirecta ya que como es sabido las partículas tiene una carga que surge de la carga 1*10^-18C (quarks no es posible detectar solos) y eso se los debemos a Millikan.

[Alriga]

Re: Medida de la carga de una partícula

Yo nunca he sabido mucho de este tema y lo que sabía lo tengo bastante olvidado, pero lo que me suena es que hay 2 tipos de detectores, grosso modo:

-Los que básicamente detectan momento

-Los que básicamente detectan energía

Combinando ambos detectores es como se mide la carga y la masa de la partícula.

En el detector de momento, (tipo cámara de burbujas) se conoce el campo magnético B aplicado y se mide la geometría (el radio de curvatura R) de la traza de la partícula.

En el detector de energía (calorímétrico o de efecto Zerenkov,…) se mide la energía depositada.

Para el mismo tipo de partícula (cargada):

a) Aplicando un campo magnético B1 medimos un Radio R1 y una energía E1

b) Aplicando un campo B2 medimos un Radio R2 y una energía E2

Entonces aplicamos que

$p=q B R$

$E^2=p^2 c^2+m^2 c^4$

Particularizando

$p_1=q B_1 R_1$

$p_2=q B_2 R_2$

$$E_1^2= (q B_1 R_1 c)^2+m^2 c^4$$

$$E_2^2= (q B_2 R_2 c)^2+m^2 c^4$$

Estas últimas expresiones forman un sistema de 2 ecuaciones en que las 2 únicas incógnitas son la carga q y la masa m. En realidad, no hacen solo 2 medidas, sino muchas y a partir de los datos hacen un ajuste estadístico. Entiendo que esto es el fundamento básico, los detalles son muy complicados: The Physics of Particle Detectors

Normalmente los detectores se sitúan concéntricos al generador de partículas, con el de momento en el interior y el de energía en el exterior. En la Wikipedia se puede encontrar la composición básica de los dos detectores más conocidos del LHC, el CMS y el ATLAS

Saludos.