Una camera a nebbia premiata

La fisica delle particelle viene comunemente percepita come un mondo lontano, qualcosa di nascosto nelle viscere della Terra, dove giganteschi dispositivi sperimentali accelerano vorticosamente le particelle o ne rivelano il passaggio fra poetici lampi di luce e molto più prosaici dati sui monitor.

Eppure, con pochi semplici oggetti è possibile realizzare un rivelatore di particelle, per svelare ad esempio il passaggio dei raggi cosmici secondari, ovvero quelle particelle che si creano nell'alta atmosfera, quando altre particelle provenienti dallo spazio colpiscono gli atomi dei gas terrestri.

Il rivelatore in questione è la camera a nebbia, storico dispositivo inventato dal fisico scozzese Charles Thomson Rees Wilson nel 1911. Ormai non più utilizzate, le camere a nebbia vantano un buon palmares nelle scoperte della fisica precedenti alla Seconda guerra mondiale. Soprattutto, è di una camera a nebbia la prima fotografia a immortalare un positrone, cioè una particella di antimateria, tale e quale all'elettrone, ma con carica positiva.  

La camera a nebbia è, fondamentalmente, un contenitore ermetico nel quale deve essere presente aria soprassatura di vapore acqueo o del vapore di un altro liquido. Come dice la parola stessa, "soprassatura" è un'aria che contiene un numero esagerato di molecole di vapore, ben oltre il punto di saturazione, ben oltre cioè quelle che potrebbe contenere in condizioni "normali". In un ambiente del genere, una particella carica si scontra e fa perdere elettroni (ionizza) agli atomi presenti, che diventano nuclei di condensazione per il vapore: attorno a questi atomi, si creano delle bolle ben visibili lungo la traiettoria della particella carica, che viene così rivelata (o meglio, viene rivelato il suo passaggio).

Per realizzare la condizione di soprassaturazione, si possono seguire due strade. La prima è quella propria delle camere a nebbia sperimentali utilizzate in passato nei laboratori di fisica, dove un pistone permette una rapida espansione adiabatica (senza scambio di calore con l'esterno), durante la quale il vapore raggiunge lo stato di soprassaturazione. La seconda è quella che permette di costruire una camera a nebbia anche a casa. Più o meno.

Ed è questa seconda via che abbiamo utilizzato, con i due ragazzi della I Liceo scientifico dell'Istituto di insegnamento superiore "Adone Zoli" di Atri (Teramo). Insieme a Federico e Augusto, ci siamo procurati una vaschetta per i pesci, uno strato di alluminio, feltro nero, vernice nera, silicone sigillante nero, nastro adesivo nero, alcol isopropilico e ghiaccio secco (anidride carbonica allo stato solido, con una temperatura di –79°C). 

Abbiamo posto lungo la base della vaschetta una striscia di feltro nero, che è stata poi "inzuppata" di alcol isopropilico. La lamina di alluminio (ottenuta con fogli di alluminio da cucina sovrapposti) è stata dipinto di nero solo da un lato ed è servita per chiudere il lato scoperchiato della vaschetta, che è stata quindi sigillata e isolata dall'esterno. La vaschetta capovolta è stata posta su uno strato cospicuo di ghiaccio secco, mentre sulla parte superiore (dove era presente il feltro con l'alcol) una lampada ha provveduto a mantenere una temperatura tipido-calda. Il forte gradiente di temperatura fra il fondo (a –80°C circa) e il lato superiore (a oltre 20°C) ha permesso di ottenere la condizione di soprassaturazione di alcol scendendo all'interno della vaschetta, divenuta in circa dieci minuti una camera a nebbia. 

E le particelle? A questo punto, potevamo pazientemente aspettare qualche raggio cosmico secondario, ma abbiamo preferito avvalerci della ormai mitica sveglia radioattiva degli anni cinquanta, protagonista del Festival della Scienza 2011 di Genova. E così sono state rivelate le particelle alfa e beta emesse dagli atomi di radio presenti su lancette e numeri della sveglia.

Ma non è questo il lieto fine della storia. Il progetto è stato presentato all'edizione 2012 del concorso Anch'io scienziato, indetto dai Laboratori Nazionali del Gran Sasso. E il progetto è stato premiato con un validissimo 5° posto... Tra tutti i progetti premiati era d'altra parte l'unico in cui il professore ha incontrato gli alunni 10 ore in tutto, l'unico di un professore "esterno", in mezzo ad altre decine e decine di progetti, condotti da professori e alunni nella continuità della normale attività scolastica. Il mandato era semplice e molto complesso: «Ci sono due alunni, molto bravi, vogliono fare qualcosa... Vedi tu, Enrico...» Veni. Vidi. E giungemmo quinti.

Una bella soddisfazione... Sarà mica la sveglia radioattiva a portare bene?