Direcciones aleatorias de las trayectorias en una cámara de niebla

Resulta que hay mucha física interesante involucrada en explicar esto.

Los rayos cósmicos son aproximadamente un 90 % de protones y un 10 % de partículas alfa (con pequeñas cantidades de otros objetos). Sin embargo, la mayoría de estos son detenidos por colisiones en la atmósfera superior. Las colisiones crean principalmente muones, por lo que los rayos cósmicos que vemos a nivel del suelo son en su mayoría muones. Estrictamente hablando, estos ya son rayos cósmicos secundarios, así que supongo que eso haría que las huellas que observas en la cámara de niebla sean rayos terciarios, pero pasemos por alto esta sutileza por ahora.

Las huellas que ves en la cámara de niebla comienzan cuando un muón de rayos cósmicos de alta energía choca con una molécula de aire y la ioniza. La colisión expulsa un electrón de la molécula y es ese electrón el que deja la pista. Entonces, la pista comienza en el sitio de la colisión muón-molécula y se desvanece después de unos pocos centímetros a medida que el electrón pierde energía.

Así que la pregunta es por qué el muón de alta energía no deja rastro mientras que el electrón de baja energía sí lo hace. Y la respuesta es (como he implicado al mencionar la energía) que, en general, la pérdida de energía por unidad de longitud es mayor para partículas de baja energía como los electrones que para partículas de alta energía como los muones, es decir, los electrones interactúan más fuertemente con el aire en la cámara que los muones.

La pérdida de energía por unidad de longitud se describe mediante la fórmula de Bethe . En lugar de simplemente citar la fórmula complicada y en gran medida incomprensible, permítanme mostrar el gráfico de pérdida de energía en función de la energía de ese artículo de Wikipedia:

La energía de los muones creados por los rayos cósmicos es de alrededor de 4 GeV en la superficie de la Tierra, por lo que está fuera del extremo derecho del gráfico, lo que significa que esos muones interactúan solo débilmente. De improviso, no sé la energía de los electrones que dejan las huellas, pero supongo que están alrededor$1-10$MeV y, por lo tanto, interactúan mucho más fuertemente.