miniatura|Primera fotografia de la trajectòria d'un positró en una cambra de boira. La línia horitzontal gruixuda és una placa de plom. El positró penetrà en la cambra de boira per la part inferior esquerra, és frenat per la placa de plom i es corbà cap a la part superior esquerra. La curvatura de la trajectòria és causada per l'aplicació d'un camp magnètic que actua perpendicularment al pla de la imatge. L'energia més elevada del positró entrant dona com a resultat una curvatura menor de la seva trajectòria. Una cambra de boira, o cambra de Wilson, és un detector de trajectòries de partícules amb càrrega elèctrica en el si d'un vapor saturat i d'un camp magnètic. Les cambres de boira es feren servir àmpliament en física de partícules fins a la dècada de 1950, quan s'inventà la cambra de bombolles.
El pas d'una partícula carregada elèctricament pel si d'un vapor sobresaturat determina un deixant d'ions sobre els quals es condensen gotetes del vapor, tot formant una traça que visualitza la trajectòria de la partícula. La primera cambra de boira fou dissenyada i construïda pel físic escocès Charles Thomson Rees Wilson (1869-1959) el 1912, quan investigava al Cavendish Laboratory de la Universitat de Cambridge, i contenia aire saturat de vapor d'aigua com a gas ionitzable. Per aquest invent rebé el Premi Nobel de Física el 1927. La cambra de boira permeté els descobriments del positró el 1932 i del muó el 1936, ambdós per Carl David Anderson (1905-1991), i la confirmació del protó i del neutró. També feu possible mesurar el temps de trànsit de la sang d'un braç al braç oposat en un subjecte humà injectat amb radionúclids.
Explicació de la cambra de núvols miniatura|Formació del rastre d'una partícula α dins d'una cambra de boira. Les cambres de núvol són dispositius que s'utilitzen per visualitzar partícules de radiació ionitzant (partícules α, partícules β–, partícules β+, etc.). Aquesta radiació s'origina en la desintegració de materials radioactius o en altres reaccions nuclears. Tanmateix, les partícules de radiació ionitzant extremadament petites i es mouen a altes velocitats, cosa que fa impossible veure-les a simple vista o amb microscopis. miniatura|Rastre d'un avió. A les cambres de boira, un gradient de temperatura sobre una superfície freda s'utilitza per crear una capa de vapor sobresaturat (d'aigua, propan-2-ol o altres líquids). Aquest vapor condensa immediatament en petites gotes en presència de nuclis de condensació. Les gotetes de líquid es formen perquè, en un vapor sobresaturat, els ions actuen com a nuclis de condensació, atès que llur camp elèctric venç la tensió superficial que evitaria la formació de gotetes. Les partícules carregades de radiació poden generar ions i crear traces de núvols visibles fins i tot a simple vista. Les traces que es mostren es formen a causa de condicions específiques dins d'una cambra de boira. Es crea una capa de vapor sobresaturat sobre la zona d'observació negra com a resultat d'un gradient tèrmic. Mentre la zona d'observació es refreda, a la part superior de l'espai interior d'una cambra de boira, al conducte, s'escalfa, per exemple, propan-2-ol. El propan-2-ol (isopropanol o alcohol isopropílic) que s'evapora del conducte descendeix cap a la zona d'observació freda. Sobre la seva superfície crea una capa de vapor sobresaturat d'aproximadament 1 cm de gruix.
Si una partícula carregada elèctricament passa a través d'una capa de vapor sobresaturat d'isopropanol, veiem el seu rastre en forma de línia blanca brillant. La partícula carregada provoca la ionització de les molècules d'isopropanol, que actuen com a nuclis de condensació. El rastre blanc observat és un núvol dens de gotes molt petites d'isopropanol formades per condensació ràpida.
Una traça blanca, formada després del pas d'una partícula carregada, contrasta amb la zona d'observació negra i és clarament visible fins i tot a simple vista. No hi ha dues traces idèntiques i difereixen prou per permetre'ns identificar quina partícula l'ha produïda i determinar-ne les propietats, de vegades fins i tot el seu origen. La formació de traces blanques és anàloga als rastres de condensació creats pels avions al cel, que coneixem de la vida quotidiana. Quan els avions volen a gran altitud, l'aigua produïda en cremar combustible es condensa a causa de la baixa temperatura. Les gotes d'aigua o els cristalls de gel resultants poden servir com a nuclis de condensació per al vapor d'aigua circumdant, fent que les traces siguin més gruixudes i duradores. De la mateixa manera, el vapor saturat d'una cambra de boira permet que les traces durin prou temps per ser fàcilment fotografiades.
Si la zona d'observació conté un camp magnètic, la partícula carregada experimentarà un moviment circular segons la llei de Lorentz. A partir del sentit de gir es pot conèixer el signe de la càrrega elèctrica, ja que giren en sentits contraris en funció del seu signe. També es pot calcular la seva massa a partir del radi de gir si es coneix la velocitat amb la qual ha entrat la partícula dins de la cambra de boira. miniatura|L'única cambra de boira original utilitzada per C.T.R. Wilson per detectar traces de partícules subatòmiques. Segons Wilson, el preu del material per a l'experiment era només d'unes 5 lliures esterlines. La històrica cambra de boira es troba al Laboratori Cavendish de la Universitat de Cambridge. La sobresaturació del vapor es pot aconseguir de maneres diferents: A la cambra d'expansió, el mètode original de Wilson, un vapor saturat és expansionat de forma ràpida i adiabàtica i, com a conseqüència, disminueix la seva temperatura i esdevé sobresaturat; un sistema de recompressions i expansions successives permeten la utilització continuada de la cambra, bé que hi ha sempre un temps mort en què les condicions no són apropiades; en aquest tipus de cambres, un dispositiu secundari dispara el sistema expansiu quan detecta l'entrada de la partícula. A la cambra de difusió, ideada pel físic estatunidenc Alexander Langsdorf (1912-1996) el 1939. La cambra boira de difusió difereix de la cambra d'expansió de Wilson en el fet que és sensible a la radiació de forma contínua, ja que no s'utilitza l'expansió per refredar, sinó que es genera un gradient tèrmic refredant el fons de la cambra amb una màquina refrigerant o amb gel sec, aconseguint la barreja sobresaturada en aquesta part de la cambra permanentment.
Completen la cambra de boira una càmera fotogràfica estereoscòpica, de triple imatge o de múltiple imatge, i un sistema d'il·luminació, ambdós disparats per un detector secundari, així com un generador de camp electroestàtic, que separa les partícules i els ions no desitjats, i un imant deflector (un imant superconductor, generalment), que fa possible de determinar el moment lineal de la partícula incident a partir de la curvatura de la seva trajectòria. Posteriorment, hom usà cambres d'argó o de mescles d'aigua i alcohol propílic, però en l'actualitat la cambra de boira és poc usada.
Història miniatura|John Aitken. Amb l'objectiu d'estudiar el fenomen de la boira urbana de l'època victoriana, el meteoròleg i físic escocès John Aitken (1839-1919) inicià, al seu laboratori personal de Falkirk, una recerca de diverses dècades, aconseguint demostrar l'any 1880 que la pols és el germen sobre la qual les boires i els núvols es desenvolupen. Aitken provà el 1881 que les partícules de pols actuen com a nuclis de condensació per a les gotetes d'aigua en l'aire sobresaturat, i començà a dissenyar un instrument per a mesurar el nombre de partícules de pols en l'aire. El 1888 creà el primer aparell d'expansió de la història per a estimar el nombre de partícules de pols en l'aire mitjançant la producció d'aire sobresaturat i el recompte, a través d'una lent, del nombre de gotes d'aigua que queien sobre una superfície. Pocs anys més tard, el 1894, un altre escocès atret per la boira d'Escòcia i per altres fenòmens atmosfèrics, Charles Thomson Rees Wilson (1869–1959), passà algunes setmanes a l'observatori meteorològic de Ben Nevis, al nord d'Escòcia, on aconseguí observar diversos fenòmens òptics. Aquesta experiència el motivà per intentar reproduir-los al laboratori.
A principis de 1895, al Laboratori Cavendish de la Universitat de Cambridge, Wilson començà a realitzar alguns experiments amb la finalitat d'obtenir boira mitjançant l'expansió d'aire humit, seguint el model de l'aparell d'expansió utilitzat per Aitken. En modificar-lo, Wilson observà que era possible obtenir condensació —és a dir, gotetes d'aigua— fins i tot en absència de partícules de pols, si la ràtio d'expansió (volum final/volum inicial) era superior a un cert llindar, el qual fixà en 1,25. L'any 1896, Wilson descobrí, mitjançant un aparell més complex, que els recentment descoberts raigs X augmentaven el nombre de gotetes produïdes amb una ràtio d'expansió superior a 1,25 (mentre que amb Vfinal/Vinicial < 1,25 no s'esdevenia cap condensació, ni tan sols quan s'empraven tals raigs). Quan el volum sensible d'una altra versió de l'aparell d'expansió fou exposat a la radioactivitat de l'urani, obtingué nuclis de condensació d'exactament la mateixa naturalesa. El 1897, Wilson conclogué que les propietats elèctriques dels gasos sota l'acció dels raigs X i de la radioactivitat apuntaven a la presència d'ions lliures. Els nuclis de condensació en l'aire lliure de pols eren ions.miniatura|C.T.R. Wilson.Finalment, Wilson descobrí que existien dues ràtios d'expansió crítiques: la coneguda ràtio d'1,25 i una segona d'1,31. Tot seguint la hipòtesi de Joseph J. Thomson (1856-1940), segons la qual aquestes dues ràtios diferents es devien a la condensació sobre ions amb signes de càrrega distints, trobà el 1899 que la ràtio d'1,25 era suficient per a la condensació d'aigua al voltant d'anions; per a captar els cations, d'altra banda, calia excedir el límit d'1,31. Aquest descobriment ja era possible fer visibles els ions individuals i distingir entre ions positius (cations) i negatius (anions). Això trobà la seva aplicació immediata en la determinació de la càrrega portada per un ió, realitzada per Thomson i, posteriorment, per H. A. Wilson.
El 1900 es determinà que els raigs β, de càrrega negativa, eren en efecte els electrons recentment descoberts per Thomson. El 1903 el físic britànic Ernest Rutherford (1871-1937) descobrí que els raigs α eren partícules massives carregades positivament, i no fou fins al 1909 que el mateix Rutherford aportà la prova decisiva que els raigs α eren àtoms d'heli carregats. Aquesta certesa dugué Wilson a preveure amb un cert grau de confiança que la traça de les partícules individuals α o β, o de raigs ionitzants de qualsevol mena, a través d'un gas humit pot fer-se visible mitjançant la condensació d'aigua sobre els ions alliberats.
Per tal que la boira formada oferís una imatge fidel dels rastres d'ions deixats per les partícules ionitzants, era del tot necessari que l'expansió no provoqués gaire o gens d'agitació en el gas. Així mateix, era desitjable que no transcorregués cap interval prou llarg com per a permetre una difusió apreciable dels ions entre el seu alliberament i la producció de la sobresaturació necessària per a la condensació d'aigua sobre ells; i que la cambra de boira restés lliure de tot ió que no fos el de les traces acabades de formar. miniatura|Un flaix de magnesi consta d'una bombeta plena d'una fina malla de magnesi que s’inflama instantàniament en passar-hi un corrent elèctric. El magnesi cremà amb una llum blanca d’una gran brillantor.