1) DEFINICIÓN
Un acelerador de partículas constituye un gran anillo hueco en el que se utilizan grandes fuentes de corriente eléctrica y e imanes en los que se introducen partículas como electrones, iones o protones. Las partículas se aceleran a velocidades hasta el 99% de la velocidad de la luz y colisionan a las más altas energías que el hombre conoce. Lo importante de estas máquinas es que se pueden crear nuevas partículas cuya vida media es ínfima pero suficientes para poder estudiarlas (Brain. sf.)
2) COMPONENTES BÁSICOS DE UN ACELERADOR
Los componentes elementales de un acelerador de partículas son los componentes generadores de fuerza (dipolos eléctricos, dipolos magnéticos y los multipolos magnéticos), los blancos y los detectores (Guaraca, sf).
a) Componente generador de fuerzas
Dipolos Eléctricos: estos aplican una diferencia de potencial lo cual genera un campo eléctrico entre dos placas lo cual sirve para acelerar los partículas.
Dipolos Magnéticos: la función es crear un campo magnético perpendicular a la trayectoria de la partícula de forma que la curva.
Múltiplos Magnéticos: la función de estos múltiplos es enfocar los haces de partículas, de modo que los campos ejercer acciones más eficiente sobre las partículas lo cual evita la pérdida de ellas en el trayecto.
b) Los blancos:
Los blancos constituyen zonas donde las partículas impactan generando más partículas secundarias.
Estos blancos pueden ser fijos cuando la partícula impacta sobre un blanco inmóvil, también pueden ser móviles cuando el blanco se encuentra en movimiento.
c) Detectores:
Los detectores son aparatos construidos con el fin de ver las partículas generadas en el impacto contra el blanco, en otras palabras actúan como los ojos de los científicos.
El LHC está equipado con cuatro estaciones, ALICE, ATLAS, EL CMS, el LCHb capaces de filtrar los datos observados para ser analizados por un gran ordenador llamado GRID (Brain, sf).
El detector ALICE
3) PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
Los aceleradores de partículas (Barranco, 2011), tienen funciones como:
- Incrementar la energía de las partículas
- Guiar y focalizar las partículas a lo largo de la trayectoria definida.
Otras funciones(Sears & Young, 2005) que se describen son
- Explorar la estructura interna, en pequeña escala de otras partículas
- Producir reacciones nucleares con diversas aplicaciones médicas y científicas.
- Producir reacciones nucleares con diversas aplicaciones médicas y científicas.
Pero, ¿Cómo funciona un acelerador de partículas?
El siguiente video nos muestra un experimento muy sencillo sobre el funcionamiento de un acelerador lineal utilizando los siguientes materiales:
- Tubo de PVC
- Carril de aluminio
- 5 Bolas de acero
- Imán.
El video nos muestra como se acelera una partícula de acero al inducir un campo magnético. En los grandes aceleradores de partículas se puede utilizar también un campo eléctrico, o una mezcla de ambos formando un campo electromagnético.
El funcionamiento de un acelerador se puede explicar mediante el análisis de la ecuación de Lorentz.
F= q (E + vxB)
De la ecuación anterior se desprende que el funcionamiento de un acelerador de partículas requiere de un campo eléctrico para acelerarlas. La energía es el electrón-voltio, en la que 1 eV es la energía ganada por un electrón al atravesar una diferencia de potencial
La partícula al ingresar a un campo electromagnético experimenta una fuerza (F), q es la carga de la partícula cargada, B corresponde al campo magnético y v la velocidad de la partícula.
Se ha establecido que la aceleración de la partícula es proporcional a su carga e inversamente proporcional a su masa. La función de los campos eléctricos empuja a la partícula según su carga y la dirección del campo eléctrico en la dirección del movimiento.
Los campos magnéticos produce cambios en la velocidad de cada una de las partículas ya sea acelerándola o desacelerándola y permitiéndole describir trayectorias curvas pero sin modificar su módulo de velocidad.
¿Cómo se generan las partículas?
Las partículas se pueden generar de diferentes maneras (¿Que es un acelerador de partículas?, sf).
Las partículas se pueden generar de diferentes maneras (¿Que es un acelerador de partículas?, sf).
La forma más sencilla es utilizar el propio movimiento que se genera al calentar un material. Este se puede hacer de dos maneras, la primera se hace calentando un filamento hasta su incandescencia o haciendo pasando una corriente eléctrica por él, un segundo método es enfocar un láser en él.
Esto lo que logra es que aumente la probabilidad de que un electrón abandone momentáneamente una superficie. El campo electromagnético acelera el electrón desprendido gracias a la diferencia de potencial.
Para generar protones es necesario ionizar átomos de hidrógeno, lo cual se realiza acelerando electrones de la manera descrita anteriormente contra una válvula rellena de gas hidrógeno. Aplicando nuevamente una diferencia de potencial se obtendrán electrones acelerados y protones acelerados.
También se pueden generar antipartículas, por ejemplo los positrones cuando se hace incidir fotones sobre con una cierta cantidad de energía sobre un blanco específico como oro o tungsteno.
Los últimos años los científicos están muy interesados en generar neutrones para utilizarlos en máquinas de transmutación los cuales se obtienen a partir de protones acelerados e impactados en los blancos.
Lo importante de ello es que obtenemos un mejor conocimiento de nuestro universo con aplicaciones prácticas para el tratamiento médico de enfermedades como el cáncer.
4) TIPOS DE ACELERADORES
Durante nuestra historia se han construido diferentes tipos de aceleradores de partículas. Algunos de estos tipos son el acelerador de baja energía, los aceleradores de altas energías, aceleradores de mayores energías, los aceleradores lineales, los aceleradores circulares donde podemos destacar el ciclotrón y el sincrotrón (acelerador de partículas, sf).
Acelerador lineal de bajas energías: este acelera partículas a través de un tubo de rayos catódicos, son ejemplos comunes de ello los televisores y los generadores de rayos x.
Acelerador lineal de altas energías:
Estas utilizan un conjunto de placas que se les aplica un campo eléctrico las cuales aceleran las partículas.
Acelerador lineal de Stanford
Aceleradores circulares: presentan un aventaja sobre los aceleradores lineales ya que utilizan campos magnéticos en combinación con los magnéticos para producir aceleraciones mayores. Podemos encontrar dos tipos de aceleradores circulares: el sincrotrón y el ciclotrón, último el cual sobresale el gran colisionador de Hadrones construido bajo la superficie de Ginebra construido por el CERN, cuyo objetivo es el choque de protones para generar nuevas partículas en especial la del boson Higgs cuya existencia se desconoce aún (Brain, sf
LHC
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