Generales Observarinsituydespertarelintersdeotrosestudiantesdel conocimientodelafsicaanalizandoyexplicandoelfuncionamientode unaceleradordepartculasconlaayudadelamaquetadelacelerador de partculas. steproyectopermiteintroducir,demanerasmileintuitivael fundamento y la estructura funcional del acelerador de partculas real. El reto ha sido el de obtener una maqueta real en la que se aprecieel comportamientode aceleracin de unapartcula fsica visible, alrededor de un anillo por la que circular a una velocidad controlable. Especficos Conseguiracelerarunaboladeaceroalrededordeunanillohechocon tubotransparentedeplstico,controlandodemaneraefectivasu velocidad de rotacin.Conayudadelaesfera, simular unagranpartcula visible, imitando lo que sucede en un acelerador real.Antecedentes En1808lostomosseconsiderabanlaspartculasindivisiblesmspequeas queconformabanlamaterialuegodevariosmodelosatmicossellegal modelo atmico actual el cual con ayuda de la teora cuntica el cual explica el saltodeloselectronesdeunniveldeenergaaotro.Conellotambinse descubriqueeltomonoeralapartculamspequeaquecomponela materiasinoqueestesecomponadepartculasanmspequeas denominadas partculas subatmicas. con el fin de estudiar estas partculas se construyenlosaceleradoresdepartculasloscualessondispositivosque utilizancamposelectromagnticosparaacelerarpartculascargadashasta altasvelocidadesyhacerlescolisionaryquealsucederestoestaspartculas generanotraspartculasconelfindeestudiarestaspartculassubatmicasy sus efectos. Diseo de un acelerador de partculas circular Elprimeraceleradordepartculasfuecreadoen1932enlauniversidadde Cambridge Inglaterrapor John Douglas Cockcroft y E.T.S. Walton el cual logro con xito acelerar protones a una energa de 710 keV (kilo electrn voltio) con ellosellegaronnuevosdescubrimientoseinvestigacionescomoelBossonde Higgs, la creacin de agujeros de Gusano, agujeros negros, la existencia de las cuerdas (teora que promete unificar la teora cuntica con la relatividad). Existen dos tipos de aceleradores los circulares y los lineales. Acelerador lineal Acelerador de partculas lineal El fundamento de losaceleradoresms bsicos es el mismo que el del can deelectronesquehayenunextremodeltuboderayoscatdicos.Esdecir, consiste en un tubo ms o menos largo en el que se hace el vaco para que las partculasaceleradassepuedandesplazarsinencontrarobstculos.Las partculas son aceleradas mediante la aplicacin de un campo elctrico que se produce entre dos o ms placas cargadas. Los aceleradores de altas energas, ms sofisticados, se pueden esquematizar medianteeldibujoadjunto.Elhazdepartculascargadas,vapasando sucesivamente por el interior de tubos metlicos de longitud creciente, A, B, C, D,E,..,queestnconectadosaunatensinalterna.Paraentendercmo funciona el sistema suponemos que se quiere acelerar un haz de partculas de carga positiva. Entonces, cuando se emite el haz, el primer tubo A tiene carga negativa y lo atrae producindole una aceleracin antes de que el haz penetre en el tubo. Cuando el haz viaja por el interior del tubo, lo hace pasando justo por su eje. El tubo lo atrae con la misma fuerza elctrica en todas las direcciones y, por tanto, no modifica la trayectoria del haz. Justamente cuando dicho haz llega al punto medio del tubo A cambia el sentido de la corriente que alimenta todos los tubos lo que provoca que el tubo A, que tena carga negativa, tenga carga positiva, el tubo B pase a tener carga negativa, el C positiva, etc. De esta manera, cuando el haz sale del tubo A, es repelido por l y atrado por el tubo B, lo que implica queelhazesaceleradoensutrayectodeAhaciaB.Elmismoprocesose repite en cada etapa, es decir, cuando el haz llega a la mitad del tubo B, vuelve acambiardesentidodelacorriente.Bpasaatenercargapositiva,yAy C vuelven a tener carga negativa. As cuando el haz sale del tubo B, es repelido por l y atrado por C, con lo que haz vuelve a ser acelerado al pasar de B a C. Yassucesivamente. Cadanuevotubotieneunalongitudmayorqueel anterior,porquelacargadelostuboscambiadesignoaintervalosdetiempo iguales (determinados por la frecuencia de la corriente alterna que los carga) y en cada nueva etapa el haz viaja a mayor velocidad Acelerador de partculas circular Un acelerador de partculas circular es un tipo de acelerador de partculas en el que stas viajan mltiples veces a lo largo de un circuito de forma circular. Existen dos variantes de aceleradores circulares: los ciclotrones, que constituyen el primer modelo de acelerador construido, y los ms modernos sincrotrones, en los cuales se alcanzan energas en el rango de los TeV - inaccesibles a los aceleradores lineales. JustificacinObtenerunconocimientomsampliosobrelaspartculasquecomponen nuestrouniverso.Elaceleradordepartculasproporcionaunaintrigante relacinentrelorealyloficticio,elpoderdeterminarsiesposibleromperlas normas que rigen nuestra comprensin del universo como por ejemplo el crear agujerosdegusanosegnlateorarelativistaparapodercrearunagujerode gusanoesnecesariorasgareltejidoespacio-tiempoestosetratdeverificar con los aceleradores de partculas pero el problema suscito en el corto tiempo que se muestran los efectos de la colisin entre partculas. La gran meta de estos colisionado res es el querer representar la explosin que dioorigenatodoelBigBangyelaltranscursodeestainvestigaciny experimentacinsehanproducidoenvariosdescubrimientoscomoel mencionado anteriormente y un gran avance es el bosn de higgs la que se le considera la partcula de dios la cual explicara de una forma fsica el origen de la masa, pero como muchas partculas se desintegra y es muy inestable y con ellotambinsedescubrieronlasantipartculasdondenacelateoradela antimateria y dice que el universo se compone de la materia de la que estamos compuestosydelaantimateriaquenolapercibimospeorsienelcasode percibirlaterminaraenundevastadordesastrecomoladestruccindeel mismouniversoporendesellevaaunacontroversiaalusarlosaceleradores departculasperoesuncampodemasiadointeresanteyextensoquepuede dar una respuesta del inicio del universo Una traza hipottica del bosn de Higgs en una colisin Como es complejo obtener un acelerador real se lo puede realizar uno a escala donde una bola de acero simule una partcula esta maqueta servir para darnos una idea de cmo funciona un acelerador de partculas. Limitaciones1.Unadelaslimitacionesyquepodrasalirdenuestrasmanos, est la adquisicin de todos lo materiales con las especificaciones exactas que se requieren, debido a su inexistencia en el mercado. 2.Buscar buen asesoramiento en la parte electrnica del3.Que el tiempo del tercer parcial nos sea suficiente para concluir el proyecto.Alcance ComoresultadofinaldelproyectorealizadoparalamateriadeFsicaIII,enla UniversidaddelasFuerzasArmadasESPE,seobtendrunamaqueta didcticaqueayudeenelaprendizajedelamateriamedianteunaaplicacin realdelosprincipiosdelaFsica,despertandopreviamenteelintersenlos observadores. Aprendizajes adquiridos Alrealizarlasinvestigacionespararealizarelproyectoquehemosplanteado obtuvimosvariasexperienciasyunpocodeconocimientoextraalqueya tenamos al ir estudiando lamateriade fsicayaque en este proyecto hemos investigadosobreculeselfindeconstruirunaceleradordepartculasycon esohemoshalladoqueunadelarazonesprincipalespararealizaros aceleradoreseselconocimientonuevosobrepartculasyaexistentesyque sucedesiadichaspartculascolisionanconotras.Conesteproyectoque hemosplanteadohemosqueridootorgarunavisinampliasobreel funcionamientodenuestrouniversopeseaqueelproyectoselorealizaren forma de maqueta se trata de explicar el funcionamiento de uno reay conello incentivara lainvestigacin de los componentesy descubrimientoque implica unaceleradordepartculasyconellopoderlograrenunfuturoquesepueda aplicar este tipo de conocimientosaun aceleradorde partculasquepodamos crear aqu en nuestro pas. Puesto que en este proyecto quisimos realizar una maquetaque represente el funcionamiento de un aceleradorde partculas real yaqueconociendoestosepuedeentendermasdecomopoderrealizaruno realperoestonosepodrahaberlograrasinconocerantesQuesun acelerador de partculas?, Cmo funciona un acelerador de partculas?, con que fin se construyen los aceleradores de partculas?, Qu descubrimiento se han realizado a travs del acelerador de partculas?, Qu conceptos se aplica a un acelerador de partculas? Comoporejemploalirinvestigandoacercadelosaceleradoresdepartculas obtuvimosnconocimientoqueindicaqueparaestosaceleradoresinfluye caposelectromagnticosyconellolaelectronegatividaddelaspartculas usadas como abemos cada partcula tiene una carga diferente a otro y con ello puedeganarlasvelocidadyenergaamedidaqueseaplicauncampo electromagnticoclaroquedependiendodesuelectronegatividadtambin conocemoslosdiseosbsicosymscomplejosdeunaceleradorde partculasloquecaberecalcareseldescubrimientoquepodrarevolucionar todo lo que conocemos que es el bosn de higgs esta partcula en especial se dice que sera de al que se compone y existe toda la masa pero es demasiado inestable lo que impide un buen estudio de dicha partcula ya que se desintegra al poco momento de su creacin, tambin un concepto fundamental de esto es la antimateria que afirma que nuestro universo est formado tambin por estas partculasquetieneuncomportamientoopuestoalqueconocemos.Estos conocimientosproducenunagranincertidumbreenquienesloestudiane investiganporendealinvestigaresteproyectonoshemosempapadomsde posibles eventos que revolucionen la vida humana tal como benefician y hasta comosupropiadestruccinsonunasdelasconsecuenciasdeestas investigaciones Propuesta del proyecto Sequisoproponeresteproyectoyaqueennuestropasnosehagenerado fuentes de investigacin como estasqueposeen otros pases siendo estouna fuentedeconocimientosinfinitosquesepuedenirdescubriendoconelpaso del tiempoya que seguimos viendo lo queocurre anuestroalrededor pero no tratamosdeentenderporqusucedeesoyporquelosfenmenoscambiany buscar las soluciones a problemas fsicos como los que hay en el presente este sera un pequeo avance para expandir la mente de todas las personas que lo observen y traten de obtener un conocimiento mayo r de nuestro universo. Tambinesimportanterecalcarqueestaspartculasexplicarandeunamejor maneralaunificacindelasfuerzaslocualfueelsueoquetuboAlbert Einsteinenellechodesumuertetodavasoconunificarestasteorasy quien sabe que podamos lograrlo. Funcionamiento Bsico de la Maqueta La idea base de este artilugio se basa en el gran experimento del acelerador de partculas de Ginebra CERN, en que se lanzan partculas reales por un anillo a una velocidad prxima a la de la luz. Nuestroproyectodemaquetaproponeshacerlasobreuntubodeplstico transparente,enlaqueseharcircularunaboladeacerodetamaovisible, impulsada por dos bobinas situadas en 180 de la circunferencia del anillo. Con la ayuda de la circuitera electrnica que se disear, se podr controlar la duracindelimpulsoelctricoquellegaencadabobina,estoconllevauna regulacin estable de la velocidad a la que circulara la bola. Se aadirn dos potencimetros de control para poder ajustar dichavelocidad entre un rango mximo y mnimo. Ver la fig.1 Fig. 1 Fundamentos Fsicos del proyecto Idea base, electromagnetismo.Qusucedecuandoconunhiloconductorconstruimosunsolenoideporel que hacemos circular una corriente elctrica? EsdetodosconocidoquehemosconstruidounELECTROIMN,conel podemosobteneruncampomagnticoanuestroantojo,conectandoo desconectando de la corriente elctrica dicho dispositivo, peroCmopodemosimpulsarunaboladeaceroaprovechandolafuerza electromagntica? Tal como nos indica la segunda ley de Newton (F = m.a). Podemos inducir una aceleracin fsica de una masa a partir de una fuerza aplicada. Bien,comosehaindicadoalprincipio,conunelectroimnsepodrobtener unafuerzaelectromagnticadediferentemagnitud.Sistaseaplica adecuadamentesobreunamasaferromagntica,estafuerzaproduciruna aceleracin, tal como nos indica la segunda Ley de Newton. Si se observa la figura1, se ver comoal conectar a la corriente elctrica el electroimn,steproduceuncampomagnticoqueasuvezprovocaruna fuerza de atraccin sobre la esfera, que a su vez se acelerar hasta colisionar con el clavo. Diseandoadecuadamenteeltamaodelabobinadelelectroimn,comosu nmero de vueltas y el voltaje aplicado, conseguiremos una fuerza de atraccin de mayor o menor magnitud. Por qu una esfera? Ennuestroproyectosepretendesimularlaaceleracindeunapartcula,ala cualselaharcircularporuntubo.Porcoherenciaysubajocoeficientede rozamiento se ha basado el proyecto en este objeto. Y porque es la forma en la que representamos grficamente siempre una partcula atmica en fsica. Cmo continuar el recorrido la esfera? Enlaimagendelafig1laesferaquedainmvilunavezquehacolisionado con el clavo. En la maqueta se ha construido una bobina hueca para que pueda continuar su recorrido sin que colisione con nada a lo largo del anillo, es como decir que circular por un tnel construido con la bobina, ver figura 2. Fig. 2 aFig. 2 b

Materiales y Presupuesto: PRESUPUESTO Detalle$Precio Tablero de madera tipo "aglomerado" 60x805,00 1,5m deTubo manguera de agua flexible transparente 20mm1,80 Bola de acero de 12 mm1,00 15m Hilo de cobre esmaltado de 1mm3,50 2 Condensadores 6800uF/35V8,70 Transformador 12 +12V / 10A52,00 Componentes pasivos varios (resistencias, condensadores)5,00 C.I. NE555, 7815, 7805, PIC12F6754,50 Puente diodos de potencia 20A4,30 Diodos LED, Transistores, fototransistor6,20 Placa de circuito impreso virgen fotosensible7,30 Tornillera, cables, regletas de conexin, radiadores electrnica6,70 TOTAL PRESUPUESTO106,00 Para realizar este proyecto utilizarn algunos materiales fciles de encontrar, la partemecnicasepuedeadquirirencualquierferreteraylosmateriales electrnicossedebernconseguirlosentiendaselectrnicasespecializadaso bien por Internet. Los precios son aproximados, pueden variar de una tienda a otra. Procedimiento1.Realizarunesbozohechoamanoparadistribuirlosdiferentes elementos que formaran parte del proyecto. 2.Sobreuntablerodemaderade80x60cmubicarlosdiferentes componentes del proyecto. 3.Encajar las bobinas para que su interior quede a ras de la madera, as el conjuntotubodeplstico-bobinaquedaranivelmejorandoel deslizamiento de la esfera. 4.Hechalaelectrnicadecontroljuntoconlafuentedealimentacin realizamos las primeras pruebas. Conclusiones y recomendaciones Unaceleradordepartculasesuninstrumentomuytilenlafsicano solo que ayuda a comprender que existen partculas an ms diminutas delasquetenemosconocimientosysepuedeaplicarenotroscampos no solo en la fsica sino en la medicina y tecnologa Paraentendercmofuncionaunaceleradordepartculasdebemos tenerconocimientodequmicafsicayelectromagnetismoqueeslo fundamental para saber su funcionamientoSesabequehaydostiposdeaceleradoreslinealesycircularesysu funcionamientoesigualperolacapacidadquetienecadaunahacela diferencia entre estos aceleradores de partculas Losaceleradoresdepartculasbuscandarunaexplicacinaliniciodel universolateoradelbigbangdemostrandoconlascolisionesquese puede producir energa y posiblemente transformarle a masa Segnlostemasquehemosinvestigadoconcluimosqueparapoder realizarenrealidadunaceleradordepartculassenecesitauna inversingrandeconloquesepuedafinanciarelterrenoyla construccinlocualsedebeirrecompensandoconlosestudiosylos descubrimientosquesevayandandolocualtambinresultaraeun avance tecnolgico y beneficiaria a nuestro pas Alrealizarlamaquetapodemoscuantizareltamaodelasmaquinas realesqueseutilizanconestotenerencuentalaingenieraquese utiliza para su realizacin Podemosconcluirqueestosavancessonnecesariosparaaprendery comprender el universo segn el punto de vista fsico y matemtico Es recomendable obtener conocimientos previos e investigar para poder comprenderestosfuncionamientosnosoloenfsicasinoelectrnicay otros campos de ingeniera para entender estos dispositivos. Fuentes de Consulta http://www.i-cpan.es/concurso3/docs/premio_experimentos.pdf http://www.mayahii.com/#!/salon/17444/1233 http://www.fisicarecreativa.com/informes/infor_mod/fotoelectrico2k4.pdf http://es.wikipedia.org/wiki/Electromagnetismo http://es.wikipedia.org/wiki/Acelerador_de_part%C3%ADculas