Aceleradores de PartículasFrancisco Javier Pulido Espina 2º Bach B

¿Qué son?¿Qué son?• Los aceleradores de partículas son

instrumentos que utilizan campos magnéticos para acelerar las partículas cargadas eléctricamente hasta alcanzar velocidades y energías muy altas.

• Estos instrumentos también son capaces de contener estas partículas

Breve nota histórica

Fundamentos físicos• Las partículas cargadas se generan de diversas formas. La

forma más sencilla es utilizar el propio movimiento que se genera al calentar un material. Esto se hace habitualmente calentando un filamento hasta su incandescencia haciendo pasar por él una corriente eléctrica. Al aumentar la temperatura también aumenta la probabilidad de que un electrón de la corteza atómica la abandone momentáneamente. Si colocamos cerca del filamento una segunda placa, creando una diferencia de potencial entre estos dos, conseguiremos acelerar al electrón.

• Si en esta placa efectuamos un pequeño agujero, y tras él un conducto al que se le haya extraído el aire, conseguiremos extraer electrones. Si este agujero no existe el electrón impactará contra la placa generando rayos X.

Tipos de aceleradores• Se pueden distinguir dos tipos de

aceleradores según su energía– Aceleradores de bajas energías

• Estos están muy presentes en la vida cotidiana de las personas. Ejemplos son los tubos de rayos catódicos (los de las televisiones y monitores de ordenador antiguos). Estos son precisamente aceleradores de electrones. Funcionan con un par de electrodos a los que se le aplica una diferencia de potencial de unos miles de voltios y se les hace pasar corriente entre ellos

Tipos de aceleradores II– Aceleradores de altas energías

• Aceleradores lineales– Los aceleradores lineales usan un conjunto de placas o tubos

situados en línea a los que se le aplica un campo eléctrico alterno. Cuando las partículas se aproximan a una placa se aceleran hacia ella al aplicar una polaridad opuesta a la suya. Justo cuando la traspasan (a través de un agujero de la placa) la polaridad se invierte, de forma que en ese momento la placa repele la partícula, acelerándola por tanto hacia la siguiente placa. A medida que las partículas se acercan a la velocidad de la luz, la velocidad de inversión de los campos eléctricos se hace tan alta que deben operar a frecuencias de microondas

ACELERADOR LINEAL DE PARTÍCULAS EN EL ARGONNE NATIONAL LABORATORY

Tipos de aceleradores III• Acelerador de Van der Graaf:

Otro acelerador electrostático es el acelerador Van de Graaff, desarrollado a principios de la década de 1930 por el físico estadounidense Robert Jemison van de Graaff. Este acelerador emplea el mismo principio que el generador de Van de Graaf, y establece un potencial entre dos electrodos transportando cargas mediante una cinta móvil. Los aceleradores Van de Graaff modernos aceleran partículas hasta energías de 15 MeV (un megaelectronvoltio, equivalente a un millón de eV)

ACELERADOR VAN DER GRAAF

Tipos de aceleradores X– Aceleradores de mayores energías– Existen varios proyectos para superar las energías

que alcanzan los nuevos aceleradores. Estos aceleradores se espera que sirvan para confirmar teorías como la teoría de la gran unificación e incluso para la creación de agujeros negros que confirmarían la teoría de supercuerdas

– Para 2015-2020 se espera que se construya el colisionador lineal internacional, de 40 km de longitud, que tendría una potencia de 1 GeV (el LHC tiene 7 GeV). Todavía no se ha decidido que nación lo albergará

El LHC• El LHC (Large Hadron Collider, gran colisionador de

hadrones) va a ser el acelerador de partículas más potente que jamás ha existido. Los físicos esperan que con el LHC proporcione respuesta a las siguientes cuestiones (entre otras)

– Qué es la masa (se sabe cómo medirla pero no se sabe qué es realmente)

– El origen de la masa de las partículas (en particular, si existe el bosón de Higgs)

– Cuántas son las partículas totales del átomo – Por qué tienen las partículas elementales diferentes masas (es decir, si

interactúan las partículas con un campo de Higgs) – Si hay dimensiones extras, tal como predicen varios modelos inspirados

por la Teoría de cuerdas, y, en caso afirmativo, por qué no se han podido percibir

– Si hay más violaciones de simetría entre la materia y la antimateria

El LHC II• El nuevo acelerador funcionará a

271 grados bajo cero y usa el túnel de 27 km de circunferencia creado para el antiguo LEP. En el LHC colisionarán protones en vez de electrones y positrones. Los protones se acelerarán hasta tener una energía de 7 TeV cada uno (siendo el total de la energía de la colisión de 14 TeV).

• El LHC es un proyecto de tamaño inmenso y una potencialmente peligrosa tarea de energía. Mientras se encuentra encendido, la energía total almacenada en los imanes es de 10 gigajulios

ESQUEMA DEL ACELERADOR DE PARTÍCULAS LHC Y SUS

COMPONENTES PRINCIPALES

Aceleradores actuales

NOTA: ESCALA LOGARÍTMICA

Componentes de un acelerador

• Blancos

• Detectores• Sistemas de refrigeración

• Conducto del haz de partículas

• Componentes generadores de fuerzas– Dipolos eléctricos– Dipolos magnéticos– Multipolos magnéticos