Qué es un acelerador de partículas ?

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Es un aparato que permite cambiar la velocidad de las partículas con carga eléctrica, y para ello un acelerador de partículas utiliza una serie de campos electromagnéticos. Estos campos son generados principalmente por bobinas que generan en el centro del dispositivo un electromagnético es constante y permite inducir a su vez una aceleración constante. Debo decir que en un principio la aceleración de las partículas se realizaba con fines más bien prácticos que científicos como es el caso de los primeros aceleradores de baja energía y a manera de ejemplo cito el tubo de rayos catódicos que se usa en los televisores, el tubo fluorescente que se usa para iluminar y el magnetrón que se usa en el microondas, pero hay muchos más que tienen usos tanto científicos, industriales y hasta en electrónica. En su mayoría son aceleradores de electrones que necesitan poca energía para su funcionamiento.

Los aceleradores de partículas de alta energía se usan para imprimir grandes velocidades, muchas veces cercanas a las de la luz, a partículas más pesadas por lo general protones, núcleos de deuterio, tritio o helio. Existen dos tipos de aceleradores de alta energía, clasificados básicamente por su forma: los lineales (linac es su acrónimo en inglés) y los circulares. Los linac están constituidos por series de campos eléctricos (alternos o directos) entre placas que tienen una orificio en el centro, las partículas son atraídas por la carga opuesta de la placa más cercana y una vez que han a travesado el orificio se le cambia la polaridad a la placa para impulsarlas hacia la placa siguiente y así sucesivamente. Por este motivo se prefiere una corriente alterna que bien sincronizada produce grandes aceleraciones.

Ahora bien cuando las partículas tienen que alcanzar velocidades cercanas a la de la luz en lugar de placas se usa un pequeño truco, por medio de resonancia en los campos eléctricos se generan “cavidades” o espacios vacíos que tienen la misma longitud de onda que las partículas van a exponer a esas velocidades y se genera un efecto similar al que una persona realiza al saltar de piedra en piedra en un arroyo, de manera similar las partículas “saltan” de campo en campo oscilando y a su vez acelerando hasta alcanzar la velocidad correspondiente a esa longitud de onda. He de aclarar que según Louis-Victor de Broglie toda partícula tiene características de onda y partícula a la vez, siendo una de las bases de la teoría cuántica y este tipo de aceleradores usan este principio para generar tales velocidades. Similares principios utilizan los aceleradores circulares pero con desempeños bastantes diferentes.

El primero fue un ciclotrón que consistía básicamente en dos imanes con forma de letra “D” uno frente al otro de manera formaban un círculo completo y sobre ellos actúa una diferencia de potencial que a su vez genera la aceleración. La particularidad de un ciclotrón es que las partículas no viajan en círculo si no en una espiral desde el centro hacia afuera. Los sincrotrones usan campos magnéticos cuya configuración debe ser más compleja logrando aceleraciones muy superiores pero con una limitante: las partículas emiten radiación al acercarse a velocidades cercanas a la de la luz (fenómeno predicho por Maxwell y demostrado por Hertz). Entonces llegan a un punto en que el acelerador ya no puede suministrar la energía que la partícula pierde y empieza a viajar con una rapidez constante. Además el cambio constante de la dirección de la partícula se manifiesta en otra aceleración que causa que el aparato “pierda energía” para mantener ese cambio de dirección.

Actualmente muchos aceleradores son usados para “recrear” las colisiones que originaron la materia luego del famoso “Big Bang” que origina el universo. Esa es la razón de que se les llame “colisionadores” palabra que no se registra en el DRAE y que se debiera cambiar por “chocador” que me imagino no le gusta a algunos traductores pero que es la correcta. Como es de esperarse se trata de demostrar cuales de las teorías que sirven como modelos del universo es correcta. Sin embargo aceleradores de alta energía están sustituyendo a aparatos como las “bombas de cobalto” que se usan en radioterapia por ser más seguros y duraderos entre muchísimas otras aplicaciones.

Olvidaba mencionar que un acelerador de partículas cuenta con “cámaras” o compartimentos de detección que permiten apreciar las partículas que se generan durante los choques y aquí tenemos una combinación de tres factores que permiten que estos aparatos se vuelvan más sensibles: el primero es el tamaño del aparato (y en esto si manda el tamaño), la cantidad de energía que se les pueda suministrar y la sensibilidad de los compartimientos de detección.

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