¿Qué es y para que sirven los aceleradores de partículas?

Antes de los aceleradores…

Hasta el siglo XX los físicos aún estudiaban las propiedades de la materia macroscópicamente. Fue a finales del siglo XIX que los científicos mostraron interés por el mundo atómico y de las moléculas. El estudio de estos elementos tan pequeños (del orden de 10 -10 ) considerados durante mucho tiempo los ladrillos fundamentales de la materia dieron lugar a partículas elementales y posteriormente a más partículas subatómicas más complejas. Algunos de los avances surgieron del estudio de los rayos cósmicos (partículas subatómicas procedentes del espacio exterior y de alta energía) que marcaban un trazado en una emulsión fotográfica o por análisis espectográfico.

El que los rayos cósmicos fueran fenómenos inconstantes emergió en la necesidad de generadores de partículas energéticas que fueran controlables para experimentar y simular con ellas. Estos generadores tendrían que acelerar partículas como protones o electrones con una velocidad cercana a la luz. A finales de la década de 1920 surgieron los primeros proyectos de dichos generadores capaces de emular rayos cósmicos: los aceleradores de partículas.

EL MAYOR “JUGUETE” DE LOS FÍSICOS

acel_part

Acelerador LHC situado en la frontera franco-suiza

Si hay algún dispositivo que supera a los otros en lo que respecta a sus dimensiones y peso para el estudio de la física éste es sin duda el acelerador de partículas. El acelerador de partículas es un dispositivo capaz de aumentar la velocidad de partículas elementales e iones a altas energías para después hacerlas chocar entre ellas o contra blancos estáticos. Estas interacciones permiten a los físicos estudiar el mundo subatómico y descubrir nuevas partículas. La mayoría de aceleradores consta de estas partes básicas:

  • Una fuente de partículas elementales ionizadas
  • Un tubo con un vacío parcial donde se desplazan las partículas
  • Un sistema para aumentar la velocidad de dichas partículas
  • Un anillo de almacenamiento (sólo en algunos)

Las grandes dimensiones que pueden tener algunos aceleradores circulares son consecuencia indirecta de los efectos relativistas en la masa (aunque sea pequeña) con velocidades cercanas a la luz. Un electrón con una energía de 1 MeV (1 millón de electronvoltios) tendrá una masa tres veces mas grande que si estuviera en reposo (la masa tiende a infinito cuando la velocidad es muy cercana a la de la luz), siendo éste cada vez más difícil de acelerar al tener que compensar además, la tendencia natural que tiene toda partícula a salir despedida de su órbita cuando aumenta su velocidad. Los aceleradores lineales también tienen que ser largos para imprimir una alta energía a los haces de partículas e iones.

Hasta ahora se han desarrollado diferentes modelos de aceleradores: los linac, el betatrón, el ciclotrón o el sincrotón que generalmente responden a variaciones del principio básico de funcionamiento. El nombre linac viene de “Lineal accelerator” y como su nombre indica és un acelerador lineal, los otros tres son modelos circulares o rotatorios; algunos además tienen un anillo de almacenamiento que permite choques más energéticos entre partículas.

Teresa Versyp – Sep 2005