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 instrumento de los físicos

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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 de los efectos relativistas en la masa a 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.

Tipos de aceleradores

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.

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