La Maquina De Dios. acelerador de partículas


El acelerador de partículas más poderoso jamás construido podría hacer algunos descubrimientos notables, como confirmar la existencia de la materia invisible o de las dimensiones espaciales adicionales, una vez que empiece a funcionar en agosto. La "Máquina de Dios", como se ha dado en llamar al Gran Colisionador de Hadrones (LHC), tiene por también por finalidad la de desentrañar los enigmas del origen del Universo, es decir, cómo fue que se creó la materia y qué pasó con la antimateria en el momento del Big Bang. Considerado el experimento científico más ambicioso de la historia, el LHC intentará identificar con total certeza los ladrillos fundamentales con que se construyeron las estrellas, los planetas y hasta los seres humanos.

etc


QUE ES UN ACELERADOR DE PARTÍCULAS? Estas enormes máquinas aceleran partículas cargadas (iones) mediante campos electromagnéticos en un tubo hueco en el que se ha hecho el vacío, y finalmente hacen colisionar cada ion con un blanco estacionario u otra partícula en movimiento. Los científicos analizan los resultados de las colisiones e intentan determinar las interacciones que rigen el mundo subatómico. (Generalmente, el punto de colisión está situado en una cámara de burbujas, un dispositivo que permite observar las trayectorias de partículas ionizantes como líneas de minúsculas burbujas en una cámara llena de líquido.)


Las trayectorias de las partículas aceleradas pueden ser rectas, espirales o circulares. Tanto el ciclotrón como el sincrotrón utilizan un campo magnético para controlar las trayectorias de las partículas. Aunque hacer colisionar las partículas unas contra otras puede parecer inicialmente un método un tanto extraño para estudiarlas, los aceleradores de partículas han permitido a los científicos aprender más sobre el mundo subatómico que ningún otro dispositivo.

El primer acelerador circular se llamó: ciclotrón. El físico estadounidense Ernest O. Lawrence fue galardonado con el Premio Nobel de Física en 1939 por el invento y desarrollo del ciclotrón, un dispositivo para acelerar partículas subatómicas. Lawrence desarrolló el ciclotrón, el primer acelerador circular. Es una especie de acelerador lineal arrollado en una espiral. En vez de tener muchos tubos, la máquina sólo tiene dos cámaras de vacío huecas, llamadas des, cuya forma es la de dos D mayúsculas opuestas entre sí.

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Un campo magnético producido por un potente electroimán hace que las partículas se muevan en una trayectoria curva. Las partículas cargadas se aceleran cada vez que atraviesan el hueco entre las des. A medida que las partículas acumulan energía, se mueven en espiral hacia el borde externo del acelerador, por donde acaban saliendo.

Según la fórmula de Einstein E = mc² la masa es un tipo de energía. Esto significa que la energía puede transformarse en masa y viceversa. En los aceleradores de partículas ésto es utilizado para transformar energía cinética en masa, en una colisión de partículas. De este modo, nuevas partículas pueden ser creadas en las colisiones de partículas con altas velocidades relativas. En la búsqueda de nuevas partículas pesadas es importante ser capaz de acelerar partículas a altas energías. A mayor energía de las partículas originales, partículas más pesadas pueden ser creadas en las colisiones de partículas.

HISTORIA:
PRIMEROS PASOS Y AVANCES CON LA APLICACIÓN DE ESTA MAQUINA...

Organización Europea para la Investigación Nuclear, institución europea de investigación cuya sede se encuentra en la ciudad suiza de Meyrin (situada en las proximidades de Ginebra, en la frontera entre Francia y Suiza). Es más conocida por las siglas CERN, correspondientes al nombre con que fue fundada en 1954: Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire (Consejo Europeo para la Investigación Nuclear).

En el CERN se han construido aceleradores desde los 1950. Hoy existe un gran sistema de aceleradores lineales y circulares. Algunos de los aceleradores más antiguos se usan aún para iniciar la aceleración de partículas antes de ser enviadas a los aceleradores más largos. El sistema de aceleradores del CERN puede acelerar electrones, positrones, protones y diferentes tipos de iones.

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Vista Area del CERN

El 14 de julio de 1989, aniversario de la toma de la Bastilla toda Francia celebró el bicentenario del comienzo de la Revolución. A las 16.30 del mismo día, los físicos del CERN, centro internacional de investigación sobre física de las partículas situado en Ginebra, celebraban la entrada en funcionamiento del LEE (Large Electron Positron Collider), la mayor máquina científica construida hasta entonces.

Alojado en un túnel circular de unos 27km de diámetro (casi todo bajo territorio francés), el LEE es un acelerador que provoca colisiones de partículas a muy alta velocidad, para conseguir elevadísimas energías. Es capaz de crear las condiciones que reinaban una fracción de segundo después de la gran explosión que supuestamente dio origen al universo, así como de provocar la formación de partículas y determinar efectos que no se han producido desde entonces.

En especial, los físicos esperaban crear partículas Z, cuya existencia había sido predicha en los años 60, en el marco de la teoría que unifica el electromagnetismo con la fuerza nuclear débil. Las partículas Z, portadoras de esta fuerza débil, se observaron por primera vez a mediados de agosto de aquel año y la evaluación de los primeros resultados estaba lista para fines de octubre.

El LEE fue la culminación de casi diez años de planificación y construcción, a un coste situado en torno a los 80.000 millones de pesetas. En el momento en que el LEE entraba en funcionamiento, Estados Unidos proyectaba construir en Texas una máquina todavía más gigantesca, el Superconducting Supercollider (SSC), con una circunferencia de 84 Km. y un coste estimado de más de 100.000 millones de pesetas. Sin embargo, si llegara a hacerse realidad, este proyecto podría constituir fácilmente el fin del recorrido en este sentido, ya que los físicos están dirigiendo actualmente su atención a nuevas tecnicas con máquinas lineales en lugar de circulares.

El CERN, fundado en 1953, fue desde el comienzo una empresa cooperativa con la participación de 14 países europeos. Físicos de otros paises, entre ellos la Union Soviética, Japón y Estados Unidos, han participado posteriormente en sus programas de investigación. Fue uno de los indicios de un nuevo movimiento paneuropeo, reflejado también en las esferas económica y política. Europa no carecía de talentos científicos, como lo demuestra el éxito continuado en la obtención del premio Nobel, pero en muchos campos los países individuales no podían en modo alguno competir con Estados Unidos.

No era sólo un problema financiero sino de disponibilidad de personal científico cualificado. Ante la falta de oportunidades en sus países, los científicos europeos. Y En el Fermillab, (imagen abajo) en Illinois (EE UU), una carretera marca los 6km de circunferencia del anillo subterráneo del acelerador de partículas del laboratorio. En 1913, el Fermllab perfeccionó sus instalaciones Instalando Imanes superconductores yen 1990 producía todavía los rayes de protones mas energéticos del mundo.

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cedían a la atracción de Estados Unidos, que les ofrecía mayores salarios y mejores instalaciones. Esta tendencia era particularmente notable en el campo de las ciencias físicas, el ámbito de los proyectos de la "gran ciencia",. La cooperación científica en Europa adquirió un nuevo impulso en 1973 con el ingreso de Gran Bretaña, Irlanda y Dinamarca en la Comunidad Económica Europea. Entre las nuevas iniciativas figuraban la Agencia Espacial Europea (fundada en 1975) y el centro multidisciplinario de investigación de la CE (15-FRA), con sede en Italia.

Pero en la ciencia, como en otras actividades humanas, las tendencias y las necesidades cambian, y las estrategias deben modificarse en consecuencia. En Gran Bretaña, por ejemplo, el gran laboratorio de investigación sobre energía atómica de Harwell (motivo de orgullo nacional durante la euforia de la posguerra e importante factor de negociación en el intercambio de información con Estados Unidos) tuvo que ser reorganizado y, en cierto modo, ganarse el sustento mediante contratos con la industria.

Por el contrario, el proyecto experimental IET (Ioint European Toros), destinado a producir energía mediante la fusión de núcleos ligeros, como en el interior del Sol, comenzó a funcionar en 1983, en la cercana localidad de Culham. Pero incluso este proyecto fue perdiendo el favor de la opinión pública cuando los movimientos ecologistas (opuestos a toda forma de energía nuclear) ganaron fuerza e influencia, sobre todo teniendo en cuenta que los resultados del programa se podrían medir más en décadas que en años.

El primer gran acontecimiento científico de los años 90 fue la puesta en órbita del telescopio espacial Hubble, en abril de 1990, después de veinte años de planificación. Pero su supuesta capacidad de «ver el universo con una profundidad diez veces mayor que la empleada anteriormente» no impresionó a quienes se oponían a una inversión de 1.300 millones de dólares para un proyecto de investigación pura, entre los que se encontraban muchos científicos con presupuestos escasos. Al mismo tiempo, comenzó la reevaluación del programa del Supercollider.

Si bien la exploración de las partículas más recónditas del átomo y de las regiones más remotas del universo ha seguido cautivando la imaginación popular, también ha sido intensa la actividad en otros campos de las ciencias físicas. De hecho, el progreso en estos dos campos habría sido imposible sin los avances logrados en muchos otros terrenos. Incluso las disciplinas clásicas de la física han demostrado ser capaces de proporcionar nuevas sorpresas.

En el campo del magnetismo, conocido desde la antigüedad, el descubrimiento de imanes líquidos ha abierto nuevas perspectivas. Estos imanes consisten en diminutas partículas de materiales magnéticos como, por ejemplo, ciertos óxidos de hierro, dispersos en un líquido como en los coloides corrientes, las partículas no se separan del líquido. Cada una actúa como un pequeño imán permanente y puede también conferir notables propiedades al líquido, denominado normalmente ferro fluido.

EL LHC: El acelerador LEP estuvo operativo entre 1989 y 1195. Entonces fue desmantelado para dar espacio para un nuevo acelerador en el mismo túnel. El nombre del nuevo acelerador es Gran Colisionador Hadrónico, LHC. LHC, al contrario de LEP, colisionará haces consistentes en protones. Las colisiones, mucho más energéticas,14 TeV, serán posibles reemplazando los electrones y positrones de LEP por protones.

DATOS DEL "GRAN COLISIONADOR DE HADRONES"

Inicio de la construcción: 1994
Construido por: CERN
Ubicación: Frontera Suiza-Francesa
Costo: 6200 millones de euros
Científicos Comprometidos: 10.000 científicos de 500 Universidades
Científicos Argentinos: Ocho
Países Que Intervienen: Cuarenta
Dimensiones: 27 Km. de Diámetro
Profundidad: Entre 50 y 125 metros
Temperatura de Trabajo: 272 Bajo Cero °C
Aceleración Conseguida: 99,9999999 de la Velocidad de la luz
Campo Magnético Logrado: 100.000 veces el de la Tierra

OBJETIVOS DEL EXPERIMENTO:

Descubrir qué es realmente la masa.

Descubrir qué es la materia oscura (que ocupa más del 95% de la masa del Universo)

Descubrir cuántas son las partículas totales del átomo.

Descubrir la existencia o no de las partículas supersimétricas

Descubrir por qué no hay más antimateria.

Descubrir cómo era la materia durante los primeros segundos que siguieron al Big Bang.

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EL BOSON DE HIGG: A una velocidad muy cercana a la de la luz, dos conjuntos de protones circulan en sentido inverso: cuando chocan, se generan, brevemente, partículas enormes. La última que así se descubrió, en el Fermi, en 1995, llamada quark top, tiene 174 veces la masa de un protón. Esas partículas, que ya no existen en la Tierra, existieron en el Universo, en las milésimas de segundo posteriores al Big Bang; las altísimas energías de aquellos instantes son reproducidas por el Colisionador. Así, investigar estas partículas fugaces equivale a investigar los primeros instantes del Universo.

Pero el propósito no es tanto saber qué pasó entonces, sino saber qué pasa ahora: poner a prueba las teorías básicas de la física. Entre aquellas partículas, interesa especialmente una, llamada bosón de Higgs, que tendría entre 130 y 200 veces la masa de un protón: su existencia es requerida por el “modelo estándar”, que, de las cuatro fuerzas consideradas fundamentales en la naturaleza –el electromagnetismo, la gravedad y, en el interior de los átomos, las fuerzas “fuerte” y “débil”–, explica todas menos la gravedad.

Informe de TN ciencia:




link: http://www.youtube.com/watch?v=cGxQhPRi5PE

Particulas elementales:

La materia está constituida por un reducido número de las denominadas partículas elementales, cuyas propiedades pueden explicar la mayor parte de los fenómenos físicos que aquélla experimenta.

Las primeras partículas elementales halladas por el hombre fueron las moléculas que integran los distintos compuestos químicos existentes en la naturaleza. Después se descubrió que más elementales aún que las moléculas son los átomos que las constituyen, a su vez compuestos por un núcleo y unas partículas cargadas negativamente, los electrones, que se mueven en torno a él. Más adelante las investigaciones revelaron que el núcleo de los átomos está formado por dos tipos de partículas. los neutrones, que no poseen carga, y los protones, de carga positiva.

Si bien hasta hace relativamente poco se pensó que protones y neutrones eran las partículas más pequeñas de la naturaleza, desde 1933 se han descubierto más de 200 partículas diferentes, todavía más elementales, más simples y de tamaño más reducido que el protón, el neutrón y el electrón. Cada una de ellas, distintas entre si, está compuesta por cuatro subpartícutas básicas, denominadas quarks.


Actualmente, se sabe que ni los átomos, ni los electrones, ni los protones ni los neutrones son indivisibles. La duda está en identificar cuáles son las verdaderas partículas elementales. Dado que la longitud de onda de la luz es mucho mayor que el tamaño de un átomo, no es posible emplear la luz como instrumento para ver las partes que lo constituyen.

Las partículas elementales

Mediante la dualidad onda-partícula de la luz se puede describir todo en el Universo en términos de partículas; éstas poseen una propiedad, llamada espín, que establece su dirección. Todas las partículas se pueden dividir en dos grupos: las que poseen espín 1/2, que constituyen la materia, y las de espín 0, 1 y 2, que dan lugar a las fuerzas entre partículas materiales.

La teoría formulada por Dirac, en 1928, estableció a relación entre la mecánica cuántica y la relatividad propuesta por Einstein. Dirac explicó matemáticamente la razón por la cual el electrón posee espín 1/2, y predijo, además, que el electrón debía tener una pareja o antipartícula, el positrón. El descubrimiento del positrón, en 1932, motivó la concesión del premio Nobel al científico..

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Imagen de un acelerador de partículas

Fuerzas de interacción entre partículas

En mecánica cuántica las partículas experimentan fuerzas de interacción entre ellas. Cada partícula elemental, como un electrón o un quark, emite una partícula portadora de fuerza, que colisiona con otra partícula material y es absorbida por ella. Si en la emisión de la partícula portadora de fuerza la partícula material que la emite cambia de velocidad por el retroceso experimentado en la emisión, también la partícula que la absorbe ve modificada su velocidad.

Dado que las partículas portadoras de fuerza no obedecen al principio de exclusión de Pauli, puede existir un número enorme de partículas intercambiables, con lo que se podrían producir una serie de fuerzas de interacción muy potentes.

Según la intensidad de la fuerza y del tipo de partículas implicadas, cabe distinguir cuatro tipos:

Fuerza gravitatoria

Es la fuerza experimentada por las partículas y, en general, por todos los cuerpos, por el simple hecho de poseer masa o energía. Es la más débil de las cuatro y se caracteriza por su gran alcance y porque siempre es atractiva. En mecánica cuántica se representa por una partícula de espín 2, que se llama gravitrón, y que no posee masa propia. Así, por ejemplo, la fuerza gravitatoria entre la Tierra y el Sol se entiende como un intercambio de gravitrones entre los dos cuerpos, más concretamente entre las partículas que los forman.

Fuerza electromagnética

Es la experimentada por las partículas cargadas eléctricamente y resulta muchísimo más intensa que la gravitatoria. Como la fuerza eléctrica entre dos cuerpos se traduce en mecánica cuántica en la atracción o repulsión entre las partículas que los componen, en general se anulan las fuerzas atractivas con las repulsivas, y el efecto es un cuerpo en estado neutro. Si no se anulan por completo, casi llegan a hacerlo, por lo que el resultado es una fuerza electromagnética neta muy débil. No obstante, dominan a distancias muy pequeñas, como es el caso de los átomos y moléculas.

La fuerza de atracción eléctrica entre los protones del núcleo y los electrones de la corteza hace que éstos giren describiendo órbitas alrededor del núcleo del átomo.

El fotón es la partícula elemental que representa este tipo de fuerza, que se entiende como un intercambio de esta clase de partículas.

Fuerza nuclear fuerte

Es la que mantiene unidos a los quarks en el protón y el neutrón, y a éstos en el núcleo del átomo. Se piensa que es transmitida por otra partícula, llamada gluón, que sólo interacciona con los quarks y consigo misma. Para energías normales esta fuerza es muy inténsa, pero a altas energías se debilita, de manera que los quarks y los gluones se comportan como partículas casi libres.

Fuerza nuclear débil

Es la causante de la radiactividad, y actúa sobre todas las partículas materiales de espín 1/2, pero no sobre los fotones o los gravitrones, es decir, partículas de espín 0, 1 y 2.

En 1967 Salam y Weimberg propusieron una teoría para unificar esta fuerza con la electromagnética, y sugirieron la existencia de otras tres partículas de espín 1 además del fotón: los denominados bosones. Según esta hipótesis, para grandes energías (superiores a 100 GeV) los tres bosones y el fotón se comportarían de forma similar1 pero a energías más bajas los bosones adquirirían una gran masa y la fuerza que transmitirían sería de corto alcance. Esta teoría fue comprobada y ratificada más tarde, cuando se construyeron potentes aceleradores de partículas, capaces de alcanzar energías tan grandes. Las tres partículas compañeras del fotón fueron definitivamente identificadas en 1983, en el Centro Europeo para la Investigación Nuclear (CERN).

Antimateria

En la actualidad, se sabe que para cada tipo de partícula existen también antipartículas, y que si interacciona una partícula con su correspondiente antipartícula pueden aniquilarse. Pero no existe el mismo número de unas que de otras; en realidad, en condiciones normales no hay antiprotones ni antineutrones, éstos sólo se producen en los grandes aceleradores de partículas. Tampoco en el espacio hay más que unos pocos antiprotones y antineutrones en comparación con la cantidad de protones y neutrones existentes.

Si existiera una gran cantidad de antimateria en comparación con la materia, se producirían múltiples colisiones en el espacio, que provocarían la emisión de una gran cantidad de radiación; así, las partículas se aniquilarían con las antipartículas, desapareciendo la mayor parte de la materia existente.

En general, se acepta que todo el espacio está formado por quarks, no por antiquarks, porque las leyes de la física son diferentes para las partículas y las antipartículas. Siempre se había creído que las leyes de la física poseían tres simetrías:

C, P y 1. La simetría C supone que las leyes son las mismas para partículas y antipartículas; la simetría P, que las leyes son idénticas para, una situación cualquiera y su imagen especular, y la simetría 1 supone que el movimiento de un sistema no se altera si se invierte la dirección del movimiento de todas las partículas y antipartículas. Sin embargo, se ha demostrado que la interacción débil no cumple la simetría P, es decir, el efecto de la interacción débil hace que evolucionen de forma diferente las partículas de las antipartículas. Tampoco posee simetría C, ni simetría combinada PC.

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