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Acelerador Atomico de Particulas

hola gente taringuera amante de la fisica, hoy les traigo (para la cartera de la dama y el bolsillo del caballero) una entrega sobre fisica, antes que me reten, les pido disculpas porque es muuuuy largo, pero si ya vieron mis otros post, prefiero tardar 2 o 3 dias recopilando data y hacer un post mas o menos digno de T!, que hacer 50 post medio pelo en 30 minutitos...

traigan el mate, cafe, te o agua y lean tranquilos que es largo...
saludos



Acelerador Atomico de Particulas


Este capítulo te dará conocimientos básicos acerca de los aceleradores, el tipo de aparatos que se utiliza para explorar las componentes más pequeñas de la materia.
Para dar ejemplos de aceleradores, usaremos el equipamiento y técnicas que se utilizan en el CERN, el laboratorio europeo para la física de partículas, localizado a las afueras de Ginebra, en la frontera franco-suiza.
Los aceleradores funcionan con partículas cargadas que son aceleradas a velocidades próximas a la velocidad de la luz. Dejando colisionar en los aceleradores a partículas muy energéticas y rápidas, los científicos pueden extraer información acerca de los componentes más pequeños de la materia. En tales colisiones se crean nuevas partículas, que proveen de información acerca de los secretos de la física de partículas. En cierto sentido puede decirse que los grandes aceleradores son los "super microscopios" de hoy.
Finalidad: el propósito de este capítulo es que llegues a entender como funciona un acelerador. Este conocimiento te ayudará a entender como debería interpretarse la información científica de WIRED - el programa interactivo para el análisis de las imágenes de colisiones de partículas.

Acelerador Atomico de Particulas

Vista aérea del CERN. Los anillos dibujados muestran las posiciones de los túneles excavados bajo tierra, con los aceleradores. Todas las fotos de este capítulo proceden del archivo de fotos del CERN


Tipos de aceleradores
Existen varios tipos de aceleradores de partículas. En primer lugar hay que diferenciar entre aceleradores lineales y circulares, que depende de la geometría ( rectilínea o circular) del acelerador.
Además hay dos métodos para crear colisiones de partículas. La primera es dejar a las partículas del acelerador colisionar con un blanco en reposo, por ejemplo hidrógeno líquido. A ésto se llama experimentos de blanco fijo. La segunda es dejar que las partículas del acelerador colisionen entre sí. En ese caso las partículas circulan en direcciones opuestas en órbitas parcialmente separadas. Tal acelerador se llama colisionador..
En todos los aceleradores los haces de partículas se confinan en un tubo de vacío, de modo que las partículas no colisionarán con las moléculas de aire

nuclear

Parte de un acelerador lineal. Este acelerador puede acelerar protones hasta una energía de 50 MeV

Campos eléctricos
Para acelerar las partículas en un acelerador se usan campos eléctricos.
Cuando una partícula, por ejemplo un electrón, es acelerado en un campo eléctrico de 1 V recibe una energía cinética de un electrónvoltio (1 eV). Un acelerador tiene una o varias secciones aceleradoras con campos eléctricos oscilantes. La frecuencia de las oscilaciones está ajustada para dar a las partículas energía cinética adicional, dándolas mayor velocidad.
Los experimentos de hoy en día utilizan partículas a muy altas energías, típicamente varios GeV. A estas energías tan altas las partículas del acelerador tienen velocidades muy próximas a la velocidad de la luz

fisica

Cavidad de radiofrecuencia superconductora. Un campo eléctrico de alta frecuencia es creado en el interior de la cavidad. Este campo acelerará las partículas que pasen a través de la cavidad. Cavidades como ésta fueron usadas en el acelerador LEP para dar a las partículas una energía de aproximadamente 100 GeV.
Campos magnéticos
Para mantener las partículas en el acelerador se utilizan campos magnéticos.
Una partícula cargada moviéndose en un campo magnético experimenta una fuerza que la hace desvíarse de su dirección original de movimiento. En un acelerador circular, se utilizan electroimanes que crean campos magnéticos que fuerzan a las partículas a moverse en una órbita circular

Acelerador

Un modelo de imanes dipolares que serán usados en el acelerador LHC (en construcción, estará preparado para operar en 2007). En LHC habrá dos haces de partículas primarias en tubos de vacío separados, a la izquierda y derecha en la FIgura. Esto contrasta con el caso de LEP, en el que ambos haces viajan por el mismo tubo



Conversión de energía


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.

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Dos protones con gran energía cinética han colisionado y se han convertido en muchas partículas nuevas. La imagen es una simulación de cómo se observará una partícula de Higgs creada en el detector ATLAS en el futuro acelerador LHC.


El sistema de aceleradores

En el CERN se han construído aceleradores desde los 1950´s. 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 envíadas a los aceleradores más largos.
El sistema de aceleradores del CERN puede acelerar electrones, positrones, protones y diferentes tipos de iones. Describiremos aquí el proceso de aceleración de electrones y positrones.
Mediante calor se transfiere energía a un hilo de metal en un campo eléctrico. Los electrones del hilo adquieren energía suficiente para liberarse de los átomos del hilo. Un acelerador lineal (LIL) se utiliza para acelerar los electrones liberados hasta una energía de 200 MeV.
Alguno de los electrones son desvíados y se les deja colisionar con un blanco pesado metálico. Estas colisiones crean los positrones utilizados en el sistema acelerador.
El acelerador lineal acelera los electrones y los positrones hasta una energía de 600 MeV. Después las partículas son conducidas a un anillo de almacenamiento (EPA) donde se dejan mientras se acumulan más partículas

particulas

Aceleración en etapas
Cuando una cantidad adecuada de electrones y positrones han sido acumulados en el anillo de almacenamiento, son dirigidos a un acelarador circular llamado PS. Ahí son acelerados hasta una energía de 3.5 GeV.
Tras el PS las partículas son dirigidas a un acelerador circular más grande, el SPS, donde son aceleradas hasta 22 GeV. Finalmente son movidas al acelerador circular mayor, el LEP. Dentro de LEP electrones y positrones pueden ser acelerados hasta una energía de 104 GeV antes de hacerles colisionar entre sí.

Acelerador Atomico de Particulas


L.E.P.
Hasta el presente el acelerador más grande es LEP (Large Electron Positron Collider) en el CERN. Su circunferencia es de 27 Kilómetros y el conjunto del acelerador está situado a más de 100 metros bajo tierra.
LEP es un colisionador dónde los dos haces de partículas consisten en electrones y positrones ( anti electrones) respectivamente. Los haces de partículas son acelerados en direcciones opuestas en órbitas cercanas entre sí en el tubo del haz. Posteriormente se les hace colisionar entre ellos.
Para lograr la energía necesaria las partículas son aceleradas en cada vuelta en el acelerador circular. Campos de aceleración especiales aumentan las energías de las partículas en cada vuelta. Tipos diferentes de imanes fuerzan a las partículas a moverse en órbitas bien definidas.
Cuatro etapas de aceleración aumentan las energías de las partículas hasta 400 MeV por vuelta, hasta una energía máxima de 100 GeV. Cuatro haces de electrones y positrones pueden circular en el interior del anillo durante horas, con una velocidad muy próxima a la de la luz.
En el interior de LEP hay 3368 imanes y 272 etapas de aceleración superconductoras. Todas las partes tienen que estar refrigeradas hasta temperaturas de 269 grados Celsius bajo cero.

nuclear

El túnel de LEP. A la izquierda está visible la máquina LEP.La circunferencia del túnel es tan grande que parece rectilínea en esta figura.


LEP: Colisión
En cuatro zonas del anillo del acelerador, los haces de electrones y positrones son dirigidos a colisionar entre sí. Ahí se realizan los experimentos, registrando lo que sucede en las colisiones con la ayuda de diferentes tipos de detectores.
Con estos detectores, los científicos pueden analizar las partículas producidas, su momento y energía.

fisica

Una colisión entre un electrón y un positrón. El detector de forma cilíndrica detecta las nuevas partículas que son creadas en la colisión

L.H.C.

El acelerador LEP estuvo operativo entre 1989 y 2000. Entonces fue desmantelado para dar espacio para un nuevo acelerador en el mismo túnel. El nombre del nuevo acelerador es Gran Colisionador Hadrónico, LHC.

Acelerador

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.. En la actualidad LHC está en construcción. Estará operativo hacia 2007.

atomico

Una sección del acelerador LHC en el laboratorio de pruebas
Varios detectores serán construídos en LHC para registrar los sucesos de las colisiones. Uno de estos experimentos es ATLAS. Teclea en el enlace de abajo para iniciar una animación que muestra como se mueven los protones a través del sistema de aceleración del CERN hasta que colisionan en el detector ATLAS. La animación necesita el programa Macromedia Flash Player.

Reproduccion de el choque: (apreta play donde dice "play!" )


si no se ve esta es la pagina: http://www.gae.unican.es/Educacion/ani/acc_lhc/lhc_atlas.swf

simulacion de corte digital del acelerador:

particulas

Hay dos tipos de aceleradores: lineal y circular. En los aceleradores lineales se suele hacer colisionar a las partículas con blancos fijos. En los aceleradores circulares colisionan, usualmente, entre sí.
Una partícula es acelerada haciéndola pasar a través de campos eléctricos que tienen un potencial de varios billones de Voltios. Un acelerador circular utiliza electroimanes que fuerzan a las partículas cargadas a ir en trayectorias curvadas.
Se pueden acelerar diferentes tipos de partículas, por ejemplo, electrones, positrones, protones y diferentes tipos de iones. El único requerimiento es que deben ser estables y cargadas.
Para comenzar la aceleración de partículas en el CERN un hilo de metal es calentado hasta que se liberan electrones. Algunos de ellos son conducidos a través de aceleradors lineales hasta los más pequeños aceleradores circulares. Otros se hacen colisionar con un blanco de metal creándose positrones que son guíados del mismo modo que los electrones. Los electrones y positrones son acelerados en diferentes aceleradores hasta que se insertan en el LEP (Large Electron Positron colisionador) dónde se hacen colisionar entre sí. Colisionan en uno de los cuatro detectores que analizan las partículas que fueron creadas en la colisión.
LEP ha sido parado para dar lugar a un acelerador más potente, LHC (Large Hadron Collider), que colisionará protones a mucha mayor energía.




Fuente: http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica http://soko.com.ar/Fisica/cuantica/Aceleradores.htm http://www.gae.unican.es/Educacion/hoc_v21/main_frame/ac_intro1.html
• Libros: De los átomos a los Quarks – James S. Trefil – Salvat Editores, S. A. Barcelona 1985, Del átomo a las estrellas 1994 El monstruo subatómico – Isaac Asimov – Salvat Editores, S. A. Barcelona 1993 El Universo desbocado – Paul Davies – Salvat Editores, Colisiones entre protones con espín - Alan D. Krisch - Nº 133 - Octubre 1987 - Pág. 18 Colisiones de Hadrones a muy altas energías - C. Pajares y R. Pascual - Nº 25 - Octubre 1978 - Pág. 58 Dirac y la belleza de la física - R. Corby Hovis & H. Kragh - Nº 202 - Julio 1993 - Pág. 64 El caos cuántico - Martin C. Gutzwiller - Nº 186 - Marzo 1992 - Pág 14 El colisionador LEP - S. Myers & E. Picasso - Nº 168 - Septiembre 1990 - Pág. 22 El colisionador lineal de Stanford - John R. Rees - Nº 159 - Diciembre 1989 - Pág. 62 El descubrimiento del quark Top - Tony M. Liss y Paul L. Tipton - Diciembre de 1997El número de familias de la materia - G. Feldman & J. Steinberger - Nº 175 - Abril 1991 - Pág. 20 El modelo de bolsa del confinamiento de los Quarks - Kenneth A. Johnson - Nº 36 - Septiembre 1979 - Pág. 76 Realidad del mundo cuántico - Abner Shimony - Nº 138 - Marzo 1988 - Pág. 28 Teoría alternativa de Bohm a la mecánica cuántica - David Z. Albert - Nº 214 - Julio 1994 - Pág. 20 Teorías Gauge de las fuerzas entre partículas elementales - Gerard 't Hooft - Nº 47 - Agosto 1980 - Pág. 58


Para todos.
De este humilde servidor.
que se disfrute!!!

15 comentarios - Acelerador Atomico de Particulas

@eltirry
te pasaste.. +10..
@omarperez
atomico, se dice a-to-mi-co
@baco
la verdad esta muy bueno... me dio una buena idea... no tanto como la que esperaba... pero fue buena...

+10 por el laburo.



PD: el viernes tengo que rendir Fisica 3
@pardito
me hiso acordar terminator 3... muy buen laburo
@yamilo
no se porqué, pero en vez de acelerador de partículas leí...\"condensador de flujos..es lo que hace posible el viaje en el tiempo....\" JEJEJE
@dedero
1.21 gigowatts (?)
@del63
yo tengo uno en cása (en el sótano)
@ventosa
te puse dos. esto es lo q me gusta de T!
@verdolaga666
tengo uno en el garage pero nunca lo use jojooojo
@pierreligny
Large Hadron Collider ya esta listo y comienza el 10 de septiembre.....parece que va haber candombe porque generaria pequeños agujeros negros que nos comen a todos ( y de paso a todo el planeta) el post de lo mejor van 5
@Funkbeto
excelente aporte man! te felicito +5