¿De dónde vienen las partículas para aceleradores?

Cuando los físicos necesitan partículas para aceleradores, vienen a nuestro sitio web y publican anuncios en los comentarios, ofreciendo empleo a las partículas vacantes. A veces necesitan partículas con una actitud positiva, a veces más neutral. Los físicos entonces piden a la partícula en una fecha, y si todo va bien, ofrecen participar en el proceso de aceleración. Así se hizo el bosón Higgs.

Ojalá. A diferencia de sus colegas biológicos (que pueden ordenar roedores, gusanos anillados o sanguijuelas en línea), los físicos necesitan crear sus propios temas de prueba. No es fácil recoger el número adecuado de partículas para una colisión de alta velocidad en el Gran Colisionador de Hadrones.

Antes de ponerlos en un acelerador de partículas, vamos a averiguar por qué deberíamos hacerlo. ¿Qué son los aceleradores, y por qué no podemos acelerar nada más sustancial que las partículas?

El acelerador de partículas más famoso es el Gran Colisionador de Hadrones, un monstruo circular de 27 kilómetros enterrado bajo tierra. Situado en Suiza, el LHC opera bajo la Organización Europea de Investigación Nuclear, aka CERN (el acrónimo tiene sentido si conoce su transcripción francesa). El LHC se hizo muy popular en 2012, cuando las colisiones de partículas arrojaron luz sobre los rastros del bosón Higgs, por lo que este acelerador fue construido en realidad. El descubrimiento del bosón Higgs ha permitido a los físicos hablar con más confianza sobre el campo Higgs, así como cómo la materia en el universo adquiere masa.

Pero si el LHC es una superestrella en el mundo del acelerador, hay muchos otros estudios menos conocidos grabando sus registros. Hay alrededor de 30.000 aceleradores en el mundo, y tal vez son los que agradecer por las invenciones más prácticas. Y no son sólo palabras. Los científicos que querían estudiar los polímeros superabsorbenos usados en pañales desechables tenían problemas para estudiarlos en el estado húmedo, así que ta-dam se convirtió en microscopía de rayos X (que utiliza aceleración de partículas). Siendo capaces de identificar y estudiar la estructura de las cadenas moleculares, los científicos pudieron formular correctamente la fórmula deseada, de modo que los pañales modernos permanecen secos y aceleradores de partículas de agradecimiento.

Además, los aceleradores son bien utilizados en el entorno médico, en particular - en el estudio de métodos de tratamiento del cáncer. Aceleradores lineales (cuando las partículas colliden con un objetivo mientras vuelan en línea recta) electrones directos a un objetivo metálico, resultando en rayos X de alta precisión y alta energía que pueden tratar tumores. Y, por supuesto, sin aceleradores en la física teórica de partículas elementales en cualquier lugar – cualquier teoría necesita práctica. Ahora que sabemos un poco sobre para qué se utilizan los aceleradores, hablemos de qué alimentarlos.

Los científicos del CERN producen partículas para sí mismos. Esto puede compararse con el hecho de que el contador construye su propia calculadora. Pero para la física de partículas, esto no es un problema. Todos los científicos necesitan empezar con hidrógeno, eliminar electrones con un duoplasmatrón y estar solos con protones. Suena sencillo, pero es más complicado. De todos modos, no es tan fácil para aquellos que no reciben tarjetas de cumpleaños de Stephen Hawking.

El hidrógeno es un gas que entra en la primera etapa del acelerador de partículas, el duoplasmatrón. Duoplasmatron es un dispositivo muy simple. Un átomo de hidrógeno tiene un electrón y un protón. En duoplasmatron, el átomo de hidrógeno se libra del electrón por medio de un campo eléctrico. Lo que queda es un plasma de protones, electrones y iones moleculares que viajan a través de múltiples redes de filtros, dejando sólo protones.

El LHC no sólo utiliza protones para tareas rutinarias. Los físicos del CERN también están colisionando iones de plomo para estudiar plasma quark-gluon, que remotamente nos recuerda lo que el universo era como hace mucho tiempo. Al aplastar los iones de metal pesado (trabaja con oro), los científicos pueden crear plasma de quark-gluón por un momento.

Ya estás suficientemente iluminada para darte cuenta de que los iones de plomo no aparecen mágicamente en un acelerador de partículas. Así es como sucede: Un físico del CERN comienza a recoger iones de plomo de plomo sólido-208, un isótopo especial del elemento. El plomo sólido se calienta al vapor - hasta 800 grados Celsius. Luego se golpea con una corriente eléctrica que ioniza la muestra para crear plasma. Los iones recién creados (atoms con carga eléctrica que han ganado o perdido electrones) son collide en un acelerador lineal que les da aceleración, lo que conduce a una mayor pérdida de electrones. Luego se confunden y aceleran aún más - y los iones principales están listos para atravesar el camino de los protones y romper en los intestinos del Gran Colisionador de Hadrones.



Fuente: hi-news.ru

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