La partícula de Dios
Juan R. Lejarza, Argelaguer Garrotxa: La partícula de Dios.-Todo está dispuesto para que el miércoles, 10 de septiembre 2008, sea activado en el Laboratorio Europeo para la Investigación Nuclear en Ginebra, el denominado Gran Visto desde el aire, es un gran octógono, casi circular, a caballo de la frontera franco-suiza, el anillo consta de ocho secciones rectas, de 500 metros de largo cada una, unidas por ocho arcos de 2,8 kilómetros de longitud. Los componentes del acelerador están en un túnel subterráneo de 27 kilómetros de circunferencia en la frontera entre Francia y Suiza, de unos cuatro metros de ancho a una profundidad media de 100 metros. Con un diámetro medio de 8486 metros y una energía de colisión de los haces de 100.000 millones de electronvolt, o gigaelectronvolt (GeV), el LEP es el mayor anillo de almacenamiento electrón-positrón y el más potente que se haya construido hasta ahora. 
Colisionador de Hadrones (LHC Large Hadron Collider ). Su objetivo será estudiar colisiones de partículas a energía nunca alcanzadas y comprender así mejor el Universo para descubrir su composición y cómo se formó. El acelerador de partículas, ha supuesto una inversión de 8.000 millones de $, persigue dar un salto cualitativo en el desarrollo de la Física de Partículas, de forma que principios que hasta ahora sólo pueden ser enunciados de forma Teórica, se conviertan en una realidad tangible en el laboratorio.
Marca la culminación de una historia que empezó hace 48 años, en marzo de 1960, cuando Bruno Touschek dio un seminario en el Laboratorio Nacional Italiano de Frascati, en el que razonó la importancia de estudiar las colisiones entre los electrones y sus equivalentes de antimateria, los positrones. Propuso un acelerador en el que haces de electrones y positrones de la misma energía se dirigieran en sentidos opuestos siguiendo una trayectoria circular y chocaran frontalmente. Los productos de las colisiones se estudiarían a fin de obtener información sobre las leyes fundamentales de la naturaleza. El primer anillo de almacenamiento de electrones y positrones se construyó en Frascati; se llamó ADA (“anello di accumulazione“). El ADA medía 1,6 metros de diámetro y producía una energía máxima de haz de 250 millones de electronvolt (MeV).
A esta máquina pionera le siguieron muchos anillos de almacenamiento de electrones y positrones, de mayor tamaño y con mayores energías, en la URSS, Francia. los EE.UU. Italia, Alemania Occidental y Japón, estas máquinas se proponen crear nuevas partículas a partir de la energía liberada en la aniquilación del electrón por su antipartícula. De acuerdo con la fórmula fundamental de Einstein, E = mc2, cuanto mayor sea la energía liberada, de mayor masa estará dotada la partícula creada. Como los electrones y los positrones tienen la misma energía y chocan frontalmente, la energía total disponible en el centro de masas del sistema es sencillamente el doble de la energía del haz. El LEP, con las actuales energías de colisión de hasta 110 GeV, genera partículas Zº , está previsto incrementarlas a 200 GeV para que genere partículas W+ y W-. Cada una de estas tres partículas pesa unos 90 GeV, unas 100 veces la masa del protón.
El trabajo de construcción empezó al poco de seleccionar el proyecto. Desde 1983 hasta 1988, el LEP constituyó el proyecto europeo de ingeniería civil más ambicioso. La ingeniería y la construcción de la infraestructura costaron, solas, más de la mitad del presupuesto total. El túnel del anillo principal constituye la parte más impresionante de la obra, a pesar de que representa sólo menos de la mitad de los 1,4 millones de metros cúbicos de roca y tierra que se han excavado. El resto de la obra subterránea incluye cuatro departamentos que albergan los detectores, 18 pozos y unas 60 cámaras y cavidades.
Tres máquinas perforadoras avanzarón a través de la roca (1983 - 1988) a una velocidad de unos 25 metros diarios. Procedían de suerte que trabajaran con precisión centimétrica en la trayectoria deseada. Los componentes del colisionador que se hallan dentro del túnel se alinearon con una precisión de 0,1 milímetros. Esa justeza se logró gracias a un sistema de interferometría láser colocado en las colinas que rodean el lugar.
El actual sistema de aceleración consta de 128 cavidades de
cobre de cinco celdas alimentadas por 16 klistrones de un megawatt. Los klistrones generan energía de radiofrecuencia que se manda a las cavidades donde produce un campo eléctrico intenso. El campo oscila justo a la frecuencia correcta para que, cuando un paquete de partículas entre en una cavidad, sea acelerado hacia adelante por el campo, a modo del practicante de surf a lomos de una ola. De acuerdo con el “Modelo Estándar“ la teoría dominante de la materia y las fuerzas, existen dos tipos básicos de partículas: fermiones y bosones. Los fermiones son los constituyentes básicos de la materia. Los bosones, “transmisores de la fuerza“, se intercambian entre los fermiones generando atracción y repulsión entre las distintas clases de fermiones. Hay dos clases, de fermiones: los leptones y los quarks. Los leptones constan de partículas cargadas, como los electrones y los muones, y de neutrinos, partículas sin carga y apenas masa. Los quarks son los constituyentes de los hadrones; se encuadran entre éstos el protón y el neutrón. Los fermiones se disponen en generaciones, cada una formada por dos quarks y dos leptones. La primera generación está formada por los quarks "arriba" y "abajo" (que forman los protones y neutrones), el electrón y el neutrino electrónico. La segunda generación comprende los quarks encantado y extraño, el muon y el neutrino muónico. Pertenecen a la tercera generación el quark "fondo" (bottom), el quark no observado "cima" (top), el tau y el neutrino tauónico, los bosones “transmiten” las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza, la teoría predice que la fuerza débil se transmitiría por los bosones vectoriales intermediarios: Z°, W+ y W-.
Cuando mañana, día 10, los expertos del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN) inyecten el primer haz de millones de protones en el acelerador LHC, dará comienzo uno de los experimentos científicos más ambiciosos de la historia, el colisionador se encuentra enfriándose hasta que alcance su temperatura de funcionamiento, que es de 1.9 K (menos de 2 grados sobre el cero adsoluto o -271.25 °C). Los primeros haces de partículas fueron inyectados el 1 de agosto 
de 2008, el primer intento para hacer circular los haces por toda la trayectoria del colisionador se producirá mañana miércoles (Mercurio - Hermes) 10 de septiembre de 2008 mientras que las primeras colisiones a alta energía tendrán lugar después de que el LHC se inaugure de forma oficial el 21 de octubre de 2008.
Teóricamente se espera que, una vez en funcionamiento, se produzca la partícula másica conocida como el Bosón de Higgs, llamada "la partícula de Dios". La observación de esta partícula confirmaría las predicciones y "enlaces perdidos" del “Modelo Estándar” de la física, pudiéndose explicar cómo adquieren las otras partículas elementales propiedades como su masa, verificar la existencia del Bosón de Higgs sería un paso significativo en la búsqueda de una Teoría de la gran unifícación que pretende unificar tres de las cuatro Fuerzas Fundamentales conocidas, quedando fuera de ella únicamente la gravedad. Además este Bosón podría explicar por qué la gravedad es tan débil comparada con las otras tres fuerzas.
Junto al bosón de Higgs también podrían producirse otras nuevas partículas que han sido predichas teóricamente, y para las que se ha planificado su búsqueda, como los Strangelets el Monopolo Magnético o las Partículas Supersimétricas. ( Argelaguer Vall del Llierca Garrotxa)
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del.icio.us
ARGELAGUER Juan R. Lejarza
Gran Colisionador Electrón-Positrón (LEP)Large Hadron Collider:
Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN) en Prevessin, Francia, en la frontera con Gi nebra. Gran Colisionador Electrón-Positrón (LEP)
Rubbia, compartió el premio Nobel en 1984 por su papel en el descubrimien to del Z°, recordó que él había ido a Estocolmo respaldado por sólo cinco sucesos.
El colisionador LEP está destinado a ser el instrumento más importante de la física de partículas del próximo de cenio. La forma espectacular en que ha funcionado hasta la fecha es un tri buto al ingenio y al esfuerzo decidido de los centenares de técnicos, inge nieros e investigadores de más de 25 países que han colaborado en su di seño y en el de sus detectores.
Todas estas máquinas se proponen crear nuevas partículas a partir de la energía liberada en la aniquilación del electrón por su antipartícula. De acuerdo con la fórmula fundamental de Einstein, E = mc2, cuanto mayor sea la energía liberada, de mayor masa estará dotada la partícula crea da. Como los electrones y los positro nes tienen la misma energía y chocan frontalmente, la energía total dispo nible en el centro de masas del siste ma es sencillamente el doble de la energía del haz. El LEP, con las actua les energías de colisión de hasta 110 GeV, genera partículas Z., está pre visto incrementarlas a 200 GeV para que genere partículas W+ y W-. Cada una de estas tres partículas pesa unos 90 GeV, unas 100 veces la masa del protón.
De acuerdo con el “Modelo Estándar“ la teoría dominante de la materia y las fuerzas, existen dos tipos básicos de partículas: fermiones y bosones. Los fermiones son los cons tituyentes básicos de la materia. Los bosones, “transmisores de la fuerza“, se intercambian entre los fermiones generando atracción y repulsión entre las distintas clases de fermiones. Hay dos clases, de fermiones: los leptones y los quarks. Los leptones constan de partículas cargadas, como los electrones y los muones, y de neu trinos, partículas sin carga y apenas masa. Los quarks son los constituyen tes de los hadrones; se encuadran en tre éstos el protón y el neutrón. Los fermiones se disponen en ge neraciones, cada una formada por dos quarks y dos leptones. La primera ge neración está formada por los quarks "arriba" y "abajo" (que forman los protones y neutrones), el electrón y el neutrino electrónico. La segunda ge neración comprende los quarks encantado y extraño, el muon y el neu trino muónico. Pertenecen a la ter cera generación el quark "fondo" (bottom), el quark no observado "cima" (top), el tau y el neutrino tauónico, los bolsones “transmiten” las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza,la teoría pre dice que la fuerza débil se transmitiría por los bosones vectoriales interme diarios: Z°, W+ y W-
De transmitir el electromagnetismo se ocupan los fotones (partículas de luz). La fuerza fuerte, que liga los protones y neutrones en los núcleos atómicos, se transmite por los gluones. La gra vedad es transmitida por los gravito nes. El Modelo Estándar se apuntó un éxito al unificar el electromagne tismo y la fuerza débil, que es res ponsable de la desintegración radiac tiva. En virtud de ello, la teoría pre dice que la fuerza débil se transmitiría por los bosones vectoriales interme diarios: Z°, W+ y W-.
El descubrimiento de estas tres par tículas, en el CERN en 1983, supuso un rotundo espaldarazo para el Modelo Estándar. La teoría predice también el modo en que pueden generarse y detectarse los, W+ y W_ , a pesar de tantos éxitos, el Modelo Es tándar no es del todo satisfactorio. Por ejemplo, a partir de primeros principios no nos es dado saber por qué las partículas elementales tienen las masas que tienen. Los experimen tos que se desarrollarán en el LEP explorarán el nivel de fiabilidad de la teoría con una precisión sin pre cedentes.
La capacidad del LEP de generar abundantes Z° ha contribuido ya a un logro importante: la determina ción de que sólo hay tres clases de neutrinos ligeros. Según el Modelo Estándar, existe un neutrino asociado a cada generación de partículas. Sin embargo, la teoría no especifica el nú mero de generaciones, por lo que la única manera de determinarlo es a través del experimento, contando las clases de neutrinos.
Los neutrinos son partículas eléc tricamente neutras, sin masa apenas, que interactúan muy poco con la ma teria; chorros de ellos atraviesan la Tierra sin impedimento alguno. Lo que dificulta su observación directa. El colisionador LEP proporciona un medio indirecto de contar las clases de neutrinos, sin llegar detectar esas partículas evasivas. Lo hace midiendo con precisión la "anchura' de la "re sonancia" Z°.
¿En qué consiste esta resonancia Z° y qué tiene que ver su anchura con el número de neutrinos? La resonancia alude al fenómeno siguiente: a me dida que la energía de colisión del LEP crece gradualmente en las cercanías
de 91 GeV, aumenta el número de su cesos Z°. Dicho número alcanza un pico, o "resuena", en torno a 91,2 GeV, para disminuir después cuando la energía sigue aumentando. El his torama del número de Z° en función de la energía del haz dibuja una curva acampanada.
La anchura de esta curva constituye la prueba crucial que limita el número de posibles partículas elementales. ¿Cómo? En realidad, la anchura constituye un parámetro de la incer tidumbre en la energía, que, según el principio de incertidumbre, guarda una relación inversa con el tiempo: cuanto más ancha es la curva, más corta será la vida media de la partí cula. A su vez, la vida media indica el número de modos de desintegración que están a disposición de la Zº : cuan to mayor sea la cifra de maneras de desintegrarse la Z°, más corta será su vida media y más ancha la curva. Por tanto, el número de clases de neutri nos afectará a la anchura.
Las mediciones de la anchura de la Z° por los cuatro detectores del LEP abonan la existencia de sólo tres cla ses de neutrinos ligeros. Queda defi nitivamente descartado un cuarto neutrino ligero. Las futuras teorías tendrán que tomar en consideración este hallazgo. La resonancia Z° no revela si hay neutrinos pesados cuya masa supere la mitad de la de Z°. Ta les neutrinos serían miles de millones de veces más pesados que los neutri nos conocidos.
Conclusión ésta deja sentir su efecto en cosmología y astrofísica. Por ejemplo, hemos de abandonar la posibilidad de que un cuarto neutrino que pese hasta 10 GeV aporte la "masa perdida" que se necesita para detener la expansión del universo.
Los investigadores del LEP están ha ciendo esfuerzos coordinados para colocar otras piezas del rompecabezas del Modelo Estándar en su sitio. Se están buscando dos partículas predi chas por la teoría, el quark "cima" y el bosón de Higgs (que aparece en versión neutra y quizá también car gada). Los datos han llevado a los teóri cos a predecir una masa del quark "cima" de unos 139 GeV, 30 GeV arriba o abajo. Hasta ahora, los ex perimentos del LEP han descartado un quark “cima” que pese menos de unos 45 GeV y un bosón de Higgs neutro que pese menos de 25 GeV. Si las partículas no se encuentran a las ener gías que el LEP es capaz de producir, ello puede querer decir simplemente que éstas pesan más, pero también puede indicar que el Modelo Están dar tiene fallos fatales.
Al proyectar el LEP para que cum pliera sus objetivos científicos, los investigadores hubieron de considerar numerosos factores. El más crucial en la determinación del tamaño del ani llo de almacenamiento LEP era el fe nómeno de la radiación de sincrotrón. Toda partícula cargada que recorra una trayectoria circular radiará foto nes (partículas de luz) y perderá una fracción de su energía. Si esta energía no se repone, las partículas se desa celerarán rápidamente y describirán una espiral hacia la pared del acele rador. A una energía de haz de 55 GeV, el LEP radia unos 200 millones de electronvolt por vuelta y necesita 16 megawatt de potencia a 350 me gahertz. Esta potencia se suministra mediante una serie de cavidades de radiofrecuencia (RF). A su energía fu tura de 100 GeV, los haces del LEP ra diarán más de 2800 megaelectronvolt por vuelta.
Así, pues, el coste que implica hacer funcionar un anillo de al macenamiento de electrones y posi trones viene determinado por el coste de reponer la energía perdida a través de la radiación de sincrotrón. Para una partícula que recorra una trayec toria circular, esta pérdida es propor cional a la cuarta potencia de la energía de la partícula dividida por el ra dio de la circunferencia. Resulta claro que, para una energía de haz dada, se puede reducir la pérdida aumentando el radio de la circunferencia. Con igual claridad, resulta más caro cons truir un anillo mayor. En términos económicos, hay que lograr un equi librio entre el coste de un anillo ma yor y el coste de construir y hacer fun cionar el sistema de RE.
La radiación de sincrotrón, aunque sea perniciosa para el coste de man tener la energía del haz, presenta también efectos positivos. La radia ción "amortigua" las oscilaciones de las partículas individuales del haz. Cuando se inyectan nuevas partículas en el haz, sus energías oscilan en tor no al valor central del haz. Cuanto mayores sean las oscilaciones, más deprisa las reducirá el amortigua miento de la radiación. Por tanto, el amortiguamiento de la radiación per mite acumular muchas partículas me diante la inyección repetida de nuevas partículas en el haz.
La fuerza de amortiguamiento, que, por sí sola, reduciría las oscila ciones de las partículas a cero, se con trarresta con una fuerza difusora que provoca que las partículas aumenten su amplitud de oscilación. Por tanto, el haz alcanza un estado de equilibrio en el que se compensan las dos fuer zas opuestas. La situación se asemeja a un globo. La presión del aire en el globo es análoga a la fuerza difusora, y la elasticidad de la goma lo es al amortiguamiento de la radiación. Si la presión aumenta, el globo se dila tará, mientras que, si el balón está he cho de un material menos elástico, el tamaño será menor, para una presión determinada. Dicho estado de equilibrio propor ciona, y eso es admirable, haces de partículas casi insensibles a pequeñas perturbaciones, como son las fluctua ciones rápidas en el campo magnético director, a imagen del globo que se deforma y vuelve prestamente a su forma anterior. A las energías del LEP, esta propiedad sólo se da para los electrones y positrones, no para los protones. El físico de aceleradores halla ahí la principal diferencia entre anillos de almacenamiento de electro nes y de protones. Los protones tie nen una "memoria" casi infinita para cualquier perturbación, mientras que los electrones las "olvidan", por lo común en centésimas de segundo.
Los diseñadores del LEP tenían que producir una máquina que pudiera alcanzar la energía y la luminosidad (intensidad del haz) necesarias y equi librar estas exigencias y la elasticidad de la goma es al amortiguamiento de la radiación. Si la presión aumenta, el globo se dila tará, mientras que, si el balón está he cho de un material menos elástico, el tamaño serví menor, para una presión determinada.
A principios de 1976, los ingenieros del CERN propu sieron una máquina de 50 kilómetros de circunferencia. Era el tamaño óp timo para alcanzar la energía de haz máxima de 100 GeV utilizando un sis tema de aceleración convencional. A ese proyecto le siguió otro de un ani llo menor, de 22 kilómetros de cir cunferencia, con una energía de haz de 70 GeV, que podría aumentarse hasta 100 GeV una vez que se dis pusiera de un sistema de aceleración superconductor adecuado.
Sin embargo, a mediados de 1979, el estudio del proyecto llegaba a la conclusión de que era preferible una circunferencia algo mayor, de 26,7 kilómetros. La producción de pares W+ / W- podría alcanzarse, en tonces, mediante sistemas de acele ración a temperatura ambiente y no tendría que depender del desarrollo de tecnología superconductora.
En diciembre de 1981 el consejo del CERN aprobó el proyecto. El coli sionador funcionaría inicialmente a una energía máxima en centro de masa (energía total de colisión fron tal) de 110 GeV (fase uno) y más tar de se desarrollaría para alcanzar ener gías de hasta 200 GeV (fase dos), con la posibilidad de aumentar aun más la energía hasta unos 240 GeV. La se gunda fase permitirá estudiar la inten sidad de la interacción entre las Z°. W+ y W-, que es crucial para estable cer la validez de la teoría electrodébil.
El trabajo de construcción empezó al poco de seleccionar el proyecto. Desde 1983 hasta 1988, el LEP cons tituyó el proyecto europeo de in geniería civil más ambicioso. La ingeniería y la construcción de la in fraestructura costaron, solas, más de la mitad del presupuesto total. El tú nel del anillo principal constituye la parte más impresionante de la obra, a pesar de que representa sólo menos de la mitad de los 1,4 millones de me tros cúbicos de roca y tierra que se han excavado. El resto de la obra sub terránea incluye cuatro departamen tos que albergan los detectores, 18 pozos y unas 60 cámaras y cavidades.
Tres máquinas perforadoras avan zaban a través de la roca a una velo
cidad de unos 25 metros diarios. Pro cedían de suerte que trabajaran con precisión centimétrica en la trayecto ria deseada. Los componentes del co lisionador que se hallan dentro del tú nel se alinearon con una precisión de 0,1 milímetros. Esa justeza se logró gracias a un sistema de interferome tría láser colocado en las colinas que rodean el lugar.
Para ahorrar tiempo y dinero, los ingenieros decidieron aprovechar los aceleradores menores ya existentes para el sistema de inyección de par tículas, que las acelera hasta una energía elevada antes de inyectarlas en el LEP. Dos aceleradores lineales llevan las partículas primero a 200 MeV y después a 600 MeV. Un anillo de almacenamiento de 600 MeV acu mula paquetes de partículas. El sin crotrón de protones del CERN se en carga de acelerar los paquetes hasta 3,5 GeV. Estos paquetes se inyectan luego en el supersincrotrón de pro tones; aquí se aceleran hasta 20 GeV antes de inyectarlos en el LEP.
Una vez que las partículas están dentro del anillo, hay que guiar las por la trayectoria y focalizarlas en los puntos de colisión. De ese trabajo se encarga un sistema de electroima nes y placas electrostáticas. Cada uno de los ocho arcos, que representan más de las tres cuartas partes de la cir cunferencia del LEP, está formado por 31 módulos normalizados. Cada mó dulo mide 79,11 metros de longitud y contiene imanes en el siguiente or den: un cuadrupolo focalizador ver tical (imán de cuatro polos que com prime el haz en su dimensión verti cal), un corrector de órbita vertical, un grupo de seis dipolos curvadores, un sextupolo focalizador horizontal, un cuadrupolo focalizador horizontal, un corrector de órbita horizontal, un segundo grupo de seis dipolos curva-dores y, por último, un sextupolo fo calizador vertical.
Los imanes dipolares curvadores conducen a los electrones y positro nes a lo largo de los arcos. Para re ducir la radiación de sincrotrón, pre sentan un radio de curvatura grande, y así el campo magnético de estos di-polos es insólitamente bajo, en torno a 0,1 tesla. El campo bajo permite que el núcleo del imán dipolar tenga un diseño novedoso; en él, los inter valos entre las placas de acero del imán se llenan de cemento, como si fuese crema entre las capas de hojal dre de un milhojas. El modelo resultó ser un 40 por ciento más barato que los núcleos de acero habituales.
En el centro de cada punto de co lisión, los haces de partículas deben comprimirse hasta dimensiones mínimas para aumentar la luminosidad del haz. Esta compresión se logra mediante un conjunto de imanes cua drupolares superconductores, que fo calizan el diámetro del haz a unas 10 micras en el plano vertical y a unas 250 micras en el horizontal.
Un enorme imán solenoide super conductor rodea el punto de colisión y genera un campo magnético unifor me en los detectores. El campo curva las trayectorias de las partículas car gadas que surgen de las colisiones y permite así a los experimentadores deducir su masa y su carga eléctrica.
Mediante el control de la corriente que pasa por sus bobinas se ajustan cuidadosamente todos los imanes del LEP. Se cuenta para ello con más de 750 fuentes de alimentación de co rriente continua, que van desde me nos de un kilowatt hasta siete mega watt. La precisión de las fuentes de alimentación llega hasta las dos partes en 100.000. Se sincronizan durante la etapa crítica en que los haces "suben" a la máxima energía.
En el LEP circulan, en sentido opuesto y al mismo tiempo, cuatro paquetes de electrones y otros cuatro de positrones igualmente espaciados. Los haces antagónicos cruzan sus tra yectorias en el centro de cada detec tor y también en otros cuatro puntos intermedios. Sin embargo, durante la inyección, la acumulación y la subida de energía no se puede permitir que los haces contrarrotantes se acerquen entre sí, ya que los campos electro magnéticos asociados a cada paquete desviarían las partículas del paquete opuesto, haciendo que los paquetes explotaran contra las paredes del tubo del acelerador. Para superar este "efecto haz-haz", se los somete a un campo electrostático, que actúa como un separador de carriles invisible y mantiene separados los haces contrarrotantes en los ocho puntos de coli sión posibles. Justo antes de que se esté preparado para registrar los da tos, se desconectan las placas elec trostáticas en los puntos de colisión; se deja que los haces choquen. (Los separadores pueden utilizarse tam bién para provocar la colisión entre haces con mayor precisión.)
Como se ha mencionado antes, los electrones y positrones que cir culan por el anillo de almacenamiento pierden continuamente energía en forma de radiación de sincrotrón. El papel de las cavidades resonantes de radiofrecuencia (sistema RF) es sumi nistrar energía de repuesto a los ha ces.
El sistema de se plantea un proble ma serio: los campos eléctricos ace lerantes calientan las paredes de co bre de la cavidad v disipan, por tanto, una gran cantidad de energía. Para contrarrestar ese inconveniente, los ingenieros del LEP montaron una ca vidad esférica encima de cada cavidad acelerante, de suerte que la energía de RF oscilara entre las dos cavidades. La cavidad esférica está diseñada para que disipe mucha menos energía que la cavidad acelerante. Las osci laciones se ajustan de manera que la energía esté en un máximo en las ca vidades acelerantes en el instante en que la atraviesa un paquete de partí culas. Durante la mitad del tiempo, la energía se halla en la cavidad esférica. Por tanto, los paquetes reciben la má xima aceleración, pero la pérdida por calor se reduce mucho debido a que la energía de RF pasa la mitad del tiempo en las cavidades de baja pér dida.
El sistema de aceleración de RF de sempeña otra misión no menos im portante: concentra las partículas en paquetes compactos. El sistema de RF opera a una frecuencia de 352,21 me gahertz, lo que significa que genera 31.320 oscilaciones en una vuelta del LEP. Cada oscilación contiene una re gión donde cada partícula realiza os cilaciones estables con respecto a la partícula que está en el centro del pa quete. Esta región estable, el cesto de RF, como se le llama, goza de propie dades que le permiten concentrar las partículas en paquetes discretos de uno o dos centímetros de longitud, en los que todas las partículas tienen la misma energía, con una precisión de 0,1 por ciento.
Puesto que hay 31.320 oscilaciones en una vuelta del LEP, habrá 31.320 cestos de RF. Podemos comparar el anillo de almacenamiento con un par de norias gigantes, dotada cada una de 31.320 barcas. Las norias giran en sentido opuesto. Si dos amigos quie ren subir en norias distintas y cruzarse en un punto determinado, se deben sentar en las barcas adecuadas. De manera similar, para que los paquetes de electrones y positrones colisionen en los centros de los detectores, las partículas deben inyectarse y acumu larse sólo en los cestos correctos. Lo que se logra mediante una sincroni zación muy precisa entre el sistema de RF y el sistema de inyección.
Después de acumular suficientes partículas y subirlas a la energía adecuada, los haces del LEP circulan normalmente unas seis horas, lapso durante el cual colisionan una y otra vez en los detectores. A lo larlo de ese tiempo, cada una de las par tículas de los haces recorre la circun ferencia del LEP más de 240 millones de veces, viajando en total unos 6500 millones de kilómetros, más que la distancia de la Tierra a Neptuno. Todo el tubo del acelerador debe es tar vacío a presiones muy bajas, ya que, en el recorrido de un trayecto tan largo, hasta algunas moléculas de gas chocarían con el haz y lo estro pearían.
En el interior del tubo del acelerador del LEP la presión no alcanza los 10-11 torr. Ahora bien, hay 20 kiló metros, de los 27 de la cámara de va cío, que se hallan sujetos a la radia ción de sincrotrón y ello provoca que las paredes de dicha cámara despren dan gas. Por tanto, en presencia del haz, la presión sube a 10 torr.
Sólo la mitad aproximadamente de la energía radiada se absorbe por las paredes de aluminio de la cámara de vacío. El resto la atravesaría y esca paría hacia el túnel, donde la elevada radiación destruiría rápidamente los materiales orgánicos (juntas de goma), cables y aislamiento eléctrico. La radiación podría también reaccio nar con el aire, formando ozono y óxidos nítricos que, en condiciones húmedas, producirían ácido nítrico, muy corrosivo. Para evitar que la ra diación escape, se cubre la cámara de aluminio con un revestimiento de plomo.
En anteriores anillos de almacena miento de electrones, se conseguía el vacío ultraelevado mediante bombas lineales de desprendimiento ("sput tering") de iones, que deben funcio nar en el campo de los imanes cur vadores. En el LEP. los campos curvadores son demasiado bajos. Por eso incorpora un sistema nuevo, adoptado por primera vez en un ace lerador, que se basa en bandas "cap tadoras no evaporables". Estas ban das, de tres centímetros de ancho, se extienden en conjunto a lo largo de 20 kilómetros. Consisten en un constan tán (aleación de cobre y níquel) cu bierto con una aleación de zirconio y aluminio. El material actúa a modo de tira matamoscas molecular al for mar compuestos químicos estables con los gases más activos; las molé culas residuales de gas se limitan a "pegarse" a la tira.
Por último, para alcanzar presiones de menos de 10-" torr, las superficies interiores de la cámara de vacío del LEP tienen que estar inmaculadas. Tras su fabricación, cada componente se limpió exhaustivamente con pro ductos químicos y se almacenó en condiciones químicamente inertes.. Tras su instalación en el túnel, todas las cámaras "se cocieron" a 150 gra dos Celsius durante 24 horas, bom beando agua supercalentada a una presión de ocho bar por los canales de refrigeración de las cámaras de aluminio y plomo. Válvulas, galgas, cámaras de acero inoxidable, separa dores electrostáticos y otros compo nentes de ese tenor "se cocieron" también mediante calentamiento eléctrico.
Para que se produzcan las Z° que exige la comprobación precisa del Modelo Estándar los haces tienen que ser muy luminosos. Se aumenta la lu minosidad al maximizar el número de electrones y positrones en un paque te, y eso se consigue inyectando par tículas de refresco en cada paquete circulante. La luminosidad se inten sifica todavía más enfocando los pa quetes por medio de una serie de len tes magnéticas. hasta convertirlos en un punto muy pequeño situado justo en el lugar de colisión. En su primera fase, el LEP proporcionará, así está proyectado, una luminosidad máxima de unas 2 x 10u1 partículas por cen tímetro cuadrado y por segundo. a consecución de luminosidad tan intensa ha supuesto un reto for midable. Un enjambre entero de fe nómenos originados por la complica da física de los haces acelerados cons pira para rebajar la luminosidad.
El primero, el "campo de estela" inme diato. Los campos de estela se indu cen en los componentes del acelera dor por los campos electromagnéticos de las partículas que van al frente de un paquete. Los campos de estela ex citan las partículas de la cola del pa quete, aumentando por tanto la am plitud de sus oscilaciones transversa les. El movimiento longitudinal in herente dentro de un cesto de RF en vía estas partículas traseras a la parte frontal. Allí, debido a sus mayores os cilaciones transversales, las partículas generan campos de estela más inten sos. Este crecimiento inestable de las oscilaciones lleva finalmente a las partículas contra las paredes del tubo del acelerador.
Podemos mitigar el efecto del cam po de estela si creamos dicho tubo con perfecta simetría transversal y uniformidad longitudinal. En la prác tica hay muchas irregularidades, que se presentan en regiones tales como las cavidades de RF. los separadores electrostáticos y los manguitos que enlazan las cámaras de vacío. Se ha dedicado mucho esfuerzo al diseño de estos componentes para minimizar el efecto del campo de estela. Los man guitos de vacío responden, en concre to, a un diseño completamente nue vo. Durante los primeros meses de funcionamiento realizamos medicio nes del haz y descubrimos que el efec to del campo de estela del LEP se ci fraba en un treinta por ciento menor de lo previsto.
Entra dentro de lo posible que el bajo efecto del campo de estela au mente, en el futuro, la corriente del haz. Antes, sin embargo, habrá que prestar atención a otro problema. Hasta ahora, el LEP ha alcanzado una corriente máxima de 2,2 miliampére, un poco por debajo del objetivo, es tablecido en tres miliampére. De forma provisional, atribuimos esta re ducida corriente a la magnetización del níquel que se empleó para curvar el revestimiento de plomo de la pared de aluminio de la cámara de vacío. De sólo 10 micras de espesor, el ní quel crea campos magnéticos débiles, aunque dotados de intensidad sufi ciente para dispersar, bastante, el haz. Ese efecto se orilla con la intro ducción de campos magnéticos com pensadores o con la desimantación del níquel.
El número de paquetes de partí culas que circulan por el anillo de almacenamiento constituye otro im portante factor que afecta la lumino sidad. Ni que decir tiene que, cuantos más paquetes haya, más a menudo chocarán. Cuatro factores dejan sen tir su peso en el número de paquetes. El primero es la potencia del haz. El aumento del número de paquetes in crementa la corriente del haz y, por tanto, su potencia. Durante la fase uno, la potencia del haz del LEP es de sólo 1,2 megawatt. Durante la fase dos, la potencia del haz será de 12 megawatt para la misma corriente de haz. Pero, si el número de paquetes crece, en un factor diez por ejemplo, la potencia del haz en la fase uno (55 GeV) sería de 12 megawatt y el mis mo número de paquetes a 100 GeV consumiría 120 megawatt.
El segundo factor son los puntos de colisión extraños que deben eliminar se. Para un número dado de paquetes en circulación de cada tipo de partí culas, hay el doble de puntos de co lisión. A causa del efecto haz-haz, ya aludido, los haces deben mantenerse separados mediante un complicado sistema de placas electrostáticas en todos los puntos de colisión, excepto en los detectores. Si aumentamos el número de paquetes circulantes, de beremos instalar también más sepa radores.
El campo de estela remoto consti tuye el tercer factor. El campo de estela inmediato perturba la cola del paquete de partículas. El campo de estela remoto perturba los paquetes de partículas subsiguientes, lo mismo que la turbulencia de un avión a reac ción zarandea a cualquier avión situa do en su estela. La intensidad del efecto guarda relación directa con el espacio entre los paquetes. Se nece sita ya un sistema de retroalimenta ción para corregir los efectos del cam po de estela remoto generado por los cuatro paquetes de electrones y po sitrones que ahora circulan en el LEP. El coste y la complejidad de este sis tema de retroalimentación crecerán en la medida en que se vayan intro duciendo nuevos paquetes en el LEP.
Por último, debemos considerar la capacidad de los detectores para hacer frente a un ritmo mayor de co lisiones. Se requiere un tiempo deter minado para que los circuitos electró nicos de los detectores registren y mi dan un suceso. Un número mayor de paquetes aumentaría la tasa de suce sos y. por tanto, los detectores nece sitarían un sistema electrónico más caro y complejo.
Por todas estas razones, la primera fase del LEP abarcaría, así se proyec tó, sólo cuatro paquetes por haz. Si se dispusiese de más energía en la se gunda fase, la máquina podría operar a las energías de la fase uno y cabría introducir más paquetes. Posibilidad que está en estudio. Exigiría la ins talación de un nuevo sistema de se paradores y de sistemas de retroali mentación del haz. Además, habría que modificar, de manera sustancial, la electrónica de los detectores. En el momento actual, parece viable un es quema con 36 paquetes por haz.
La primera fase del LEP se ha coronado con éxito en lo concer niente a la máquina propiamente di cha. Estamos intentando ahora au mentar la luminosidad hasta el valor proyectado, o quizá más allá. La se gunda fase llevará los haces a energías de 100 GeV cada uno. Sin embargo, para alcanzar tales energías, el LEP precisará de mucha más potencia que permita reponer las pérdidas de ra diación de sincrotrón. Más aún, con los sistemas de RF al uso, la potencia perdida por calentamiento se haría enorme. Resulta, por tanto, impres cindible menguar las pérdidas de ca lor en las paredes de la cavidad de aceleración hasta casi anularlas. Re ducción que sólo se lográrá con cavi dades de RF superconductoras.
Hemos venido refinando el proyec to y la fabricación de cavidades superconductoras y esperamos incre mentar el voltaje en ellas desde los actuales cinco megavolt por metro hasta siete megavolt por metro. En la fase dos del LEP se instalarán unas 200 cavidades de este tipo. (Argelaguer Vall del Llierca Lejarza) 10 Hermes Sep
Gran Colisionador Electrón-Positrón (LEP) Large Hadron Collider | 10-09-2008 - 07:55:00 GMT 1 #
El Modelo Estándar de la Física de Partículas, por Santiago Cárdenas Martín:
Allá por el 450 a.e.c., Demócrito de Abdera propuso que toda la materia que forma la
tierra y todo lo conocido estaba compuesta de pequeñas partículas indivisibles.
Demócrito utilizó la palabra “átomo” (indivisible) para designar a estas supuestas
partículas.
El hecho de que la materia no fuera continua, sino que estuviera compuesta por
átomos es lo que se dió en llamar “la teoría Atómica”. A lo largo de los siglos, la
teoría atómica tuvo muchos defensores y detractores. El trabajo que para muchos
cerró definitivamente esta polémica, probando de forma incuestionable la teoría
atómica, fue uno de los cinco artículos que Albert Einstein publicó en 1905.
Resulta curioso pensar que muy pocos años después se demostrara que tales
átomos no eran indivisibles, sino que estaban formados por un núcleo central en el
que residían dos tipos de partículas llamadas protones y neutrones y una capa
externa de un tercer tipo de partículas llamadas electrones.
El descubrimiento de la estructura interna del átomo aclaró muchas cosas. En
aquellos años la teoría electromagnética era ya bastante bien conocida y por ella
sabíamos que los protones, que tenían una carga eléctrica de +1, se atraían con los
electrones, que tenían una carga eléctrica de -1. Esto hacía, además, que el número
de protones y electrones de un átomo tendiera a igualarse. Quedaba como un
misterio, que tardaría todavía algunos años en ser resuelto, el porqué los protones y
los neutrones permanecían unidos en el núcleo, cuando la fuerza electromagnética
entre los protones debería hacer que se repelieran entre sí.
Muchos de los resultados de la Química empezaron a estar claros y a ser deducibles
de la Física. Los diferentes elementos químicos que se conocían se caracterizaban
por el número de protones en su núcleo. La tabla periódica cobraba un significado
físico muy concreto.
Pero en aquellos años, la mecánica cuántica empezaba a complicar lo que parecía
un elegante esquema de cómo estaba compuesta la materia. Los electrones,
protones y neutrones se comportaban a veces como pequeños corpúsculos
(“pelotitas”) y a veces como ondas. También se comprobó que la luz no era una
radiación continua, sino que también estaba formada por unas partículas llamadas
fotones, que también tenían este doble comportamiento onda-corpúsculo.
Entraremos en más detalle sobre este doble comportamiento de las partículas en
otro artículo sobre Mecánica Cuántica; limitémonos ahora mismo a destacar que las
partículas elementales son algo “muy extraño”. Aunque a veces nos podemos hacer
la imagen mental de que son unas pelotitas, son algo mucho más complicado, algo
que no alcanzamos a comprender aún.
El físico Paul Dirac estableció en 1931 que para toda partícula elemental tenía que
existir una antipartícula, con idénticas propiedades pero con carga opuesta;
concretamente, debía existir un anti-electrón. Puesto que no se conocía dicha
partícula, Dirac pensó que tal vez el anti-electrón fuera el protón, a pesar de que no
cuadraba el que los valores de sus masas fueran tan diferentes. No se atrevía a
asegurar la existencia de una partícula que nunca nadie había visto, aunque pocos
años después, dicha partícula fue identificada y denominada positrón. Ante ese
descubrimiento, Dirac dijo: “¡mi ecuación es más inteligente que su inventor!”
Un Zoo de partículas
La Mecánica Cuántica establece cómo se comportan las partículas elementales y
que las fuerzas se transmiten por unas partículas portadoras. Es decir, existen dos
tipos de partículas: las que forman la materia, llamadas Fermiones (por el físico
Enrico Fermi) y las que transmiten las fuerzas, llamadas Bosones (por el físico
Santyendra Nath Bose). Sin embargo, la Mecánica Cuántica no nos dice nada sobre
qué partículas y qué fuerzas son las que existen en la naturaleza, por lo que los
físicos se lanzaron a inventariarlas.
Las décadas de 1950 y 1960 fueron los años de florecimiento de los grandes
aceleradores de partículas. En estos años, los físicos estaban muy desconcertados.
Continuamente se descubrían nuevas particulas elementales y nos mostraban una
imagen de la naturaleza sumamente complicada. Fermi dijo: “Si llego a adivinar esto,
me hubiera dedicado a la botánica”.
Los aceleradores de partículas son grandes túneles, normalmente bajo tierra,
algunos en línea recta y otros circulares, y a veces con longitudes de varias decenas
de kilómetros. En un acelerador de partículas se aceleran partículas mediante
campos magnéticos hasta acercarlas a velocidades muy próximas a la de la luz,
para finalmente hacerlas chocar entre sí. Los hay de dos tipos según las partículas
que aceleran: los que hacen chocar entre sí electrones con positrones y los que
hacen chocar entre sí protones y antiprotones.
Uno de los mayores laboratorios de física de partículas del mundo es el CERN
(Centro Europeo para la Investigación Nuclear), consorcio de varios países europeos
entre los que está España, con sede en Ginebra, que cumplió su cincuenta
aniversario el pasado año 2004. En el CERN se ha realizado una gran parte de los
descubrimientos en física de partículas de los últimos años y, curiosamente, fueron
los inventores de la web.
En 1970 en estos aceleradores se había encontrado todo un zoo de decenas de
partículas como los piones y kaones. Finalmente, una teoría propuesta por Murray
Gell-Man, por la que recibió el premio Nobel, simplificó totalmente el panorama
postulando que existían unas partículas más elementales aún que los protones y
neutrones que formaban a los mismos. Dichas partículas se denominan Quarks y
pueden unirse de tres en tres para formar protones y neutrones o de dos en dos
para formar otros muchos tipos de partículas, como los piones y kaones.
La fuerza gravitatoria y la fuerza electromagnética eran bien conocidas, pero para
poder explicar cómo los neutrones y los protones están unidos entre sí, fue
necesario postular una nueva fuerza llamada fuerza nuclear fuerte. Con el
descubrimiento de los quarks fue posible establecer una teoría coherente de la
fuerza nuclear fuerte, que tiene una extraña característica llamada “libertad
asintótica” que impide que los quarks puedan ser vistos libremente. El premio Nobel
de Física de 2004 fue otorgado a los tres físicos que descubrieron esta propiedad de
la fuerza nuclear fuerte en 1973: Gross, Politzer y Wilczek.
Además de estas tres fuerzas, existe una cuarta: la fuerza nuclear débil. Sin
embargo, hoy en día contamos con una teoría que establece que las fuerzas
electromagnética y nuclear débil son diferentes vistas de una única fuerza llamada
electrodébil. La unificación de estas dos fuerzas está vista por muchos físicos como
algo artificiosa, por lo que se siguen identificando como diferentes en muchas
clasificaciones.
El modelo estándar
Todos estos descubrimientos llevaron, en los años 70, a la formulación de una
teoría, el Modelo Estándar de la Física de Partículas (MEFP, SM: Standard Model),
que establece qué partículas y fuerzas existen en la naturaleza y cuáles son sus
propiedades.
El MEFP incorpora lo que se supone es el conjunto total de partículas que forman
nuestro universo y todos sus datos numéricos, a partir de los que utilizando la teoría
cuántica de campos se puede calcular todo lo que queramos. Los valores numéricos
del MEFP, cómo son la masa de las partículas y sus cargas, son datos que se han
obtenido experimentalmente. En total, se han tenido que medir unas 20 cantidades
para que la descripción del MEFP sea completa.
Uno de los valores que caracterizan a las partículas es su spin. El spin de una
partícula es algo así como si fuera su momento magnético. Si las partículas fueran
pequeñas esferas, el spin de una partícula sería el número de vueltas que hay que
darle a la misma para que se quede como estaba. Por supuesto, las partículas no
son pequeñas esferas, por lo que nadie puede dar una descripción exacta de lo que
realmente es el spin, como pasa con otros muchos conceptos de la mecánica
cuántica.
Lo interesante del spin es que diferencia claramente a las partículas que forman la
materia (fermiones) de las que transmiten las fuerzas (bosones). Los fermiones
tienen spin “entero + ½” (1/2 ó 3/2), y los bosones lo tienen “entero” (0, 1 ó 2).
El que el spin sea entero o no marca una importante diferencia de comportamiento
entre bosones y fermiones. Las ecuaciones de la mecánica cuántica nos dicen que
dos fermiones “no pueden estar juntos en el mismo estado”, mientras que dos
bosones sí. Esto se utiliza en la práctica en el rayo láser, que es un conjunto de
fotones acoplados comportándose como si fueran una única partícula.
El MEFP nos dice que los fermiones se descomponen en tres familias, y que cada
una de ellas consta de un electrón, un neutrino y dos quarks. A los “electrones” de
las otras dos familias se les llama “muón” y “tau” (partículas idénticas al electrón,
salvo que de mayor masa). Además de estas 12 partículas, existen las
correspondientes 12 antipartículas: positrón, antineutrino y antiquarks en cada una
de las tres familias. Realmente, toda la materia que conocemos está formada por
partículas de la primera familia; las partículas de las otras dos familias sólo son
visibles en situaciones especiales como en los aceleradores de partículas. A los
electrones y neutrinos se les llama genéricamente leptones y a los quarks se les
llama hadrones. Los protones y neutrones ya no son partículas elementales, ya que
están compuestos por tres quarks.
El MEFP nos dice también que existen tres fuerzas fundamentales en la naturaleza:
la fuerza electrodébil que se transmite por el fotón (bosón de la fuerza
electromagnética) y los bosones débiles W+, W- y Z; la fuerza nuclear fuerte, que se
transmite por 8 tipos de partículas llamadas gluonesy la fuerza gravitoria que no
encaja en el MEFP. Si llegara a “encajar”, se transmitiría por una supuesta partícula
que no hemos podido ver hasta ahora, llamada “gravitón”.
El futuro del Modelo Estándar
El hecho de que los bosones de la fuerza nuclear débil tengan masa es algo que
técnicamente plantea muchos problemas. Para evitar ese y otros problemas con las
masas de las partículas se ideó un mecanismo dentro del MEFP, los campos de
Higgs. Estos campos están transmitidos por un bosón y el paso de las partículas que
interactúan con él por dicho campo hace que se genere una inercia que es la que
percibimos como masa.
Este mecanismo de Higgs está admitido como parte del MEFP, pero no podrá ser
verificado hasta que no encontremos el correspondiente bosón de Higgs en un
acelerador de partículas. Del bosón de Higgs sabemos que su masa está entre 115
Gev y 200 Gev, por lo que se espera localizar en el nuevo acelerador del CERN: el
LHC (Large Hadron Collider), que estará acabado para el 2007.
Tal y como estamos comentando en otros artículos, no conseguimos encajar la
fuerza gravitatoria con la mecánica cuántica. Una unificación parcial de dicha fuerza
supondría la existencia de un bosón que transmitiría la fuerza gravitatoria, al que
llamamos gravitón. Caso de que existiera dicho gravitón, podríamos deducir que su
spin es 2 y su masa 0. Pero en cualquier caso, es una partícula incompatible con
muchas de las cosas que sabemos de la relatividad general. El gravitón sería una
partícula hipotética en la que no muchos físicos creen.
El MEFP presenta el problema de que para que sus 20 valores de base construyan
una teoría coherente hace falta un ajuste muy fino. La teoría de cuerdas y otros
desarrollos plantean la posibilidad de que el MEFP sea parte de una colección
mayor de partículas llamada supersimetría. Si la supersimetría fuera válida, no sería
necesario este ajuste fino de los valores de las partículas. La supersimetría consiste
en la existencia de una correspondencia biunívoca entre fermiones y bosones, en la
que cada fermión tiene un supercompañero bosón de parecidas características, y
cada bosón un supercompañero fermión.
El problema es que entre los fermiones y bosones que conocemos no se da ni un
solo caso de correspondencia. Es decir, si la supersimetría es cierta, tendríamos que
encontrar todavía los supercompañeros de todas las partículas del MEFP.
Los hipotéticas supercompañeros fermiones de los bosones se llamarían fotino,
winos, gluinos, etc. Y los supercompañeros bosones de los fermiones se llamarían
selectron, sneutrino, squark, etc.
La puesta en marcha del LHC en 2007 es un acontecimiento que la comunidad física
del mundo espera con muchísima expectación. El LHC nos revelará la verdad o
falsedad de la existencia del bosón de Higgs y tal vez nos diga algo sobre el gravitón
y la supersimetría. Y mejor aún, tal vez nos revele algo que ni siquiera imaginamos
ahora mismo...
Cualquier duda, sugerencia o comentario podéis hacerla a: scardenas@grupoei.com
Fermiones:
Nombre Masa (Mev) Spin C.eléct. C.débil C.fuerte
Familia 1:
Electrón 0,51 1/2 -1 -1/2 0
Neutrino electrónico ~0 1/2 0 +1/2 0
Quark u (arriba) 5 1/2 +2/3 +1/2 rojo,verde,azul
Quark d (abajo) 10 1/2 -1/3 -1/2 rojo,verde,azul
Familia 2:
Muón 105,66 1/2 -1 -1/2 0
Neutrino muónico ~0 1/2 0 +1/2 0
Quark c (encanto) 1.600 1/2 +2/3 +1/2 rojo,verde,azul
Quark s (extraño) 180 1/2 -1/3 -1/2 rojo,verde,azul
Familia 3:
Tau 1.771 1/2 -1 -1/2 0
Neutrino tauónico ~0 1/2 0 +1/2 0
Quark t (cima) 180.000 1/2 +2/3 +1/2 rojo,verde,azul
Quark b (fondo) 4.500 1/2 -1/3 -1/2 rojo,verde,azul
Bosones:
Nombre Fuerza q. transmite Masa (Mev) Spin C.eléct.
Fotón Electromagnética 0 1 0
Boson débil Z0 Nuclear Débil 91.188 1 0
Boson débil W+ Nuclear Débil 80.280 1 1
Boson débil W- Nuclear Débil 80.280 1 -1
Gluones Nuclear Fuerte 0 1 0
No localizados aún:
Bosón de Higgs Campo de Higgs >115.000 0 0
Gravitón Gravitatoria 0 2 0
El Modelo Estándar de la Física de Partículas | 10-09-2008 - 08:03:01 GMT 1 #
LABORATORIOS DE FÍSICA DE PARTÍCULAS MÁS
IMPORTANTES:
CERN (European
Organization for Nuclear
Research)
www.cern.ch
Es el mayor centro de física de partículas del mundo. Fue fundado en
1954. De los 12 países que firmaron originariamente se ha pasado a
20 miembros en la actualidad: Alemania, Austria, Bélgica, Bulgaria,
Dinamarca, España, Finlandia, Francia, Grecia, Holanda, Hungría,
Italia, Noruega, Polonia, Portugal, Reino Unido, República Checa,
República Eslovaca, Suecia y Suiza. Está situado en la frontera entre
Francia y Suiza, a las afueras de Ginebra. En el CERN hay unos
3000 empleados; además 6500 científicos, la mitad de los físicos de
partículas del mundo, acuden al CERN para realizar sus
investigaciones. Estos científicos representan a 500 universidades y
más de 80 nacionalidades. En el CERN se realizan dos tipos de
experimentos: de blancos fijos y de haces que colisionan. El mayor
acelerador del CERN (LEP) mide 27 km. de perímetro y está situado
en un túnel a 100 m bajo tierra. Las partículas, que en él se aceleran
hasta velocidades cercanas a la de la luz, rodean el acelerador más de
11000 veces por segundo. Actualmente se está construyendo en el
CERN un nuevo acelerador, el gran colisionador de hadrones LHC.
FERMILAB (Fermi
National Accelerator
Laboratory)
www.fnal.gov
Situado en Batavia (cerca de Chicago), Illinois. Fue fundado en 1967
con el nombre National Accelerator Laboratory. Se trata del mayor
laboratorio de física de altas energías de Estados Unidos y el
segundo mayor del mundo después del CERN. El TEVATRON del
FERMILAB es el acelerador y colisionador de partículas de mayor
energía del mundo. (Tanto el quark bottom como el quark top fueron
descubiertos en el FERMILAB). En este laboratorio trabajan
aproximadamente 2200 personas, incluyendo estudiantes
colaboradores. Además tiene unos 2300 investigadores invitados de
otras instituciones. El presupuesto anual del FERMILAB es de
297M $ y los costes son de 304M $ anuales.
SLAC (Stanford Linear
Accelerator Center)
www.slac.stanford.edu
Fue fundado en 1962, está situado en la Universidad de Stanford en
California. Científicos del SLAC han obtenido tres premios Nobel de
física. Recibe a 3000 investigadores visitantes de universidades y
laboratorios americanos e internacionales. El centro está operado por
la Universidad de Stanford para el Departamento de Energía de los
Estados Unidos.
DESY (Deutsches
Elektronen Synchrotron)
www.desy.de
Situado en Hamburgo y en Zeuthen, fue fundado en Hamburgo en
1959. Está financiado por los Ministerios de Ciencia, Educación e
Investigación. En este laboratorio se han construido varios
dispositivos aceleradores y colisionadores: DESY, DORIS, PETRA
(en el cual se descubrieron los gluones), HASYLAB, HERA. En
Hamburgo trabajan 1390 personas y en Zeuthen 170. El presupuesto
anual de DESY es de aproximadamente 300M DM.
LBNL (Ernest Orlando
Lawrence Berkeley
National Laboratory)
www.lbl.gov
Está situado en la Universidad de California en Berkeley. Se trata del
laboratorio nacional de América más antiguo. Fue fundado en 1931
por Ernest Orlando Lawrence, inventor del ciclotrón. Científicos de
la LBNL han sido galardonados con nueve premios Nobel (cinco de
física y cuatro de química), uno de los cuales fue para su fundador.
En el laboratorio trabajan 4000 empleados, 800 de los cuales son
estudiantes.
Además cada año recibe a 2000 investigadores invitados. El LBNL
está gestionado por la Universidad de California para el
Departamento de Energía de los Estados Unidos, del cual recibe los
fondos para su financiación. En el LBNL se construyó el acelerador
ALS (el cual produce la luz ultravioleta y rayos X más intensos del
mundo) y el centro de computación científica NERSC, el más
potente del país.
RAL (Rutherford
Appleton Laboratory)
www.rl.ac.uk
Situado en Oxfordshire en el Reino Unido, fue fundado en 1995, en
el lugar donde se encontraba el Appleton Laboratory desde 1957.
Está gestionado, junto con el Daresbury Laboratory, por el CCLRC
(Council for the Central Laboratory of the Research Councils). Posee
dos de los más importantes dispositivos del CCLRC: ISIS (la fuente
de neutrones y muones más intensa del mundo) y los láseres. En el
RAL trabajan 1200 personas que dan apoyo a unos 10000 científicos
e ingenieros, la mayoría pertenecientes a la comunidad investigadora
de la universidad.
JINR (Joint Institute for
Nuclear Research)
www.jinr.dubna.su
Situado en Dubna, Rusia. Se trata de una organización
intergubernamental internacional fundada en 1956. 18 países son
miembros del JINR: Armenia, Azerbaijan, Bielorrusia, Bulgaria,
Cuba, República Checa, Georgia, Kazakhstan, Moldavia, Mongolia,
Polonia, Rumania, Federación Rusa, Eslovenia, Ucrania, Uzbekistan
y Vietnam.
Varios laboratorios de investigación nuclear dependen del JINR:
BLTP de física teórica, LHE de altas energías, LPP de física de
partículas, DLNP de problemas nucleares, FLNR de reacciones
nucleares, FLNP de física de neutrones y LIT de tecnologías de la
información. El JINR posee varios reactores y aceleradores (de
protones , núcleos ligeros e iones pesados) y está construyendo
dispositivos para una fuente de neutrones de alta resonancia, haces
de iones radioactivos y una fuente de radiación sincrotrón. (El
nombre del elemento 105 de la tabla periódica, dubnio, es un
homenaje a los científicos del JINR.)
INFN (Istituto Nazionale
di Fisica Nucleare)
www.infn.it
Situado en Italia, fue fundado en 1951. Del INFN dependen 4
laboratorios nacionales: LNF, LNGS, LNL y LNS. El LNF
(Laboratori Nazionali di Frascati) fue fundado a mediados de los
cincuenta cuando el INFN decidió construir un sincrotrón para
electrones de 1.1 GeV, lo que representó un récord mundial. El
LNGS (Laboratori Nazionali del Gran Sasso) está situado al lado del
túnel Gran Sasso (10.4 km). Consta de tres enormes salas
experimentales unidas por túneles. El LNL (Laboratori Nazionali di
Legnaro) fue fundado en 1960. Actualmente posee cuatro
aceleradores de diferente potencia, uno de los cuales ha sido
totalmente diseñado, construido y probado en el LNL. El LNS
(Laboratori Nazionali del Sud) fue fundado en 1976. Realiza
investigación con un SMP Van de Graaf Tandem. Además ha
participado en el desarrollo del ciclotrón con bobinas
superconductoras (CS).
ILL (Institut Laue-
Langevin)
www.ill.fr
Situado en Grenoble, Francia. Fue fundado en 1967 por una
iniciativa de Francia, Alemania y el Reino Unido. Se trata de un
centro de investigación internacional, líder mundial en la ciencia y la
tecnología de neutrones. Cada año se llevan a cabo en el ILL
alrededor de 800 experimentos. Unos 1500 científicos trabajan en el
Instituto.
ESRF (European
Synchrotron Radiation
Facility)
www.esrf.fr
Situado en Grenoble, Francia. Se trata de un instituto de
investigación multinacional, actualmente con 16 países asociados.
Fue fundado en 1988. El personal que trabaja en el ESRF, unas 500
personas, pertenece en su mayoría a alguno de los países asociados.
El presupuesto anual del ESRF es de 420M de francos franceses.
OTROS SITIOS DE
INTERÉS
· NFL-Studsvik Neutron Research Laboratory en Suecia.
www.studsvik.uu.se
· RISO National Laboratory en Dinamarca www.risoe.dk
· FZ Jülich en Alemania www.fz-juelich.de
· LLB-Léon Brillouin Lab en Francia www-llb.cea.fr
· Chalk River Laboratories en Canadá www.neutron.nrc.ca
· Canadian Neutron Facility en Canadá www.cnf.gc.ca
· IPP Institute of Particle Physics en Canadá www.ipp.ca
· KFKI en Hungría sunserv.kfki.hu
· PSI en Suiza www.psi.ch
· JAERI-Japan Atomic Research Institute en Japón
www.jaeri.go.jp
· KENS-High Energy Accelerator Organisation en Japón neutronwww.
kek.jp, KEK www.kek.jp
· KURRI-Research Reactor Institute en Japón www.rri.kyotou.
ac.jp
· IRI-Interfaculty Reactor Institute en Holanda irisy5.iri.tudelft.nl
· HFBR-High Flux Beam Reactor en EEUU www.bnl.gov/HFBR
· LANSCE-Los Alamos Neutron Science Center en EEUU
www.lansce.lanl.gov
· NIST-Center for Neutron Research en EEUU rrdjazz.nist.gov
· ORNL-High Flux Isotope Reactor en EEUU www.ornl.gov
· ANSTO-HIFAR Reactor en Australia www.ansto.gov.au
LABORATORIOS DE FÍSICA DE PARTÍCULAS | 10-09-2008 - 08:09:01 GMT 1 #
Gran Colisionador de Hadrones será inaugurado oficialmente el 21 de octubre 2008:
Gran Colisionador de Hadrones (Large Hadron Collider), que es el acelerador y colisionador de partículas más potente del mundo, será inaugurado oficialmente el 21 de octubre, anunció Alexandr Vodopiánov del Instituto Unificado de Investigaciones Nucleares, ubicado en la provincia de Moscú, Rusia.
La próxima puesta en marcha de esa instalación ha generado un sinnúmero de predicciones catastróficas. En particular, se afirma que cuando empiece a funcionar aparecerá un agujero negro que hará desaparecer a la Tierra.
Los científicos de Rusia aseguran que nada pasará y que el experimento no representa ningún peligro.
"La inauguración oficial fue fijada para octubre y ello significa que hasta entonces se dejará pasar un haz de protones a través de todo el colisionador", comentó Vodopiánov que es uno de los coordinadores de los experimentos.
El Gran Colisionador de Hadrones ha sido creado por científicos de muchos países, incluida Rusia. Está destinado a colisionar haces de protones a velocidades próximas a la de la luz y es capaz de producir energías de 14 TeV (teraelectron-voltios), lo que supera notablemente la energía de los aceleradores existentes.
Gran Colisionador de Hadrones será inaugurado oficialmente el 21 de octubre 2008 | 10-09-2008 - 19:19:28 GMT 1 #
Electronvoltio - electrón - positrón - ANTIMATERIA - Klistrón:
>El electronvoltio, abreviado como eV, es una unidad de energía equivalente a la energía cinética que adquiere un electrón al ser acelerado por una diferencia de potencial en el vacío de 1 voltio. Dicho valor se obtiene experimentalmente por lo que no es una cantidad exacta. 1eV = 1.602176462 × 10-19 J
Es una de las unidades aceptadas para su uso en el SI (Sistema Internacional de unidades) pero que no pertenecen estrictamente a él.
El electronvoltio está muy bien adaptado para trabajar con energías de ionización o de excitación de átomos o para energías de cohesión de moléculas. La energía de ionización es usualmente de unos eV a unas decenas de eV. La energía térmica de partículas (electrones, neutrones) a la temperatura ambiente es de 23 meV (milielectronvoltios). La energía de los rayos X (y de los electrones que los producen) utilizados para hacer una radiografía es de 50 keV.
Sin embargo, en física de altas energías, el electronvoltio resulta una unidad muy pequeña por lo que son de uso frecuente múltiplos como el Megaelectronvoltio MeV o el Gigaelectronvoltio GeV llegando en la actualidad y con los más potentes aceleradores de partículas al Teraelectronvoltio TeV. Hay objetos en nuestro universo que son aceleradores aún más potentes: se han detectados rayos gamma de decenas de TeV y rayos cósmicos de Petaelectronvoltios (PeV, mil TeV) y hasta de decenas de Exaelectronovoltios (EeV, equivalente a mil PeV).
Algunos múltiplos típicos son:
1 keV = 103 eV
1 MeV = 103 keV = 106 eV
1 GeV = 103 MeV = 109 eV
1 TeV = 103 GeV = 1012 eV
1 PeV = 103 TeV = 1015 eV
1 EeV = 103 PeV = 1018 eV
En física de partículas se usa indistintamente como unidad de masa y energía ya que en relatividad ambas magnitudes se refieren a la misma cosa. La relación de Einstein E=m·c² da lugar a la unidad de masa eV/c².
1 eV/c² = 1.783 × 10-36 kg
1 keV/c² = 1.783 × 10-33 kg
1 MeV/c² = 1.783 × 10-30 kg
1 GeV/c² = 1.783 × 10-27 kg
Nota: La ventaja de expresar la masa de las partículas en múltiplos del electronvoltio es que cuando hablamos de su aniquilación o del coste de producción de estas el paso de energía a masa es directo. Es decir que si se ha destruido un electrón se habrán generado 511keV de energía ya que la masa de esa partícula es de 511keV/c² que es un valor idéntico al de su energía en reposo. Por eso, frecuentemente se omite poner c² en las unidades y se habla de electronvoltios tanto si nos referimos a masa como a energía.
>El electrón (Del griego ελεκτρον, ámbar), comúnmente representado como e− es una partícula subatómica de tipo fermiónico. En un átomo los electrones rodean el núcleo, compuesto únicamente de protones y neutrones.
Los electrones tienen una masa pequeña respecto al protón, y su movimiento genera corriente eléctrica en la mayoría de los metales. Estas partículas desempeñan un papel primordial en la química ya que definen las atracciones con otros átomos.
La existencia del electrón fue postulada por G. Johnstone Stoney, como una unidad de carga en el campo de la electroquímica. El electrón fue descubierto por Joseph John Thomson en 1897 en el Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge, mientras estudiaba el comportamiento de los rayos catódicos. Influído por el trabajo de Maxwell y el descubrimiento de los rayos X, dedujo que en el tubo de rayos catódicos existían unas partículas con carga negativa que denominó corpúsculos. Aunque Stoney había propuesto la existencia del electrón. fue Thomson quien descubrió su carácter de partícula fundamental. Para confirmar la existencia del electrón era necesario medir sus propiedades, en particular su carga eléctrica. Este objetivo fue alcanzado por Millikan en el célebre experimento de la gota de aceite realizado en 1909.
George Paget Thomson, hijo de J.J. Thomson, demostró la naturaleza ondulatoria del electrón al lograr difractar los electrones al atravesar una lámina de metal. Dicho experimento condujo a la aparición de un patrón de interferencia como el que se obtiene en la difracción de ondas como la luz, probando la dualidad onda corpúsculo la mecánica cuántica postulada en 1926 por De Broglie. Este descubrimiento le valió el Premio Nobel de Física de 1937.
El espín del electrón se observó por vez primera en el experimento de Stern y Gerlach. Su carga eléctrica puede medirse directamente con un electrómetro y la corriente generada por su movimiento con un galvanómetro. Seis años antes de los descubrimientos de Thomson, el físico irlandés Stoney había propuesto la existencia de estas partículas, pero no lo había podido comprobar. Como asumía que la partícula tenía carga eléctrica, la denominó electrón. Posteriormente, otros científicos demostraron experimentalmente que estas partículas o electrones, tienen una masa 2000 veces menor que el átomo de hidrógeno.
El electrón tiene una carga eléctrica negativa de −1,6 × 10−19 coulombs y una masa de 9,1 × 10−31 kg (0,51 MeV/c2), que es aproximadamente 1800 veces menor que la masa del protón. El electrón tiene momento angular intrínseco o espín de 1/2 (en unidades de Planck). Dado que el espín es semientero los electrones se comportan como fermiones, es decir, colectivamente son descritos por la estadística de Fermi-Dirac.
Aunque la mayoría de los electrones se encuentran formando parte de los átomos, los hay que se desplazan independientemente por la materia o juntos formando un haz de electrones en el vacío. Cuando los electrones que no forman parte de la estructura del átomo se desplazan y hay un flujo neto de ellos en una dirección, forman una corriente eléctrica. En algunos superconductores, los electrones que generan la corriente eléctrica se mueven en pareja o pares de Cooper.
La electricidad estática no es un flujo de electrones. Es más correcto definirla como "carga estática", y es causada por un cuerpo cuyos átomos tienen más o menos electrones de los necesarios para equilibrar las cargas positivas de los núcleos de sus átomos. Cuando hay un exceso de electrones, se dice que el cuerpo está cargado negativamente. Cuando hay menos electrones que protones el cuerpo está cargado positivamente. Si el número total de protones y electrones es equivalente, el cuerpo está en un estado eléctricamente neutro.
Los electrones y los positrones pueden aniquilarse mutuamente produciendo un fotón. De manera inversa, un fotón de alta energía puede transformarse en un electrón y un positrón.
El electrón es una partícula elemental, lo que significa que no tiene una subestructura (al menos los experimentos no la han podido encontrar). Por ello suele representarse como un punto, es decir, sin extensión espacial. Sin embargo, en las cercanías de un electrón pueden medirse variaciones en su masa y su carga. Esto es un efecto común a todas las partículas elementales: la partícula influye en las fluctuaciones del vacío en su vecindad, de forma que las propiedades observadas desde mayor distancia son la suma de las propiedades de la partícula más las causadas por el efecto del vacío que la rodea.
Hay una constante física llamada radio clásico del electrón, con un valor de 2,8179 × 10−15 m. Es preciso tener en cuenta que éste es el radio que se puede inferir a partir de la carga del electrón descrito desde el punto de vista de la electrodinámica clásica, no de la mecánica cuántica. Por lo tanto esta constante se refiere a un concepto desfasado, aunque útil para algunos cálculos.
En la mecánica cuántica, el electrón es descrito por la ecuación de Dirac, mientras que el comportamiento colectivo de los electrones viene descrito por la estadística de Fermi-Dirac. En el modelo estándar de la física de partículas forma un doblete con el neutrino, dado que ambos interaccionan de forma débil. En la naturaleza existen además otros dos "electrones masivos", el muón y el tauón, con propiedades similares al mismo aunque sin embargo son partículas diferentes, que tienen una corta existencia y se desintegran muy rápidamente.
El equivalente al electrón en la antimateria, su antipartícula, es el positrón, que tiene la misma cantidad de carga eléctrica que el electrón pero positiva. El espín y la masa son iguales en el electrón y el positrón. Cuando un electrón y un positrón colisionan, tiene lugar la aniquilación mutua, originándose dos fotones de rayos gamma con una energía de 0,500 MeV cada uno.
Los electrones son un elemento clave en el electromagnetismo, una teoría que es adecuada desde un punto de vista clásico, aplicable a sistemas macroscópicos.
La corriente eléctrica que suministra energía a nuestros hogares está originada por electrones en movimiento. El tubo de rayos catódicos de un televisor se basa en un haz de electrones en el vacío desviado mediante campos magnéticos que impacta en una pantalla fluorescente. Los semiconductores utilizados en dispositivos tales como los transistores
>El antielectrón (o positrón) es la antipartícula correspondiente al electrón, por lo que posee la misma masa y la misma carga eléctrica, aunque obviamente de signo contrario (es positiva). No forma parte de la materia ordinaria, sino de la antimateria, aunque se producen en numerosos procesos radioquímicos como parte de transformaciones nucleares.
Esta partícula fue predicha por Paul Dirac en el año de 1928, para luego ser descubierta en el año 1932 por el fisico norteamericano Anderson al fotografiar las huellas de los rayos cosmicos en una camara de niebla . En la actualidad los positrones son rutinariamente producidos en la Tomografía por emisión de positrones usados en las instalaciones hospitalarias.
>LA ANTIMATERIA
¿Qué es la antimateria? ¿Existe en realidad? ¿Hay masas de antimateria en el Universo? ¿Es posible que el Universo esté formado casi enteramente por materia, con muy poca o ninguna antimateria? Y si así es, ¿Por qué? ¿Podemos estar seguros de que es la observación la que falla? ¿Qué uso se puede dar de la antimateria? ¿Si la materia y la antimateria son exactamente iguales pero opuestas, entonces por qué en el universo hay mucha más materia que antimateria? ¿Por qué la materia "le ganó" a la antimateria?
Si somos de los que pensamos que todo lo que existe tiene su lado positivo y su lado negativo, todo se ve como un yin yang, no se hará extraño creer en la antimateria como justamente lo contrario a la materia.
¿Qué es la antimateria?
Toda la materia está compuesta por electrones, cargados negativamente y protones cargados positivamente. Así se puede decir que la antimateria es lo mismo que la materia pero con cargas opuestas. Así, en un átomo de antimateria encontramos en lugar de protones (positivos), antiprotones (negativos) y, en lugar de electrones (negativos), antielectrones o positrones (positivos). La antimateria al entrar en contacto con la materia se produciría un efecto llamado de aniquilación, o lo que es lo mismo la transformación de la materia en energía.
Hay varias teorías acerca de la antimateria:
La primera dice que la materia y antimateria existían por partes iguales en el origen del Universo pero que había un poco más de materia que de antimateria. Por consiguiente, la antimateria habría sido totalmente destruida por la aniquilación y el Universo actual estaría constituido por el residuo de materia superviviente.
Otra teoría dice que en el Universo existen cantidades iguales de materia y de antimateria, obviamente, en lugares muy lejanos entre ellos. Sin embargo, en los puntos de encuentro, se producirían grandes fenómenos de aniquilación. Unos rayos, llamados rayos Gamma, que se suelen observar en el Universo, podrían ser efectos secundarios de estas reacciones.
Es muy difícil investigar a través de observaciones astronómicas, ya que materia y antimateria ya producen emisiones electromagnéticas iguales.
¿Qué usos puede tener la antimateria?
La antimateria puede tener diferentes usos:
- El primero como combustible.
Para imaginaros lo potente que puede llegar a ser, con sólo 250 gramos de antimateria se
podría llegar a Marte en 1 día y a la Luna en 8 minutos.
- El segundo sería como para producir energía.
La antimateria es la fuente de energía más poderosa conocida por el hombre. Libera una
energía de una eficacia del cien por cien (la fisión nuclear posee una eficacia del uno y
medio por cien). La antimateria no genera contaminación ni radiación, y una gota podría
proporcionar energía eléctrica a toda Nueva York durante un día.
- El tercer uso que podría tener la antimateria, y desgraciadamente el más peligroso, sería el
de armamento. Este proceso de aniquilación materia-antimateria podría ser empleado
como el explosivo más potente que pueda imaginarse. Un gramo de antimateria al unirse
con un gramo de materia produciría una energía capaz de lanzar 1 millón de toneladas de
material a casi 20000 metros de altura. O lo que es lo mismo, la potencia de veinte kilones,
es decir, la potencia de la bomba que fue lanzada sobre Hiroshima.
Pero además de todo esto, la antimateria tiene muchas limitaciones:
- No existe en el mundo conocido antimateria relativamente disponible.
- Hasta ahora, en el proceso de obtener una unidad de energía como antimateria hemos de
gastar previamente 100 millones más de energía.
- La eficacia del almacenamiento actual de antiprotones es tan solo del orden del 1%.
- Si toda la capacidad se usara para producir antiprotones, los resultados finales al cabo de
un año únicamente servirían para mantener encendida una lámpara de 100 vatios durante
3 segundos.
- Si se acudiera a usar toda la capacidad mundial de antimateria producible la lámpara no
podría estar encendida más de 6 minutos.
- Todas las reservas energéticas mundiales existentes de carbón, gas y petróleo, una vez
convertidas en antiprotones, con los rendimientos actuales, producirían una energía
insuficiente para que un automóvil pudiese dar la vuelta a España haciendo un recorrido
costero.
Conclusión
No sabemos si en realidad existe la antimateria, pero de hecho, en caso de que se descubra, no estamos preparados para recibirla. De hecho se han estado haciendo varios experimentos en busca de antimateria que satisficiese nuestra curiosidad, y sólo se ha conseguido crear unos pocos átomos de antimateria. Todas las expediciones han sido fallidas, ya que en total, se han buscado 450 Km. de la superficie terrestre, mediante análisis de radiaciones cósmicas, y sólo se ha hallado materia. La distancia analizada sin encontrar antimateria ha sido de 309 trillones de kilómetros. Mientras tanto, sólo nos queda intentar avanzar en la ciencia y tecnología para que llegue un día en que podamos producir cantidades de antimateria para todos, claro que sólo para buenos fines.
1 megaelectron volt = 1.60217646 × 10-13 joules
>Klistrón
Es una válvula de vacío de electrones en la cual una modulación inicial de velocidad impartida a los electrones, da una modulación del haz de electrones. Se utiliza como amplificador en la banda de microondas o como oscilador.
Fue inventada en 1937 por los hermanos Varian.
Se distinguen dos tipos de klistrones:
Klistrón de dos cavidades: En una cavidad se modula el haz de electrones por la señal de entrada, y en la segunda cavidad se extrae la señal amplificada.
Klystrón reflex: Sólo contiene una cavidad. El haz de electrones la atraviesa dos veces: en la primera se modula con la señal; se refleja en un electrodo negativo, llamado reflector, y regresa a la cavidad, donde se extrae la señal. Fue de amplio uso como oscilador de microondas en radares y equipos de laboratorio. Vall del Llierca
Colisionador: Electronvoltio - electrón - positrón - ANTIMATERIA - Klistrón | 10-09-2008 - 19:38:50 GMT 1 #
Nuevo colisionador de Hadrones:
Investigadores rusos y sus colegas de otros países ya se plantean la creación del futuro sustituto del LHC, sigla en inglés del Gran Colisionador de Hadrones o el más potente acelerador de partículas disponible a la fecha, reveló Alexander Bondar, miembro correspondiente de la Academia de Ciencias de Rusia, "ya es hora de pensar en el paso siguiente en el terreno de la física fundamental, en lo que podría ser un proyecto, de objetivos y oportunidades equiparables, los colisionadores lineales representan una de las direcciones que se están examinando en la actualidad", precisó Bondar en Novosibirsk, la capital científica de Siberia.
El nuevo colisionador, debería crearse en 15-20 años, período suficiente para agotar los recursos científicos del LHC y obtener toda la información posible con su ayuda. Esta idea la barajan investigadores de diversos países y centros, en particular, los del Instituto de Física Nuclear de Novosibirsk cuyos expertos desarrollaron en su día algunos elementos del Gran Colisionador de Hadrones.
Ese acelerador singular - un túnel subterráneo de 27 kilómetros en forma de anillo, en la frontera franco-suiza - se hizo operativo el pasado 10 de septiembre y, según las expectativas, ayudará a despejar las incógnitas que rodean a la estructura de la materia. Miles de físicos provenientes de 86 países, entre ellos, 700 científicos rusos (URSS), trabajaron en este proyecto durante varias décadas.
Nuevo colisionador de Hadrones | 19-09-2008 - 17:11:28 GMT 1 #
Acelerador de partículas falló por mala conexión :
Una mala soldadura en una de las 10.000 conexiones del sistema es la causa más probable del fallo que obligó a marginar al acelerador de partículas más grande del mundo días después de su inauguración, dijo un científico.
"Es muy probable que haya sido una mala conexión", dijo Lyn Evans, jefe de proyecto del nuevo Gran Colisionador de Hadrones en la Organización Europea de Investigaciones Nucleares (CERN, por sus siglas en inglés).
Evans dijo que la fuente del problema era pequeña. "Sucede muchas veces en las conexiones eléctricas", indicó al señalar que el fallo había sido causado, en su opinión, por un error humano.
Una sola instancia de este tipo entre 10.000 no es algo malo, pero "costó mucho", dijo Evans. Detuvo las operaciones cuando menos durante dos meses, lo que significa que el colisionador no podrá ser reactivado sino hasta el primer trimestre del próximo año, luego de su cierre obligado en el invierno en el hemisferio norte, porque entonces los precios de la electricidad son demasiado altos.
Evans agregó que no ha podido revisar los daños, porque el colisionador está demasiado frío como para poder ser abierto.
La sección dañada debe calentarse gradualmente, hasta la temperatura ambiente, durante cinco semanas, para permitir que la gente trabaje en el interior y pueda realizar reparaciones, indicó Evans.
Luego tomará otras cinco semanas para que se vuelva a enfriar.
Acelerador de partículas falló por mala conexión | 11-10-2008 - 09:41:52 GMT 1 #
Consorcio ESS-Bilbao Font Europea de Neutrons :
La Comunitat de Treball dels Pirineus, que agrupa set zones de l'Estat espanyol i francès i Andorra, ha expressat el seu suport a la candidatura de Bilbao per acollir la Font Europea de Neutrons per Espal·lació (ESS). Segons va dir divendres el projecte ESS-Bilbao en un comunicat, la Comunitat de Treball dels Pirineus va incloure en les conclusions de la seva última reunió, duta a terme a Perpinyà, que la font d'espal·lació serà una «gran oportunitat» per als 18 milions d'habitants d'Aquitània, la Catalunya del Nord, el Llenguadoc, el Migdia-Pirineus, Andorra, Catalunya, Aragó i el País Basc i Navarra. El consorci ESS-Bilbao, constituït pels governs espanyol i basc a la fi de 2006 per impulsar la candidatura, diu que buscarà acords de col·laboració transfronterera.
Consorcio ESS-Bilbao Font Europea de Neutrons | 24-11-2008 - 06:54:32 GMT 1 #
Gran Colisionador Electrón-Positrón (LEP)Large Hadron Collider :
VALL DEL LLIERCA Cap Argelaguer: Sales de Llierca, Sant Jaume de Llierca, Montagut i Oix, Tortellà. VALL D'HOSTOLES Cap Les Planes d'Hostoles: Sant Feliu de Pallerols, Sant Aniol de Finestres. ÁMBIT DE BESALÚ Cap Besalú: Beuda, Maia de Montcal, Sant Ferriol. CONCA ALTA DEL FLUVIÁ Cap Olot: Castellfollit de la Roca, Les Preses, Riudaura, Sant Joan les Fonts, La Vall de Bianya, La Vall d´en Bas, Mieres, Santa Pau.
Gran Colisionador Electrón-Positrón (LEP)Large Hadron Collider | 25-05-2009 - 10:18:05 GMT 1 #