1ª PARTE: LOS ACELERADORES DE PARTÍCULAS GENERACIÓN, ACELERACIÓN Y DETECCIÓN DE PARTÍCULAS GENERACIÓN DE PARTÍCULAS. Para generar electrones basta calentar un filamento hasta su incandescencia haciendo pasar por él una corriente eléctrica o enfocando un láser directamente sobre él. Cuando se pretenden generar protones es necesario ionizar átomos de hidrógeno. Para ello se hace incidir un haz de electrones o de rayos X sobre una válvula rellena de gas hidrógeno. Los positrones se generan haciendo incidir fotones de energías superiores a los 1,1 MeV sobre un blanco (de oro, tungsteno o cualquier otro material pesado) Esa energía es la mínima necesaria para crear un par electrón-positrón La eficiencia de esta generación es muy pequeña. Para generar neutrones se utilizan protones generados como se ha descrito, que impactan sobre blancos cuya probabilidad de generación de neutrones es alta.
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
1ª PARTE: LOS ACELERADORES DE PARTÍCULAS
GENERACIÓN, ACELERACIÓN Y DETECCIÓN DE PARTÍCULAS
GENERACIÓN DE PARTÍCULAS.
Para generar electrones basta calentar un filamento hasta su
incandescencia haciendo pasar por él una corriente eléctrica o enfocando un
láser directamente sobre él.
Cuando se pretenden generar protones es necesario ionizar átomos de
hidrógeno. Para ello se hace incidir un haz de electrones o de rayos X sobre
una válvula rellena de gas hidrógeno.
Los positrones se generan haciendo incidir fotones de energías
superiores a los 1,1 MeV sobre un blanco (de oro, tungsteno o cualquier otro
material pesado) Esa energía es la mínima necesaria para crear un par
electrón-positrón La eficiencia de esta generación es muy pequeña.
Para generar neutrones se utilizan protones generados como se ha
descrito, que impactan sobre blancos cuya probabilidad de generación de
neutrones es alta.
DETECCIÓN DE PARTÍCULAS.
Básicamente, son los instrumentos que ponen de manifiesto, y en muchos
casos hacen visibles, las partículas subatómicas.. Distinguimos varios tipos,
dependiendo del procedimiento de detección utilizado.
La cámara de ionización es un recipiente lleno de gas y provisto de dos
electrodos con potenciales diferentes. Las partículas ionizan el gas y estos
iones se desplazan hacia el electrodo de signo contrario, creándose una
corriente que puede amplificarse y registrarse mediante un contador. Los
contadores Geiger son un ejemplo de contadores electro-acústicos.
En el contador de centelleo, las partículas cargadas provocan un gran
número de destellos, tantos como partículas incidentes, en una sustancia
fluorescente (sulfuro de cinc, yoduro de sodio o antraceno).Estos destellos
se registran y amplifican en un tubo fotoeléctrico que produce una corriente
eléctrica, que es proporcional a la luz procedente de la sustancia
fluorescente.
Los detectores de trazas permiten observar las señales que deja a su paso
una partícula en la sustancia que contiene el detector. Son de este grupo las
emulsiones fotográficas, la cámara de niebla y la cámara de burbujas. El
principio fundamental de la cámara de niebla fue descubierto por Wilson en
1896, aunque el instrumento no llegó a construirse hasta 1911. Contiene
aire, saturado de vapor de alcohol, que inmediatamente se condensa sobre
los iones que producen las partículas ionizantes cargadas a su paso por la
cámara, lo que hacen visibles sus trayectorias. La cámara de burbujas,
inventada en 1952 por Glaser, es más exacta que la cámara de niebla, y
utiliza un líquido a una temperatura algo inferior a su punto de ebullición. A
lo largo de las trayectorias de las partículas que atraviesan el líquido se
forman minúsculas burbujas que permiten visualizarlas. Estos métodos
ópticos de detección han sido paulatinamente sustituidos por métodos
electrónicos de recogida de datos desde que Charpak, en 1968, inventó el
contador proporcional multicable, que permiten el registro de un número
mayor de sucesos.
Otros tipos de detectores emplean otras interacciones entre la materia y las
partículas elementales. Por ejemplo, el detector de Cherenkov se basa en
una radiación especial emitida por las partículas cargadas al atravesar
medios no conductores a una velocidad superior a la de la luz en dichos
medios.
Los detectores de última generación disponen un tipo de cámara de burbujas
conocida como cámara de proyección temporal que puede registrar las
trazas que dejan los haces de partículas en las tres dimensiones. En el
CERN existen detectores de varios pisos de altura, formados a su vez por
distintos tipos de detectores concéntricos. Examinando las trazas puede
deducirse la historia de las partículas desde su formación hasta la
desintegración.
Interacciones entre partículas elementales
fotografiadas en el Cern
ACELERADORES DE PARTÍCULAS DE ALTAS ENERGÍAS
- Aceleradores lineales.
Están formados por un conjunto de placas alineadas a las que se les aplica
un campo eléctrico alterno. Cando las partículas se aproximan a una placa
se aceleran hacia ella al aplicar una polaridad opuesta a la suya. Justo
cuando la traspasan, a través de un agujero practicado en la placa, la
polaridad se invierte, de forma que en ese momento la placa repele la
partícula, acelerándola por tanto hacia la siguiente placa. El acelerador lineal
más largo del mundo es el colisionador electrón-positrón Stanford Linear
Acelerator (SLAC) de 3,2 km de longitud, al sur de California. Está en
proyecto construir, en un futuro próximo, un colisionador lineal de partículas
internacional (el ILC) de 31 km de longitud. Este acelerador sería el paso
siguiente al acelerador de partículas LHC de Ginebra.
SLAC
- Aceleradores circulares:
Estos tipos de aceleradores poseen una ventaja añadida a los aceleradores
lineales al usar campos magnéticos en combinación con los eléctricos,
pudiendo conseguir aceleraciones mayores en espacios más reducidos.
Además las partículas pueden permanecer confinadas durante mucho
tiempo.
Sin embargo, poseen un límite en las velocidades que pueden alcanzarse,
debido a la radiación de sincrotrón que emiten las partículas cargadas al
ser aceleradas. La emisión de esta radiación supone una pérdida de energía,
que es mayor cuanto más grande es la aceleración de la partícula, Llega un
momento en que la energía que se pierde iguala a la que se suministra al
acelerador. La partícula ya no puede seguir acelerándose. Algunos
aceleradores poseen instalaciones especiales que aprovechan la radiación
sincrotrón para producir Rayos X de alta energía.
Esta radiación es mayor cuando las partículas son más ligeras, por lo que se
utilizan partículas muy ligeras (principalmente electrones) cuando se pretende
generar grandes cantidades de esta radiación, pero generalmente se
aceleran partículas pesadas, protones o núcleos ionizados más pesados, que
hacen que estos aceleradores puedan alcanzar mayores energías. Este es el
caso del gran acelerador circular del CERN, donde el LEP, colisionador de
electrones y positrones, se ha sustituido por el LHC, colisionador de
hadrones.
Ciclotrón
En estos aceleradores las partículas se inyectan en el centro de dos pares de
imanes en forma de "D". Cada par forma un dipolo magnético y además se
les carga de forma que exista una diferencia de potencial alterna entre cada
par de imanes. Esta combinación provoca la aceleración, circular cuando la