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Aceleradores de Particulas

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by

Mariana Gomez

on 3 October 2013

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Transcript of Aceleradores de Particulas

Aceleradores de Partículas
Introducción
• En 1808 el átomo elemento más pequeño, John Dalton publicó teoría atómica.
• Thomson descubrió el electrón
• Investigaciones de Bohr sobre el modelo atómico del hidrogeno de Rutherford
• Utilizando la teoría cuántica se dio el espectro del H
• En el siglo XX se descubrieron partículas elementales

Andrea Asuad, Mariana Gómez, Andrea Suarez y Tatiana Velasquez
• Feyman menciona una analogía para recalcar este resultado
• Debido a este experimento dio origen al modelo nuclear de los átomos.
• Los primeros físicos nucleares tuvieron limitaciones
• A pesar de estas limitaciones se obtuvieron resultados importantes.
• Necesidad de instrumentos para generar proyectiles.
• Creo una carrera entre los científicos
• En 1932 se construyo el primer acelerador de iones positivos

Historia
• En 1896 Henri Becquerel descubrió el fenómeno de radiactividad
• Se usaron letras del alfabeto griego para designarlas como radiación: alfa, beta y gama.
• En 1911 Rutherford y sus colaboradores utilizaron una fuente de partículas alfa como proyectiles.
• Experimento consto de una fuente radioactiva
• El resultado fue que una particula alfa de cada diez mil era rebotada a ángulos grandes


En el Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge, Cockcroft y Walton construyeron este acelerador de
500 kilovolts en 1932
• En 1933 Cockeroft y Walton recibieron premio Nobel de Física

• Los primeros aceleradores se construyeron en la década de los 30
• Se inventaron otros tipos de aceleradores, para obtener haces de mayores energía.

El acelerador de 2.7 MeV desarrollo por Robert Van de Graaff e instalado en el instituto Tecnológico de Massachusetts en 1937
Foto Anterior
Diagrama esquemático de van de Graaff, generador electrostático de alto voltaje.
Altas tensiones introducidas en la fuente de carga son transferidas por una cinta en movimiento a la cúpula esférica, donde la carga positiva acumulada impulsa un haz de partículas subatómicas cargadas positivamente la longitud de un tubo de aceleración. El primero fue construido en la década de 1930, Van de Graaff generadores están siendo utilizados en la aceleración de partículas.

Fuente de iones del acelerador de 5.5 MeV instalado recientemente en el Instituto de Física de la UNAM

• Estos aceleradores generan conocimiento en campos como
fuerzas nucleares etc.

Gráfica de Livingston, en la que se muestra como han crecido de manera exponencial los aceleradores de partículas entre 1930 y 1980
Componentes
Dipolos eléctricos
Dipolos magnéticos
Multipolos magnéticos
Blancos
Detectores

Como funciona un acelerador?
Los grandes aceleradores de partículas están basados en un principio muy simple: la alternancia de campos magnéticos y campos eléctricos aceleran una partícula cargada y en cada vuelta su velocidad aumenta proporcionalmente a la capacidad de los electroimanes que dispongamos en el recorrido.
Dentro del tubo, no puede haber más q vacío puesto que no queremos que las partículas aceleradas interaccionen con materia y pierdan eficacia en la trayectoria. Se llegan a alcanzar velocidades próximas a la velocidad de la luz.

Aceleradores de baja energia
Estos aceleradores de baja energía usan un par de electrodos con voltaje de corriente directa
Ejemplos de estos son: Tubos de rayos catódicos, encontrados en televisores y generadores de rayos x.

Aceleradores Lineales
Estos aceleradores usan un conjunto de placas o tubos situados en línea a los que les aplica un campo eléctrico. Cuando las partículas se aproximan a una placa se aceleran hacia ella de forma que en ese momento la placa repele la partícula, acelerándola por tanto hacia la siguiente placa.
El acelerador lineal de Stanford, que tiene una longitud de 3.2 Kilómetros, puede producir electrones y protones de energía muy alta.
Una de las áres experimentales del SLAC, el acelerador lineal de Stanford. Aquí se ve uno de los grandes espectrómetros magnéticos.
La versión moderna de un acelerador Cockcroft-Walton se usa hoy en el Fermilab como un preacelerador
Acelerador electrostático de 2 MeV tipo Van de Graaff perteneciente al Instituto de Física de la Universidad Nacional Autónoma de México desde 1952
• Científicos crean un pequeño acelerador de partículas 'de mesa' más barato, es capaz de sostener altos niveles de aceleración de más de 250 mil millones de electrón-voltios durante períodos relativamente largos
A medida que las partículas se acercan a la velocidad de la luz, la velocidad de inversión de los campos eléctricos se hace tan alta que deben operar a frecuencias de microondas.
El acelerador lineal más largo del mundo es el
colisionador electrón-positrón
Stanford Linear Accelerator (SLAC),
de 3 km de longitud.
Aceleradores Circulares
Ventaja frente a los aceleradores lineales: Mayores aceleraciones
Límite a la energía que puede alcanzarse
Al obligar a la partícula a describir una trayectoria circular, realmente lo que se hace es acelerar la particula
RADIACION: utilizada como fuentes de Rayos X de alta energía.
-Es mayor cuando las partículas son mas ligeras.
Ciclotrones
Campo magnético y campo eléctrico, ambos constantes.
Partículas se inyectan en el centro de dos pares de imanes en forma de "D".
Velocidades muy altas '' Relativistas''
Se utilizan unidades de energía
Sincrotrones
Campo eléctrico y magnéticos, ambos se hacen variar
Diferencias respecto ciclotrón:
- Mayores energías en las partículas aceleradas
- Configuraciones de campos electromagnéticos mas complejos
La radiación lograda puede emplearse en el análisis de estructuras biológicas de materiales, microelectrónica o aplicaciones médicas.
Bevatron: 1950 en California.
LHC (Large Hadron Collider)
• El Gran Colisionador de Hadrones es el mayor acelerador de partículas del mundo.
• En este experimento, hacen chocar entre sí partículas subatómicas (principalmente protones, uno de los constituyentes del núcleo del átomo) en puntos seleccionados donde se ubican grandes detectores (ATLAS, CMS, LHCb y ALICE). Estos registran las partículas resultantes de las colisiones para estudiar los elementos que componen la materia de la que está hecha el Universo, incluidos nosotros mismos, y sus interacciones.
• Situado en la frontera franco-suiza cerca de Ginebra
• El LHC es un anillo de 27 kilómetros de circunferencia ubicado a 100 metros bajo tierra.
• Tras su inauguración en 2008, elLHC comenzó su actual periodo de funcionamiento a finales de 2009.
• A finales de marzo de 2010 alcanzó los 7 teraelectronvoltios (TeV) de energía de colisión entre partículas, la mayor registrada en un experimento de este tipo.
• A partir de 2013 alcanzará progresivamente la energía de colisión para la que está diseñado, 14 TeV, y se mantendra operativo durante al menos 15 años.
• Los científicos esperan obtener datos suficientes para profundizar en el conocimiento del origen y formación del Universo, así como resolver el enigma del origen de la masa mediante la búsqueda del llamado bosón de Higgs, la pieza que falta por descubrir en el Modelo Estándar de Física de Partículas.

Boson de Higgs
• Es una partícula elemental propuesta en el Modelo estándar de física de partículas.
• Pretende explicar el origen de la masa de las partículas elementales
• Esta teoría sugiere que un campo impregna todo el espacio, y que las partículas elementales que interactúan con él adquieren masa, mientras que las que no interactúan con él, no la tienen.
• El bosón de Higgs ha sido objeto de una larga búsqueda en física de partículas

Propósito del LHC
• El significado de la masa
• La masa de las partículas y su origen
• El origen de la masa de los bariones.
• Número de partículas totales del átomo.
• A saber el por qué tienen las partículas elementales diferentes masas
• El 95 % de la masa del universo no está hecha de la materia que se conoce y se espera saber qué es la materia oscura.
• La existencia o no de las partículas supersimétricas.
• Si hay dimensiones extras, tal como predicen varios modelos inspirados por la Teoría de cuerdas, y, en caso afirmativo, por qué no se han podido percibir.
• Si hay más violaciones de simetría entre la materia y la antimateria.
• Recrear las condiciones que provocaron el Big Bang

Procesos catastróficos
• La formación de un agujero negro estable.
• La formación de materia extraña supermasiva, tan estable como la materia ordinaria.
• La formación de monopolos magnéticos (previstos en la teoría de la relatividad) que pudieran catalizar el decaimiento del protón.
• La activación de la transición a un estado de vacío cuántico.

Ecuaciones de Lorentz
Existe una ecuación muy sencilla que sirve para definir las fuerzas que actúan en cada tipo de acelerador.

Que son los aceleradores de partículas?
• Son instrumentos que utilizan campos electromagnéticos
• Tubo de rayos catódicos
• Permiten explorar el mundo de lo infinitamente pequeño
• Instrumentos de investigación científica extraordinariamente importantes.
• Se utilizan en los laboratorios de física nuclear los resultados obtenidos en los aceleradores son numerosos
• La energía de las partículas varia desde unas decenas de KeV hasta 14 TeV
• La forma mas sencilla de generar un acelerador de partículas es usando el propio movimiento

Bibliografia
http://science.portalhispanos.com/wordpress/fisica/aceleradores-de-particulas-particles-acelerator/
http://www.nucleares.unam.mx/~bijker/emfn/Andrade.pdf
http://co.tuhistory.com/zona-de-tecnologia/decada-del-30/acelerador-de-particulas.html
http://www.slideshare.net/manolo654321/acelerador-de-partculas-8369144
http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/22/htm/sec_27.html
http://www.elmundo.es/elmundo/2007/graficos/jun/s1/cern.html
http://global.britannica.com/EBchecked/topic/445045/particle-accelerator/60507/History#tab=active~checked%2Citems~checked&title=particle%20accelerator%20%3A%3A%20History%20--%20Britannica%20Online%20Encyclopedia
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