martes, 16 de septiembre de 2008

¿Qué es el LHC? (parte 2)

Bueno, retomando el tema...

Ahora tocaba hablar del LHC... que significa Large Hadron Collider, en castellano, Gran Colisionador de Hadrones. Vale, ahora os daréis cuenta de que no os he hablado de los Hadrones (que no es como gritaría un gangoso si le atracan...).

Los Hadrones son las partículas que sienten la interacción nuclear fuerte, esta interacción es la que liga a los quarks para formar protones y neutrones, y además mantiene unido a estas partículas en el núcleo atómico. Pensad que si sólo existiese la fuerza electromagnética, los protones se repelerían entre sí, y no habría núcleos, por tanto tiene que haber algo más.
Los Hadrones se dividen en Bariones (son fermiones -> espín semientero, protones por ej.) y Mesones (son bosones -> espín entero) .

Bueno, creo que tenemos un lío de clasificaciones y demás, así que voy a resumir:

Partículas elementales (nada más pequeño): leptones, quarks (y podemos meter a las partículas de interacción, como el fotón o los bosones W y Z)

Hadrones: cosas formadas por quarks.
Y cada una de esas cosas puede ser un fermión o un bosón según su espín.

El LHC es (o va a ser, que parece que a día de hoy está apagado otra vez :P) un colisionador de Hadrones, en concreto de protones a una energía en torno a 10 TeV. El TeV es equivalente a 10^12 eV. El eV es la energía que adquiere un electrón cuando se le aplica una diferencia de potencial de 1 Voltio. El LHC es circular, y tiene una longitud de 27 km (casi nada...). Está situado bajo tierra entre Suiza y Francia.

Lo interesante de chocar protones, es que como están hechos de quarks, estos interaccionan entre sí, y producen muchas partículas nuevas que son las que van a estudiar en los diferentes detectores del LHC.

En concreto hay 5: CMS, ATLAS, ALICE, LHCb y TOTEM.

Fig. 1

Próximamente haré un resumen de cada detector, ahora os voy a explicar como hacen para chocar esos haces de protones.

Lo primero es conseguir protones, para esto es necesario ionizar un gas como el hidrógeno (protón con un electrón orbitando), es decir, arrancar su electrón. Esto se consigue en los aceleradores lineales del Cern o Linacs (fig. 1). Fig. 2

Los aceleradores lineales funcionan mediante cavidades de radiofrecuencia, lo que tenemos son ondas de radio que van excitando a los protones y los van "empujando" (en el sentido eléctrico del término). Las ondas de radio son radiación electromagnética, y por tanto campos eléctricos, ya sabemos que si situamos una partícula eléctrica en un campo eléctrico siente una fuerza. El motivo de hacerlo con campos variables (tienen una frecuencia, por tanto son ondulatorios, su valor no es constante) es porque sería mucho más díficil y costoso acelerarlos con un campo estático (necesitaríamos una diferencia de potencial igual a la energía que quisiéramos conseguir). Con la radiofrecuencia digamos que vamos acelerando a saltos con dispositivos no muy energéticos, pero que su acción sumada se va acumulando.

Lo siguiente es aumentar su energía, tras los Linacs están a 50 MeV, que es casi la millonésima parte de su energía final. De ahí pasa al Proton Synchrotron Booster (sincrotrón hace referencia a que es circular, bueno, es más complicao, dejémoslo así xDD), que es el primer acelerador circular del Cern, y el más pequeño, ahí llegamos a una energía de 1.4 GeV.

La siguiente etapa es el Proton Synchrotron (PS) (fig. 1), que es el primer acelerador "serio". Se construyó en 1959 y tiene una circunferencia de 630 metros. Nos lleva a 28 GeV. Ya son energías serias.

La última antes del LHC! El Super Proton Synchrotron (SPS) que mide 9.6 km y nos lleva a 400 GeV, que es casi 1/2 TeV. En el SPS se llevaron a cabo los experimentos que le dieron al Cern el premio Nobel.

De ahí pasan ya al LHC, a unos 450 GeV de energía y son acelerados hasta los 7 TeV más o menos. Se inyectan dos haces, uno en cada sentido, por lo que la energía total del choque es de 14 TeV.

Para acelerar en un Synchrotron, el proceso es el mismo que en los Linacs. Lo que ocurre es que ahora tenemos que conseguir que el haz complete una circunferencia, y esto es un problema ingenieril bastante complejo. Lo que necesitamos son imanes, porque un campo magnético perpendicular a la dirección de una partícula cargada la hace describir una trayectoria circular (fig. 3). Por tanto vamos a tener dipolos (un polo norte enfrentado a un polo sur) para hacer girar a las partículas y además cuadrupolos (4 polos enfrentados entre sí) ya que estos lo que van a hacer es separar o juntar el haz, enfocarlo en otras palabras (el mismo principio que una lente, salvando las distancias).
Fig. 3 (las cruces indican que el campo B entra en perpendicular hacia la pantalla)

Bueno, ya sabemos que es lo que choca en el Cern, y cómo lo hace, ahora nos falta saber para qué... y eso vendrá en la pequeña descripción que haga de cada detector del Cern.

Hasta la próxima : )

PD: comentad que os parece, sobre todo en términos de claridad y redacción, porque igual lo estoy haciendo más oscuro de lo que creo... xD Me viene bien para repasar estas cosas que se me están olvidando :_(

1 comentario:

ivan dijo...

Bien, está muy bien, muy claro. Pero yo quería que le dieras un toque más sensacionalista. Por ejemplo: probabilidades de que se acabe el mundo, cotilleos (por ejemplo: la de mantenimiento se tira al encargado), esas cosas...

A ver si un día tomamos una copa juntos,...
Un saludo