Accelerador de partícules
| Aquest article o secció no cita les fonts o necessita més referències per a la seva verificabilitat. |
Els acceleradors de partícules són aparells que utilitzen camps electromagnètics per a accelerar partícules subatòmiques amb càrrega elèctrica fins a velocitats molt properes a la de la llum.
Funcionament dels acceleradors
modifica
Només les partícules que tenen una càrrega elèctrica neta poden ser accelerades. El mètode d'acceleració es basa en l'atracció i la repulsió entre les partícules i una llarga sèrie d'elèctrodes en què s'apliquen camps electromagnètics alterns (també s'utilitzen electroimants). Una partícula neutra, com per exemple el neutró, no es veu afectada per aquests camps i per tant no pot ser accelerada. Les partícules accelerades són protons, antiprotons, electrons, positrons, ions…
Les partícules no s'acceleren de manera individual, sinó en feixos de bilions. Segons quina sigui la seva càrrega, les partícules es veuen atretes cap a les plaques de certa polaritat i repel·lides per les que tenen polaritat inversa. La polaritat de les plaques canvia diverses vegades per segon. Gràcies a l'atracció i la repulsió, cada placa augmenta una mica la velocitat i, per tant, també l'energia de les partícules. Després d'uns quants segons, les partícules ja han aconseguit una velocitat molt pròxima a la de la llum, per la qual cosa s'han de tenir en compte efectes relativistes, com ara l'augment de massa de les partícules segons l'equació E=mc².
L'energia de les partícules accelerades es mesura en electró-volts (eV), però les energies requerides per a estudiar en detall les partícules subatòmiques són tan grans que, sovint, s'utilitzen els múltiples d'aquesta unitat: 1 milió (1 MeV = 10⁶ eV) o mil milions (1 GeV = 10⁹ eV). Els acceleradors actuals més potents arriben a energies de milers de GeV (1 TeV = 1000 GeV = 1012 eV).
De fet, com més petites siguin les partícules que volem estudiar, més altes són les energies necessàries per fer-ho. En la taula següent es dona la relació entre la mida de les partícules i les energies corresponents:
| Energia | Mida (ordre de magnitud) | Partícula o estructura |
| 0,1 eV | 10-8 m | Molècula, àtom gran |
| 1,0 eV | 10-9 m | Àtom |
| 1.000 eV | 10-11 m | Regió atòmica central |
| 1 MeV | 10-14 m | Nucli atòmic |
| 100 MeV | 10-15 m | Regió central del nucli |
| 1 GeV | 10-16 m | Protó |
| 10 GeV | 10-17 m | Quarks |
| 100 GeV | 10-18 m | Quarks (amb més detall) |
| 10 TeV | 10-20 m | Bosó de Higgs? |
Classificació
modificaHi ha diferents tipus d'acceleradors de partícules. Segons la forma en què acceleren les partícules, es divideixen en:
Aplicacions
modificaLes seves aplicacions també són molt diverses. Els més grans, també dits d'alta energia, s'utilitzen per a la recerca científica en física de partícules. En aquest cas, les partícules accelerades es fan col·lidir contra un blanc immòbil o contra altres partícules accelerades. Uns detectors col·locats al voltant de la zona de col·lisió permeten als científics estudiar les propietats de les partícules subatòmiques conegudes i, en alguns casos, descobrir-ne de noves.
Exemples d'acceleradors col·lisionadors utilitzats per a la investigació en física de partícules són:
- GCH del CERN
- LEP també del CERN (que ja no existeix)
- Tevatró del Fermilab
- RHIC de Brookhaven
- HERA de DESY.
- SLAC a la Universitat Stanford
Els acceleradors de talla mitjana (i de més baixa energia que els anteriors) s'utilitzen també en la investigació científica, sobretot en bioquímica i ciència de materials. Aquests acceleradors produeixen el que es coneix com a llum de sincrotró, que s'utilitza per a espectroscòpia per a estudiar proteïnes o les propietats dels nous materials. Altres acceleradors també tenen aplicacions industrials i mèdiques.
Finalment, també es poden considerar acceleradors, encara que siguin molt petits, els tubs de raigs catòdics i els generadors de raigs X. El funcionament d'aquests acceleradors requereix energies relativament baixes que s'aconsegueixen mitjançant un sol parell d'elèctrodes i una diferència de potencial de només uns quants milers de volts o menys.
Vegeu també
modifica