Las partículas tienen que venir de algún lugar antes de que se apresuren. Esta toma de 1941 es en realidad del destructor de átomos de la Universidad de Notre Dame, que era nuevo en ese momento. © Bettmann / Corbis Cuando los físicos quieren partículas para sus aceleradores, navegan por un sitio web llamado OK Quark, donde responden una serie de preguntas sobre lo que buscan. ¿Quieres una partícula con personalidad positiva? ¿O uno con una energía más neutra al respecto? Ese tipo de cosas.
Luego, el físico lleva la partícula a beber (nadie quiere quedarse atrapado con una partícula falsa durante toda una cena). Si todo va bien, el físico le pregunta a la partícula si está interesada en un proceso de aceleración. ¡Y así fue como se formó el bosón de Higgs!
Si solo. A diferencia de sus primos en ciencia, los biólogos (que pueden explorar todos los órdenes de roedores, gusanos redondos y similares en sitios web para facilitar la compra a granel), los físicos tienen que crear ellos mismos sus sujetos de prueba. Resulta que agarrar una partícula para colisiones de alta velocidad no es tan fácil como poner las manos en forma de copa y soplar algunas partículas subatómicas en el Gran Colisionador de Hadrones como si fueran copos de nieve invisibles.
Antes de entrar en lo que realmente estamos poniendo en un acelerador de partículas, tal vez sea prudente dar un poco de antecedentes sobre qué diablos pretendemos hacer con nuestras partículas una vez que las tengamos. ¿Qué son los aceleradores? y por qué no podemos arrojar algo un poco más sustancial que una partícula, ¿de todas formas?
El acelerador de partículas más conocido es probablemente el Gran Colisionador de Hadrones, un gigante circular de 17 millas (27 kilómetros) en las profundidades del subsuelo. Ubicado en Suiza, el LHC está dirigido por la Organización Europea para la Investigación Nuclear, o CERN. (Confíe en nosotros, el acrónimo tenía sentido para el título francés original). El LHC se convirtió en el gran acelerador en el campus en 2012, cuando las colisiones de partículas en el CERN revelaron evidencia del escurridizo bosón de Higgs. El descubrimiento del Higgs permitió a los físicos confirmar con más confianza la existencia del campo de Higgs, lo que nos dio algunas respuestas sobre cómo la materia en el universo adquirió masa.
Pero si el LHC es la Beyoncé del mundo de las aceleradores, hay bastantes reproductores de estudio que también se conectan felizmente. En realidad, hay alrededor de 30, 000 otros aceleradores zumbando en todo el mundo, y son esos Joes que trabajan los que deben agradecer por todo tipo de inventos prácticos [fuente:Dotson]. Piense en el pañal.
Eso es correcto, el amigo de cualquier padre acosado es el pañal desechable. Los científicos que querían estudiar los polímeros superabsorbentes utilizados en los desechables tenían problemas para estudiarlos en húmedo. entonces - ta-da! - los sometieron a microscopía de rayos X (que usa aceleración de partículas) [fuente:Clements]. Ser capaces de identificar y estudiar la estructura de estas cadenas moleculares los llevó a jugar con la fórmula y mantener nuestros pañales modernos tan secos como la explicación de la aceleración de partículas en sí.
Los aceleradores también encuentran su camino en entornos médicos, como el tratamiento del cáncer. Los aceleradores lineales (donde las partículas chocan con un objetivo después de viajar en línea recta) envían electrones para chocar con un objetivo metálico, lo que resulta en precisos, Rayos X de alta energía que irradian tumores [fuente:RadiologyInfo.org]. Ahora que sabemos un poco sobre para qué se utilizan los aceleradores, hablemos de lo que les estamos dando de comer.
Como dijimos antes Los científicos de una instalación como el CERN están encargados (¡ja!) de producir las partículas ellos mismos, lo que se siente un poco como pedirle a un contador que construya una calculadora para completar los impuestos de un cliente. Pero los físicos de partículas son una raza aparte; no es una molestia para ellos. Todo lo que tienen que hacer es comenzar con hidrógeno, eliminar electrones usando un duoplasmatron, y terminan con protones. Lo que. No es problema.
Y aquí es donde encontramos que la parte más simple de la aceleración de partículas, obtener las malditas partículas, todavía parece increíblemente intimidante para cualquiera que no reciba una tarjeta navideña de Stephen Hawking. Pero realmente no es tan abrumador como parece. Para uno, el hidrógeno es solo un gas que se alimenta en el primer paso del acelerador de partículas:el duoplasmatron . Puede parecer algo sacado de "Mystery Science Theatre 3000", pero un duoplasmatron es bastante sencillo. Los átomos de hidrógeno tienen un electrón y un protón; dentro del duoplasmatron, los átomos de hidrógeno son despojados de sus electrones mediante un campo eléctrico [fuente:CERN]. Lo que queda es un plasma de protones electrones e iones moleculares que pasan a través de más rejillas de extracción, por lo que solo queda un haz de protones [fuente:O'Luanaigh, CERN].
El LHC no solo usa protones para el trabajo de un día. Los físicos del CERN también tienen la divertida tarea de colisionar los iones de plomo para estudiar el plasma de quarks y gluones. que es solo un poco de lo que El universo muy temprano estaba nadando en [fuente:CERN]. Rompiendo iones de metales pesados (obras de oro, también), los científicos pueden formar el plasma de quarks-gluones por un momento.
Pero ahora eres demasiado sofisticado para creer que los iones de plomo aparecen mágicamente en los aceleradores de partículas. Así es como sucede:el físico del CERN encargado de recolectar iones de plomo en realidad comienza con plomo sólido, plomo-208, un isótopo específico del elemento. El plomo sólido se calienta hasta convertirse en vapor, alrededor de 1472 grados F (800 C) [fuente:O'Luanaigh]. El vapor de plomo luego es atravesado por una corriente eléctrica que ioniza la muestra para crear plasma. El recién creado iones (átomos con una carga eléctrica neta que han ganado o perdido electrones) se mueven luego a un acelerador lineal que les da un poco de velocidad y hace que pierdan aún más electrones [fuente:Yurkewicz]. Después de que se acumulen y aceleren una vez más, los iones de plomo están listos para el mismo viaje por carretera que los protones, y puede atravesar el Gran Colisionador de Hadrones sin ninguna preocupación en el mundo.
Así que ahí lo tienes. Las partículas para los aceleradores de partículas más importantes no se compran en el mercado negro, sino que se crean internamente.
Quizás este artículo te dejó con una pregunta más molesta:¿Puede algo, además de una partícula, pasar por un acelerador? A lo que los científicos del Fermi National Accelerator Laboratory dijeron:"Por supuesto. ¿Qué tal un hurón?"
No llames a PETA todavía. Antes que nada, no estaban acelerando a Felicia el hurón a la velocidad de la luz. (Sí, ella tenía un nombre. Vamos, no es una granja). la estaban usando como sirvienta. Los hurones son conocidos por excavar y avanzar poco a poco a través de espacios reducidos. Felicia tenía un trapo de solución de limpieza atada a su cuello por científicos, quien la dejó abrirse paso a través de las estrechas tuberías antes de que estuvieran conectadas durante la construcción [fuente:Gustafson]. (Finalmente consiguieron un robot para limpiar el acelerador).
