Acelerador

Introducción a la aceleración de partículas, un punto de vista desde la ingeniería de Radiofrecuencia.



Laboratorio de Tecnología de Alta Frecuencia.


















Asier Llano Palacios
Iratxo Pichel Ortiz.

Introducción


Este trabajo pretende ser una introducción y sobre todo un estudio básico de la aceleración de partículas visto desde nuestro punto de vista,el de la ingeniería de radiofrecuencia.

La aceleración de partículas ha crecido con el fin principal de ayudar a una ciencia de las llamadas básicas, la física y sobre todo a la física de altas energías. Como en todos los aspectos de la ciencia, cuando se necesitan construir instrumentos, y sobre todo instrumentos muy grandes y muy precisos es necesario dividir el trabajo. En la construcción yen el diseño de estos aparatos, los aceleradores, hay mucha labor de ingeniería mecánica, civil y también de alta frecuencia.

Para poder conocer un poco más a fondo estos “microscopios” gigantes hacen falta ciertos conocimientos básicos de física básica y un poco de ingenio para poder construirlos, pero antes de pasar a explicar como funcionan estos aparatos, veremos un poco de física básica.Partículas y fuerzas


El modelo físico más preciso que ha sido capaz de producir la mente humana se llama ”Modelo estándar”. Este recoge todo, o casi todo, el saber humano a cerca de las fuerzas y partículas últimas que pueden existir.

En esencia es un modelo bastante sencillo, describe toda la materia conocida con un conjunto de tan solo cuatro partículas básicas, sus antipartículas ysus primos en dos familias más pesadas. Estas partículas son el electrón, el neutrino electrónico y los quarks que forman los protones y neutrones, el up(arriba) y el down(abajo). Estos cuatro representantes de la materia tienen sus antipartículas correspondientes. Aparecen otras cuatro partículas más pesadas, idénticas a estas cuatro en todo lo demás y aún otras cuatro más aún más pesadas. Peroeso es todo. Cuatro partículas y sus primos o si se prefiere 12 en total, sin olvidar a sus antipartículas.

Para describir las fuerzas, o como prefieren los físicos, las interacciones, este modelo proporciona también ecuaciones, o casi. Las fuerzas básicas de la naturaleza son cuatro, la gravedad, conocida desde Newton, la electromagnética, descrita clásicamente por Maxwell, la nuclear débil,vista por primera vez en las desintegraciones beta de los neutrones y la nuclear fuerte, que hace, entre otras cosas, que el núcleo de oxígeno no se rompa por la repulsión electrostática de sus protones. Realmente el modelo estándar solo proporciona descripción de las cuatro últimas, pues la gravedad es tan sumamente débil que no se puede estudiar en física de partículas,… de momento.

Pues estoes todo en lo que a física de partículas se conoce. La figura 1 es una tabla que resume todo lo contado, señalando que: La partícula gamma es la portadora de la fuerza electromagnética, el fotón. La partícula g, el gluón, es la de la fuerza nuclear fuerte, y las W y Z las de la fuerza débil.

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fig1. Componentes elementales


Experimentando con partículas


Como en todas las ciencias,llegar a este modelo, que de momento es el más preciso que se conoce y que se ajusta bien al experimento, requiere de un proceso largo en el que se debe aplicar el método científico. En este método hay un paso fundamental, el experimento. Con el experimento se obtienen ideas para elaborar hipótesis y el experimento proporciona resultados para comprobar esas hipótesis. Una ciencia sin experimentoscorre el peligro de convertirse en pura especulación.

Los experimentos básicos en física de partículas han sido, en la historia, variados. El objetivo último siempre ha sido “ver un poco más dentro”. Está claro que para poder ver cosas necesitamos luz. El problema aparece cuando lo que hay que ver, es más pequeño que la longitud de onda de nuestra luz. Un ejemplo básico de esto ocurre con los...