Particulas

ACELERADORES DE PARTICULAS
Dr. EDUARDO ANDRADE INSTITUTO DE FISICA. UNAM

Introducción Histórica
Uno de los descubrimientos científicos más importantes para la humanidad fue el ocurrido en el año de 1896 cuando el físico francés Henri Becquerel descubrió el fenómeno conocido como radiactividad y que consiste en la propiedad que poseen algunos átomos (tales como radio, polonio y torio) deemitir energía espontáneamente. En estudios posteriores se determinó la naturaleza de esta energía, consistente en la emisión de partículas y fotones, y se usaron las primeras letras del alfabeto griego para designarlas como radiación: alfa, beta y gama. La radiación alfa consiste de partículas monoenergéticas, con carga eléctrica positiva y se identificaron como núcleos de helio. La energía de estaspartículas se refiere a energía cinética y estas partículas son emitidas con gran velocidad. La radiación beta esta constituida por electrones tanto con carga positiva y negativa. Los electrones con carga positiva se les llaman positrones. A diferencia de las alfa las partículas beta no eran monoenergéticas y son emitidas con distribución de energías con valor cero hasta un valor máximo. Laradiación gamma no tiene carga eléctrica y son ondas electromagnéticas, al igual que los rayos X, la luz visible, la violeta, etc.. Como es sabido cuando esta radiación interacciona con la materia presenta la característica de fotones.

Ernest Rutherford y sus colaboradores Marsden y Geiger en el año de 1911 utilizaron una fuente de partículas alfa como proyectiles para comprobar la teoría sobre laestructura de la materia propuesta por Thompson, también conocida como el modelo atómico del pastel. Debido a la trascendencia de los resultados de estos experimentos y de los procedimientos experimentales utilizados, es conveniente recordar algunos detalles. En la figura 1, se muestra esquemáticamente el arreglo experimental usado en estos experimentos. En este experimento se utilizó una pequeñafuente radiactiva de radio de 7 mg, la cual emitía partículas alfa a una razón de 6 millones de partículas por segundo. Se colimó un haz de partículas alfa para bombardear una delgada película transparente de oro. El experimento consistió en determinar como eran desviadas estas partículas en función del ángulo θ. Si la teoría de Thompson era correcta, se esperaba observar que la mayoría de laspartículas alfas fueran desviadas ligeramente con respecto a la dirección de incidencia, debido a que la masa de los proyectiles era mayor que el de las partículas constituyentes de los átomos, ya que en esa época se consideraba que los átomos estaban constituidos solo por protones y electrones. El resultado sorprendente que se encontró fue que una partícula alfa de cada diez mil era rebotada aángulos grandes. En un libro de física, Feynman menciona una analogía para recalcar lo sorpresivo de estos resultados y dice: "puede compararse a la sorpresa que tendría una persona que disparara balas con un rifle a una almohada llena de plumas y encontrara que algunas de las balas rebotaran hacia él ".

La conclusión a la que llegaría el que está disparando, es que dentro de la almohada además deplumas esta contiene objetos muy masivos tales como balas de cañón. La única forma de explicar los resultados de los experimentos de Rutherford fue la de suponer que la mayor parte de la masa de los átomos de oro, estaba concentrada en un pequeño volumen, al cual se le llamó el núcleo atómico y fue así lo que dio origen al modelo nuclear de los átomos.

Figura 1. Ilustración esquemática delexperimento de Rutherford y colaboradores.

Es importante recalcar que el principio del procedimiento utilizado por Rutherford y colaboradores en este experimento es el mismo que se utiliza rutinariamente en muchos de los laboratorios equipados con modernos y complejos aceleradores de partículas. El estudio del núcleo atómico tanto en el ámbito teórico como experimental dio origen a una nueva...