Accelerador de partícules

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca

Els acceleradors de partícules són aparells que utilitzen camps electromagnètics per accelerar partícules subatòmiques amb càrrega elèctrica fins a velocitats molt properes a la de la llum.

Funcionament dels acceleradors[modifica | modifica el codi]

Esquema del funcionament d'un accelerador lineal. Una font d'ions emet un feix de partícules que va travessant les successives plaques (en aquest cas tubs) mentre un generador de radiofreqüència va canviant el voltatge de les plaques.

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 on 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 forma individual sinó en feixos de bilions d'elles. Segons quina sigui la seva càrrega, les partícules es veuen atretes cap a les plaques de certa polaritat i repelides 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 lo que 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 electrovolts (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 següent taula es dóna 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 dels acceleradors[modifica | modifica el codi]

Hi ha diferents tipus d'acceleradors de partícules. Segons la forma en què acceleren les partícules es divideixen en:

Aplicacions[modifica | modifica el codi]

Les 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:

Els acceleradors de talla mitjana (i de més baixa energia que els anteriors) s'utilitzen també en la investigació científica, sobretot bioquímica i ciència de materials. Aquests acceleradors produeixen el que es coneix com a llum de sincrotró que s'utilitza per a espectroscòpia per estudiar proteïnes o les propietats dels nous materials. D'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.

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Accelerador de partícules Modifica l'enllaç a Wikidata