Acelerador de partículas – Física

Seguro que has oído que en la naturaleza nada se crea, nada se pierde, todo se transforma. Esa frase fue el comienzo de uno de los principios más fundamentales que existen en la naturaleza. El principio de conservación de la energía se aplica no solo a la física sino a todas las áreas de las ciencias naturales.

Brevemente, el principio de conservación de energía dice que, en cualquier proceso físico, la cantidad de energía en el estado inicial del proceso es siempre igual a la cantidad de energía en el estado final del proceso. En otras palabras, esto significa que la energía es una cantidad física que permanece constante durante todo el proceso.

Radiación y ondas electromagnéticas

La radiación es un fenómeno físico caracterizado por la emisión y propagación de energía. Una onda es un tipo específico de movimiento que solo transporta energía, por lo que la radiación se propaga a través de ondas. Más específicamente, ondas electromagnéticas o partículas que se mueven rápidamente. Este fenómeno ocurre en cualquier medio material, incluso en el vacío, ya que las ondas electromagnéticas no necesitan un medio material para propagarse.

El descubrimiento de nuevas partículas

La constitución de la materia era ya una cuestión a la que había que responder desde los tiempos de la antigua Grecia con los grandes filósofos y pensadores de la época. El término materia se entendía como todo aquello que presentaba masa y ocupaba espacio. Entonces, aunque filosófica y abstractamente, ya existía la idea de que la materia estaba formada por pequeñas partes que se llamaban átomos.

La palabra átomo tiene origen griego y significa indivisible. En ese momento se creía que el átomo era la parte más pequeña que constituía la materia. En otras palabras, la materia podría dividirse innumerables veces en su parte más pequeña, llamada átomo, que sería indivisible.

Durante muchos años esta idea fue aceptada como una verdad absoluta. Con el tiempo y con la evolución de la ciencia, se han desarrollado varios modelos de átomos que han contribuido cada vez más al descubrimiento de nuevas partículas subatómicas como electrones, protones, neutrones, neutrinos, etc.

Aceleradores de partículas

Con el descubrimiento de nuevas partículas, se crearon varios medios para investigar la materia y comprender mejor su formación. Uno de estos medios se llama aceleradores de partículas. Un acelerador de partículas es un equipo formado por grandes túneles y potentes electroimanes. Como su nombre lo indica, en los aceleradores de partículas se crean diferentes tipos de ondas electromagnéticas al acelerar partículas como protones, electrones, neutrones, etc. Estas partículas alcanzan velocidades muy cercanas a la de la luz y luego chocan con obstáculos u otras partículas aceleradas. Como las velocidades que alcanzan las partículas son muy elevadas, cuando chocan liberan una gran cantidad de energía y permiten la observación de nuevas partículas que antes se desconocían, como los quarks, que son partículas que constituyen los protones y neutrones, y los positrones que se conocen como antimateria del electrón. Esta colisión siempre mantiene válido el principio de conservación de energía.

La importancia de los aceleradores de partículas

Extracto del acelerador de partículas LHC: Gran Colisionador de Hadrones. Foto: Maximilien Brice / CERN

Todos estos mecanismos desarrollados por el hombre y la detección de nuevas partículas están motivados por una mejor comprensión de la materia y la composición del universo. En consecuencia, esto puede conducir a una mejor comprensión del origen de todo lo que existe, además puede conducir al desarrollo de nuevas tecnologías altamente avanzadas utilizadas para servir mejor a la humanidad, como las imágenes de diagnóstico. Otro ejemplo sería el aumento de las posibilidades de observar fenómenos relativistas predichos por la teoría de Einstein. Los fenómenos relativistas solo se pueden observar cuando en el proceso las partículas alcanzan velocidades muy cercanas a la de la luz. Actualmente existen varios tipos de aceleradores de partículas, cada uno con su función bien determinada según lo que se esté estudiando, como el LHC. En resumen, el LHC es el acelerador de partículas que permite la creación de situaciones similares a las que ocurrieron en las primeras etapas del universo. Estas situaciones permitieron, por ejemplo, la detección del famoso bosón de Higgs.

Sirius, moderno acelerador de partículas construido en Campinas-SP. Foto: Erich Sacco / Shutterstock.com

Referencias:

BONJORNO, José Roberto; BONJORNO, Regina Azenha; BONJORNO, Valter; CLINTON, Márcio Ramos. Historia de la física y todos los días. São Paulo: Editora FTD, 2004, volumen único.

HEWITT, Paul G. Física conceptual. Porto Alegre: Editorial: Bookman, 2011, 11º. ed. v. único.