¬ŅC√≥mo funciona un acelerador de part√≠culas sincrotr√≥n?

¬ŅC√≥mo funciona un acelerador de part√≠culas sincrotr√≥n?

Un sincrotr√≥n es un dise√Īo de un acelerador de part√≠culas c√≠clico, en el que un haz de part√≠culas cargadas pasa repetidamente a trav√©s de un campo magn√©tico para ganar energ√≠a en cada pasada. A medida que el rayo gana energ√≠a, el campo se ajusta para mantener el control sobre la trayectoria del rayo a medida que se mueve alrededor del anillo circular. El principio fue desarrollado por Vladimir Veksler en 1944, con el primer sincrotr√≥n de electrones construido en 1945 y el primer sincrotr√≥n de protones construido en 1952.

 

Cómo funciona un sincrotrón

El sincrotr√≥n es una mejora del ciclotr√≥n , que fue dise√Īado en la d√©cada de 1930. En los ciclotrones, el haz de part√≠culas cargadas se mueve a trav√©s de un campo magn√©tico constante que gu√≠a el haz en una trayectoria en espiral y luego pasa a trav√©s de un campo electromagn√©tico constante que proporciona un aumento de energ√≠a en cada paso a trav√©s del campo. Este golpe en la energ√≠a cin√©tica significa que el rayo se mueve a trav√©s de un c√≠rculo ligeramente m√°s ancho en el paso a trav√©s del campo magn√©tico, obteniendo otro golpe, y as√≠ sucesivamente hasta que alcanza los niveles de energ√≠a deseados.

La mejora que lleva al sincrotrón es que en lugar de utilizar campos constantes, el sincrotrón aplica un campo que cambia en el tiempo. A medida que el rayo gana energía, el campo se ajusta en consecuencia para mantener el rayo en el centro del tubo que contiene el rayo. Esto permite un mayor grado de control sobre el haz y el dispositivo se puede construir para proporcionar más aumentos de energía a lo largo de un ciclo.

Un tipo espec√≠fico de dise√Īo de sincrotr√≥n se llama anillo de almacenamiento, que es un sincrotr√≥n que est√° dise√Īado con el √ļnico prop√≥sito de mantener un nivel de energ√≠a constante en un haz. Muchos aceleradores de part√≠culas utilizan la estructura del acelerador principal para acelerar el rayo hasta el nivel de energ√≠a deseado, luego lo transfieren al anillo de almacenamiento para mantenerlo hasta que pueda chocar con otro rayo que se mueva en la direcci√≥n opuesta. Esto duplica efectivamente la energ√≠a de la colisi√≥n sin tener que construir dos aceleradores completos para que dos haces diferentes alcancen el nivel m√°ximo de energ√≠a.

 

Sincrotrones principales

El Cosmotron era un sincrotrón de protones construido en el Laboratorio Nacional de Brookhaven. Fue puesto en servicio en 1948 y alcanzó su máxima potencia en 1953. En ese momento, era el dispositivo más poderoso construido, a punto de alcanzar energías de aproximadamente 3,3 GeV, y permaneció en funcionamiento hasta 1968.

La construcción del Bevatron en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley comenzó en 1950 y se completó en 1954. En 1955, el Bevatron se utilizó para descubrir el antiprotón, un logro que le valió el Premio Nobel de Física de 1959. (Nota histórica interesante: se llamó Bevatraon porque alcanzó energías de aproximadamente 6,4 BeV, para "miles de millones de electronvoltios". Sin embargo, con la adopción de las unidades SI , se adoptó el prefijo giga- para esta escala, por lo que la notación cambió a GeV.)

El acelerador de partículas Tevatron en Fermilab era un sincrotrón. Capaz de acelerar protones y antiprotones a niveles de energía cinética ligeramente inferiores a 1 TeV, fue el acelerador de partículas más poderoso del mundo hasta 2008, cuando fue superado por el  Gran Colisionador de Hadrones . El acelerador principal de 27 kilómetros en el Gran Colisionador de Hadrones también es un sincrotrón y actualmente es capaz de alcanzar energías de aceleración de aproximadamente 7 TeV por haz, lo que resulta en colisiones de 14 TeV.



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