SINCROTRÓN LHC de Ginebra (Suiza)

Hola a todos, como Jara ha hablado sobre el acelerador de partículas de Barcelona (ALBA), yo voy a hacerlo sobre el de Ginebra (LHC)

El sincrotrón es un tipo de acelerador de partículas. Se diferencia de otros aceleradores en que las partículas se mantienen en una órbita cerrada. 

Los primeros sincrotrones se derivaron del ciclotrón, que usa un campo magnético constante para curvar la trayectoria de las partículas, aceleradas mediante un campo eléctrico también constante, mientras que en el sincrotrón ambos campos varían. 

Básicamente, un sincrotrón es un acelerador de partículas cargadas que viajan en un tubo con forma toroidal (a lo largo del tubo se usan imanes para que la fuerza magnética de Lorentz mantenga la trayectoria curvada de las partículas). 

Por debajo de esta denominación genérica se han de considerar diferentes tipos de aceleradores: sincrotrón de electrones, sincrotrón de protones o tevatrón, anillos de almacenamiento, colisionadores de partículas, etc.

Los principios del sincrotrón fueron descritos en 1945 casi simultáneamente por McMillan (1907-1991) en la Universidad de California y Veksler (1907-2006) en la antigua Unión Soviética. El primer sincrotrón, fue construido en California por McMillan. Sincrotrón ALICE LHC de Ginebra (Suiza) El dibujo adjunto es un esquema simplificado del sincrotrón ALICE del LHC  o Gran Colisionador de Hadrones (en inglés Large Hadron Collider, LHC). El anillo requerido para trabajar a altas energías es de gran diámetro (en este caso, son 27.3 km de circunferencia) y las partículas (en este caso protones) lo recorren por el interior de un tubo metálico mantenido en ultra vacío.  Dos flujos de protones recorren el anillo en sentidos opuestos por sendos tubos, que se cruzan en cuatro zonas donde se estudia el producto de su colisión. A lo largo del recorrido se disponen imanes superconductores de dos tipos: unos aplican campos magnéticos adecuados para mantener la trayectoria curva (imanes de direccionamiento di-polares), y otros concentran y enfocan el haz (imanes deflectores cuadri-polares).  Entre los imanes se intercalan las zonas de aceleración, formadas por cavidades de radiofrecuencia (RF) y campos eléctricos, que dan impulsos sucesivos con el mismo procedimiento que lo hacen los aceleradores lineales.

En los grandes laboratorios de partículas actuales se incluyen normalmente varios sincrotrones y otros aceleradores y detectores con finalidades diversas. Los sincrotrones en el mundo se vienen construyendo en centros complejos, que normalmente se dotan de un conglomerado de aceleradores de partículas y que suelen formar parte de proyectos internacionales para la investigación científica multidisciplinar.

Seguidamente se dan algunos datos sobre el LHC ilustrativos de la envergadura de estos proyectos:

Como se ha dicho, el anillo principal tiene 27.3km de longitud, y cuenta con 16 cavidades de aceleración, y más de 9000 imanes superconductores que trabajan a una temperatura del orden de -271K. Los protones dan en el anillo mayor 11.000 vueltas por segundo, produciendo colisiones de 2 billones de protones cada segundo. Entre el conglomerado de aceleradores, se consideran seis zonas principales diferentes, nombradas por las siglas de grandes experimentos, que se realizan en cada una de ellas: ALICE, ATLAS, CMS, LHCb, TOTEM y LHCf.

Zona de colisión

LHC

Este enorme y complejo laboratorio requiere un alto coste para funcionar adecuadamente. A modo de ejemplo de ello, el Consejo de Administración del CERN realizó a finales de 2012 una parada técnica del LHC, para preparar el acelerador con objeto de realizar experimentos en los que aumentará la energía a la que viajan las partículas por el anillo mayor. Se prevé que la parada tendrá una duración de más de un año, simplemente porque habrá que ajustar los imanes para que sigan confinando a los protones en su trayectoria a esa mayor energía. El tiempo estimado para ajustar cada imán es relativamente pequeño (del orden de 15 minutos), pero el tiempo total requerido para los 9000 imanes será de esa magnitud.

Aplicaciones Multitud de investigaciones en diversos campos de la ciencia.  Física: determinación de la estructura atómica de fluidos y sólidos.  Química: análisis y mejora de la eficiencia de las reacciones. Medicina: aplicaciones en imagen médica y en radioterapias. Ciencias de los materiales: estudio de la materia a escala nanométrica o fabricación de microdispositivos. Ciencias ambientales: detección de elementos traza en suelos y plantas. Ciencias de la vida: determinación de la estructura -incluso atómica- de complejas moléculas como las de las proteínas o de microorganismos como virus y bacterias. Arte: análisis de obras de arte Paleontología: estudio de fósiles, huesos o huevos. Energía Electrónica Nanotecnología Animación LHC

Enlaces:

• http://intercentres.edu.gva.es/iesleonardodavinci/Fisica/Electromagnetismo/Electromagnetismo09.htm
• http://www.lhc-closer.es/php/index.php?i=2&s=1&p=1&e=0
• http://www.youtube.com/watch?v=Ko_eDMhe5z8