UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE ZACATECAS

UNIDAD ACADÉMICA DE CIENCIAS QUÍMICAS.

Q.F.BFÍSICA II

“EL GRAN COLISIONADOR DE HADRONES”

Dr. MARÍA ISABEL PÉREZ MARTÍNEZ

ALUMNOS: GABRIELA ROMERO AGUILERA. BENJAMÍN BRETADO DE SANTIAGO.

VANESSA GÓMEZ ARELLANO. KARLA VALERIA MIRANDA LÓPEZ.

4 º E

Objetivo

Dar a conocer de manera clara y sencilla que es el “Gran Colisionador de Hadrones”, como funciona, como se encuentra estructurado y además de explicar las características y objetivo de éste.

Objetivos del Gran Colisionador de Hadrones:

Los físicos confían en que el LHC proporcione respuestas a las siguientes cuestiones:

El significado de la masa (se sabe cómo medirla pero no se sabe qué es realmente) y su origen.

A saber el por qué tienen las partículas elementales diferentes masas (es decir, si interactúan las partículas con un campo de Higgs).

El 95 % de la masa del universo no está hecha de la materia que se conoce y se espera saber qué es la materia oscura.

Si hay más violaciones de simetría entre la materia y la antimateria.

Recrear las condiciones que provocaron el Big Bang.

Introducción:

Cuando el Universo se formó en el Big Bang hace 13700 millones de años, una inmensa concentración de energía se transformó en materia en menos de una milmillonésima de segundo.

El acelerador LHC y los detectores de partículas son instrumentos que los investigadores construyen y utilizan en la tierra para investigar los más pequeños constituyentes de la materia y su interacción.

Para investigar estas teorías, los científicos han construido el Gran Colisionador de Hadrones (llamado LHC por sus siglas en inglés).

El Gran Colisionador de Hadrones

Los físicos han logrado recrear en el laboratorio y de manera controlada lo que hoy se cree que es la materia primordial del universo.

El Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés) es el mayor acelerador de partículas del mundo. En este experimento, los físicos del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN) hacen chocar entre sí partículas subatómicas (principalmente protones, uno de los constituyentes del núcleo del átomo) en puntos seleccionados donde se ubican grandes detectores (ATLAS, CMS, LHCb y ALICE).

Situado en la frontera franco-suiza cerca de Ginebra, el LHC es un anillo de 27 kilómetros de circunferencia ubicado a 100 metros bajo tierra.

¿Qué significa LHC?

El LHC quiere decir Gran Colisionador de Hadrones (Large Hadron Collider en inglés). Gran por su tamaño (aproximadamente 27 km de circunferencia), Hadrones porque acelera protones o iones, que son hadrones y Colisionador porque estas partículas forman dos haces viajando en sentidos opuestos, colisionando en cuatro puntos alrededor de la circunferencia de la máquina.

¿Para qué sirve?

Sirve para acelerar partículas y hacerlas colisionar. De esta forma se consigue producir nuevas partículas transformando energía en materia de acuerdo con la famosa ecuación de Einstein E=mc2.

. Puede crear partículas que sólo existieron en la naturaleza en los primeros instantes del Universo y mediante su estudio, entender su nacimiento y evolución. También nos permite bucear en el interior de la materia, como un microscopio ultrapotente, para entender de qué está hecho todo lo que nos rodea.

¿Qué es el bosón de Higgs? Es un tipo de partícula elemental que se cree tiene un

papel fundamental en el mecanismo por el que se origina la masa en el Universo.

¿Por qué es tan importante el bosón de Higgs?

Porque es la única partícula predicha por el Modelo Estándar de Física de Partículas que aún no ha sido descubierta. El modelo estándar describe perfectamente las partículas elementales y sus interacciones, pero queda una parte importante por confirmar, precisamente la que da respuesta al origen de la masa. Sin masa, el Universo sería un lugar muy diferente. Si el electrón no tuviera masa no habría átomos, con lo cual no existiría la materia como la conocemos, por lo que tampoco habría química, ni biología ni existiríamos nosotros mismos.

EL MODELO ESTÁNDAR

El LHC es la versión más actual de una serie de experimentos que se iniciaron con Lord Rutherford en l9ll encaminados a conocer la estructura de la materia.

En un celebérrimo experimento, bombardeó con partículas alfa una delgada lámina de oro.

Su sorpresa fue encontrar que el átomo era una estructura prácticamente vacía con un pequeño núcleo en su centro. El LHC pretende hacer algo similar con los protones.

¿Cuáles son los principales componentes de un acelerador?

En un acelerador las partículas circulan en un tubo que debe garantizar un nivel de vacío muy elevado, para evitar que las partículas aceleradas choquen con moléculas del gas. En el LHC la presión interna del LHC es de 10-13 atm (vacío comparable al del espacio exterior). Hay unos 6500 m3 de volumen evacuado en el LHC, ¡parecido a vaciar una catedral!

La trayectoria viene dirigida por potentes imanes: dipolos (como los imanes a los que estamos habituados) para mantener las partículas en órbitas circulares y cuadrupolares (imanes en los que existen dos polos N y dos S) para evitar que los haces de partículas se disgreguen.

Conclusión:

Nuestro conocimiento de las leyes básicas del Universo es incompleto, El origen de la masa, ¿qué es la masa? ¿Por qué algunas partículas elementales son muy pesadas y otras no tienen masa?. La tecnología desarrollada en los aceleradores de partículas tiene beneficios indirectos para la Medicina, la Informática, la industria o el medio ambiente. Los imanes superconductores que se usan para acelerar las partículas han sido fundamentales para desarrollar técnicas de diagnóstico por imagen como la resonancia magnética. Los detectores usados para identificar las partículas son la base de los PET, la tomografía por emisión de positrones (antipartícula del electrón). Y cada vez más centros médicos utilizan haces de partículas como terapia contra el cáncer.

Bibliografía:

(IFIC), I. d. (2010). Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear (CPAN). Obtenido de https://www.i-cpan.es/lhc.php

Corral, G. H. (2014). El Higgs, el universo líquido y el gran colisionador de Hadrones. México: FCE.

IFCA, I. D. (2011). El LHC. CSIC.

Landua, R. &. (2008). LHC: um passo mais na direcção do Big Bang.