CERN: Estudi de la física de partícules a Europa
2001/02/01 Mendiburu, Joana - Elhuyar Zientziaren Komunikazioa Iturria: Elhuyar aldizkaria
L'Organització Europea de Recerca Nuclear (CERN) ha decidit tancar l'accelerador de partícules LEP (Large Electron-Positron collider) situat entre França i Suïssa. Al principi havien de tancar-se al setembre de 2000, però amb l'esperança de trobar les misterioses partícules d'Higgs, van decidir posposar el tancament al 2 de novembre. La detecció de partícules d'Higgs suposaria un gran pas per a comprendre l'origen de la massa de partícules. Malgrat les conclusions bastant esperançadores, s'ha preferit no prolongar l'activitat de les OPEs fins a l'any 2001, ja que tindria gran influència en la construcció de l'accelerador LHC i en la resta de projectes del CERN.
El director del CERN, Luciano Maiani, ha afirmat que no ha estat una decisió fàcil, ja que l'OPE tenia una importància cabdal en la recerca científica europea i el reconeixement total de les persones que treballen en la física de partícules. De fet, l'OPE va ser el primer accelerador europeu molt més avançat que als Estats Units. No obstant això, assenyalen que aquesta difícil decisió era necessària, malgrat els nombrosos resultats obtinguts en l'activitat continuada d'onze anys, ja que l'OPE no garantia la precisió suficient. Per exemple, per a conèixer l'energia que contenen les partícules és necessari conèixer amb precisió la seva trajectòria. El problema és que a causa de l'acció de la lluna i el sol, el sòl es deforma lentament, per la qual cosa malgrat generar una deformació d'un mil·límetre en una longitud de 27 quilòmetres, és un efecte a considerar en els estudis del CERN. No obstant això, els europeus que treballen en la física de partícules no tenen motius per a preocupar-se, ja que en el mateix lloc l'accelerador LHC omplirà el buit deixat pels LEP. L'accelerador LHC permetrà treballar en alta energia d'un teraelectronvolt.
Què és un accelerador de partícules?
Els acceleradors s'utilitzen per a la recerca de les partícules elementals que formen la matèria i, segons els experts, són els principals i més precisos instruments científics elaborats per l'home. Existeixen dos tipus d'acceleradors: els lineals (anomenats linac) i els circulars (ciclotrons), però tots dos són necessaris el camp elèctric i el magnètic. El camp elèctric aporta energia a les partícules, accelerant-les, mentre que el camp magnètic manté la focalització exacta del feix de partícules. En els linacs, les partícules filtren camps elèctrics continus que incrementen la seva energia, mentre que en els ciclotrons, donant voltes i passant pel mateix camp elèctric, aconsegueixen emmagatzemar energia. A mesura que la velocitat de les partícules s'accelera, la tendència a la desviació també augmenta i, a aquest nivell, el principal avantatge de l'OPE era: Gràcies a una circumferència de 27 quilòmetres, la corba més petita podria veure's afectada.
Les últimes peces clau dels acceleradors són detectors per a observar les partícules i els seus xocs. Quan les partícules aconsegueixen una velocitat relativament alta, es trenquen contra les fines o mitjançant el xoc. Els detectors permeten identificar les partícules i determinar la seva trajectòria. L'OPE comptava amb quatre detectors: Aleph, L-3, Delphi i Opal.
Descobriments de l'accelerador LEP
Sens dubte, l'accelerador de partícules LEP és un dels símbols més importants de la recerca científica europea. Des de la seva posada en marxa fa onze anys fins a l'últim mes, ha estat testimoni de continus descobriments. Els experts en física de partícules han realitzat només lloances, any rere any, en un accelerador en el qual cada vegada s'han realitzat més mesurades de precisió.
Com a resultat d'aquestes mesures, els físics estan treballant en la unió de quatre interaccions, elèctrica, magnètica i nuclear violenta i feble. Ja en la teoria denominada model estàndard en la física de partícules s'han unit interaccions electromagnètiques i nuclears febles, i ara falta afegir interaccions nuclears fortes (subnucleares). No obstant això, gràcies a mesures de gran precisió, aquesta última teoria i el model estàndard, en la història de la física, s'ha aconseguit ser el marc conceptual més complet i desenvolupat.
Entre les mesures concretes es poden citar la intensitat de les interaccions violentes, la massa i les propietats més precises de les partícules Z i W. Les partícules Z i W són responsables d'interaccions febles i, sobretot, estan en la base de desintegracions radioactives. També es poden citar mesures concretes de les propietats de leptoi, quark xarma i partícules baixes.
Però, sens dubte, les mesures més importants que s'han dut a terme en les OPEs han estat les interaccions electromagnètiques en alta energia (90.000 i 210.000 milions d'electrònics). Aquests mesuraments van permetre deduir la massa de quarks, l'existència i la massa de quark superiors.
A partir d'ara, la principal tasca dels físics de partícules és identificar l'origen de la massa de partícules. En el model estàndard, les partícules obtenen la seva massa mitjançant el mecanisme denominat Higgs. Segons aquesta teoria, totes les partícules i els vectors de força interactuen amb la partícula denominada bosó d'higgs. La intensitat d'aquesta interacció generaria el que nosaltres diem massa: a major intensitat, major massa. En els últims mesos de l'OPE s'ha centrat en identificar la partícula d'Higgs. Els resultats han estat satisfactoris, però no ha estat possible concloure aquesta labor.
Des del punt de vista polític, la principal preocupació dels físics europeus és si, després d'estar tan prop d'aquest important descobriment, la resposta a aquesta pregunta la trobaran els físics americans en el termini de cinc anys abans de la posada en marxa de l'accelerador LHC.
Estudis valuosos
Encara que inicialment els acceleradors es van desenvolupar per a la física, en l'actualitat s'utilitzen per a finalitats pràctiques en altres camps científics, en la indústria i en la medicina, com són els processos de polimerització, tractament de residus i esterilització d'aliments. La medicina també té múltiples aplicacions, ja que els ciclotrons produeixen isòtops localitzables en el cos humà. D'altra banda, també s'utilitzen acceleradors de protons per a eliminar els tumors profunds, ja que els protons descansen la major part de l'energia al final del recorregut, sense danyar les capes superficials ni els òrgans vulnerables.
Una de les aplicacions més reeixides dels acceleradors de partícules en l'actualitat és la capacitat de produir energia neta i il·limitada amb total seguretat. La idea de l'ex director del CERN, Carlo Rubbia, ha estat unir l'accelerador de partícules amb el reactor nuclear. Per a la producció de neutrons obligatoris per a la fissió nuclear s'utilitzarà un accelerador de partícules. Aquest nou sistema, a diferència del reactor de fissió convencional, necessita energia per a funcionar, però la seva generació és molt major que la que consumeix. Per això el seu autor li diu amplificador d'energia. A més, aquest sistema no generaria residus nuclears perillosos. En 1995 es va pensar també en l'ús de l'amplificador d'energia per a la incineració de nucleres de residus de llarga durada. La idea és afegir al tori residus perillosos com el plutoni perquè participin en reaccions de trencament i així desintegrar-se en elements no perillosos. En 1996 van desenvolupar la idea del CERN i a més de demostrar que els residus poden desintegrar-se, van descobrir que els subproductes són isòtops amb aplicacions mèdiques.
Què compon la matèria?
El món que ens envolta és un món de matèries molt variades, i és realment sorprenent veure que totes elles estan formades per unes poques partícules elementals. Les partícules elementals, quarks i leptois es poden unir en dues famílies.
QUARKgora behaxarma arrotzgoi LEPTOIelectrón neutrí-electró neutrí-muoitau neutrí-tauEs distingeixen quatre tipus de matèries, la matèria comuna, la matèria còsmica, la matèria d'alta energia i l'antimatería.
Matèria comuna
Tota la matèria que coneixem fins ara en l'univers està feta d'un centenar d'àtoms. Els àtoms estan formats pel nucli i els electrons que giren al seu voltant. El nucli està compost de nuclis -protons i neutrons. Els electrons no semblen tenir estructura interna. Per contra, els nucleons són partícules compostes formades per tres quarkes. Només dos quark, a dalt i a baix, són necessaris per a formar protons i neutrons. Per a completar la taula de partícules elementals cal afegir una altra partícula, l'electró de neutrí. És una partícula neutra i molt lleugera, imprescindible en reaccions en les quals els protons es converteixen en neutrons, fins i tot en les inverses. Aquestes reaccions són necessàries perquè la matèria arribi a la seva forma estable.
Matèria còsmica
Els nuclis atòmics d'alta energia (fonamentalment protons) procedents de l'espai són el resultat del feix de partícules que es produeix en xocar les radiacions amb els àtoms de l'alta atmosfera.
La matèria còsmica no és només d'electrons, neutrons i protons, sinó també d'una altra mena de partícules. Per a comprendre les radiacions còsmiques es necessita un muón, un muón neutrí i un quark estrany. En les radiacions còsmiques pròximes al sol hi ha muones 210 vegades més pesats que els electrons. Després de 2,2 microsegons, els muones es converteixen en electrons. El seu excés de massa es distribueix en forma d'energia cinètica entre els electrons, els electrons neutrins i els muones neutrins.
Matèria alta energia
Les radiacions còsmiques són, en part, laboratoris naturals de gran energia, però és molt difícil investigar en ells. Per això, en laboratoris com el CERN s'han detectat noves partícules que fins fa poc no es podien trobar, com el llautó. Tau és una partícula carregada com l'electró, però és molt més pesada que l'electró i el muón i té una vida molt curta. El llautó pot convertir-se en un electró i un muón, però en cada desintegració genera la seva homòloga partícula neutrí-tau. Altres partícules formades per col·lisions de gran energia estan formades per quarkes, però no són les formes quarks que fins ara coneixíem. Estan composts d'encant, alt i sota pes.
Antimatería
Totes les partícules elementals tenen la seva pròpia antipartícula. Les antipartas són com la imatge del mirall, és a dir, s'assemblen molt a la partícula, però tenen propietats oposades com la càrrega elèctrica. L'electró, per exemple, té una càrrega elèctrica negativa i la seva antipartícules, anomenats positrons, té una càrrega positiva. L'antipartícula es forma amb la partícula. Quan una partícula s'uneix a la seva antipartículocorrespondiente, mitjançant un procés denominat eliminació, es converteixen en energia.
Gai honi buruzko eduki gehiago
Elhuyarrek garatutako teknologia
