El Gran Colisionador de Hadrones en el laboratorio del CERN se ha abierto camino en la cultura popular: el comediante Jon Stewart bromea al respecto en The Daily Show, el personaje de Sheldon Cooper sueña con él en The Big Bang Theory y los villanos ficticios le roban antimateria ficticia en Angels & Demons.

A pesar de su aumento en popularidad, los aceleradores de partículas aún tienen secretos que compartir. Con aportaciones de científicos de laboratorios e instituciones de todo el mundo, Symmetry ha compilado una lista de 10 cosas que quizás no sepa sobre los aceleradores de partículas.

Hay más de 30.000 aceleradores en funcionamiento en todo el mundo.

Los aceleradores están por todas partes y realizan una variedad de trabajos. Pueden ser más conocidos por su papel en la investigación de la física de partículas, pero sus otros talentos incluyen: crear rayos destructores de tumores para combatir el cáncer; matar bacterias para prevenir enfermedades transmitidas por alimentos; desarrollar mejores materiales para producir pañales y envoltorios retráctiles más eficaces; y ayudar a los científicos a mejorar la inyección de combustible para fabricar vehículos más eficientes.

Uno de los modelos modernos más largos edificios en el mundo fue construido para un acelerador de partículas.

Los aceleradores lineales, o linacs para abreviar, están diseñados para lanzar un haz de partículas en línea recta. En general, cuanto más largo es el linac, más potente es el punzón de partículas. El acelerador lineal del SLAC National Accelerator Laboratory, cerca de San Francisco, es el más grande del planeta.

La galería de klystron de SLAC, un edificio que alberga componentes que accionan el acelerador, se encuentra encima del acelerador. Es uno de los edificios modernos más largos del mundo. En general, tiene un poco menos de 2 millas de largo, una característica que impulsa a los empleados del laboratorio a realizar una carrera pedestre anual alrededor de su perímetro.

Los aceleradores de partículas son lo más parecido que tenemos a las máquinas del tiempo, según Stephen Hawking.

En 2010, el físico Stephen Hawking escribió un artículo para el periódico británico Daily Mail que explica cómo podría ser posible viajar en el tiempo. Solo necesitaríamos un acelerador de partículas lo suficientemente grande para acelerar a los humanos de la misma manera en que aceleramos las partículas, dijo.

Un acelerador de personas con las capacidades del Gran Colisionador de Hadrones movería a sus pasajeros a una velocidad cercana a la de ligero. Debido a los efectos de la relatividad especial, un período de tiempo que a alguien fuera de la máquina le parecería durar varios años, a los pasajeros en aceleración les parecería que duraría sólo unos pocos días. Para cuando bajaran del vehículo del LHC, serían más jóvenes que el resto de nosotros.

Hawking en realidad no estaba proponiendo que intentáramos construir una máquina así. Pero estaba señalando una forma en que los viajes en el tiempo ya ocurren hoy. Por ejemplo, las partículas llamadas mesones pi normalmente tienen una vida corta; se desintegran después de meras millonésimas de segundo. Pero cuando se aceleran a casi la velocidad de la luz, su vida se expande dramáticamente. Parece que estas partículas viajan en el tiempo, o al menos experimentan el tiempo más lentamente en relación con otras partículas.

La temperatura más alta registrada por un dispositivo artificial se logró en un acelerador de partículas.

En 2012, el Colisionador de Iones Pesados Relativista del Laboratorio Nacional Brookhaven logró un Guinness Mundial Récord por producir la temperatura artificial más alta del mundo, un ardiente 7,2 billones de grados Fahrenheit. Pero el laboratorio con sede en Long Island hizo más que calentar las cosas. Creó una pequeña cantidad de plasma de quark-gluón, un estado de la materia que se cree que dominó los primeros momentos del universo. Este plasma es tan caliente que hace que las partículas elementales llamadas quarks, que generalmente existen en la naturaleza solo unidas a otros quarks, se separen unas de otras.

Desde entonces, los científicos del CERN también han creado plasma de quarks-gluones, a una temperatura aún más alta, en el Gran Colisionador de Hadrones.

El interior del Gran El Colisionador de Hadrones es más frío que el espacio exterior.

Para conducir la electricidad sin resistencia, los electroimanes del Gran Colisionador de Hadrones se enfrían a temperaturas criogénicas. El LHC es el sistema criogénico más grande del mundo y funciona a temperaturas heladas de menos 456,3 grados Fahrenheit. Es uno de los lugares más fríos de la Tierra, e incluso es unos pocos grados más frío que el espacio exterior, que tiende a descansar a unos 454,9 grados Fahrenheit.

La naturaleza produce aceleradores de partículas mucho más poderosos que cualquier cosa hecha en la Tierra.

Podemos construir algunos aceleradores de partículas bastante impresionantes en la Tierra, pero cuando se trata de alcanzar altas energías, no tenemos nada sobre los aceleradores de partículas que existen naturalmente en el espacio.

El rayo cósmico más energético jamás observado fue un protón acelerado a una energía de 300 millones de billones de electronvoltios. Ninguna fuente conocida dentro de nuestra galaxia es lo suficientemente poderosa como para haber causado tal aceleración. Incluso la onda de choque de la explosión de una estrella, que puede hacer que las partículas vuelen con mucha más fuerza que un acelerador artificial, no tiene suficiente empuje. Los científicos todavía están investigando la fuente de tales rayos cósmicos de energía ultra alta.

Partícula los aceleradores no solo aceleran las partículas; también las hacen más masivas.

Como predijo Einstein en su teoría de la relatividad, ninguna partícula que tenga masa puede viajar tan rápido como la velocidad de la luz, aproximadamente 300.000 kilómetros por segundo. No importa cuánta energía se agregue a un objeto con masa, su velocidad no puede alcanzar ese límite.

En los aceleradores modernos, las partículas se aceleran hasta casi la velocidad de la luz. Por ejemplo, el inyector principal en Fermi National Accelerator Laboratory acelera los protones a 0.99997 veces la velocidad de la luz. A medida que la velocidad de una partícula se acerca cada vez más a la velocidad de la luz, un acelerador da más y más impulso a la energía cinética de la partícula.

Dado que, como nos dijo Einstein, la energía de un objeto es igual a su masa multiplicada por la velocidad de la luz al cuadrado (E = mc2), la adición de energía es, en efecto, también aumentando la masa de las partículas. Dicho de otra manera: donde hay más «E», debe haber más «m». A medida que un objeto con masa se acerca, pero nunca alcanza, la velocidad de la luz, su masa efectiva se vuelve cada vez más grande.

El diámetro del primer acelerador circular era más corto de 5 pulgadas; el diámetro del Gran Colisionador de Hadrones es de más de 5 millas.

En 1930, inspirado en las ideas del ingeniero noruego Rolf Widerøe, el físico de 27 años Ernest Lawrence creó el primer acelerador de partículas circular en la Universidad de California, Berkeley, con el estudiante graduado M. Stanley Livingston. Aceleró los iones de hidrógeno hasta energías de 80.000 electronvoltios dentro de una cámara de menos de 5 pulgadas de diámetro.

En 1931, Lawrence y Livingston se pusieron a trabajar en un acelerador de 11 pulgadas. La máquina logró acelerar los protones a poco más de 1 millón de electronvoltios, un hecho que Livingston informó a Lawrence por telegrama con el comentario adicional, «¡Vaya!» Lawrence pasó a construir aceleradores aún más grandes y fundó los laboratorios Lawrence Berkeley y Lawrence Livermore.

Los aceleradores de partículas han recorrido un largo camino desde entonces, creando haces más brillantes de partículas con mayores energías de lo que se imaginaba anteriormente. El Gran Colisionador de Hadrones en el CERN tiene más de 5 millas de diámetro (17 millas de circunferencia). Después de las actualizaciones de este año, el LHC podrá acelerar protones a 6.5 billones de electronvoltios.

En la década de 1970, los científicos del Laboratorio Nacional del Acelerador Fermi emplearon un hurón llamado Felicia para limpiar las piezas del acelerador.

Desde 1971 hasta 1999, el Laboratorio de Mesones de Fermilab fue una parte clave de los experimentos de física de alta energía en el laboratorio. Para aprender más sobre las fuerzas que mantienen unido nuestro universo, los científicos estudiaron partículas subatómicas llamadas mesones y protones. Los operadores enviarían haces de partículas desde una aceleración rador al Meson Lab a través de una línea de haz subterránea de millas de largo.

Para asegurarse de que cientos de pies de tubería de vacío estuvieran libres de escombros antes de conectarlos y encender el haz de partículas, el laboratorio contó con la ayuda de uno Felicia la hurón.

Los hurones tienen afinidad por excavar y trepar por los agujeros, lo que los convierte en la especie perfecta para este trabajo. La tarea de Felicia era pasar un trapo mojado en solución limpiadora con una cuerda a través de largas secciones de tubería.

Aunque el trabajo de Felicia finalmente fue asumido por un robot especialmente diseñado, desempeñó un papel único y vital en la construcción. proceso y, a cambio, solo pidió una dieta constante de hígados de pollo, cabezas de pescado y carne de hamburguesa.

Los aceleradores de partículas aparecen en lugares poco probables.

Los científicos tienden a construir grandes aceleradores de partículas bajo tierra. Esto los protege de golpes y desestabilización, pero también puede hacerlos un poco más difíciles de encontrar.

Por ejemplo, es posible que los conductores que conducen por la carretera interestatal 280 en el norte de California no lo noten, pero el acelerador principal en SLAC National Accelerator Laboratory corre bajo tierra justo debajo de sus ruedas.

Los residentes de las aldeas de la campiña suizo-francesa viven encima del colisionador de partículas de mayor energía del mundo, el Gran Colisionador de Hadrones.

Y durante décadas, los equipos de la Universidad de Cornell han jugado fútbol, fútbol americano y lacrosse en Robison Alumni Fields a 40 pies sobre el anillo de almacenamiento de electrones de Cornell, o CESR. Los científicos utilizan el acelerador de partículas circular para estudiar haces de partículas compactas y producir luz de rayos X para experimentos en biología, ciencia de materiales y física.