Antonio Ferrer Soria - La aventura de la física de partículas

ACELERADORES

Los primeros experimentos con partículas elementales utilizaban fuentes radiactivas. Posteriormente se utilizó la radiación cósmica, pero a partir de los años sesenta casi todos los grandes descubrimientos en este campo se han logrado gracias a los aceleradores de partículas. Los aceleradores permiten impulsar partículas cargadas, principalmente electrones y protones, hasta energías que han ido aumentando considerablemente.

Los primeros aceleradores que se construyeron, como el de la fotografía de abajo, eran de tipo electrostático (Cockroft-Walton, Van der Graaff). Estos aceleradores están limitados a energías de unos 10 MeV y hoy día ya solo se utilizan en física nuclear o en medicina. A partir de los años cincuenta se desarrollaron rápidamente los aceleradores de corriente alterna como el acelerador lineal, el ciclotrón o el sincrotrón. De los 10 MeV del ciclotrón de 1940 se llega a más de 10 GeV en los sincrotrones de los años sesenta.

Con objeto de alcanzar la mayor energía posible en centro de masas, se pasa hacia 1970 del concepto de acelerador de blanco fijo al concepto de colisionador. Un ejemplo de colisionador es el anillo de colisiones LEP del CERN, aquí arriba, que ha estado en funcionamiento entre 1989 y 2000, donde se aceleraban electrones y positrones hasta unos 100 GeV. En el colisionador LHC del CERN, que inició su funcionamiento en 2010, se aceleraban protones hasta energías de 3,5 TeV, y han alcanzado 6,5 TeV en 2015.

DETECTORES

Las técnicas de detección de partículas elementales han evolucionado también considerablemente a lo largo del siglo XX. Inicialmente se detectaban, por ejemplo, con un microscopio gracias a la fluorescencia que producían al impactar contra ciertos materiales.

Posteriormente se desarrollaron técnicas fotográficas (cámara de niebla, cámara de burbujas, etc.) que permitían detectar las trazas de las partículas cargadas gracias a la ionización que producen en ciertos gases. La fotografía de arriba muestra una cámara de niebla. Este detector, inventado por Wilson en 1912, ha jugado un papel muy importante en experimentos efectuados en la primera mitad del siglo XX.

A partir de los años setenta aparecen los grandes «detectores electrónicos» (cámaras de hilos, calorímetros, etc.), mucho más rápidos que los anteriores. La gran ventaja de estos detectores es que producen señales analógicas que se pueden digitalizar. Esto permite la acumulación de grandes cantidades de sucesos y su análisis posterior mediante el uso de potentes ordenadores. La fotografía muestra la parte central de uno de los cuatro detectores de LEP llamado DELPHI, en el que participó el grupo de investigadores científicos y técnicos del IFIC (Centro Mixto de la Universitat de València y del CSIC), así como el grupo de la Universidad de Santander, y posteriormente el grupo de la UCM.

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