¿Por qué se necesitan aceleradores de partículas cada vez más potentes?
Hola, gracias por preguntar esto!
La mejor manera de convencerlo es diciendo que un acelerador de partículas es solo un microscopio enorme.
Un microscopio que todos sabemos hace que las cosas más pequeñas sean más grandes. es decir, se magnifica. pero eso no es todo lo que hace. También se resuelve . En otras palabras, hace las cosas más grandes y más claras.
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Fuente de la imagen: sciencelearn.org.nz
Todo lo que hemos hecho aquí es hacer que el césped del panel izquierdo sea grande, pero no está claro, en otras palabras, la resolución no es buena.
La resolución es poder distinguir entidades separadas incluso cuando se va a una escala pequeña. Si vieras a un ser humano desde lejos, podrías ver su cabello como un grupo, pero si te acercas lo suficiente, podrías separar cada cabello.
Cuando mira las cosas a través del microscopio, ahora puede ver entidades individuales que aparecían agrupadas antes. ¿Qué te impide tener resolución infinita? ¿Por qué no puedes usar el mismo microscopio óptico para ir cada vez más pequeño? Bueno, eso está limitado por lo que llamamos la longitud de onda de la luz visible.
La longitud de onda sería lo que llamamos la distancia entre picos o valles sucesivos. El poder de resolución del microscopio óptico está vinculado a la longitud de onda de la luz visible. Solo puede resolver hasta distancias comparables a la de la longitud de onda, en este caso hasta unos pocos cientos de micrómetros. Ingeniosamente, piénsalo así. Puedes ver cosas a una distancia comparable a esas dos picos. Cualquier cosa dentro de eso puede verse claramente solo si esa distancia se acorta. es decir, la longitud de onda se vuelve más corta.
Ahora, ¿cómo acortas la longitud de onda para ver cosas más pequeñas? Bueno, afortunadamente tenemos una relación entre la longitud de onda y la energía, ya que están inversamente relacionadas. ¡Así que aumentar la longitud de onda significa disminuir la energía y disminuir la longitud de onda significa aumentar la energía! Así que ahora, ¡todo lo que necesita hacer es aumentar la energía del haz incidente y listo! Tienes una resolución más alta!
Al darse cuenta de esto, la gente construyó un microscopio electrónico en el que podría tener un haz de energía más alto, lo que significa una menor longitud de onda, lo que a su vez significa resolver distancias más pequeñas. El microscopio electrónico normalmente puede ver hasta algunas décimas de un nanómetro (10 ^ -10 m) y, por lo tanto, puede ver grupos de átomos o algo así a esa escala.
Ahora, ¿qué sucede cuando quieres estudiar la estructura interna de algo tan pequeño como un protón? (10 ^ -15 m) o incluso escalas de longitud menor? ¡Necesitas más y más energía! Usando tecnologías que existían a principios de la década de 1990, que es cuando se planificaron la mayoría de los colisionadores existentes, esto no fue posible en una configuración de escritorio. Solo podían alimentar tanta energía en tanto espacio y, por lo tanto, tenían que construir máquinas enormes para aumentar la energía tan alto.
Las cosas que buscamos por lo general duran solo un instante fugaz (10 ^ -20 segundos, más o menos unos pocos órdenes de magnitud) y obviamente no pueden ver esto a simple vista. Por lo tanto, tenemos detectores que desempeñan el papel de las piezas oculares en el microscopio, que en realidad “ven” los efectos posteriores de las colisiones y envían señales electrónicas, desde las cuales se reconstruye la física.
Otro punto de vista de por qué se necesitan aceleradores más potentes es porque pensamos que podríamos ver signos de una nueva física fundamental en las energías más altas y más altas.