FOTO

Simulación del fenómeno de nube de carga eléctrica que se produce en el tubo acelerador por residuos de electrones.

Foto: Cortesia Grupo de fisica de aceleradores de particulas

 

 

La extraña ruta de las partículas elementales

Aunque los aceleradores de partículas son artefactos con una altísima precisión y eficiencia, la orientación correcta de las caprichosas partículas que orbitan en su interior no está exenta de errores. El Grupo de Física de Aceleradores de la Universidad Nacional, Sede Bogotá, ha probado con éxito métodos de localización de las incorrecciones en algunos de los aceleradores más importantes del mundo.

Yino Castellanos Camacho,
Unimedios

Son esquivas y caprichosas, al punto de que una de las mentes más brillantes del siglo XX, el físico Werner Heisenberg, postuló su célebre principio de incertidumbre para referirse a la imposibilidad de conocer simultáneamente su momento lineal (masa por velocidad) y su posición en un instante determinado.

Sin embargo, las partículas pueden ser muy útiles si se las encausa debidamente. Así, de su colisión a velocidades cercanas a las de la luz se extraen conocimientos claves de la estructura ínfima de la materia y, además, es posible simular lo que sucedió durante los primeros instantes de vida del universo, hace trece billones de años.

Los aceleradores son maravillas de la ingeniería que, en general, se definen como dispositivos de forma tubular a través de los que viajan las partículas a altísimas velocidades. Esto permite “elevar su energía. Las lleva de estados de reposo hasta los 100 gigaelectrones voltios alcanzados en el RHIC, el colisionador relativista de iones pesados”, señala el profesor Javier Cardona, director del Grupo de física de aceleradores de partículas de la Universidad Nacional.

Una de las utilidades de alcanzar tales energías es el de cambiar la trayectoria de las partículas, para aprovechar esa energía producida. Según Cardona, “para este propósito se utilizan campos magnéticos estáticos. De la buena calibración de los imanes que producen estos campos magnéticos dependerá la calidad del haz de partículas que produce el acelerador”. Esto lo señala Cardona en el artículo “Estudios de los errores magnéticos en las regiones de interacción en RHIC a partir de orbitas experimentales”, redactado para el volumen 38 de la Revista Colombiana de Física.

la correcta disposición de los imanes en el acelerador juega un papel fundamental en su adecuado funcionamiento, ya que de eso depende la orientación de la partícula (gracias a los imanes dipolos) y su estabilidad (debida a los imanes cuadripolos).

En resumen, como anota el físico Diego Roa, coautor del artículo, “los aceleradores utilizan campos magnéticos para desviar y enfocar las partículas. El cambio de trayectoria de ellas se efectúa aceleramediante campos magnéticos dipolares provocados por electroimanes dispuestos a lo largo del acelerador. Para hacerlas regresar a su orbita ideal se utilizan los llamados cuadrupolos, que son electroimanes que producen campos magnéticos que varían linealmente de acuerdo a la posición donde se encuentre el haz de partículas”.

Con estos principios funcionan aceleradores como el RHIC, del Brookhaven National Laboratory. El profesor Cardona probó allí con éxito las metodologías para la localización de los errores que pueden ocurrir en el acelerador.

Incorrecciones “particulares”

 

El RHIC (Relativistic heavy ion collider o colisionador relativista de iones pesados) ha servido desde su entrada en funcionamiento en el 2000 a centenares de científicos en todo el mundo. En él pueden realizarse hasta 78.000 colisiones en un errosegundo. De hecho, se han llevado a cabo experimentos que han permitido simular la Gran explosión que dio origen al universo.

Sin embargo, en esta portentosa máquina se pueden presentar errores. Esto se debe principalmente a la disposición de los imanes encargados de orientar y estabilizar la partícula, ya que, según comenta Cardona, el imán se diseña para cierta intensidad magnética, pero cuando se mete en el acelerador los campos magnéticos pueden variar respecto a lo diseñado.

De igual forma, la posición en la que se pone el imán puede variar milímetros respecto del diseño original y esta variación es suficiente para alterar la orbita ideal de las partículas. Todo ello, sin contar la dificultad que supone la alineación de los imanes.

Dadas estas dificultades, aun en el RHIC se presentan errores que pueden ser detectados si se estudia la frecuencia de oscilación de la partícula en su trayectoria circular. Esto es, según explica el físico Jhon Espinosa, integrante del grupo, que una vez las partículas están orbitando se espera que su trayectoria sea perfecta, pero cuando oscilan se puede analizar su trayectoria con monitores de posición del haz, lo que permite identificar en qué lugar del acelerador están los imanes alejados del valor de campo magnético correcto o, también, si están desalineados.

Basado en este método de análisis de la oscilación de la trayectoria de las partículas, el profesor Cardona logró identificar los cuadrupolos que estaban rotados en las regiones de interacción (donde colisionan las partículas) del RHIC. Es de notar que, por su elevado costo, abrir el acelerador para arreglar el error es prácticamente imposible. Por esto, se requiere trabajar con imanes correctores que permitan ajustar el valor magnético de los cuadrupolos para, de esta manera, corregir la orbita. Este trabajo también lo realizó exitosamente el profesor Cardona. Otro de los métodos que han trabajado Cardona y los físicos de su grupo ha sido probado en el SPS, el supersincrotón de protones, ubicado en el CERN, Consejo Europeo para la Investigación Nuclear, con sede en Suiza. El método consiste en tomar las órbitas logradas en el SPS y detectar los errores que artificialmente han sido introducidos por los ingenieros del supersincrotón. No sólo se logró identificar los errores, sino que además fue posible analizar los errores no lineales, que son mucho más difíciles de hallar.

En esta medida, la investigación en la física de aceleradores de partículas genera logros para la ciencia que se adelanta en la Universidad Nacional. Logros que además repercuten en otros ámbitos disciplinares, como el médico, en el que el trabajo del físico Ángel Ávila, también integrante del Grupo, se ha orientado hacia el estudio de la producción de protones originados en los aceleradores, para realizar, mediante la técnica de emisión de positrones, imágenes diagnósticas de los pacientes. Una técnica que se desarrolla en Colombia y que ya ha salvado vidas en el mundo.

 

Visitar

Visitar

Videoespecial

 

Publicación de la Unidad de Medios de Comunicación -Unimedios- de la Universidad Nacional de Colombia.

PBX.: (1) 316 5000 ext. 18108 - 18106 Fax: (1) 316 5232 • Correo electrónico: un_periodico@unal.edu.co
Universidad Nacional de Colombia
Carrera 45 N° 26-85 - Edificio Uriel Gutiérrez
Bogotá D.C. - Colombia
Gobierno en LíneaAgencia de Noticias UN
PBX: 3165000
webmaster@unal.edu.co

Aviso Legal - Copyright