LAS PARTÍCULAS FUNDAMENTALES Y EL MODELO ESTÁNDAR

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El estadounidense Ernest Lawrence recibió el Premio Nobel de Física en 1939 por un avance en el diseño de aceleradores llevado a cabo a principios de la década de 1930, cuando desarrolló el ciclotrón, el primer acelerador circular. Era una especie de acelerador lineal arrollado en una espiral. En vez de tener muchos tubos, la máquina sólo posee dos cámaras de vacío huecas, llamadas des, que constituyen los electrodos, cuya forma es la de dos letras D mayúsculas opuestas entre sí. Un campo magnético producido por un potente electroimán hace que las partículas cargadas se muevan en una trayectoria curva, de forma que se aceleran cada vez que atraviesan el hueco entre las des. A medida que las partículas acumulan energía, el radio de sus trayectorias se incrementa y se acercan al borde externo del acelerador, por donde acaban saliendo.

Sin embargo, surge otra dificultad. Cuando las partículas aceleradas en el ciclotrón alcanzan una velocidad próxima a la de la luz, su masa aumenta de modo apreciable, tal como predice la teoría de la relatividad. Es más difícil acelerarlas, ya que los pulsos de aceleración en los huecos entre las des quedan desfasados. En 1945, el físico soviético Veksler y el norteamericano McMillan solucionaron este problema diseñando el sincrociclotrón, o ciclotrón de frecuencia modulada. En dicho instrumento, el oscilador o generador de radiofrecuencias creador del campo magnético, que acelera las partículas alrededor de las des, se ajusta automáticamente para mantenerse en fase con las partículas aceleradas. Mientras la masa de las partículas aumenta, la frecuencia de aceleración disminuye para seguir su ritmo.

Por otro lado, según crece la energía máxima de un sincrociclotrón se incrementa su tamaño, porque las partículas exigen unas trayectorias de mayor radio. El mayor tiene 6 m de diámetro y se encuentra en el Instituto de Dubna, en Rusia. Es capaz de acelerar protones hasta más de 700 MeV y sus imanes pesan unas 7.000 toneladas. El ciclotrón más potente del mundo, el K1200, empezó a funcionar en 1988 en Michigan (Estados Unidos) y puede acelerar núcleos hasta una energía cercana a los 8 GeV.

Además, el aumento de masa para los electrones es mucho mayor y no sirve el método del sincrociclotrón, ya que no es posible adaptarlo a un aumento de masa tan grande. Por ejemplo, un electrón con energía de 1 MeV tiene una masa tres veces mayor que su masa en reposo. Para estos casos se utiliza otro tipo de acelerador cíclico, el betatrón, diseñado de modo que permite modificar no sólo la frecuencia de la corriente alterna que alimenta el electroimán sino el campo magnético existente en la cámara del acelerador.

En la carrera tecnológica siempre se busca mejorar las prestaciones de los medios experimentales. El siguiente avance fue el sincrotrón, el miembro más reciente y con mayor potencia de la familia de aceleradores. Consta de un tubo que forma un gran anillo, por el que se desplazan las partículas, rodeado de imanes que obligan a éstas a moverse por su centro. Las partículas entran en el tubo después de haber sido aceleradas a varios millones de electronvoltios y ya en el interior del anillo son aceleradas en uno o más puntos cada vez que describen un círculo completo alrededor del acelerador. Para mantener las partículas en una órbita constante, las intensidades de los imanes del anillo se aumentan a medida que las partículas ganan energía.

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