Pregunta

Amb el nom d’accelerador de partícules s’engloba una sèrie de dispositius la funció dels quals és accelerar qualsevol tipus de partícula subatòmica amb càrrega elèctrica, és a dir, bàsicament electrons, protons i diversos tipus d’ions. Depenent de quina sigui la seva funció última, aquests dispositius poden tenir diversos graus de complexitat i engloben des dels tubs de raigs catòdics dels antics (o no tan antics) televisors fins a les grans instal·lacions de recerca bàsica com és el famós CERN de Ginebra.

La funció fonamental dels acceleradors de partícules és aconseguir dotar de velocitat a una partícula carregada elèctricament que inicialment es trobava en repòs, i per tant el que fan és accelerar-la. Per tal d’aconseguir-ho es necessita introduir la partícula en repòs a l’interior d’un camp elèctric de manera que les partícules pateixin l’acció de la força elèctrica i les acceleri. D’aquesta manera, segons el valor del camp elèctric (o equivalentment de la diferència de potencial) es poden aconseguir acceleracions més o menys elevades. En concret, l’acceleració és directament proporcional al valor del camp elèctric, sent la constant de proporcionalitat el quocient entre la càrrega i la massa de la partícula que es vol accelerar.

En el cas simplificat d’un tub raigs catòdics, l’accelerador consisteix en diversos elements que es distribueixen en un tub on es farà el buit. El primer element és un material especial tal que els seus àtoms s’ionitzen  en ser escalfats, és a dir, alliberen electrons (efecte termoiònic). A continuació tenim un dispositiu que ens genera un camp elèctric, com podria ser un condensador amb les seves plaques perpendiculars a la direcció en la que volem accelerar els electrons. D’aquesta manera el camp elèctric exerceix una força sobre els electrons i aquests s’acceleren fins a una certa velocitat. Un cop ja tenim les partícules movent-se a la velocitat que volem només necessitem desviar-les perquè impactin en llocs concrets, i això s’aconsegueix gràcies a l’acció combinada de camps magnètics i camps elèctrics que van variant amb el temps de manera que permeten que els electrons impactin en tots i cadascun dels punts de la nostra pantalla.

En el cas de l’accelerador de partícules del CERN, el principi bàsic és exactament el mateix, però ara l’objectiu no es fer impactar electrons contra una pantalla sinó fer xocar les partícules (no necessàriament electrons) entre elles. Del xoc de les partícules es generen altres partícules subatòmiques i radiació electromagnètica, que en ser estudiades permet obtenir informació sobre quins són els constituents bàsics de la matèria (és a dir, entendre de que estem formats) i com són les interaccions entre aquests constituents (és a dir, com funcionen les forces electromagnètica o la gravitatòria, entre altres). Perquè en el xoc de dues partícules es puguin generar partícules més bàsiques es necessita que aquestes xoquin a velocitat molt altes, properes a la velocitat de la llum i per això, un simple camp elèctric no és suficient. Per aconseguir això es parteix d’un camp elèctric, anàleg al del tub de raigs catòdics, però molt més intens de manera que s’aconsegueix donar una primera acceleració a les partícules. Aquesta part és la que es coneix com accelerador lineal. Tot seguit, a les partícules accelerades se les fa girar gràcies a l’acció de camps magnètics que combinats amb uns altres camps elèctrics permeten que les partícules assoleixin les velocitats desitjades. El problema és que per aconseguir que es moguin tant ràpidament, les partícules han de seguir trajectòries circulars de radis molt grans i és per això que l’accelerador del CERN té una longitud de desenes de quilòmetres.

L’ATLAS, l’ALICE, i el CMS són dispositius que s’usen per a detectar diferents tipus i famílies de partícules en les col·lisions de l’LHC (el gran col·lisionador d’hadrons del CERN).