La historia de partículas fisicas es una historia de buscar piezas de materia cada vez más pequeñas. A medida que los científicos profundizaban en la composición del átomo, necesitaban encontrar una manera de separarlo para ver sus componentes básicos. Estas se llaman las "partículas elementales". Se requería una gran cantidad de energía para separarlos. También significaba que los científicos tenían que idear nuevas tecnologías para hacer este trabajo.
Para eso, idearon el ciclotrón, un tipo de acelerador de partículas que utiliza un campo magnético constante para mantener las partículas cargadas a medida que se mueven cada vez más rápido en un patrón circular en espiral. Finalmente, alcanzan un objetivo, lo que da como resultado partículas secundarias para que los físicos las estudien. Los ciclotrones se han utilizado en experimentos de física de alta energía durante décadas, y también son útiles en tratamientos médicos para el cáncer y otras afecciones.
La historia del ciclotrón
El primer ciclotrón fue construido en la Universidad de California, Berkeley, en 1932, por Ernest Lawrence en colaboración con su alumno M. Stanley Livingston. Colocaron grandes electroimanes en un círculo y luego idearon una forma de disparar las partículas a través del ciclotrón para acelerarlas. Este trabajo le valió a Lawrence el Premio Nobel de Física de 1939. Antes de esto, el acelerador de partículas principal en uso era un acelerador de partículas lineal,
Iinac para abreviar. El primer linac fue construido en 1928 en la Universidad de Aachen en Alemania. Los linacs todavía se usan hoy en día, particularmente en medicina y como parte de aceleradores más grandes y complejos.Desde el trabajo de Lawrence en el ciclotrón, estas unidades de prueba se han construido en todo el mundo. La Universidad de California en Berkeley construyó varios de ellos para su Laboratorio de Radiación, y la primera instalación europea se creó en Leningrado, en Rusia, en el Radium Institute. Otro fue construido durante los primeros años de la Segunda Guerra Mundial en Heidelberg.
El ciclotrón fue una gran mejora sobre el linac. A diferencia del diseño linac, que requería una serie de imanes y campos magnéticos para acelerar las partículas cargadas en línea recta, el beneficio de la circular el diseño era que la corriente de partículas cargadas seguiría pasando a través del mismo campo magnético creado por los imanes una y otra vez, ganando un poco de energía cada vez que lo hacía entonces. A medida que las partículas ganaban energía, formaban bucles cada vez más grandes alrededor del interior del ciclotrón, continuando ganando más energía con cada bucle. Finalmente, el circuito sería tan grande que el haz de electrones de alta energía pasaría a través de la ventana, momento en el que entrarían en la cámara de bombardeo para su estudio. En esencia, chocaron con una placa, y eso dispersó partículas alrededor de la cámara.
El ciclotrón fue el primero de los aceleradores de partículas cíclicos y proporcionó una forma mucho más eficiente de acelerar las partículas para su posterior estudio.
Ciclotrones en la Edad Moderna
Hoy en día, los ciclotrones todavía se utilizan para ciertas áreas de investigación médica, y varían en tamaño desde diseños de sobremesa hasta tamaños de construcción y más grandes. Otro tipo es el sincrotrón acelerador, diseñado en la década de 1950, y es más potente. Los ciclotrones más grandes son los Ciclotrón TRIUMF 500 MeV, que todavía está en funcionamiento en la Universidad de Columbia Británica en Vancouver, Columbia Británica, Canadá, y el ciclotrón de anillo superconductor en el laboratorio Riken en Japón. Tiene 19 metros de ancho. Los científicos los usan para estudiar las propiedades de las partículas, de algo llamado materia condensada (donde las partículas se adhieren entre sí.
Los diseños de aceleradores de partículas más modernos, como los que se encuentran en el Gran Colisionador de Hadrones, pueden superar con creces este nivel de energía. Estos llamados "destructores de átomos" se han construido para acelerar las partículas muy cerca de la velocidad de la luz, a medida que los físicos buscan piezas de materia cada vez más pequeñas. La búsqueda del bosón de Higgs es parte del trabajo del LHC en Suiza. Existen otros aceleradores en el Brookhaven National Laboratory en Nueva York, en Fermilab en Illinois, el KEKB en Japón y otros. Estas son versiones muy caras y complejas del ciclotrón, todas dedicadas a comprender las partículas que componen la materia en el universo.