Imatges de la primera col.lisió al LHC

Aquí es pot veure les imatges publicades a la web del cern de la primera col.lisió al detector CMS ( Compact Muon Solenoid ) del LHC. El punt groc d'on surten totes les trajectòries es el punt d'impacte dels protons, i les barres de colors blaus i vermells corresponen als calorímetres que mesuren l'energia. Ara s'ha d'esperar als anàlisis del equip de físics i veure quins resultats s'obtenen.

Antimatèria

Dedicat a en quark



Aquest dies tothom esta pendent del Cern degut al experiment del LHC i el Higgs. Però no nomes del Higgs viu el Cern !!!
També estan creant i estudiant la antimatèria. I, que es la antimatèria? Doncs ni mes ni menys que la matèria feta d'antipartícules.
Si. Es una resposta molt curta, aixi que intentarem ampliar-la una mica.
Tot va començar amb en Paul Dirac ( l'home de la foto ) el 1928.



Dirac era un físic teòric genial, que fent càlculs intentant unificar la relativitat i la quàntica matemàticament va trobar el que ara anomenem "equació de Dirac". Una equació, el resultat de la cual descrivia un electró, però, amb dues solucions diferents. Una negativa, que descrivia l'electro que coneixem, i un altre totalment simètrica però positiva ( oooohhhhh !!! ).
Aixi dirac va concloure que si les equacions no mentien ( que no solen fer-ho ), en algun lloc tenia que existir una partícula idèntica al electró però amb carrega positiva, i... uns cinc anys desprès d'aquesta predicció es van observar per primera vegada els positrons ( electrons de carrega positiva ).
Doncs be, si existien els positrons, també la resta de partícules que formen la matèria havien de tenir una partícula simètricament igual però de diferent carrega. I aixi es.
I ara ve quan la gent es pregunta: doncs si hi ha antimatèria, on es?
Tornem al Big Bang. Tal i com ho coneixem avui en dia, ara fa uns 14 bilions d'anys, tot va començar en un estat de temperatura i densitat infinits. Tot era energia concentrada en un punt fins que, "bang" !!! I l'univers es va començar a expandir i refredar-se. I per una certa quantitat d'energia es va transformar en matèria, mentre que un altre quantitat es va transformar en anti-materia.
Aquí cal dir que quan una partícula de matèria topa amb la seva antipartícula, ambdues es destrueixen formant energia. Llavor, si durant el big bang es va crear tant matèria com antimatèria, si hagués estat del tot simètric, les partícules de matèria i antimatèria s'haguessin estat destruint unes a altres creant energia fins arribar a un punt d'equilibri tèrmic on res existiria.
Però evidentment no va ser aixi, per que, existim !!!
Aixi doncs, que? Una asimetria en les lleis de la natura. Per cada mil milions d'antiparticules, es van formar mil milions mes una partícules de matèria. Aquests milers de milions de partícules es van aniquilar entre elles, però la resta de partícules de matèria que no tenien parella, van sobreviure creant els primer àtoms, planetes, galàxies i l'univers tal i com el coneixem ara.
Aixo es sap que es aixi gracies a les probes de fons de radiació de microones. Aquest fons son els fotons que ens arriben a la terra des-de l'altre extrem de l'univers, i que es van generar dins la "sopa" de partícules i antipartícules. Per cada partícula que s'observa de matèria a la galàxia, es poden comptar mil milions de fons de radiació de microones.
Però be, la pregunta era, on es ara l'antimatèria? Doncs la resposta es, enlloc.
La unica antimatèria que existeix es la que es crea artificialment en laboratoris con el Cern.
Però es una cosa tremendament complicada.
En les col.lisions del accelerador, es crea tant matèria com antimatèria, però aquesta ultima, en topar amb qualsevol partícula de matèria, es destrueix. Llavors el que es fa, es, mitjançant camps electromagnètics, s'ailla l'antimatèria, i es refreda fins pràcticament frenar-la. I ajuntant antielectrons i antiprotons han arribat a crear antihidrogen, i actualment, tot i que quasi tots els recursos estan posats en trobar el Higgs, una part del Cern esta experimentant amb l'antihidrogen.
Com afecta la gravetat a l'antimatèria? existeix l'antigravetat? Podrà l'antimatèria alguna dia ser una font d'energia neta i viable?
Aixo nomes el temps ho dirà, però actualment, la tecnologia de l'antimatèria ja s'aplica als hospitals amb la Tomografia d'emissio de positrons, per detectar el càncer. I el que fan es injectar al pacient un material radioactiu que al desintegrar-se dins el cos, emet un positró. Aquest, al estar dins el cos, troba matèria i s'aniquila creant un foto, que es detectat pel receptor creant una imatge de l'interior del cos.
Curiós, no?

I que redimonis es el bosó de Higgs?

Avui algú m'ha preguntat perquè l'experiment del LHC es tan important. Jo li he respost: doncs per trobar el bosó de higgs. I ell s'ha quedat mirant amb cara de no entendre res.
Aixi doncs, crec que val la pena explicar de forma breu, que es el bosó de higgs.

Doncs és, ni mes ni menys, la peça fonamental que falta per a encaixar el model estàndard de la física de partícules. M'explico: Des de fa desenes d'anys els físics han anat trobant i caracteritzant totes les partícules fonamentals que existeixen (quarks, electrons, gluones, muones, etc...), i formulant les lleis que regeixen les seves propietats i comportament. Tot això constitueïx un model estàndard que els encaixa molt bé, si no fos per un lleuger detall: segons les seves equacions aquestes partícules no tenen massa! Com? Si; el model estàndard tal com es troba en aquests moments no pot explicar ni la gravitació ni per qué algunes partícules posseïxen massa (com l'electró o un quark) i unes altres no (com el fotó).
Bé, sí pot explicar-lo, sempre que existeixi una partícula hipotètica anomenada... bosó de Higgs, que seria la responsable de donar massa a la resta de partícules. Així encaixaria tot (o gairebé). El bosó de Higgs no ha estat detectat experimentalment encara, però el model estàndard el prediu, i tot apunta que quan el LHC sigui capaç de rastrejar la regió d'energies en la qual se suposa es troba el bosó de Higgs, el trobarà.



I si no el troba? Doncs potser ens haurem de replantejar el model estàndard de física de parícules.

LHC

Avui, dia 30 de març de 2010, el LHC ha aconseguit estabilitzar, enfocar i fer col·lisionar dos feixos de protons a 3,5 TeV cada un, aconseguint per primera vegada a la historia de la humanitat col·lisions a 7 TeV dins un laboratori i recrear els instants posteriors al Big Bang.

A la tarda d'avui, LHC ha estat funcionant amb dos feixos estables i generant col·lisions durant mes de una hora, durant la cual, els diferents detectors repartits pel LHC han registrat milers d'esdeveniments.

Si tot va be, l'accelerador treballarà amb aquesta energia durant els pròxims dos anys. Desprès pararà durant uns mesos per preparar-se per la següent ronda doblant l'energia, es a dir, a 14 TeV. Pensem que 1 ev equival a l'energia cinètica d'un electró al ser accelerat per una diferencia de potencial en el buit de 1 volt. Per tant, .

Aquest ha estat un moment molt esperat, les dades que ja s'estan recollint podrien cambiar la concepció de la física i la percepció que tenim del univers.

Perquè no ens podem tele-transportar?

A tots ens agradaria poder disposar d'un sistema de tele-transport. Seria una manera molt rapida de desplaçar-nos entre grans distancies en un temps record. Però el tele-transport topa amb la realitat de les lleis físiques, que, ara com ara, neguen la seva existència.
El primer que caldria per tele-transportar-nos, seria descompondre el esser humà en els àtoms que el componen, cosa que requereix una grandiosa quantitat d'energia, similar a la de una bomba atòmica, amb totes les desastroses conseqüències que aixo suposaria.
Per obtenir tal quantitat d'energia, el cos humà s'hauria d'escalfar fins a temperatures molt elevades.
A més a més, els àtoms s'haurien de moure junts i molt lentament. Seria tremendament complicat fer-ho individualment i altes velocitats.
Una solució a aquest problema seria registrar la posició de cada àtom i la seva activitat. Desprès, transportar la informació a un altre grup d'atoms en el lloc on ens volguéssim tele-transportar per fer una nova copia. No seria ben be un tele-transport, sinó una duplicat de la persona. Clar que sempre es podria eliminar a un....
Seria un possibilitat interessant, però topem amb una llei fonamental de la mecànica quàntica: El principi d'incertesa de Heisenberg, on s'afirma que, a nivell atòmic, es impossible registrar on es i que esta fent cada àtom d'un cos al mateix temps.
Aixi doncs, almenys de moment, el tele-transport haurà d'esperar.

Moviment amb acceleració constant

El moviment d'una partícula que te acceleració constant es molt corrent a la natura. Per exemple, prop de la superfície de la terra tots els objectes cauen verticalment amb acceleració de la gravetat constant ( sempre que es pugi despreciar la resistència de l'aire ). Si una partícula te una acceleració constant a, la seva acceleració mitja en qualsevol interval de temps es també a. Es a dir:

Si la velocitat es en el temps t=0 i v al cap de cert temps t, la acceleració corresponent es:

Si reajustem algebraicament aquesta equació obtenim v en funció de t:

Per una acceleració constant, la velocitat varia linealment amb el temps i la velocitat mitja es el valor mig de les velocitats inicial i final. ( Aquesta relació es valida nomes si la acceleració es constant.) Si es la velocitat inicial y v la velocitat final, la velocitat mitja serà:

El desplaçament serà:

Podem eliminar v substituint de la equació

Per tant el desplaçament es:

El terme representa el desplaçament que tindria lloc si a fos 0 i el terme es el desplaçament addicional degut a la acceleració constant.
Eliminant t de i s'obté una expressió entre , a, v i .
De la equació , i substituint en obtenim:

es a dir:

Aquesta ultima equació es molt útil, per exemple, si es tracte de determinar la velocitat d'una pilota que s'ha deixat caure des-de certa altura x quan no ens interessa saber el temps de caiguda.

Acceleració i Acceleració instantània.

L'acceleració es la tasa de canvi de la velocitat instantània. Quan, per exemple, un conductor prem el pedal del accelerador del seu cotxe, espera cambiar la velocitat. L'acceleració mitja en un interval particular de temps , es defineix com el cocient entre on . Es a dir:

L'acceleració te les dimensions de una longitud dividida pel temps al quadrat. La unitat del Sistema internacional es . Podem escriure la equació com . Per exemple, si decidim que una partícula te una acceleració de , vol dir que, si parteix del repòs, desprès de 1 s es mourà a una velocitat de , desprès de 2 s, ho farà amb una velocitat de i aixi successivament.
L'acceleració instantània es el limit del quocient quan tendeix a 0. Si representem la velocitat en funció del temps, l'acceleració instantània en el temps t es defineix com la pendent de la línia tangent a la corba d'aquell temps:

L'acceleració es, per tant, la derivada de la velocitat vectorial respecte el temps . Com la velocitat es també la derivada de la posició x respecte a t, l'acceleració es la segona derivada de x respecte t, .
Aixo es pot veure escrivint l'acceleració com i substituint v per .

Si l'acceleració es 0, no hi ha canvi de velocitat amb el temps, es a dir, la velocitat es constant. En aquest cas, la corba de x en funció de t es una línia recta. Si l'acceleració no es nul.la, però es constant, la velocitat varia linealment amb el temps i la corba de x en funció de t es quadràtica amb el temps.