La Antiparticula

Tabla de las principales propiedades

de las partículas portadoras de las interacciones fundamentales

Trazas de partículas elementales

LHC en el túnel del LEP

Imán para el LHC

Contador Geiger

Uno de los primeros éxitos de la teoría relativista del campo cuántico fue la predicción de las antipartículas: nuevos cuantos que eran la imagen especular de las partículas ordinarias. Las antipartículas tienen la misma masa y el mismo spin que sus compañeras las partículas ordinarias, pero cargas inversas. La antipartícula del electrón es el positrón, y tiene, por tanto, carga eléctrica opuesta a la del electrón. Si electrones y positrones se colocan juntos, se aniquilan, liberando la energía inmensa de su masa según la equivalencia masa-energía einstiana.

Una partícula y su antipartícula no pueden coexistir si están suficientemente cerca como para interactuar. Si ello ocurre, ellas se destruyen mutuamente: hay aniquilación de las partículas. El resultado es radiación electromagnética de alta energía, formada por fotones gama. Así, si un electrón está cercano a un positrón se aniquilan en rayos gama. Igual con un par protón-antiprotón muy próximos. La reacción inversa también se presenta. Se llama «materialización o creación de partículas» de un par partícula-antipartícula a partir de fotones, pero se requieren condiciones físicas rigurosas. Es necesario que se creen pares partícula-antipartícula y que los fotones tengan una energía mayor que las masas en reposo de la partículas creadas. Por esta razón, se requieren fotones de muy alta energía, de acuerdo a la relación de Einstein E=mc2 . Para dar nacimiento a electrones/positrones es necesario un campo de rad

Estas trazas fueron producidas por partículas elementales en una cámara de burbujas del CERN, cerca de Ginebra. Examinando dichas trazas, se pueden determinar ciertas propiedades de las partículas que atravesaron la cámara. Por ejemplo, la carga de una partícula puede determinarse a partir del tipo de trayectoria seguida. La cámara de burbujas se coloca en un campo magnético, con lo que la trayectoria de las partículas positivas se curva en un sentido, la de las negativas en sentido opuesto y la de las neutras no se curva.

Así será el acelerador de partículas LHC (Large Hadron Collider) cuando finalice su construcción en el interior del túnel del LEP. En la imagen se muestran el tubo de aceleración propiamente dicho y, junto a él, los cables para la alimentación y los canales del sistema de enfriamiento criogénico. Los haces discurrirán en sentidos opuestos en dos tubos distintos (visibles en rojo en el interior del acelerador), para entrecruzarse en las zonas donde se colocarán los aparatos de detección.

En la imagen se muestra un prototipo de un modelo de imán para el acelerador de partículas LHC. Se ven los dos canales magnéticos de aceleración, dentro de los cuales discurren, en sentidos opuestos, los dos haces de protones: las partículas serán aceleradas hasta energías de 7 TeV y chocarán finalmente en los puntos donde estarán situados los detectores. Para conseguir energías tan elevadas, los imanes tendrán que proporcionar un campo muy intenso, lo que será posible gracias a la utilización de material superconductor (visible alrededor del canal de aceleración).

Un contador Geiger es un dispositivo empleado para detectar la presencia y la intensidad de una radiación. Está formado por un tubo lleno de gas a baja presión, que actúa como cámara de ionización. Un circuito eléctrico mantiene un campo eléctrico intenso entre las paredes del tubo y un alambre fino situado en el centro del mismo. Cuando las partículas cargadas, a elevada velocidad, procedentes de una fuente radiactiva colisionan con los átomos del gas del tubo, los ionizan y generan electrones libres, que fluyen por el alambre central y crean un pulso eléctrico que se amplifica y cuenta electrónicamente. Además, los pulsos producen un sonido semejante a un chasquido.