Clàudia Giner Ferrer
Premi Eduard Saavedra
Ciències, Enginyeries i Arquitectura
Estudi dels acceleradors de partícules
RESUM
El principal objectiu del treball és tractar d'explicar l'origen i el funcionament dels acceleradors i, un cop definits, estudiar i comparar aquests grans invents. Va ser aleshores que, per motius de proximitat i senzillesa, vaig decidir que el treball es regiria per un tipus d'accelerador en concret. Així, doncs, el meu treball de recerca tracta sobre l'estudi del sincrotró ALBA, de Cerdanyola del Vallès (Barcelona), i en la construcció d'una maqueta.
Per tal de dur a terme un bon treball de recerca, ha calgut seguir una pauta per tenir clar tot el necessari per desenvolupar-lo. L'ordre que he seguit ha estat la relació de conceptes, és a dir, des de l'inici del treball fins a l'última pàgina, les idees estan íntimament relacionades les unes amb les altres, per la qual cosa la lectura del treball és contínua i molt entenedora.
Així, doncs, començant pel principi de tot, segons la teoria del Big Bang, l'univers es va originar a partir d'una gran explosió on inicialment tota la matèria estava concentrada en un petit espai, un nucli inicial. Així, la física de partícules investiga, a partir dels acceleradors de partícules que recreen aquelles condicions que no es donen a la natura, el que va passar entre l'instant de temps zero i el que coneixem, anomenat època de Planck.
Durant la història també s'han descobert moltes partícules a partir de l'observació i experimentació de fenòmens naturals. Quan els científics van voler aprofundir més en el món de les partícules subatòmiques, es va fer necessària la construcció d'acceleradors, que van proporcionar el descobriment de noves partícules, així com la interacció entre elles, que va donar lloc a les forces fonamentals.
Els acceleradors de partícules són unes màquines que utilitzen els camps electromagnètics per accelerar partícules carregades a velocitats properes a les de la llum. D'aquesta manera funcionen com a microscopis que permeten observar en profunditat la matèria de forma molt precisa. La precisió dels acceleradors ve donada per l'energia que s'atorga a les partícules. Aquestes maquines duen a terme diferents experiments amb diferents tipus d'acceleradors en funció d'allò que volen estudiar i investigar.
Existeixen dos tipus d'acceleradors: els lineals, dels quals al treball analitzo el funcionament, i els circulars (ciclotró i sincrotró), en els quals em centro per continuar l'estudi.
Un sincrotró és un accelerador que no és realment circular, és a dir, alterna trams circulars amb altres de rectes fins a tancar-se, de manera que forma un anell tiroïdal.
Tots els sincrotrons tenen un seguit de components comuns: font de partícules, cavitats de radiofreqüència, imants superconductors, sistema de buit…
Actualment hi ha 14 instal·lacions d'acceleradors sincrotrons arreu del món. Però en aquest treball m'he centrat en l'LHC. Es tracta del Gran Col·lisionador d'Hadrons. Es troba a la frontera entre França i Suïssa, concretament a Ginebra, a 175 m sota terra.
I en l'ALBA, que és el centre científic més important, modern i avançat d'Espanya i l'únic sincrotró del país. Es troba a Cerdanyola del Vallès (Barcelona).
És un sincrotró accelerador d'electrons situat dins un búnquer de formigó. Té un anell de 268 m, on els feixos viatgen a velocitats properes a les de la llum, i poden arribar a fer un milió de voltes per segon.
Quan els electrons circulen a velocitats pròximes a les de la llum, amb energies tan altes i seguint trajectòries circulars, emeten energia en forma de llum, que rep el nom de llum sincrotró.
Quan els electrons emeten llum sincrotró, els camps magnètics mantenen la trajectòria circular dels feixos gràcies a la força de Lorentz, però no tenen el mateix efecte sobre la llum, que es desvia perpendicularment a la trajectòria dels electrons a les corbes. La llum emesa pels feixos d'electrons és polsada, i és desviada fins a les línies de llum experimentals, col·locades fora del búnquer de formigó.
A les línies de llum hi ha el conjunt d'elements òptics que permeten enfocar la llum a partir de miralls i monocromadors.
Un cop vaig haver cercat molta informació, i amb les idees bastant clares, vaig poder aprofundir encara més en el meu treball, ja que vaig tenir el privilegi de visitar l'ALBA, formant part d'un curs de professors que es realitza anualment.
En vaig poder entendre el funcionament i veure totes les instal·lacions del sincrotró, de la mà dels científics més qualificats que hi treballen. Així vaig poder ampliar encara molt més els meus coneixements.
D'aquesta manera, vaig veure adient poder fer una part experimental on es reflectissin tots els coneixements assolits durant el treball. És per això que vaig decidir que construiria una maqueta que simulés el funcionament d'un accelerador.
En acabar la visita, ens van ensenyar una maqueta Lego que tenen a l'ALBA i vaig tenir la sort de poder parlar amb la dissenyadora, que em va aconsellar i ajudar a enfocar la part pràctica. Em va donar la idea definitiva de treballar la relació entre la massa i la velocitat de les partícules accelerades quan són als acceleradors, per extrapolar-ho a la maqueta que havia de construir basada en l'ALBA. També em va advertir que aquesta opció seria bastant més complexa i que, a més a més, els resultats no serien gaire exactes, però, d'altra banda, seria un gran repte. La idea em va atraure des del començament.
El motiu principal de l'elecció ha estat poder unificar dues branques de la ciència com són la física i la tecnologia, que m'atrauen molt, i combinar així el coneixement físic, que aniria aprenent, amb la tecnologia a l'hora de construir i programar.
Com a últim punt del treball, la comparació de la meva maqueta amb els casos reals de l'ALBA i l'LHC m'ha demostrat com els fenòmens més complexos poden ser reproduïts a diferents escales i a la vegada observar les principals diferències entre els acceleradors.
Tot i haver complert tots els objectius proposats, hi ha aspectes del treball que podrien ser millorables, a causa del temps limitat de què disposem i de la falta de recursos, però en un futur podria reprendre i millorar el treball.
També em va cridar l'atenció el desconeixement sobre aquest aparell en la societat. Un últim objectiu interessant era poder acostar a companys i professors aquest fascinant món, del qual es poden aprendre moltes coses.
MATERIALS
