Hola pupil@s,
Hoy un poquito de explicaciones de profe, pero como premio también un enlace para comprender un poco más el LHC. Se trata de una animación de 6 minutos donde acompañamos a los protones que inician su recorrido partiendo de una bombona de gas hidrógeno: sale el gas H
2, se transforma en protones y recorre un montón de aceleradores, como un mono colgándose de distintas lianas, para conseguir viajar casi a la velocidad de la luz y entonces entrar en el LHC.
Cuando llegan al LHC los protones tienen 450 GeV. Ahora comienza la última etapa del viaje de los protones, en este tubo de 27 km los protones son acelerados aún más, y si todo va bien, en el futuro, -al menos el LHC está diseñado para ello-, los protones alcanzarán los 7 TeV. Un valor nunca antes conseguido y con el que se recrea nada menos que el Big Bang, la gran explosión que dio origen al universo.
Muy interesante pero estas palabrejas, gigaelectronvoltios y teraelectronvoltios, ¿qué son?
La primera respuesta es fácil: son unidades. Son unidades múltiplos de los electronvoltios (eV). Sabemos que el prefijo giga significa 10
9 y el prefijo tera significa 10
12. Por tanto un pendrive de 8 gigas tiene 8x10
9 bytes y un protón con 7 TeV tendrá 7 x10
12 eV.
Ahora la pregunta es ¿qué es un electronvoltio?
También tiene una respuesta fácil: el eV es una unidad de energía. Sabemos que la unidad de energía del Sistema Internacional es el julio(J). La equivalencia entre ambas unidades es que 1 eV = 1,6x10
-19 J . Esto a nuestra escala, como vamos a ver a continuación, es una cantidad de energía muy pequeña, porque 1 julio ya es una cantidad muy pequeña.
Bueno, vamos avanzando, ya sabemos que con estas palabras estamos hablando de cantidades de energía. (En realidad, más adelante veremos que con estas unidades también se mide la masa, ¡qué cosa más rara!, pero no nos adelantemos). Pero lo que queremos saber es si estos GeV y TeV son mucha energía o no. Nos imaginamos que sí, al fin y al cabo un tubo tan grande y tanta aceleración y tanto record y tanta física de altas energías (este es otro nombre que tiene la física de las partículas elementales) y tanto titular de periódico, será porque son cantidades de energía enormes.
Pues la respuesta a eso es que sí, que es un valor enorme, pero también que no, que más energía tiene la patada que le doy al balón de fútbol en un tiro de mediocampo. Supongo que ya estaréis pensando en que esto no tiene sentido ¿cómo puede ser algo mucho y poco al mismo tiempo?
Tenemos que tener en cuenta que las cantidades son relativas, es decir, dependen de quien las valore: lo que para mí es poca energía, para un protón, que es de una masa completamente insignificante comparada con la nuestra , es un valor enorme. ¿Cómo de enorme para el protón?
Entonces tenemos que hacer comparaciones para entender. Primero, ¿qué representan para nosotros, que vivimos en un mundo macroscópico, 7 TeV? Hagamos unos cálculos para pasarlo a julios:
7 TeV = 7 x10
12 eV = 7 x10
12 x1,6 x 10
-19 J = 1,12 x 10
-6 J
Por tanto, cada paquete de protones que viaje por el LHC, con la máxima energía, va a tener 1,12 x 10
-6 J, es decir, dividimos 1 julio en un millón de partes y cogemos una parte, esa es aproximadamente la "dosis" de energía que lleva el paquete de protones. ¿Qué representa un julio en el mundo macroscópico? Pues ná de ná. Para que te hagas una idea voy a poner el ejemplo del aporte de energía de los alimentos: como ya sabes los alimentos te dan energía, energía química que guardan en sus enlaces y que tu cuerpo aprovecha. Pues por ejemplo, cuando te comes 100 gramos de kiwi, lo que viene a ser un kiwi de tamaño mediano, ingieres alrededor de 49 Kcal, (kilocalorías). Si esta cantidad la pasamos a julios obtenemos
49 Kcal = 49 x 10
3 cal = 49 x 10
3 x 4, 18 J= 204,8 J.
Esta cantidad la comparamos con la del paquete de protones superenergéticos dividiendo una entre otra y obtenemos:
204,8 J : 1,12 x 10
-6 J = 1,83 x 10
9 veces.
El aporte de energía que nos da 1 kiwi mediano es ¡¡ más de ciento ochenta mil millones de veces mayor que la energía del paquete de protones superenergéticos!!
Con esa energía, un coche de juguete de Playmobil que pese unos 20 gramos adquiriría una velocidad que obtenemos de despejar de la energía cinética E
c = 1/2 mv
2:
v = √2E/m = √2x1,12x10-6/0,020 J =0,01 m/s= 1 cm/s
vamos! que sirve para un juguete que va despacito, a 1 cm cada segundo, en plan caracol.
Pero claro, los protones con esa energía hacen maravillas. Se ponen nada menos que a o,99 c es decir a 99/100 de la velocidad de la luz!! (c es la letra para referirse a la velocidad de la luz en el vacío, c = 2,99x 10
8 m/s).
Bueno, lo prometido es deuda, pincha aquí para ver la animación de 6 minutos. A ver si después de todo este lío de unidades lo sabes disfrutar más.
¡¡Feliz puente!!
