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Acercándonos al LHC

Acelerador: máquina usada para acelerar partículas hasta altas velocidades (y por lo tanto a alta energía comparada con su energía en reposo).

Agujeros Negros (microscópicos): De acuerdo con algunos modelos teóricos, "agujeros negros microscópicos" podrían producirse en las colisiones en el LHC. En tal caso, el suceso sería fascinante pero en absoluto peligroso. Cuanto más pequeño es un Agujero Negro - Microscópico más rápidamente decae ("se evapora"). Rayos cósmicos con partículas mucho más energéticas que las aceleradas en el LHC colisionan continuamente en la atmósfera o contra la superficie de la Luna desde hace 4500 millones de años y puede que se estén produciendo esos micro-agujeros negros: No obstante, es obvio que non son ninguna amenaza para nosotros.

Angulo de mezcla: una partícula de un determinado saborse trasforma a veces en otra partícula semejante de sabor diferente. El parámetro que cuantifica la probabilidad de que esto ocurra es conocido como "ángulo de mezcla" (mixing angle).

Aniquilación: proceso por el cual una partícula se encuentra con su antipartícula, desapareciendo ambas. La energía correspondiente puede aparecer como otra pareja partícula-antipartícula, como varios mesones o quizá como bosones neutros (como fotones). Las partículas producidas pueden ser cualquera combinación permitida por la conservación de la energía el momento y de los diferentes tipos de carga.

Antimateria: Material hecho de antifermiones. Definimos los fermiones que forman nuestro universo como materia y sus antipartículas como antimateria. En la Teoría de Partículas no hay distinción la priori entre materia y antimateria. La asimetría del universo entre estas dos clases de partículas es un problema para el que no hay aún una explicación definitiva .

Antipartícula: Para cada tipo de fermión hay otro tipo de fermión que tiene exactamente la misma masa pero el valor opuesto de todas las otras cargas (los números cúanticos correspondientes). Por ejemplo, la antipartícula del electrón es una partícula de carga eléctrica positiva llamada positrón. Los bosons también tienen antipartículas a excepción de los que tengan valor cero para todas las cargas. Por ejemplo, un fotón o un bosón compuesto de un quark y el su antiquark correspondiente. En este caso no hay distinción entre la partícula y la antipartícula, son el mismo objeto.

Antiquark: la antipartícula de un quark.

Astrofísica: Física de los objetos astronómicos tales como estrellas y galaxias.

Barión: Una partícula que "siente" la interacción fuerte (hadrón) formada por tres quarks. El protón (uud) y el neutrón (udd) son ambos dos bariones. Pueden también contener pares adicionales de quark-antiquark.

Barn (b):  unidad usada para medir la sección eficaz (1 b = 10-28 m2). La inversa de esta unidad se utilíza para medir la luminosidad integrada.

Beam (haz): corriente de partículas producidas por un acelerador agrupadas generalmente en paquetes.

B-fábrica: Un acelerador diseñado para maximizar la producción de los mesones B. Este tipo de mesones están formados por un quarks tipo b o un antiquark b.

B-Meson: Un mesón que contiene un quark bottom (b), y un antiquark mái ligero. El quark b es el segundo quark más pesado y solo puede ser encontrado en aceleradores de partículas. Solo  el quark t es más pesado.

B Física: El estudio de partículas que contienen el quark bottom (b). Los B-mesóns son objetos ideales para estudiar las muy ténues diferencias entre materia y antimateria.

Big Bang (Teoría de la Gran Explosión): teoría de un universo que se expande y que comienza como un medio infinitamente denso y caliente.

Blanco Fijo (Fixed-Target): experimento en el que un haz de partículas en un acelerador impacta contra un blanco inmóvil (o casi inmóvil). El blanco puede ser un sólido o un recipiente con un líquido o un gas.

Bosón: partícula que tiene un momento angular intrínseco (spin) entero medido en unidades de h/2π (spin = 0, 1, 2...). Todas las partículas son o fermiones o bosones. Las partículas asociadas a todas las interacciones fundamentales (fuerzas) son bosones. Las partículas compuestas con números pares de fermiones (quarks) son también bosones.

Bottom-beauty (b): El quinto tipo (sabor) de quark (en orden de masa creciente), con carga eléctrica de -1/3.

Branching ratio/fraction: Cuando una partícula decae, habitualmente lo hace de diversas formas. La probabilidad de que decaiga en un particular modo se conoce como el "branching ratio" para ese modo.

Bunch: paquete de partículas iguales que circulan por el acelerador formando el haz de partículas.

Burbujas de vacío: Existen especulaciones sobre que el universo no se encuentra en su configuración más estable, y que las perturbaciones causadas por el LHC podrían llevarlo a un estado más estable, llamado burbuja de vacío, en el que no podríamos existir. Si el LHC pudiera hacer esto, también podrían hacerlo las colisiones de rayos cósmicos. Puesto que las burbujas de vacío no se han producido nunca en el universo visible, no se podrán producir en el LHC.

C-simetría: simetría de las leyes físicas bajo tranformación de la carga. El electromagnetismo, la gravedad y la interacción fuerte obedecen la C-simetría, pero las interaccións débiles violan la C-simetría.

Calorímetro: parte de un detector que mide la energía de las partículas creadas en una colisión. La mayoría de las partículas que entran en el calorímetro crean una cascada de nuevas partículas que ceden su energía al calorímetro donde es medida.

Cámara de ionización: recipiente lleno de gas y provisto de dos electrodos con potenciales diferentes. Las partículas ionizan el gas y estos iones se desplazan hacia el electrodo de signo contrario, creándose una corriente que puede amplificarse y medirse.

Cámara de muones: capas externas de un detector de partículas para seguir el paso de muones. A excepción de los neutrinos, solamente los muóns alcanzan estas capas desde el punto de colisión.

Cámara de proyección temporal: pueden medir las trazas que dejan los haces incidentes en las tres dimensiones, y cuentan con detectores complementarios para registrar otras partículas producidas en las colisiones de alta energía.

Canal de decaimiento (Decay channel): son las posibles transformacioóens que se producen cuando una partícula decae. Cuando decae no se rompe en pequeñas partes sino que es su energía la que se reparte entre las nuevas creadas (en forma de masa y energía de movimiento). Muchas partículas del Modelo Estándar pueden decaer en otras, existiendo solamente en un tiempo limitado antes de decaer.

Carga de color: número cuántico de una partícula que determina su participación en las interacciones fuertes. Quarks y gluones llevan cargas de color distintas de cero.

Carga eléctrica: número cuántico que determina la participación en interacciones electromagnéticas.

Carga: número cúantico de una partícula. Determina si la partícula puede participar en un proceso de interacción. Una partícula con carga eléctrica tiene interaccións eléctrica; una con dos tipos de cargas sentirá dos tipos de interacción, etc.

Cavidades de Radio Frecuencia: Son dispositivos que generan un campo eléctrico responsable de la aceleración de las partículas en un acelerador. Su nombre proviene del hecho de que le campo eléctrico generado oscila en la zona de las radiofrecuencias.

Charme (c): cuarto tipo (sabor) de quark (en orden de masa creciente), con carga eléctrica +2/3.

Cherenkov detector: la luz viaja más despacio en un material cualquiera de lo que lo hace en el vacío. Si una partícula va a más velocidad en un medio de lo que lo haría la luz se genera un cono de luz semejante a la onda de choque sónica en el aire cuando un objecto vai a más velocidad en el aire de lo que lo hace el sonido.  Los detectores que usan este tipo de luz para detectar partículas subatómicas se conocen como detectores Cherenkov.

CKM (Cabbibo-Kobayashi-Maskawa): Matriz de mezcla: establece los parámetros (ángulos) de mescla entre quarks para las transiciones por interacción débil.

CLIC (The Compact Lineal Collider): colisionador de electrón-positrón que está en estudio para la era post-LHC, para la física de colisión de multi-TeV.

Colisionador (Collider): acelerador en el que dos haces de partículas viajan en direcciones opuestas para proporcionar colisiones de gran energía.

Color: tipo de carga que tienen los quarks, por la cual interaccionan entre ellos a través de la fuerza fuerte.

Combinación Carga-Paridad: durante un tiempo se creyó que una violación de la C-simetría podía compensarse con una inversión de la paridad (inversión de las coordenadas espaciales), de forma que se conservarse una nueva simetría llamada CP. No obstante, está demostrado que en la interacción débil se produce violación de la simetría CP (particularmente en mesones K y B).

Confinamiento: propiedad de la interacción fuerte por la cual quarks y gluones no pueden ser encontrados separados sino sólo como parte de objetos con carga de color neutra.

Conservacióncuando una cantidad (carga eléctrica, energía, momento, etc) es conservada, es decir el valor de esa cantidad es el mismo después de un evento que la antes.

Conservación de la Carga: la carga eléctrica está conservada en cualquier proceso de tranformación de un grupo de partículas en otro.

Conservación de la Paridad: una transformación, por ejemplo, una colisión entre dos partículas A y B que produce las nuevas partículas C y D, posee simetría de paridad o muestra conservación de la paridad (P) cuando, al cambiar de signo las coordenadas espaciales de todas ellas, la probabilidad con la que tiene lugar el proceso no varía.

Contador de centelleo: en el las partículas cargadas, que se mueven a gran velocidad en los materiales centelleantes, producen destellos visibles a causa de la ionización, y pueden registrarse.

Contador proporcional multicable: inventado por Charpak permite la recogida de datos por métodos electrónicos, que permiten el registro de un número mayor de sucesos.

Crab cavities son un tipo de cavidad electromagnética usada en aceleradores de partículas para proporcionar una deflexión transversal a los paquetes (bunches) de partículas. Proporciona rotación a las partículas cargadas mediante campos magnéticos variables con el tiempo. Esta acción puede servir como medida de diagnóstico para conocer la longitud del bunch (a través de la medición de la dimensión longitudinal proyectada en el plano transversal), o como medio de incrementar la luminosidad en un punto de interacción del colisionador al orientar los bunches de forma que su solapamiento sea el mayor posible (crab crossing). También puede ser usado para minimizar los fectos beam-beam (haz-haz), lo que es muy importante en aceleradores circulares.

Criostato: Es el dispositivo de aislamiento térmico que contiene las partes a baja temperatura del acelerador.

Cromodinámica Cuántica(CDC): teoría cuántica de la interacción forte. Describe el intercambio de gluones entre quarks.

CP violación: no cumplimiento de la postulada simetría CP. Juega un importante papel en las teorías que tratan de explicar el dominio de la materia sobre la antimateria.

CPT simetría: simetría fundamental de las leyes físicas bajo un tranformación que implica simultáneamente la inversión de carga, paridad y tiempo. La simetría CPT implica que la imagen especular del nuestro universo – con todos los objetos teniendo sus momentos y posiciones reflejados en un imaginario plano (correspondiente a inversión de la paridad), con toda la materia reemplazada por antimateria (correspondiente al inverso de carga)– evolucionaría exactamente como nuestro universo. La simetría CPT es reconocida como una propiedad fundamental de las leyes físicas.

Creación de materia: es el contrario del proceso de aniquilación. Es la conversión de partículas sin masa en otras partículas con masa.

Cuadrupolo: Imán con cuatro polos, usado para focalizar el haz de partículas de la misma manera que las lentes lo hacen con la luz. Hai 393 cuadrupolos principales en el LHC.

Cuanto: la cantidad discreta más pequeña de cualquier cantidad.

Decaimiento: proceso en el que una partícula desaparece y en su lugar aparecen otras partículas. La suma de las masas de las partículas producidas es siempre menor que la masa de la partícula original.

Detector de Cherenkov: se basa en una radiación especial emitida por las partículas cargadas al atravesar medios no conductores a una velocidad superior a la de la luz en dichos medios

Detectores de trazas: permiten observar las señales (o trazas) que deja a su paso una partícula en la sustancia que contiene el detector. Son de este grupo las emulsiones nucleares, semejantes a las fotográficas, la cámara de niebla y la cámara de burbujas (en desuso hace mucho tiempo).

Detector Hermético: Detector de partículas sensible a partículas emitidas a todos los ángulos desde el punto de interacción.

Dimensiones cuánticas: hipotéticas dimensiones adicionales del espacio-tiempo en las que una partículas se puede mover o una dimensión cuántica que convierte a partículas intermediarias de la fuerza en partículas ordinarias y viceversa. Estas parejas de partículas "intercambiables" son llamadas supercompañeras.

Dimensiones ocultas: hipotéticas dimensiones adicionales del espacio-tiempo en las que una partícula se puede mover o una dimensión cuántica que convierte a partículas intermediarias de la fuerza en partículas ordinarias y viceversa.

Dipolo: Un imán con dos polos, como los polos norte y sur dr un imán escolar. Los dipolos son usados en los aceleradores de partículas para mantener las partículas cargadas en trayectos circulares. En el LHC hay 1232 dipolos, de 15 m de largo cada uno.

Down Quark (d): según tipo (sabor) de quark (en orden de masa creciente), con carga eléctrica -1/3.

Duoplasmatron: La fuente de todos los protones en el CERN. Ioniza hidrógeno gas de donde los protones son extraidos mediante un campo eléctrico.

Electrodinámica cuántica (QED): teoría cuántica de la interacción electromágnetica.

Electron volt (eV): Unidad de energía igual a la energía cinética adquirida por un electrón después de ser acelerado por una diferencia de potencial de 1 voltio. Puede también ser usada como unidad de masa aplicando la relación de Einstein E=mc2.

Energía del centro-de-masas: Es la energía disponible para producir nuevas partículas. En blancos fijos, la energía de centro-de-masas solo aumenta con la raiz cuadrada de la partícula que colisiona. En un colisionador, esta energía aumenta proporcionalmente a la energía de las partículas que colisionan entre si.

Energía Oscura: hipotética forma de energía responsable de la aceleración de la expansión del universo. Contrarresta la tendencia natural de la gravedad a ralentizar esa expansión. En algunas versiones es referida como "constante cosmológica".  No debe ser confundida con la "materia oscura".

Escintilación: Flash de luz emitida por un electrón en un átomo excitado cuando retorma a su estado fundamental.

Espectrómetro: En física de partículas, un sistema de detección que contiene un campo magnético para medir los momentos linealrs de las partículas.

Femtobarn (fb):  10-15 barn. Unidad usada para medir la sección eficaz. El inverso de esta unidade se utiliza para medida la luminosidad integrada.

Fermión: cualquier partícula que tenga momento angular intrínseco (spin) impar (1/2, 3/2...), medido en unidades de h/2π. Como consecuencia de este momento angular peculiar, los fermións obedecen una regla llamada el principio de exclusión de Pauli, que implica que ninguno de los fermións pueden existir en el mismo estado al mismo tiempo. Muchas de las características de la materia ordinaria se presentan debido a esta regla. Los electrones, protones, y neutrones son todos fermiones, al igual que todas las partículas fundamentales de la materia, los quarks y los leptóns.

Feynman (Diagramas): cada una de las tres interacciones básicas se puede describir usando un símbolo llamado un vértice de Feynman. Para los físicos de partículas, cada vértice de Feynman representa una visualización para ser tratada matematicamente. Pero podemos utilizar los vértices de una manera no matemática para ilustrar cómo los quarks y los leptones interaccionan.

Física de Altas Energías: Dado que la Física de partículas precisa del uso de altas energías para lograr interacciones a muy corta distancia, esta Física se conocec también como Física de Altas Energías.

Fotón: partícula portadora de la interaccións electromágnetica.

Gamma rayos: fotones de alta energía. La forma más energética que puede presentar la luz.

Gauge bosones: Partículas que "portan" la fuerza en el Modelo Estándar de Partículas. Electromagnetismo (fotones), fuerza débil (Z-bosones), y fuerza fuerte  (gluones).

Gaugino: Término genérico para describir los hipotéticos compañeros correspondientes  a los bosonese intermediarios (gauge bosones) según las Teorías de Supersimetría.

Generación: sistema formado por quarks y leptones, agrupados según la masa. La primera generación contiene los quarks up y down, el electrón y el neutrino electrónico; la segunda, quarks strange y charme, y los leptones muón y neutrino muónico; y la tercera formada por los quarks bottom y top, y los leptones tau y neutrino taónico.

GeV (Giga-electron Volts): 109 electron-volts.

Gluino: Hipotética partícula correspondiente al gluón según las Teorías de Supersimetría.

Gluón (g): partícula portadora de la interacción fuerte.

Gravedad cuántica: en las distancias muy pequeñas, los principios de la mecánica cuántica son necesarios para describir los fenómenos correctamente. Desarrollar una teoría cuántica de la gravedad se ha mostrado extremadamene difícil. Las teorías de cuerdas son las primeias en ser consideradas como capaces de proporcionar tal teoría. 

Gravitón: partícula portadora de la interacción gravitatoria; no han sido observada aún directamente.

GRID (Reja o parrilla): servicio para compartir memoria, datos y computación al través de Internet. Va más allá de la comunicación simple entre ordenadores, intentando en última instancia ser una red global de computación.

Hadrón: partícula que "siente" la interacción fuerte, estando compuesta de quarks. Incluye a los mesones y a los bariones. Estas últimas partículas participan en interacciones fuertes residuales, como las que mantienen a los protones y neutrones unidos formando los núcleos de los átomos.

Heavy flavour physics: Es el estudio de las propiedades de los quarks de gran masa y sus productos de decaimiento, con énfasis en la física de los quarks b y c.

Higgs (bosón): cuanto elemental del campo de Higgs. Partícula elemental escalar (spin=0) predicha por el Modelo Estándar, necesaria para comprender la masa del resto de las partículas.

Higgs (campo): campo presente en todo el universo. Cuando las partículas atraviesan este campo interaccionan con él más o menos, dificultándose en mayor o menor medida  su movimiento. Por tanto, esa interacción confiere inercia a las partícula, es decir masa. 

ILC (International Linear Collider): es un colisonador electrón-positrón en estudio que complementará al LHC. Mientras que el LHC señalará el camino, el ILC -una máquina de enorme precisión- proporcionará las piezas que falten en los resultados del LHC.

Inyector: Se refiere al sistema que suministra las partículas a un acelerador. El complejo inyector del LHC consiste en varios aceleradores actuando sucesivamente.

Interacción Electrodébil: en el Modelo Estándar, las interacciones electromágnetica y débil están relacionadas (unificadas); los físicos utilizan el término electrofeble para abarcar las dos.

Interacción electromagnética: interacción debida la carga eléctrica; incluyendo las interacciones magnéticas.

Interacción débil: la interacción responsable de todos los procesos en los cuales el sabor cambia. Por tanto es responsable de la inestabilidad de quarks y leptóns pesados, y de las partículas que los contienen. Interacciones débiles que no cambian sabor (o carga) también han sido observadas.

Interacción fuerte: interacción responsable de unir quarks, antiquarks y gluones para componer los hadrones. Las interaccións fuertes residuales proporcionan la fuerza nuclear.

Interacción Fundamental: en el Modelo Estándar, las interaccións fundamentales son las interaccións electromágneticas, débiles, fuertes y gravitacionales. Hay por lo menos otra interacción fundamental que es responsable de las masas de las partículas (el campo de Higgs). Cinco tipos de interacción es todo lo que se precisa para explicar todos los fenómenos físicos observados.

Interacción gravitacional: interacción responsable de la atracción gravitatoria. El gravitón sería la partícula portadora de la interacción pero no ha sido aún observado directamente.

Interacción Residual: interacción entre objetos que no llevan carga sino que contienen los componentes que sí tienen esa carga. La interacción eléctrica residual entre moléculas es la llamada Fuerza de Van der Waals. La interacción fuerte residual entre los protones y los neutrones, debido a las cargas de color de sus quarks, es la responsable de la cohesión nuclear.

Interacción: proceso por el cual una partícula decae o responde a una fuerza debido a la presencia de otra partícula (como en una colisión).

Jet (chorro): cono estrecho de hadronrs y de otras partículas producida a partir de un quark o de un gluón.

 


Más ...

AUTORES


Xabier Cid Vidal, Doctor en Física de Partículas (experimental) por la Universidad de Santiago (USC). Research Fellow in experimental Particle Physics en el CERN, desde enero de 2013 a diciembre de 2015. Actualmente está en el Depto de Física de Partículas de la USC  ("Ramon y Cajal", Spanish Postdoctoral Senior Grants).

Ramon Cid Manzano, profesor de Fïsica y Química en el IES de SAR (Santiago - España), y Profesor Asociado en el Departamento de Didáctica de Ciencias Experimentales de la Facultad de Educación de la Universidad de Santiago (España). Es licenciado en Física y en Química, y Doctor por la Universidad de Santiago (USC).

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Toda la Bibliografía que ha sido consultada para esta Sección está indicada en la Sección de Referencias


© Xabier Cid Vidal & Ramon Cid - rcid@lhc-closer.es  | SANTIAGO (ESPAÑA) | Plantilla basada en el diseño de la web del CERN

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