Ecuación dos gases ideais

Achegándonos ao LHC

Os protóns só poden seren acelerados ao través do baleiro, para evitar as colisións con moléculas de gases permitíndose así o máis alto número de colisións protón-protón. Daquela un alto baleiro debe ser acadado.

A densidade de gases residuais varía debido ás diferentes fontes de gases- principalmente desorción inducida por ións, electróns e fotóns – e depende das propiedades das superficies nos diferentes escenarios. Por exemplo, a desorción inducida por ións é o resultado da colisión de protóns con moléculas residuais, que xenera partículas cargadas cunha relación carga/masa que non lles permite levar a traxectoria axeitada polo que colisiona coas paredes do tubo provocando a liberación de gases (desorción).  Os electróns creados nas colisións protón-molécula e os fotóns emitidos pola radiación sincrotrón tamén induce desorción gasosa. Os principais gases liberados son H2, CH4, CO, CO2, H2O e gases nobres.

Para poñer de relevo a importancia do alto baleiro precisado imos estimar o número de  moléculas/m3 dentro do tubo (beam pipe).

O LHC non é un círculo perfecto, senón que consiste en oito arcos de 2.45 km e oito seccións rectas de 545 m de lonxitude.

Os arcos conteñén os imáns dipolares para curvar o feixe traballando en condicións de superconductividade, o que  fai que dentro do tubo a temperatura sexa da orde de 5 K. Aínda que a esta temperatura  todos os gases están licuados a presión atmosférica, nas condicións existentes (P=10–7 Pa) manteñen o estado gasoso e podemos utilizar a ecuación dos gases ideais:

P·V = n·R·T   (1)

Tomemos  V = 1 m3  ;  e con  P=10–7 Pa  ,,  T = 5 K  ,,   R = 8.31 J mol-1 K-1

Usando (1) temos en 1 m3 :    n = 2.4·10–9 moles

 

   (2.4·10–9) × (6·1023)   ,,    ρm  ~ 1.4·1015 moléculas/m3       

onde  ρm  é a densidade de gas.

Nas partes do "beam pipe" a temperatura ambiente, as condicións son:

P = 10–9 Pa  ,,  T = 293 K

Tomando outra vez  V = 1 m3

con   P·V = n·R·T :      4·10–13 moles

Polo tanto o termos de moléculas o resultado é:

(4·10–13) × (6·1023)

ρm  ~ 2.4 1011 moléculas/m3     (2)

 

Nos puntos de interacción, dentro dos detectores, as dimensións dos paquetes de protóns  sons 7.5 cm × 16 μm × 16 μm .

Isto implica un volume de:

V ~ 2 10-11 m3

Desde (2) temos que o número de moléculas nese volume é:

Nmoléculas ~ 5 moléculas

Este resultado asegura que a contribución de colisións protón-gas nos puntos de interacción é desprezable en comparación co número de colisións protón-protón.

AUTORES


Xabier Cid Vidal, Doutor en Física de Partículas (experimental) pola USC. Research Fellow in experimental Particle Physics no CERN, desde xaneiro de 2013 a decembro de 2015. Actualmente está no Depto de Física de Partículas da USC  ("Ramon y Cajal", Spanish Postdoctoral Senior Grants).

Ramon Cid Manzano, profesor de Física e Química no IES de SAR de Santiago de Compostela, e Profesor Asociado no Departamento de Didáctica das Ciencias Experimentais da USC. É licenciado en Física e en Química, e é Doutor pola Universidade de Santiago (USC).

CERN


CERN WEBSITE

CERN Directory

CERN Experimental Program

Theoretical physics (TH)

CERN Physics Department

CERN Scientific Committees

CERN Structure

CERN and the Environment

LHC


LHC

Detector CMS

Detector ATLAS

Detector ALICE

Detector LHCb

Detector TOTEM

Detector LHCf

Detector MoEDAL

 


NOTA IMPORTANTE

Toda a Bibliografía que foi consultada para esta Sección está indicada na Sección de Referencias

 


© Xabier Cid Vidal & Ramon Cid - rcid@lhc-closer.es  | SANTIAGO |

···