Por : Nina Padme Eufracio Rojas – Departamento de Químico en Fármacos. Centro de Enseñanza Técnica Industrial Plantel Colomos.C. Nueva Escocia 1885, 44630 Guadalajara, Jal. / Correo: a21100464@ceti.mx / Instagram: @ninapadme

 

Un acelerador de partículas no es sólo una estructura impresionante por su tamaño y complejidad técnica, sino también un laboratorio científico de inmenso valor. Fundamentalmente, un acelerador de partículas utiliza campos electromagnéticos (fuerzas creadas por cargas eléctricas en movimiento) para propulsar partículas subatómicas (partes más pequeñas que un átomo) como protones y electrones a velocidades que se aproximan a la de la luz.

Estas partículas, encapsuladas en haces controlados (grupos de partículas en movimiento coordinado), viajan a través de un tubo de vacío (un tubo donde se ha extraído el aire para evitar colisiones no deseadas), evitando la interferencia de aire y otras partículas ambientales. Al final de su trayectoria, estas partículas chocan con un blanco establecido, y las interacciones resultantes entre las partículas aceleradas y los átomos en el blanco proporcionan información invaluable.

Las colisiones permiten a los científicos estudiar fenómenos que replican condiciones extremas similares a las del origen del universo, revelando así aspectos del comportamiento de la materia y la energía que de otra manera serían inaccesibles.

Billar molecular

La dinámica de un acelerador de partículas puede compararse con una partida de billar a una escala infinitesimal, donde las bolas se mueven a una fracción significativa de la velocidad de la luz. En esta analogía, al golpear una bola (partícula cargada) contra otra, se transfiere energía cinética (energía que posee un objeto debido a su movimiento).

En el contexto de un acelerador, cuando las partículas cargadas colisionan con los átomos del blanco, transfieren energía a los electrones de esos átomos, elevándolos a niveles de energía más altos. El regreso de estos electrones a sus niveles de energía originales no sólo libera energía en forma de fotones (partículas elementales de luz), sino que también cataliza (acelera o provoca) reacciones químicas que son críticas para comprender la estructura molecular y las propiedades de los materiales. Este fenómeno es paralelo a la emisión de luz en las auroras boreales, donde la excitación y desexcitación de los electrones atmosféricos juega un papel central.

Más allá de guiar las partículas a lo largo de trayectorias predeterminadas, los campos magnéticos en los aceleradores de partículas influyen en las moléculas que poseen momentos magnéticos (tendencia de un objeto a alinearse con un campo magnético).

Mecanismos moleculares en la aceleración de partículas.

Este efecto puede alterar el curso de las reacciones químicas al orientar las moléculas de  maneras  específicas  bajo  diferentes condiciones magnéticas. Este principio es similar al utilizado en técnicas de diagnóstico como la resonancia magnética nuclear, que explora las estructuras internas del cuerpo mediante la manipulación de campos magnéticos.

Cada colisión en un acelerador se puede considerar como una microscópica reacción química de alta energía, donde los átomos en el blanco pueden incluso transformarse en nuevos elementos mediante reacciones nucleares (procesos que alteran la estructura y composición del núcleo de un átomo). Estas reacciones nucleares son reminiscentes de los procesos que ocurrieron durante los primeros momentos del Big Bang, proporcionando una ventana hacia la creación de elementos en el universo temprano.

Las colisiones dentro de los aceleradores no sólo tienen el potencial de cambiar la identidad de los elementos, sino también de crear nuevos compuestos químicos. Estos procesos implican tanto la formación de nuevos enlaces químicos como la ruptura de los existentes, a menudo resultando en la creación de moléculas que no se podrían haber producido en condiciones ambientales normales. La investigación en este campo abre la puerta a la síntesis de nuevos materiales y fármacos, demostrando la versatilidad y el valor práctico de la química en los aceleradores de partículas.

Los aceleradores de partículas son más que herramientas de la física; son fundamentales para la investigación química avanzada. Facilitan nuestra comprensión de cómo los componentes del universo interactúan en los niveles más fundamentales, permitiéndonos no sólo observar las estrellas, sino también profundizar en la complejidad de la química que forma todo lo que nos rodea.

Referencias

  •  Atkins, , & de Paula, J. (2014). Physical Chemistry (10th ed.). Oxford University Press.
  • Griffiths, D. J. (2018). Introduction to Elementary Particles (2nd ed.). Wiley-
  • Halzen, , & Martin, A. D. (1984). Quarks and Leptons: An Introductory Course in Modern Particle Physics. John Wiley & Sons.
  • Halliday, D., Resnick, R., & Walker, J. (2014). Fundamentals of Physics (10th ed.). Wiley.
  • Imagen de : https://unsplash.com/es/@avivace
  • Krane, S. (1988). Introductory Nuclear Physics. John Wiley & Sons.
  • Levine, N. (2014). Quantum Chemistry (7th ed.). Pearson.
  • Tipler, A., & Llewellyn, R. A. (2012). Modern Physics (6th ed.). W. H. Freeman and Company.

 

 

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