¿Cuál es el mayor grado de derivación temporal del movimiento que enfrentaron los físicos durante las colisiones de partículas en el CERN?

Raramente va más allá de la velocidad. Y por velocidad me refiero al impulso. En todas las simulaciones que he realizado hasta ahora en la universidad, lo más cerca que he tenido de considerar la aceleración es mirar la velocidad y el ángulo de una partícula emitida al mismo tiempo.

Debe recordar que la cinemática realizada en estos cálculos siempre es relativista, por lo que las cantidades más importantes son la energía y el momento, ya que se pueden utilizar para encontrar la “masa invariante”, que es la misma en cualquier marco inercial, es decir, si es un electrón viajando a 0.99c, o un observador en reposo, la masa invariante es la misma y no se ve afectada por la dilatación del tiempo y la relatividad.

Estas partículas viajan tan rápido que casi a una velocidad constante. Los cambios leves en esa velocidad son más medibles en términos de cambios de energía ya que las velocidades están tan cerca de c.

También podría pensar, por tramas bonitas como esta, que podemos ver todo el movimiento de una partícula cuando se produce.

En realidad es mucho más complicado que eso. Todo lo que realmente medimos es la dirección en la que se dobla en un campo magnético, es la energía y el impulso de la curvatura. Por lo tanto, no solo tratar de encontrar un valor de aceleración y, además, no es muy útil, ¡también sería muy difícil de medir!

Podría estar equivocado (y no trabajo en el CERN, así que no soy experto), pero no creo que sea más alto que la segunda derivada, es decir, la aceleración, e incluso eso es principalmente en el contexto del movimiento circular, como partículas cargadas. Si se mueven a través del fuerte campo magnético, se doblarán en trayectorias circulares o helicoidales y el radio de curvatura ayuda a determinar el momento. Entonces, incluso entonces, la velocidad no cambia, solo la dirección del movimiento.

En su mayor parte, fuera del doblez del imán, estas partículas se mueven a una velocidad muy cercana a la de la luz, es decir, a una velocidad básicamente constante. Cosas como electrones, fotones, hadrones, etc. quedarán atrapados por la parte del “calorímetro” de los detectores y solo se medirá su energía total: una vez que sepa el impulso, la energía y la carga de las cosas, sabrá todo lo que necesita. Las cosas que no quedarán atrapadas (muones y neutrinos) apenas se ralentizarán cuando salgan disparadas del vértice de la colisión.

Las personas que estudian las colisiones están mucho más preocupadas por las interacciones que ocurren a una escala muy pequeña, donde palabras como fuerza y ​​aceleración no son muy significativas.

Así que esos son los detectores. En cuanto al acelerador:

Hay cavidades de RF que se usan para dar pequeñas protuberancias al protón mientras rodea el anillo grande, pero esas son solo ondas sinusoidales y el aumento de energía es más relevante que el aumento de velocidad.

El único lugar en el que puedo pensar donde pueden derivar las derivadas más altas es cuando están “ajustando” el haz de protones para que sea cada vez más pequeño antes de que ocurran las colisiones: en el anillo gigante de 27 km usan varios tipos de imanes (dipolo, cuadrupolo, hexapole, etc.) para enfocar el haz hasta un grosor milimétrico, y podría haber algunas dinámicas de orden superior en el trabajo allí.