¿Cómo es posible que la cantidad de energía de los protones en colisión en el LHC pueda incrementarse cada vez que los protones ya tienen una velocidad de 0.9999 c?

Puede aumentar arbitrariamente la energía cinética de un objeto en relación con, por ejemplo, el marco del laboratorio si tiene suficiente energía de entrada para acelerar.

Sin embargo, debido a la teoría especial de la relatividad, la velocidad de un objeto y la energía cinética se desacoplan un poco y a velocidades muy altas (cercanas a la velocidad de la luz) se requiere una relación más precisa en comparación con la no relativista.

A bajas velocidades ([matemática] v << c [/ matemática]), la energía cinética viene dada por:

[matemáticas] E_k = \ frac {1} {2} mv ^ 2 [/ matemáticas]

Donde [math] m [/ math] es la masa de un objeto y [math] v [/ math] es su velocidad.

A altas velocidades ([matemáticas] v \ rightarrow c [/ matemáticas]), la energía cinética viene dada por:

[matemáticas] E_k = (\ gamma -1) mc ^ 2 = \ left (\ frac {1} {\ sqrt {1- \ frac {v ^ 2} {c ^ 2}}} – 1 \ right) mc ^ 2 [/ matemáticas]

Donde [math] \ gamma [/ math] es el factor de Lorentz y [math] c [/ math] es la velocidad de la luz.

Como puede ver en la primera ecuación, a bajas velocidades, la energía cinética es cuadrática con velocidad.

Sin embargo, a altas velocidades, utilizando la ecuación más precisa, la energía cinética asíntota a cierta velocidad. Esa velocidad es [matemática] c [/ matemática]. Si traza la curva descrita por la segunda ecuación, verá esto.

Porque, hablando relativísticamente, la velocidad de la luz es energía infinita para una partícula masiva, y aproximarse a la velocidad de la luz se aproxima a la energía infinita, en consecuencia.

Para usar un lenguaje que odio, el de “masa relativista”: la “masa relativista” del protón se hace grande cuando viaja a altas velocidades, por lo que puede seguir agregando energía agregando más “masa relativista”.

Siempre puede agregar más 9s, siempre puede aumentar el número de colisiones y siempre puede colisionar núcleos más pesados.

El segundo es el más importante. Los eventos raros son, bueno, raros. Entonces, cuantos más eventos tenga, más probable es que haya eventos raros entre ellos.

En cuanto a sumar 9s adicionales, recuerde que la masa relativista es igual a la masa en reposo dividida por la raíz cuadrada de 1 – v ^ 2 / c ^ 2.

La división por números cada vez más pequeños conduce a una masa relativista cada vez más grande. Cuando el divisor se acerca a cero, la masa relativista se acerca al infinito. Eso aumenta la energía de las colisiones dramáticamente.

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