¿Cuál es la velocidad real de las partículas en el LHC (CERN)?

No, las partículas en el LHC nunca cruzarían la velocidad de la luz.

¿Porque preguntas?

Bueno, el culpable aquí sería la Teoría especial de la relatividad de Einstein.

Para entenderlo mejor, piense en este experimento hipotético. Está viajando en un tren, digamos al 50% de la velocidad de la luz. Y resulta que tienes una linterna contigo. Y un amigo tuyo está parado afuera del tren mirándote pasar.

Ahora, si enciende la linterna, los fotones que emiten desde la linterna parecerían viajar exactamente a 299,792,458 m / s ( la velocidad de la luz en el vacío ) hacia USTED. Pero qué hay de tu amigo fuera del tren. Debería ver las fotos viajando al 150% de la velocidad de la luz, ¿verdad? Bueno no !

Aquí es donde entra en juego la teoría de Einstein. Según él, cuanto más alta es la velocidad de un cuerpo, más lento corre el tiempo. Las fórmulas lo explican de tal manera que la velocidad de la luz es constante en cada marco de referencia. Entonces, en este caso, aunque viaje a la mitad de la velocidad de la luz; para su amigo, parecería que se mueve más lento que eso, para mantener la velocidad de los fotones exactamente en 299,492,758 m / s. La velocidad de la luz es la máxima constante en nuestro universo. El único LÍMITE.

En lo que respecta a su pregunta, el tren sería la Tierra, la linterna sería el LHC, las fotos serían las partículas en el LHC, y su amigo sería el observador lejos de la Tierra para poder ver la Tierra. moviéndose al 0.1% de la velocidad de la luz.

Entonces, en conclusión, las partículas nunca cruzarían la velocidad de la luz. Aunque, para el observador externo, parecería un poco más rápido que el 99.999999% de la velocidad de la luz. Pero no 100%, NUNCA 100%

La velocidad indicada es con respecto a nuestro sistema de referencia de tierra.

De hecho, su argumento se aplicaría si la naturaleza siguiera las leyes de la invariancia galileana, es decir, si C (por ejemplo, los protones en el LHC) se mueve con velocidad u con respecto a B (por ejemplo, la tierra) y B se mueve con velocidad v con respecto a A (por ejemplo, espacio) que la velocidad de C con respecto a A es la suma u + v.

Sin embargo, resulta que no funciona así a velocidades cercanas a la velocidad de la luz. Para tales velocidades, la relatividad especial describe el comportamiento de los objetos mucho mejor. Una diferencia importante entre la mecánica galileana y la relativista es que en la mecánica relativista, los eventos que ocurren al mismo tiempo en un marco de referencia (digamos que el sistema de reposo de los protones C en el ejemplo anterior) no ocurren al mismo tiempo en los marcos de referencia en movimiento con respecto a esto (por ejemplo, B o C).

Esto es bastante contrario a la intuición, pero está respaldado por la observación experimental, por ejemplo, el hecho de que las partículas producidas en los protones que golpean la atmósfera de la Tierra (muones de rayos cósmicos) viven mucho más tiempo (para un observado en reposo en la superficie de la tierra) que cuando se producen descansar (o velocidades relativamente pequeñas con respecto a un observador) en un experimento de física de partículas.

Como señaló Erik Anson en los comentarios, la ecuación para la adición de velocidades uy v en mecánica relativista es (ver, por ejemplo, la fórmula de adición de velocidad) cuando las dos velocidades son paralelas o antiparalelas:

s = (v + u) / (1 + (v * u / c ^ 2))

entonces, si uno toma u = 0.9999999 * c (la velocidad de los protones con respecto a la Tierra) y v = 0.001 * c, obtendría s = 0.9999999001998001 * c, aún por debajo de la velocidad de la luz.

En realidad, puede usar esta fórmula también en la vida cotidiana para calcular la suma de las velocidades de los objetos que se mueven a velocidades mucho más pequeñas que la velocidad de la luz, verá que los valores que obtenga estarán muy cerca de lo que obtiene del Galileo s = v + u.

Por cierto, se introdujo la relatividad especial para explicar el resultado del experimento de Michelson-Morley: el experimento trató de averiguar exactamente qué tan rápido se mueve la Tierra ‘en términos absolutos’ midiendo la velocidad de la luz (que se pensó que era fija) con respecto al ‘marco de referencia absoluto’ del espacio) en diferentes direcciones que se verían diferentes para nosotros en la Tierra si enviamos luz paralela a la dirección en la que la Tierra se mueve o es perpendicular a ella.

Bajo el supuesto de la mecánica galileana, la conclusión del experimento de Michelson-Morley sería que la velocidad absoluta de la Tierra era inferior a un sexto de su velocidad en órbita, o en otras palabras, que el sol (y todo lo demás) rotaría alrededor del tierra en lugar de lo contrario.

En el caso de partículas relativistas, no es conveniente operar con una velocidad que (en unidades de velocidad de la luz) se ve típicamente como 0.9999… .9. Es mucho mejor usar el factor gamma que simplemente se obtiene dividiendo la energía de la partícula por su masa en reposo. En el caso de protones acelerados a una energía de 7 TeV, da un número de aproximadamente 7450. Mientras que la velocidad se acerca, la velocidad del factor gamma de la luz tiende al infinito. Como ya explicaron otros, la regla relativista de agregar velocidades garantiza que en ningún sistema de referencia la velocidad medida puede exceder la velocidad de la luz, es decir, el factor gamma es siempre un número finito.

No, en relatividad, las velocidades no se suman como en la mecánica newtoniana. Si agrega dos velocidades u y v, la suma es (u + v) / (1 + u * v / c ^ 2). El denominador asegura que la suma sea siempre