Porque la relatividad especial y la física de partículas funcionan … hasta cierto punto.
La conclusión es simple: si arrojé piedras a un estanque y nos paramos en la orilla, ¿cómo sabrías cuándo arrojé las rocas, qué tan rápido las tiré a todas o qué tan pesado podría ser cada una? Cada roca que golpea el estanque produciría olas que se dispersarían en todas las direcciones y eventualmente golpearían la orilla. Si tuviera una buena tecnología, podría medir la frecuencia de la onda individual, con qué frecuencia vienen las ondas, la amplitud, etc. Usando el conocimiento del medio en el que viajan las olas (agua), puede, en cierto sentido, realizar ingeniería inversa de sus datos medidos para determinar a qué tipo de roca corresponde. No es tan simple para el LHC, dado que necesita construir las rocas, el lago, llenar el lago con agua y construir equipos para medir las olas. Hay muchas otras cosas, como mantener las condiciones del lago y tratar de mantenerlo libre de la mayor cantidad de ruido ambiental posible.
El problema es que es una pregunta muy complicada que abarca mucho conocimiento. Hablemos sobre el LHC, en particular, el Experimento ATLAS [donde actualmente trabajo].
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- ¿Por qué hay electrones en un par?
- ¿Las ecuaciones de Maxwell se 'reconcilian' con el comportamiento de los electrones en los átomos, los electrones simplemente tienen una 'licencia' para no irradiar en algunas órbitas particulares?
- ¿Es posible unir dos electrones o dos fotones? Si es así, ¿cómo se llama?
El detector ATLAS
Este es el detector. Es bastante grande. Hay un montón de estos experimentos alrededor del ring: ATLAS y CMS son los grandes y usan detectores de uso muy general para una amplia variedad de experimentos. Otros incluyen ALICE, ALPHA, COMPASS, DIRAC, LHCb, etc. Seguro que amamos nuestras siglas …
Esto se divide en regiones etiquetadas por coordenadas de pseudoapidez para describir los ángulos de las partículas en relación con el eje del haz (donde ocurren las colisiones en el espacio). Lo que es conveniente sobre las coordenadas es que podemos aplicar potenciadores o transformaciones de Lorentz, y la diferencia en la rapidez de las dos partículas permanece invariable, no cambia. Este es solo un conveniente espacio de coordenadas que los físicos de partículas utilizan para facilitar muchas de las matemáticas a largo plazo; aunque no se enseña en ninguna de las clases en las que he estado y me cuesta un poco acostumbrarme.
Todos estos componentes están en su lugar para interactuar con los productos de las colisiones de haces de protones para que podamos medir algo significativo y reconstruir eventos.
Entonces, ¿qué partículas podemos detectar realmente?
Siendo realistas, realmente solo podemos detectar partículas que tienen vidas [matemáticas] c \ tau \ geq 500 \ mu m [/ matemáticas]. De las partículas en el Grupo de datos de partículas (PDG), solo unas 15 viven lo suficiente.
- [matemáticas] e ^ \ pm [/ matemáticas] electrón, posición
- [matemáticas] \ mu ^ \ pm [/ matemáticas] muon, antimuon
- [matemáticas] \ pi ^ \ pm, \ pi ^ 0 [/ matemáticas] piones (mesones pi)
- [matemática] p ^ \ pm, n [/ matemática] protón, antiprotón, neutrón
- [matemáticas] \ gamma [/ matemáticas] fotón
- [matemáticas] B ^ \ pm, B ^ 0_s [/ matemáticas] B mesones
- [matemáticas] K ^ \ pm, K ^ 0_s [/ matemáticas] Kaons (K mesones)
- y así…
Podemos aprender a detectar estas partículas realmente bien, ya que aparecen mucho en nuestras duchas. Si los entendemos, podemos encontrar nueva física basada en cosas que sabemos observar, así como asegurarnos de que sabemos lo que estamos buscando. Hay tres interacciones básicas que nos ayudan a descubrir lo que estamos buscando:
- Ionización y excitación atómica
- Bremsstrahlung
- Producción en pareja
Las diferentes partes del detector solo pueden interactuar (y detectar) diferentes tipos de partículas. Tenemos un rastreador de partículas cargadas, un rastreador de muones, un campo magnético para desviar las partículas cargadas para ayudar a medir el momento, y calorímetros que usan centelleo e ionización para medir la energía.
Todos estos se alimentan en el sistema electrónico que hace el trabajo difícil de activar nuestros eventos (producimos 40 millones de eventos, pero solo podemos grabar 200 eventos por segundo ). A partir de esta información leída en el detector, la analizamos de muchas maneras diferentes para descubrir qué está sucediendo. Cada paso del camino está lleno de mucho ruido, problemas y experiencia necesaria que es casi imposible que una sola persona sea experta en todo esto. Es por eso que el LHC es una colaboración tan grande, porque es necesaria. Y porque podemos.
Fuentes de imágenes: muchas gracias a mi PI David Miller (Bienvenido a la página de inicio de David) por enseñarme mucho; así como Google.
