¿Por qué los grandes colisionadores solo pueden proporcionar energía limitada a las partículas?
El Gran Colisionador de Hadrones del CERN es actualmente el acelerador de mayor energía de la humanidad. Se trata de un acelerador circular con una circunferencia de 27 kilómetros. Cuando está en funcionamiento, el consumo de energía puede alcanzar los 200 megavatios. Puede acelerar dos haces de protones positivos y negativos hasta 7 billones de electronvoltios y luego chocar frontalmente.
Tanto la energía consumida por el Gran Colisionador de Hadrones como la energía proporcionada a los protones ya son sorprendentes. Sin embargo, debido a algunas limitaciones, la energía de las partículas en el acelerador es aún menor que la de algunas partículas en el acelerador. rayos cósmicos Una diferencia de varios órdenes de magnitud. Esto se debe a muchos factores.
Si la energía utilizada para acelerar las partículas se concentra en cientos, docenas de partículas o incluso dos partículas, el efecto definitivamente será asombroso. Sin embargo, la sección transversal de colisión de las partículas es demasiado pequeña. Es difícil para los humanos controlar la colisión en un lugar tan pequeño después de completar un círculo tan grande. Actualmente, los colisionadores pueden controlar el ancho de los haces de partículas del orden de nanómetros, pero todavía es más de seis órdenes de magnitud mayor que el tamaño de las partículas. Si desea conseguir más colisiones, sólo puede aumentar la intensidad del flujo y permitir que más protones y antiprotones aceleren en el colisionador. El consumo de energía del Gran Colisionador de Hadrones de Europa puede igualar al de una ciudad. Construir un colisionador más grande requerirá más energía.
El colisionador circular tiene una desventaja obvia: pierde energía debido a la radiación de sincrotrón, y la energía perdida es proporcional a la cuarta potencia de la energía del haz. Esto hace imposible que un colisionador circular aumente significativamente la energía de las partículas. Para resolver el problema de la pérdida de energía en la radiación sincrotrón, el colisionador puede construirse más recto. Esta es otra razón por la que es necesario construir un colisionador con una circunferencia mayor.
Incluso las partículas de los rayos cósmicos tienen ciertos límites en su energía. El universo está lleno de radiación de fondo de microondas. Cuando la energía de una partícula excede un cierto valor, interactuará con los fotones del fondo de microondas cósmico, lo que hará que la energía de la partícula disminuya. Este es el límite de GZK. Actualmente, los colisionadores humanos no pueden darse el lujo de permitir que la energía de las partículas se acerque a este límite.