Un colisionador de partículas es un dispositivo profesional de física de alta energía que acelera y colisiona partículas microscópicas. Ayuda a los físicos a explorar, descubrir y cuantificar partículas. Su función más básica es acumular y acelerar el flujo de partículas en un acelerador de alta energía, y hacerlas chocar cuando alcanzan una cierta intensidad y energía, para producir una energía de reacción suficientemente alta esperada por el experimento.
El colisionador puede utilizar un campo electromagnético especial para acelerar partículas a velocidades extremadamente altas cercanas a la velocidad de la luz para bombardear otras partículas y romper partículas diminutas que son difíciles de separar para estudiar sus propiedades estructurales y de trituración. efectos. El nivel de energía que pueden alcanzar las partículas es de 400 GeV o incluso superior.
Como centro de investigación para disciplinas básicas, el colisionador se utiliza ampliamente en el campo de la física de altas energías. Hoy hablaremos sobre el papel del colisionador de partículas en la astrofísica que explora el origen de la materia en el universo.
En la segunda mitad del siglo XX, los físicos habían aprendido sobre las observaciones de la expansión del universo y la teoría del Big Bang, y se interesaron por las partículas subatómicas más pequeñas que los átomos en el comienzo del universo. . Si el Big Bang es cierto, se debe demostrar que existe una manera de que el Big Bang ocurra en un momento dado para crear toda la materia que hay en el universo hoy.
Si los colisionadores de partículas pueden revelar la verdadera naturaleza de la materia, será posible descubrir cómo se creó la materia más básica en el Big Bang. Por el contrario, si los experimentos muestran que es imposible producir la materia más básica en el Big Bang, entonces no se puede establecer la teoría del Big Bang.
Los colisionadores de partículas modernos son muy grandes. Por ejemplo, el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del Centro Europeo Conjunto de Física Nuclear CERN (también conocido como Laboratorio Europeo de Física de Partículas) en Suiza es actualmente el acelerador de partículas más grande y energético del mundo. El anillo de aceleración de su túnel subterráneo tiene 17 millas (unos 27 kilómetros) de largo y fue construido por universidades y laboratorios en 34 países.
El colisionador de partículas puede acelerar millones de partículas al 99,999% de la velocidad de la luz, mientras el flujo de partículas corre 11.245 veces por segundo en un anillo de aceleración con una circunferencia de 27 kilómetros. Las huellas del proceso de colisiones de partículas descubiertas mediante experimentos son las maravillas de las colisiones de partículas a la vanguardia de la exploración del origen del universo. Los resultados experimentales importantes incluyen los mesones b, W+/- y Z. El descubrimiento de partículas iguales.
Los científicos imaginan que mientras las partículas se fragmenten o se descompongan, la energía se transformará y liberará. Entonces, ¿puede el colisionador demostrar esto?
En primer lugar, en experimentos de colisión de partículas, los científicos midieron con precisión cuánta energía se liberaba en la colisión entre electrones y átomos. Muestra que la energía y la masa se pueden convertir entre sí de cierta manera y también se ha medido el aumento de masa de partículas que se acercan a la velocidad de la luz. Los resultados obtenidos del experimento verificaron una vez más la precisión de la teoría especial de la relatividad de Einstein, es decir, E=mc^2. La masa y la energía se pueden convertir entre sí.
En segundo lugar, los científicos del colisionador de alta potencia pudieron alcanzar brevemente la temperatura del Big Bang original en 1 segundo. El hecho de la colisión en este momento es que a temperaturas extremadamente altas, las partículas. después de la colisión Hay un retraso de tiempo muy corto en la trayectoria, es decir, primero se produce energía pura después de la colisión, y luego la trayectoria de partículas se produce con esta energía. Así fue como se creó por primera vez la materia. La explicación obtenida de este experimento es consistente con todas las demás evidencias conocidas de la existencia del Big Bang y es consistente con el modelo matemático de que el universo comenzó con un Big Bang. La teoría del Big Bang vuelve a estar respaldada por evidencia experimental.
Los resultados de los repetidos experimentos de colisión de partículas realizados por el equipo de investigación muestran que se ha observado y registrado claramente en el colisionador de partículas que las partículas se pueden convertir en energía y que la energía también se puede convertir en partículas. Comparada con toda la materia, la energía es la más básica. El número total de partículas restantes producidas en el Big Bang es suficiente para formar toda la materia del universo actual.
Esta es la respuesta que nos da el colisionador de partículas. En este sentido, el universo no surge "de la nada"; proviene de una energía que es a la vez intangible e invisible.