Movimiento en círculosEl hecho de que las partículas cargadas giraban alrededor de las líneas de campo era bien conocido para J.J. Thomson cuando experimentó con haces de iones y electrones en un campo magnético. En 1930 Ernest Lawrence, de Berkeley, aplicó ese movimiento circular a una máquina en la que aceleraba iones a alta energía y que llamó "ciclotrón". Las partículas de mayor energía describen mayores círculos, así que, a lo largo de los años, cuando los aceleradores alcanzan mayores y mayores energías, los ciclotrones y sus descendientes aumentan enormemente su tamaño.Dentro del Tevatron en el Fermilab, en Illinois, las partículas necesitan un diámetro de casi una milla. En Texas se comenzó la construcción de una máquina mucho mayor, el SSC o "Superconducting Super-Collider", pero quedó sin finalizar cuando se cortaron sus fondos. También existen aceleradores gigantes de este tipo, en túneles bajo tierra, en el CERN europeo cercano a Ginebra, donde se extienden cruzando la frontera franco-suiza. El imán del Fermilab forma un enorme anillo cuya corte transversal parece una letra "c". Dentro de la "c", donde es más fuerte el campo magnético, está el tubo en el que se aceleran los protones y los antiprotones. Ese tubo también forma un anillo de una milla de diámetro, con vacío en su interior. El imán realmente es un electroimán y cuando los protones acelerados ganan velocidad y energía, se incrementa progresivamente su corriente eléctrica, fortaleciendo el campo magnético de forma que mantiene las órbitas de los protones dentro del tubo. Invariante AdiabáticaLa noción de la invariante adiabática está unida a los primeros años de la teoría cuántica. Alrededor del año 1910, los físicos que estudiaban la forma en que la luz era absorbida y emitida por los átomos sacaron la conclusión de que las leyes de la física debían cambiar cuando nos acercábamos a las dimensiones atómicas. Por las leyes de la física convencional, se preveía que los átomos perderían energía continuamente, pero la absorción y emisión de luz sugería que podría existir en ciertos estados estables en los que su energía estuviera fija. Se preguntaban: ¿Qué era lo que hacía a los átomos estables en ciertas configuraciones escogidas?En este punto Albert Einstein llamó la atención hacia el péndulo: su "invariante adiabática ", el producto de E veces T, era casi constante. Pudiera ser, sugería, que cantidades similares estuvieran asociadas con los sistemas atómicos y que su estabilidad definida -- cuando tiene ciertos valores -- se conservase de manera exacta y el átomo no podría bajar de nivel. Estas invariantes adiabáticas fueron pronto halladas por Paul Ehrenfest y su uso condujo a la primitiva teoría cuántica de Bohr y Sommerfeld. Esa teoría funciona muy bien para los estados del hidrógeno, pero con los grandes átomos lleva a un callejón sin salida. La exitosa teoría de la "mecánica de ondas" de Schroedinger, Heisenberg y Born, que la reemplazó en 1925-6, usó una aproximación totalmente diferente. La invariante adiabática surgió de nuevo unas décadas más tarde, en el estudio de los iones y los electrones moviéndose en el espacio. Como muestra la historia de Birkeland y Stoermer, esta área creó un interés especial a los científicos escandinavos, intentando comprender la aurora. Uno de ellos fue Hannes Alfvén (premio Nobel de 1970) que en su libro "Electrodinámica Cósmica" mostró que en condiciones apropiadas una cierta combinación matemática de las propiedades de los iones y electrones era casi constante. Aparentemente no se dio cuenta de que era una invariante adiabática del tipo definido por Ehrenfest: fue mostrado casi al mismo tiempo por los físicos rusos Lev Landau (Nobel, 1962) y Solomon Lifshitz, como un ejemplo de calculo para los estudiantes en su libro de texto sobre la teoría de campos. Una "segunda" invariante adiabática, también importante
en la teoría de la radiación atrapada en el campo terrestre,
fue deducida por Grad, Longmire y Rosenbluth mientras estudiaban el confinamiento del plasma en el laboratorio. Una "tercera" invariante relacionada fue presentada poco después por Northrop y Teller.
|
|
Próxima Etapa: #11. Explorers 1 y 3
Author and Curator: Dr. David P. Stern Ultima actualización 12 de Noviembre de 2004, traducir 21 December 2000
|