Primer paso: se selecciona dos protios
El hidrógeno posee tres isótopos naturales que se denotan como 1H, 2H y 3H. Otros isótopos altamente inestables (del 4H al 7H) han sido sintetizados en laboratorio, pero nunca observados en la naturaleza. De los tres isótopos, el protio es el adecuado para ser utilizado en el gran colisionador de hadrones. Esto se debe a que no posee neutrones, evitándose así una complicación más a la hora de separar los elementos del átomo. Es decir, sí se utiliza el deuterio se tendría que: P+n+p+n→2p+2n y habría una complicación en el manejo de las partículas.
El 1H o protio es un isótopo más común del hidrógeno con una abundancia de más del 99,98%. Su núcleo está compuesto únicamente por un protón. Es el combustible habitual en las reacciones de fusión nuclear que tienen lugar en las estrellas.
Segundo paso: se busca la colisión entre protones
Todas las reacciones en los reactivos tienen la forma: p+p→ se puede dar “cualquiera cosa”, pero ésta debe cumplir la ley de la conservación de la carga. Por ejemplo, p+p→ p+p+p-p→ p+p (se ha representado a p como protones y a p como antiprotones). Los científicos aún no tiene la certeza de que se pueda producir, pero ésta es una de las probables combinaciones.
El protio pasa a una cámara donde por medio de campos magnéticos se separan los electrones de los protones. Luego se coloca una batería genera un campo eléctrico (como lo indica la figura de la derecha).
Los electrones (partículas amarillas), son separados de los protones (partículas rojas) por medio de un campo magnético inducido.
Como consecuencia del campo eléctrico aplicado a los protones, se produce una fuerza eléctrica: F=qE y como los protones tienen masa se produce una aceleración, para esto se aplica La Segunda Ley De Newton (F=ma). La función de la batería es producir una aceleración sobre los protones.
A la derecha se aprecia un diagrama de fuerzas donde la F1 es la fuerza eléctrica, F2 es la fuerza magnética y Ac es la aceleración centrípeta. Como nota aclaratoria, la Ac inicial es distinta a la Ac final. La suma de das estas fuerzas hace que la velocidad lineal aumente.
Luego los protones pasan a un bucle donde son acelerados. Se les aplica una fuerza magnética y otra eléctrica para acelerar los protones.
Como ya se sabe la aceleración centrípeta es proporcional a la velocidad línea, entonces al aplicar una fuerza eléctrica y una magnética la aceleración aumenta y como resultado la velocidad lineal también se incrementa, en este caso hasta llegar a una velocidad de 99, 6% c (velocidad de la luz).
Luego se envía a un sicrotón de aproximadamente 600 m de circunferencia, donde la velocidad que alcanzan los protones es de 99,9 % la velocidad de la luz (c).
Cuando un objeto tiene una velocidad muy cercana a la luz, éste (desde el punto de vista del observador) sufre una aparente deformación; es decir, el espacio se comprime l=lo√(1-v2/c2) donde l es la longitud desde el punto de vista del observador , lo es la longitud del objeto, v2 es la velocidad que tiene el objeto y c2 es la constante de la velocidad; El tiempo se dilata t=to/√(1-v2/c2) donde t es desde el punto de vista del observador, to es el tiempo que enrealida tiene el objeto, v2 es la velocidad que tiene el objeto y c2 es la constante de la velocidad; y la masa se dilata m= mo√(1-v2/c2) m es la masa desde el punto de vista del observador, mo es la masa del protón en reposo, v2 es la velocidad que tiene el objeto y c2 es la constante de la velocidad.
La energía total de los protones sigue aumentando, y esta viene dada por la siguiente ecuación: Etotal=K+Eintrínseca, donde k es la energía cinética y Eintrínseca es E=mc2. Cuando la velocidad de los protones llega a un 99,9 % c la velocidad de estas no debe aumentar, debido a que sí llega a tener la misma velocidad que la luz, no sería más materia sino que se transformaría en energía. Como una aclaración, los científicos buscan “crear” antimateria, por lo tanto llevar protones a un estado de energía no es la utilizad de interés en este caso. Como k (1/2 mv2) ya no debe aumentar,lo que aumenta es la energía intrínseca. Como c es una constante, ésta no varía, como consecuencia lo que cambia (aumenta) es la masa. Por eso se aprecia que el objeto tiene una densidad mayor ρ=m/V; la densidad aumenta porque la masa aumenta y el volumen disminuye.
Las líneas de color azul y rojo representan los protones, para diferenciarlos se han puesto de dos colores diferentes.
Luego los dos protones pasan a un segundo sicrotón de aproximadamente 7 kilómetros de circunferencia. Aquí se aprecia que la masa es dos veces mayor que la original.
Por último pasa a un sicrotón de 27 km de circunferencia (ubicado entre Francia y Suiza, debajo de la tierra). Este último sicrotón posee dos tubos que se unen en cuatro puntos específicos (Como se aprecia en la ilustración). Los protones son dirigidos en direcciones opuestas, la razón, se quiere que ambos protones colisionen.
A la izquierda se aprecia el sicrotón de 27 km de circunferencia, junto con los sicrotones de menor radio. A la derecha se aprecia la colisión entre los dos protones. Todo este proceso en muy rápido y dura mucho menos de un segundo.
Relación entre el Gran colisionador de hadrones y el cáncer
El GCH se usa para desintegrar átomos. Éste tiene su aplicación en la medicina.
La Hadronterapia
Pese a que su idea original data de 1946, el LHC puede hacer que el proceso de tratamiento del cáncer con haces de iones y protones se extienda y simplifique. En comparación con la radioterapia, los haces de hadrones son mucho más controlados, lo que implica que se ataque al tumor de una forma directa y sin dañar órganos cercanos. En la actualidad se usa este método para atacar tumores profundos y próximos a zonas críticas, pero tal vez pueda llegar a extenderse a todos los tumores.
La desventaja de esta terapia, es su elevado costo y su complicada instalación.
