Forza de Lorentz

Achegándonos ao LHC

1232 dipolos magnéticos (de 14,3 m de lonxitude e unhas 35 toneladas) colocados ao longo do túnel proporcionarán aos protóns, que viaxarán polo interior en sendos tubos de baleiro, a forza centrípeta necesaria para mantelos na traxectoria curva do acelerador ao seu paso polos oito arcos do LHC.


Un moi enxeñoso deseño do campo magnético en cada dipolo xera un campo Ben cada tubo con igual dirección pero sentido contrario ao campo B no tubo veciño.

Esta configuración coñécese como:

2-in-1

 

Máis detalles.

 

Como xa foi indicado, a misión do campo magnético é curvar a traxectoria dos protóns. Isto faise grazas a que a forza magnética (Forza de Lorentz) é sempre perpendicular a velocidade dos protóns.
Ambos vectores B actuando en sentidos contrarios sobre protóns que viaxan tamén en sentidos contrarios xera unha forza co mesmo sentido sobre tódolos protóns. Ese sentido está sempre dirixido cara o centro do acelerador, sendo, como xa se ten dito, a forza centrípeta que mantén a todos os protóns na traxectoria correcta.


Dos cálculos previos para a forza centrípeta podemos agora obter o valor necesario para B.

Dado que Fc  é a Forza de Lorentz:   

Fc = q×v×B

B = Fc /(q×v) 

 F = 4·10-10 N , q = 1,602·10-19 C   and    v ~ c

B  ~  8.33 T

(100000 veces o campo magnético terrestre)

Se o LHC levase dipolos magnéticos tradicionais (non superconductores), precisaríanse 120 km de lonxitude para acadar a mesma enerxía e o consumo eléctrico sería enorme.


O campo magnético dipolar conséguese grazas a un cableado superconductor que proporciona a intensidade de corrente necesaria. Cada cable está feito do trenzado de 28 e 36 fíos segundo sexa na capa interior (coil inner layer) ou exterior (coil outer layer) arredor de cada tubo.

Ademais, cada un deses fíos de 6 e 7 mm de diámetro (capa interior e exterior sobre o tubo) están feitos de filamentos de Nb-Ti que van introducidos nunha matriz de cobre. Durante a operación, esa zona de cableado está 1.9 K, para garantir as condicións de superconductividade necesaria para que se acaden os 8,33 T. Os protóns circulan en traxectoiras planas ao longo dos 14.3 m activos de cada dipolo.

As dúas traxectorias están separadas na maior parte do acelerador LHC por 194 mm, que é a distancia nominal entre os dous tubos no dipolo. Nas cavidades de radiofrecuencia a distancia entre tubos é de 420 mme nos detectores ámbolos dous feixes antagonistas viaxan por un único tubo.

 

AUTORES


Xabier Cid Vidal, Doutor en Física de Partículas (experimental) pola USC. Research Fellow in experimental Particle Physics no CERN, desde xaneiro de 2013 a decembro de 2015. Actualmente está no Depto de Física de Partículas da USC  ("Ramon y Cajal", Spanish Postdoctoral Senior Grants).

Ramon Cid Manzano, profesor de Física e Química no IES de SAR de Santiago de Compostela, e Profesor Asociado no Departamento de Didáctica das Ciencias Experimentais da USC. É licenciado en Física e en Química, e é Doutor pola Universidade de Santiago (USC).

CERN


CERN WEBSITE

CERN Directory

CERN Experimental Program

Theoretical physics (TH)

CERN Physics Department

CERN Scientific Committees

CERN Structure

CERN and the Environment

LHC


LHC

Detector CMS

Detector ATLAS

Detector ALICE

Detector LHCb

Detector TOTEM

Detector LHCf

Detector MoEDAL

 


NOTA IMPORTANTE

Toda a Bibliografía que foi consultada para esta Sección está indicada na Sección de Referencias

 


© Xabier Cid Vidal & Ramon Cid - rcid@lhc-closer.es  | SANTIAGO |

···