Un accelerador de partícules és un dispositiu utilitzat per augmentar l’energia cinètica de partícules subatòmiques, com electrons o protons, i accelerar-les a velocitats properes a la velocitat de la llum. Això permet estudiar les propietats de les partícules i les interaccions entre elles a nivells subatòmics.

El funcionament d’un accelerador de partícules es basa en principals fonamentals de la física, com l’electromagnetisme i les lleis de moviment. A continuació, et donaré una descripció general del funcionament d’un accelerador de partícules.

1. Injecció de partícules: L’accelerador comença amb un dispositiu que produeix partícules carregades, com ara electrons o protons. Aquestes partícules es generen utilitzant diversos mètodes, com ara ionitzant gasos o utilitzant fenòmens nuclears.
2. Pre-aceleració: Les partícules generades inicialment tenen una energia relativament baixa. Per augmentar la seva energia, són guiades a través d’etapes de pre-aceleració, com ara ciclotrons o linacs, on es fan servir camps electromagnètics per accelerar les partícules successivament.
3. Acceleració principal: Una vegada que les partícules han estat pre-acelerades, són injectades en l’accelerador principal, com ara un gran anell circular o un tub lineal, conegut com a col·lisionador. Aquesta estructura conté electrodes o magnets superconductors, que generen camps elèctrics o magnètics intenses per accelerar les partícules fins a energies molt altes.
4. Focussatge i col·lisions: Mentre les partícules circulen per l’accelerador, són focalitzades mitjançant camps magnètics per mantenir-les en una trajectòria precisa. En alguns acceleradors, com els col·lisionadors, es fan col·lidir les partícules en punts de focus específics per estudiar les seves interaccions i generar noves partícules a partir de l’energia cinètica alliberada.
5. Detectors i anàlisi: Al voltant de l’accelerador, es col·loquen detectors sofisticats per recollir les partícules resultants de les col·lisions i mesurar les seves propietats. Aquests detectors poden ser enormes sistemes de detecció que registren i analitzen la informació generada durant les col·lisions.
6. Recerca i anàlisi de dades: Una vegada recollides les dades, els científics analitzen els resultats per entendre les propietats de les partícules, les forces que governen les seves interaccions i explorar els límits dels models teòrics actuals. Això pot ajudar a respondre preguntes fonamentals sobre l’estructura de la matèria i l’evolució de l’univers.

És important destacar que els acceleradors de partícules poden tenir diferents formes i configuracions, segons l’objectiu de la investigació.

Sincrotró ALBA

L’ALBA és un sincrotró, un tipus d’accelerador de partícules, situat a Cerdanyola del Vallès, prop de Barcelona. Té com a objectiu generar i emmagatzemar feixos de llum de sincrotró d’alta energia, coneguda com a radiació sincrotró, per a una àmplia gamma d’experiments científics en diverses disciplines.

El sincrotró ALBA utilitza un anell de emmagatzematge d’electrons per generar la radiació sincrotró. Aquí tens una descripció general del seu funcionament:

1. Generació d’electrons: Els electrons són generats en una font d’electrons, generalment mitjançant un canó d’electrons termoiónic. Aquests electrons són accelerats fins a energies relativament baixes.
2. Acceleració: Els electrons accelerats entren a l’accelerador lineal, on són accelerats fins a energies molt altes. Aquesta acceleració es realitza utilitzant radiofreqüència i camps electromagnètics per donar als electrons l’energia i la velocitat necessàries.
3. Emmagatzematge en l’anell: Després de l’acceleració, els electrons són injectats en l’anell d’emmagatzematge del sincrotró ALBA, que és un gran anell circular. A l’anell, els electrons viatgen a velocitats properes a la velocitat de la llum en una òrbita circular gràcies a camps magnètics dipolars forts generats per electromagnets superconductors.
4. Magnets i focus: Al llarg de l’anell, hi ha magnets adicionals per focalitzar els electrons en l’òrbita correcta i mantenir-los en una trajectòria precisa. Això assegura que els electrons es mantinguin en sincronia i que la radiació sincrotró generada sigui de qualitat òptima.
5. Radiació sincrotró: A mesura que els electrons es mouen acceleradament en l’anell, emeten radiació sincrotró. Aquesta radiació és una llum de banda ampla que abasta un espectre que va des dels rajos X fins a la llum infraroja, i és una font valuosa per a experiments en física, química, biologia, ciències dels materials i altres disciplines científiques.
6. Línies de llum: L’ALBA té diverses línies de llum, que són branques de l’anell principal que condueixen la radiació sincrotró a diferents estacions experimentals. Cada línia de llum pot tenir instruments i equips especialitzats per realitzar experiments en àrees específiques de la recerca científica.
7. Experimentació: A les estacions experimentals, els investigadors utilitzen la radiació sincrotró per realitzar una àmplia gamma d’experiments, com ara l’anàlisi de materials, l’estudi de l’estructura de proteïnes, la nanotecnologia, la recerca en ciències de la vida i molt més.