Descubrimiento de sacudidas terrestres procedente de los aceleradores

ILCDurante años, los físicos de los aceleradores han estado trabajando para dar sentido a unas sacudidas aparentemente aleatorias del terreno que afectan a la alineación del equipo. Ahora, un físico ha realizado la revisión más exhaustiva de tales datos procedentes de Europa, Japón, y los Estados Unidos, e informa de sus resultados en el ejemplar del 11 de junio de la revista Physical Review Letters. La aleatoria sacudida del terreno, dice, concuerda con una simple descripción matemática que se propuso hace dos décadas. Comprender este movimiento del terreno puede mostrarse útil en el diseño de futuros aceleradores de partículas que empequeñecerán a los que usamos actualmente.

Los físicos de los aceleradores de partículas están obsesionados con la estabilidad del terreno, dado que es crucial para el correcto funcionamiento de las máquinas. Por ejemplo, el personal del Laboratorio Nacional del Acelerador Fermi (Fermilab) en Batavia, Illinois, usa una variedad de dispositivos para observar tales sutiles desplazamientos en sus imanes del tamaño de un vehículo que guían las partículas. Una técnica usa un tubo horizontal lleno a la mitad de agua que se extienden alrededor de gran parte del anillo del Fermilab. Los sensores miden cambios a escala de micras en la profundidad del agua, lo cual refleja diminutos cambios en la elevación.

Las instalaciones del acelerador acomodan y corrigen todo tipo de movimientos del terreno, incluyendo los producidos por actividad sísmica, el tirón de la gravedad de la luna, y los cambios en la presión del aire debidos al clima. Pero hay un componente aleatorio en el movimiento que Vladimir Shiltsev del Fermilab ha demostrado que sigue una ecuación simple, (ΔY)2 = ATL. Es decir, a lo largo de un tiempo T, el cuadrado del cambio en la distancia Y entre dos puntos que están inicialmente a una distancia L, es ATL, donde A es un número de depende de la geología local.

Esta ecuación es similar a una que describe el conocido como paseo aleatorio, la descripción matemática más simple de la difusión de moléculas, y que aparece en muchas áreas de la física. Pero la conocida como ley ATL incluye un factor extra L -conforme aumenta la distancia entre dos puntos, también lo hace el ritmo de desplazamiento entre ellos. La razón precisa de este movimiento aleatorio que se observa a través del tiempo y la distancia es un misterio, aunque Shiltsev dice que podría ser el resultado de la naturaleza “fractal” del terreno, como informan los geocientíficos. Si el terreno es básicamente una colección de bloques que varían a lo largo de un gran rango de tamaños, y todos se mueven aleatoriamente, eso podría producir la ley ATL, especula Shiltsev.

Shiltsev demostró anteriormente que la ley explica los movimientos del terreno en el Fermilab, pero ahora ha pasado años escrutando más datos de todo el mundo y de diversas fuentes, tales como rayos monitores de posición y lásers de seguimiento. Shiltsev compiló registros a lo largo de dos décadas de 15 instalaciones de aceleradores1. Confirmó completamente la ley ATL y encontró que una extensión de terreno de 30 letros se mueve aleatoriamente unos 100 nanómetros en cualquier dirección cada minuto. O en términos más humanos. Si un campo de fútbol estuviese nivelado hace 30 años, hoy estaría un milímetro más alto en un extremo que en otro.

Esto es lo bastante pequeño para ser ignorado en su mayor parte en las actuales instalaciones de aceleradores, pero podría ser significativo en futuros aceleradores tales como el Colisionador Lineal Internacional (ILC) que se están construyendo. Estos colisionadores se extienden a lo largo de 30 o más kilómtros y enfocan sus rayos de partículas en unos pocos nanómetros de diámetro.

El análisis es probablemente el más exhaustivo jamás realizado y “encaja con un número de observaciones tomadas en distintos laboratorios durante años”. dice Katsunobu Oide, del laboratorio KEK en Tsukuba, Japón. “La fórmula es simple y fácilmente aplicable en cualquier lugar”.


Referencias: [1] Vladimir Shiltsev, “Space-Time Diffusion of Ground and Its Fractal Nature,” arXiv:0905.4194v1 (2009).

Autor: Geoff Koch
Fecha Original: 4 de junio de 2010
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Comment (1)

  1. Que curioso ese factor lineal de longitud. En las dimensiones cosmicas y tiempo cosmico podria suponer una curvatura en el espacio o un factor de dimension o una constante de gravitacion o la energia obscura.

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