¿El Gran Colisionador de Hadrones "explotará" si la potencia aumenta demasiado?

El Gran Colisionador de Hadrones, a baja potencia, acelera partículas de tal manera que gran parte de la energía total proporcionada se destina a aumentar su energía cinética y sus masas también aumentan en cierta medida, por lo que las ecuaciones de Newton son válidas para esta situación. Sin embargo, cuando se enciende a alta potencia, ya que las partículas tienden a la velocidad de la luz, cualquier potencia adicional proporcionada por el acelerador aumenta principalmente las masas de las partículas y su energía cinética aumenta solo ligeramente. Es por eso que estas partículas de alta energía pueden tener un gran impacto. Es algo así como tomar un automóvil y propulsarlo de tal manera que se transforme en un enorme tren de carga.

Esta es una pregunta muy estúpida, pero apuesto a que obtendré algunas respuestas realmente notables. Si la potencia de salida del Gran Colisionador de Hadrones fuera infinita (o al menos un número muy grande), y a pesar de una falla o limitación de los aspectos mecánicos y de ingeniería de la maquinaria, eventualmente "explotaría" si se aumenta demasiado la potencia. ¿alto?

Hola Michael, esta pregunta no está realmente bien definida, y además tienes algunos conceptos erróneos sobre la relatividad especial (según la definición moderna de "masa", es una constante independientemente de la velocidad del objeto).
Sin embargo, creo que encontrará esto interesante y relevante para su pregunta: metrymagazine.org/article/december-2007/… . Tenga en cuenta que la extinción del superconductor sobre la que advierten en este artículo realmente sucedió, aproximadamente un año después de que se escribió, y causó una explosión significativa que apagó el acelerador durante varios meses.
Es justo, me temo que no estoy familiarizado con la ingeniería de un acelerador de partículas y ahora sé que la pregunta era vaga, pero pretendía que se la tomara con un ligero sentido del humor. No quise hacer daño.
Solo para corregir un punto, la energía cinética de las partículas aumenta a medida que aumenta la masa, aunque la velocidad sea limitada. Por eso nos molestamos en construir grandes aceleradores
Hay un error en su publicación: la masa no aumenta, la energía cinética sí . la energía cinética es ( γ − 1 ) metro C 2 relativista y γ aumenta sin límite a medida que v → C . metro es una constante
Como dice @Rococo, el LHC explotó en 2008
@Rococo: Si bien la pregunta tiene un concepto erróneo sobre la energía cinética como señala Martin Becket, pero no puedo entender qué podría querer decir con "la masa es constante independientemente de la velocidad del objeto". ¿Ha cambiado algo recientemente con respecto a la equivalencia masa-energía? ¿O te refieres a la masa en reposo?
@MarcvanLeeuwen El uso moderno es usar el término masa para referirse exclusivamente a lo que usted llama "masa en reposo". Vea esta pregunta: physics.stackexchange.com/questions/133376/… y también el enlace del blog que Countto10 ha dado en su respuesta.
@MichaelLee para ser claro, no quise decir eso como un insulto, solo como retroalimentación. Sé que hacer preguntas de física bien planteadas no es necesariamente algo fácil de hacer.
esto pide una pregunta de "qué pasaría si" de xkcd.com... Le sugiero que le envíe una a Randall Munroe (el cerebro de xkcd) y espere unas semanas/meses para ver qué opina.
Tal vez si lo ponen a 11.

Respuestas (4)

En el caso del LHC, sí, el haz puede causar bastante daño.

A plena potencia, hay algo así como 350 MJ almacenados en el haz, cerca de un tren de carga, o aproximadamente la energía cinética de un jumbo jet completo en el despegue. Hay un sistema de seguridad muy complejo para descargar el rayo de manera segura y eventualmente dirigir la energía del rayo hacia un gran bloque de grafito dentro de un bloque de metal enfriado mucho más grande dentro de un bloque de hormigón muy grande.

Sin esto, cualquier inestabilidad en el haz podría permitirle golpear la pared del tubo de vacío donde lo atravesaría y luego a través de los imanes como un cuchillo caliente a través de la mantequilla, o incluso como un haz de alta intensidad de protones relativistas a través de imanes superconductores que es más impresionante y mucho más caro.

editar: detalle del volcado de haz a continuación, lo siento, obviamente estaba recordando a medias una charla sobre los calentadores de protección de enfriamiento.

http://lhc-machine-outreach.web.cern.ch/lhc-machine-outreach/components/beam-dump.htm

Los comentarios no son para una discusión extensa; esta conversación se ha movido a chat .
Cabe señalar que el volcado de haz no es solo un mecanismo de seguridad, sino parte integral de un experimento: el haz de baja luminosidad usado se desecha allí.
like a high-intensity beam of relativistic protons through a superconducting magnetes mi nuevo símil favorito.
Todo muy cierto. Pero no me siento relacionado con la pregunta real. ¿Puedes dañar el LHC subiéndolo a 11? Lo cual diría que no. Los límites del LHC provienen de la radiación de sincrotrón. Es como decir: "¿Podría crear un tsunami al abrir demasiado el grifo o la faceta?". La respuesta es no. El agua se escaparía de su fregadero antes de que acumule suficiente agua para un tsunami.
@Aron, diría que esta respuesta aborda directamente la pregunta. MartinBeckett menciona que, sí, hay suficiente acumulación de energía en el LHC para que se implementen medidas para mitigar el daño que podría causar un haz de partículas "fuera de control", en forma de un bloque masivo de grafito y hormigón. Esto está destinado a contener hasta 350MJ de energía. Una falla del imán en el anillo principal probablemente causaría un gran daño a la estructura del colisionador, así como a sus alrededores.
@Jules. Pero esa no era la pregunta. No hay duda de que el sincrotrón puede almacenar mucha energía. También existe la posibilidad de que toda esa energía se libere en un corto espacio de tiempo. La pregunta era, ¿podrías seguir bombeando energía a un sincrotrón hasta que falle explosivamente?
@Jules Esta respuesta también hace que parezca que ser mordido por un rayo relativista de protones es una combinación decididamente explosiva. Por lo tanto, meter la cabeza en el rayo no solo lo mataría, sino que también le volaría la cabeza, en lugar de ser completamente sobreviviente.

Supongo que el Gran Colisionador de Hadrones funciona así... A baja potencia, las partículas ganan energía cinética pero no aumentan mucho de masa, por lo que las ecuaciones de Newton son válidas para esta situación. Sin embargo, cuando se enciende a alta potencia, ya que las partículas tienden a la velocidad de la luz, cualquier salida de potencia adicional del colisionador aumenta principalmente la masa de las partículas y su energía cinética no aumenta en absoluto (o muy poco). Es por eso que estas partículas de alta energía pueden tener un gran impacto. Es algo así como tomar un automóvil y propulsarlo de tal manera que se convierta en un enorme tren de carga.

Como se señaló en los comentarios anteriores, es un malentendido que la masa aumenta a velocidades muy altas, una mejor explicación que puedo darle es un blog que le recomiendo que lea, Masa Relativista .

La idea de la energía del tren de carga es cierta, pero el punto aquí es que esto se debe solo a la concentración de energía en un área pequeña, la sección transversal de la colisión, que es extremadamente pequeña. Puedes aplastar fácilmente una mosca con la mano, pero golpear a un elefante con la misma potencia de la mano no dañará al elefante, si es que lo notó.

Cualquier explosión es dramática, para ser pedante, como se señaló en los comentarios anteriores, es una falla del sistema de enfriamiento el peligro, no la potencia involucrada en el haz en sí.

Se utiliza mucha más energía en los imanes utilizados para dirigir y controlar el haz que en las partículas elementales que chocan entre sí. Así que mi respuesta es no, el rayo por sí solo no causará una explosión, pero sí, una falla de los sistemas de soporte podría hacerlo.

Del consumo de energía del LHC

Se necesitan 120 MW para hacer funcionar el LCH, aproximadamente el consumo de energía de todo el estado del cantón de Ginebra. ¿Necesitas una mejor comparación? 120 megavatios equivalen a la energía utilizada por 1,2 millones de bombillas incandescentes de 100 vatios o 120.000 hogares promedio de California. El CERN apaga el sistema en invierno, debido al consumo de energía que implica.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Fuente de la imagen: LHC: Echando un vistazo más de cerca

Aquí es donde termina el rayo después de una carrera de aceleración. Es posiblemente contrario a la intuición, pero se utiliza un bloque de grafito ligero y de alto punto de fusión para absorber la energía del haz. Si se usara plomo u otro metal, se derretiría y se requeriría una limpieza desordenada y un bloque de reemplazo después de cada ejecución. Este bloque de grafito está destinado a durar la vida útil del LHC.

Y si aceleras tu mano cerca de c, ¿lastimarás al elefante?
@BЈовић Bueno, incluso a la velocidad normal de la mano, personalmente no molestaría a un elefante de ninguna manera.

Lo único que podría explotar son los imanes. Como menciona Countto10, hay una gran cantidad de energía almacenada en estos imanes. Se utilizan imanes superconductores, se enfrían con helio líquido. Debido a un problema con el enfriamiento, puede suceder que parte de un cable de repente haga una transición del estado superconductor al estado normal. La enorme corriente que se mueve a través de los cables se disipará en ese punto, generando una enorme cantidad de calor que hará que el helio líquido hierva excepcionalmente rápido, se expanda en volumen en un factor de ~800, caliente el helio restante, hierva , y por lo tanto hacen que todo el imán explote esencialmente.

Tenga en cuenta que si bien normalmente esta eventualidad está controlada por el llamado Sistema de Protección Quench, el mayor incidente del LHC ocurrió en 2008 y provocó más de un año de retraso, tuvo este origen, para más detalles, consulte press.cern/press-releases/2008/ 10/…
Esto sería lo que los conocedores llaman un "BLEVE", o para usar su nombre completo, una explosión de vapor en expansión de líquido hirviendo. Y otra resolución igualmente precisa de ese acrónimo es Blast Leveling Everything Very Efficiently.

Si la potencia de salida del Gran Colisionador de Hadrones fuera infinita [...] ¿"explotaría" eventualmente si la potencia se eleva demasiado?

Sí, cualquier objeto hipotético capaz de producir una potencia infinita "explotaría si la potencia aumenta demasiado", porque una salida de potencia extremadamente alta es exactamente la definición coloquial de la palabra "explosión".

Justo lo que iba a responder yo también. Por supuesto, si aumenta la energía aún más (manteniendo el mismo volumen), eventualmente implosionará en un agujero negro.
¿El Gran Colisionador de Hadrones "explotará" si la potencia aumenta demasiado?
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