Aceleradores de partículas que alcanzan la velocidad de la luz [duplicado]

Se acercan terriblemente. En lugar de hablar de la "velocidad" de las partículas, la gente del CERN termina hablando de la "energía", porque una vez que estás en 0,99 c y más, tu energía continúa aumentando (básicamente, la masa aumenta) pero la velocidad no. 't - mucho. que se expresa por el factor

$$\gamma = \frac{1}{\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}}}$$ sí, es una consecuencia de la teoría de la relatividad. El récord actual de energía es de unos 7 TeV para un núcleo de plomo que tiene una "masa en reposo" de ~0,2 TV, lo que significa $\gamma=14$yv=0.997 c

En 2015, el LHC funcionaba con protones de 6,5 TeV ( enlace ); dado que su masa es mucho menor que la masa del plomo (938 MeV), esto corresponde a una$\gamma$de alrededor de 6900, y

$$v = 0.9997 c$$

Solo tengo una pregunta en mente que está atrapada en mi cabeza, y es por qué los aceleradores de partículas no pueden acelerar ninguna partícula a la velocidad de la luz.

Es por la naturaleza ondulatoria de la materia . Literalmente podemos hacer materia a partir de ondas de luz en la producción de pares . Entonces podemos difractar electrones . Y en los orbitales atómicos, los electrones "existen como ondas estacionarias" . Imágenes como este átomo de De Broglie de Kenneth Snelson son un poco simplificadas, pero transmiten el mensaje:

Floris se refirió al factor de Lorentz. Eche un vistazo a la simple inferencia de la dilatación del tiempo debido a la velocidad relativa en el artículo de dilatación del tiempo de Wikipedia. El factor de Lorentz se puede derivar del teorema de Pitágoras. La hipotenusa de un triángulo rectángulo representa la trayectoria de la luz donde c=1 en unidades naturales. La base representa tu velocidad como una fracción de c:

_{Imagen de dominio público por Mdd4696, ver Wikipedia}

La altura da el factor de Lorentz$\gamma$, y usamos un recíproco cuando es apropiado, por ejemplo, para distinguir la dilatación del tiempo de la contracción de la longitud.

Asumo que involucra la teoría de la relatividad de Einstein.

Lo hace. La masa de un cuerpo es una medida de su contenido energético. Un cuerpo radiante pierde masa. En la aniquilación electrón-positrón a fotones gamma, dos cuerpos radiantes pierden masa. Tenemos evidencia de cosas como el momento magnético y el espín del electrón donde el efecto de Einstein de Haas demuestra que "el momento angular de espín es de hecho de la misma naturaleza que el momento angular de los cuerpos en rotación tal como se concibe en la mecánica clásica".. Así que mire la imagen del átomo de De Broglie nuevamente y piense en el electrón como una onda que gira alrededor del círculo n=1: O. Luego gire el círculo de lado así: | . Luego muévelo, y se asemeja al haz de luz de arriba: /\. Se puede comparar con estirar un resorte helicoidal. Se vuelve más y más difícil estirarlo, y no puedes estirarlo más recto que recto. De manera similar, puede agregar más y más energía, pero no puede hacer que el electrón se mueva más rápido que la luz.