1. ANTECEDENTES HISTÓRICOS DEL ACELERADOR DE PARTÍCULASContinuando con un poco de historia, el acelerador de partículas encuentra sus inicios a fines del siglo 18, cuando el físico francés Henri Becquerel descubre el fenómeno de la radiactividad el cual sería la base para los estudios posteriores del acelerador de partículas.En el año de 1911, Ernest Rutherford y su equipo utilizaron una fuente de partículas con radiación de tipo alfa como proyectiles para comprobar la estructura de la material propuesta por Thompson.El resultado sorprendente que se encontró fue que una partícula alfa de cada diez mil era rebotada a ángulos grandes. En un libro de física, Feynman menciona una analogía para recalcar lo sorpresivo de estos resultados y dice: "puede compararse a la sorpresa que tendría una persona que disparara balas con un rifle a una almohada llena de plumas y encontrara que algunas de las rebotaran hacia él".2La conclusión a la que llegaría el que está disparando, es que dentro de la almohada además de plumas esta contiene objetos muy masivos tales como balas de cañón. La única forma de explicar los resultados de los experimentos de Rutherford fue la de suponer que la mayor parte de la masa de los átomos de oro, estaba concentrada en un pequeño volumen, al cual se le llamó el núcleo atómico y fue así lo que dio origen al modelo nuclear de los átomos.

Figura 1. Ilustración experimento RutherfordEl estudio del núcleo atómico tanto en el ámbito teórico como experimental dio origen a una nueva rama de la ciencia llamada la física nuclear y el estudio experimental de estos sistemas se hizo inicialmente estudiando las colisiones de los núcleos con proyectiles producidos por fuentes radiactivas. Las limitaciones que tuvieron los primeros físicos nucleares, eran que disponían de pocas fuentes radiactivas y también estas eran poco intensas, por lo que los experimentos eran muy largos y tediosos. Otra limitación fue que los experimentadores no podían seleccionar el tipo de proyectil y su energía tampoco la podían variar adecuadamente.La necesidad de disponer de instrumentos para generar proyectiles con los cuales el experimentador pudiera controlar el tipo de partícula (protones, deuterones, alfas, etc.) así como su energía y flujo de estos (corriente eléctrica) fue lo que originó el invento de esos instrumentos a los cuales se les llamó aceleradores de partículas.

2. LOS RAYOS CATÓDICOSEl estudio de las descargas eléctricas en gases adquirió a finales del siglo XIX una importancia insospechada cuando ayudó a establecer una relación entre la hipótesis atómica de la materia y los principios del electromagnetismo. Se descubrió que al aplicar una diferencia de potencial de varios miles de voltios entre dos electrodos de un tubo de

descarga relleno de un gas enrarecido se producían destellos luminosos que se propagaban a modo de rayos entre los electrodos del dispositivo. Estas radiaciones se llamaron rayos catódicos porque siempre viajan desde el electrodo negativo (cátodo) al positivo (ánodo).

3. EL ELECTRÓNPara estudiar las propiedades de los rayos catódicos, el científico inglés Joseph John Thomson (1856-1940) diseñó un dispositivo formado por un tubo de vacío en cuyos extremos se situaban dos electrodos metálicos a los que se aplicaba una diferencia de potencial elevada. Los rayos catódicos emergentes del cátodo se hacían pasar por un colimador para limitar la anchura del haz y, después, por unas placas metálicas en las que se aplicaba un campo eléctrico. Finalmente, los rayos se proyectaban sobre una pantalla fluorescente.

Esquema del experimento realizado por Thomson para el descubrimiento del electrón en los rayos catódicos.

Con este esquema, Thomson observó que el campo eléctrico desviaba los rayos catódicos en sentido vertical hacia la placa positiva. Ello demostraba la carga eléctrica negativa inherente a estos rayos y la existencia de una masa y de la consiguiente inercia, que impedía que fueran absorbidos por la placa. Por tanto, debía existir una partícula elemental constituyente de los rayos catódicos, a la que se llamó electrón.Thomson determinó el valor de la relación entre la carga e y la masa m del electrón, que hoy día se acepta como:

3.1. EXPERIENCIA DE MILLIKAN

Después del descubrimiento de Thomson sobre la relación carga-masa del electrón, sólo restaba determinar el valor de una de estas magnitudes para conocer las propiedades básicas de esta partícula elemental. De ello se encargó, tras varios intentos aproximativos de otros investigadores, el estadounidense Robert A. Millikan (1868-1953).

Entre 1909 y 1913, Millikan perfeccionó un complejo montaje experimental, basado en esencia en el uso de un modelo en el que la aplicación de un campo eléctrico intenso entre las placas de un condensador permite mantener inmóvil y suspendida una gotita de aceite por equilibrio de las fuerzas gravitatoria y electrostática que actúan sobre ella.

Tras arduas pruebas experimentales, Millikan logró determinar la carga del electrón conociendo la masa de la gota y la intensidad del campo eléctrico aplicado. Hoy día, el valor admitido de esta carga es igual a 1,60210 · 10-19 C.A raíz de ello y de la relación de Thomson puede deducirse la masa del electrón, que resulta igual 9,1091 · 10-31 kg (aproximadamente 1.836 veces menor que la del átomo más ligero, el hidrógeno).La experiencia de Millikan sirvió también para constatar que la del electrón es la unidad fundamental de carga eléctrica.

Esquema del experimento de Millikan con el que determinó la carga y la masa del electrón a Se produce un equilibrio de fuerzas que se traduce en la gota inmóvil. b La carga de la gota es negativa.