En el tubo de imagen de una TV en color, los electrones son acelerados
por unos 30.000 voltios, por lo que su energía cuando golpean la
pantalla es de unos 30.000 eV. Realmente eso es mucho: los electrones se
mueven a casi 1/3 de la velocidad de la luz. El tubo de imagen de la TV
es un instrumento bastante sofisticado. En un equipo médico de rayos
X, los electrones se aceleran hasta energías 2-3 veces mayores,
golpean una diana y producen una atomización de rayos X.
Energías de las Partículas en la Naturaleza
¿Cómo se compara en la naturaleza?
- 0.03 eV
- Energía de una molécula de oxígeno o de nitrógeno en el aire que respiramos. Se mueve más rápido que una bala, pero es más bien baja en la escala de energías.
- 0.5 eV
- Átomo o molécula a la temperatura de la superficie del Sol.
- 0.67 eV
-
Energía que necesita un protón o un neutrón para escapar
a la gravedad terrestre.
- 1000 - 15,000 eV
-
Energía típica de un electrón en la aurora polar.
- 40,000 eV
-
Energía requerida por un electrón para penetrar la pared
delgada de un contador Geiger como el del Explorer
1.
- 50,000 eV
- Energía típica de una ion en la corriente de anillo.
¡Espera!
Necesitamos unidades mayores:
- 1,000 eV = 1 keV (kiloelectronvoltio)
- 1,000,000 eV = 1 MeV (megaelectronvoltio)
- 1,000,000,000 eV = 1 GeV (gigaelectronvoltio)
- 1.4 MeV
-
Energía de los electrones del potasio radiactivo, una gran fuente
del calor interno de la Tierra.
- 4.2 MeV
- Energía de las partículas alfa del uranio radiactivo U 23
, otra fuente de calor de la Tierra (y también de su helio
-- vea la historia de los iones positivos
).
- 10-100 MeV
-
Energía típica del protón en el cinturón interior
de radiación.
- 10-15,000 MeV
-
Rango de energías en las explosiones solares (vea el Sol).
- 1-100,000,000,000 GeV
-
Rango de energías entre los iones de los rayos cósmicos.
No obstante, cuando crece su energía disminuye su intensidad, por
lo que los iones de más alta energía son muy raros.
Nota sobre la Relatividad
Mientras que la teoría de la relatividad no permite que las partículas
con masa se muevan a una velocidad mayor (e incluso igual) a la
velocidad de la luz, no hay límite para su energía.
No obstante, cerca de la velocidad de la luz el incremento de energía
solo incrementa ligeramente su velocidad. El acelerado de un ion desde
0,9 a 0,99 veces la velocidad de la luz necesita varias veces más
energía que la cantidad necesaria para alcanzar las primeras 0,9
veces, aunque su energía lo hace considerablemente más
pesado.
Cómo y Por Qué
¿Donde adquieren individualmente los iones y electrones esas
altas energías? Excelente pregunta. Suponemos que están
involucrados campos eléctricos y magnéticos y hemos aprendido
mucho en esa dirección, pero el proceso exacto (probablemente más
de uno) permanece inconcluso. La aceleración tiene lugar en las
erupciones solares y en las CMEs (vea el Sol) pero,
como el astuto truco de un conjuro, aunque ocurre frente a nuestros ojos
no conseguimos comprenderlo.
Los choques potentes -- bruscas discontinuidades apiladas al
frente de un gas moviéndose rápidamente -- también
pueden hacerlo y al menos se ha observado un interesante
evento de este tipo en la magnetosfera terrestre. Los choques
más potentes tienen lugar en la envolvente de gas expandiéndose
del emplazamiento de las supernovas,
y se cree mayoritariamente que esos choques (que transportan una gran cantidad
de energía) son la fuente de la mayoría de las partículas
de rayos cósmicos.
Todas estas son buenas razones para el estudio de la aceleración
de la partículas en la aurora y en los cinturones de radiación.
Las energías son más módicas, pero los procesos suceden
donde pueden explorarlos los instrumentos de los satélites.
Cuando estudiamos esos procesos de aceleración aprendemos progresivamente
como interaccionan en el espacio los plasmas y los campos magnéticos
y luego esa experiencia puede ser aplicada al resto del universo.
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