Espectrografía de Masas y Ciclotrón: Interacciones Fundamentales en Física

Espectrografía de Masas

El espectrógrafo de masas permite separar partículas con idéntica carga y distinta masa (por ejemplo) aprovechando la interacción de las partículas cargadas con un campo magnético perpendicular. El espectrógrafo de masas permite evaluar masas atómicas con gran precisión y la separación de isótopos de un mismo elemento.

Ciclotrón

El ciclotrón se usa para acelerar partículas cargadas que después se hacen colisionar con blancos para producir reacciones nucleares u obtener información sobre el interior de los núcleos. El proceso comienza cuando una partícula con carga (supongamos un protón) se inyecta cerca del centro de una de las des (D1 en la figura). Debido al campo magnético, la partícula curvará su trayectoria describiendo una circunferencia con velocidad angular y periodo independientes de la velocidad lineal de la partícula y del radio de la trayectoria, por lo cual tardará siempre lo mismo en su recorrido:

Cuando sale de la primera D, el campo eléctrico entre ambas (en el plano del papel y hacia abajo) la acelera aumentando su energía cinética. Como consecuencia de ese aumento de velocidad, el radio de la trayectoria descrita en D2 aumentará. Cuando abandona D2, la polaridad de las des se invierte y el campo eléctrico apuntará ahora hacia arriba incrementando nuevamente su energía cinética.

Interacción Gravitatoria y Eléctrica

Tanto la interacción gravitatoria como la eléctrica son consecuencia de la existencia de propiedades inherentes a la materia: la masa y la carga.

Todo cuerpo que posea masa será sensible a la interacción gravitatoria. Todo objeto que posea carga neta será sensible a la interacción eléctrica. Cuanto mayor es la masa o la carga de dos cuerpos, mayor es su interacción gravitatoria o eléctrica.

Características de las Interacciones

• Ambas interacciones decrecen muy rápidamente a medida que nos alejamos de la masa o de la carga.
• La interacción gravitatoria es siempre atractiva, mientras que la interacción eléctrica puede ser atractiva o repulsiva en función del signo de las cargas.
• El pequeño valor de la constante de gravitación universal (G) hace que la fuerza de atracción gravitatoria sea despreciable a no ser que las masas implicadas sean elevadas (astros). La fuerza de gravedad es la interacción que domina a nivel cosmológico.
• El valor de la constante que aparece en la Ley de Coulomb (K) hace que la fuerza eléctrica sea apreciable incluso cuando consideramos cargas eléctricas muy pequeñas. La interacción eléctrica es la dominante a nivel de átomos y moléculas, haciendo posible la existencia de las unidades estructurales básicas que forman la materia (los átomos).
• La interacción gravitatoria no depende del medio en el que se encuentren las masas (aire, vacío, agua...), mientras que la naturaleza del medio sí influye en el valor de la interacción eléctrica. Unos medios transmiten mejor la interacción eléctrica que otros.
• La fuerza eléctrica y la gravitatoria son fuerzas conservativas.