magnitud

tiempo de vuelo

El tiempo que tarda una partícula en recorrer una distancia conocida, utilizado para identificarla.
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Descripción

El tiempo de vuelo es una técnica de medición que identifica una partícula por el tiempo que tarda en recorrer una distancia conocida. En física de partículas, cuando una partícula atraviesa un detector, su velocidad se puede deducir del tiempo que tarda en moverse entre dos puntos. Combinada con su momento (medido por cuánto se desvía en un campo magnético), la velocidad revela la masa de la partícula y, por tanto, su identidad. Esta es una herramienta fundamental en experimentos que estudian rayos cósmicos, reacciones nucleares y partículas producidas en aceleradores.

Historia

La técnica se volvió práctica con el desarrollo de tubos fotomultiplicadores rápidos y electrónica a mediados del siglo XX, y ha sido una parte estándar de los detectores de partículas desde los años 60.

Cómo funciona

Se colocan dos capas de detector a una distancia conocida. Cuando una partícula golpea la primera capa, se inicia un cronómetro; cuando golpea la segunda, se detiene. La diferencia de tiempo, dividida por la distancia, da la velocidad de la partícula. Dado que partículas de diferentes masas pero con el mismo momento viajan a velocidades distintas (las más ligeras son más rápidas), la medición de la velocidad las distingue. La técnica es especialmente efectiva para partículas que se mueven a una fracción significativa de la velocidad de la luz, donde se deben resolver diferencias de tiempo de nanosegundos o picosegundos.

En la práctica

El tiempo de vuelo se utiliza en detectores de física de partículas (por ejemplo, en el CERN), en espectrometría de masas para análisis químico y en imágenes médicas (escáneres PET) para mejorar la resolución de la imagen.

Dato curioso

En un detector típico de física de partículas, los sistemas de tiempo de vuelo miden los tiempos de llegada con una precisión de unos 100 picosegundos: el tiempo que tarda la luz en recorrer solo 3 centímetros.

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