Un acelerador de partículas compacto se iguala con los grandes

Un acelerador de partículas compacto de menos de 20 metros de largo ha sido capaz de alcanzar energías tan altas que solo alcanzan otras dos instalaciones, pero ambas de tres kilómetros de longitud

Investigadores de la Universidad de Texas (UT) en Austin, varios laboratorios nacionales, universidades europeas y la empresa TAU Systems Inc. han desarrollado el nuevo dispositivo, que produce un haz de electrones con una energía de 10.000 millones de electronvoltios (10 GeV).

Los aceleradores de partículas tienen un gran potencial para aplicaciones de semiconductores, imágenes y terapias médicas, e investigación en materiales, energía y medicina. Pero los aceleradores convencionales requieren mucho espacio (kilómetros), lo que los encarece y limita su presencia a un puñado de laboratorios y universidades nacionales.

“Ahora podemos alcanzar esas energías en 10 centímetros”, dijo en un comunicado Bjorn ‘Manuel’ Hegelich, profesor asociado de física en UT y director ejecutivo de TAU Systems, refiriéndose al tamaño de la cámara donde se produjo el haz. Es el autor principal de un artículo reciente que describe sus logros en la revista Matter and Radiation at Extremes.

Hegelich y su equipo están explorando actualmente el uso de su acelerador, llamado acelerador láser avanzado de Wakefield, para diversos propósitos. Esperan usarlo para probar cómo la electrónica espacial puede resistir la radiación, para obtener imágenes de las estructuras internas en 3D de nuevos diseños de chips semiconductores e incluso para desarrollar nuevas terapias contra el cáncer y técnicas avanzadas de imágenes médicas.

Este tipo de acelerador también podría usarse para impulsar otro dispositivo llamado láser de electrones libres de rayos X, que podría tomar películas en cámara lenta de procesos a escala atómica o molecular. Ejemplos de tales procesos incluyen interacciones de medicamentos con las células, cambios dentro de las baterías que podrían provocar que se incendien, reacciones químicas dentro de los paneles solares y proteínas virales que cambian de forma al infectar las células.

El concepto de aceleradores láser Wakefield se describió por primera vez en 1979. Un láser extremadamente potente impacta gas helio, lo calienta hasta convertirlo en plasma y crea ondas que expulsan electrones del gas en un haz de electrones de alta energía.

Durante las últimas dos décadas, varios grupos de investigación han desarrollado versiones más potentes. El avance clave de Hegelich y su equipo se basa en las nanopartículas. Un láser auxiliar golpea una placa de metal dentro de la celda de gas, que inyecta una corriente de nanopartículas metálicas que aumentan la energía entregada a los electrones por las ondas.

El láser es como un barco que navega a través de un lago, dejando una estela, y los electrones viajan en esta onda de plasma como los surfistas.

Para este experimento, los investigadores utilizaron uno de los láseres pulsados más potentes del mundo, el Texas Petawatt Laser, que se encuentra en la UT y dispara un pulso de luz ultraintenso cada hora.

Un solo pulso láser de petavatios contiene aproximadamente 1.000 veces la energía eléctrica instalada en los EE.UU., pero dura sólo 150 femtosegundos, menos de una milmillonésima parte de la duración de la descarga de un rayo.

El objetivo a largo plazo del equipo es impulsar su sistema con un láser que están desarrollando actualmente que cabe en una mesa y puede disparar miles de veces por segundo, haciendo que todo el acelerador sea mucho más compacto y utilizable en entornos mucho más amplios que los aceleradores convencionales.

Fuente: nationalgeographic.com.es