Proyecte electrones al 99,99% de la velocidad de la luz con un acelerador de partículas de bolsillo.

Los físicos y otros médicos soñarían con beneficiarse de un acelerador de partículas compacto y económico. Investigaciones recientes en el Reino Unido dan esperanzas de que aparezca este tipo de dispositivo. Los directores del proyecto evocan los pulsos de terahercios, elemento clave en su desarrollo.

Un acelerador de partículas de bolsillo

Los físicos suelen utilizar aceleradores de partículas para entender los secretos de la materia. También se utilizan en medicina para la producción de radioisótopos (imágenes) o para el tratamiento de pacientes con cáncer. Para los profesionales, las aplicaciones podrían ser más numerosas si esta tecnología fuera algún día objeto de una reducción de tamaño y precio.

En un estudio publicado en la revista Nature Photonics el 10 de agosto de 2020, un equipo de la Universidad de Manchester (Reino Unido) dijo que han desarrollado un acelerador de partículas de bolsillo. Es una estructura de metal simple forrada con capas de cuarzo, ¡cuyo grosor es más delgado que un cabello! Con esta solución, los aceleradores de partículas de varios kilómetros de largo podrían ser reducido a solo unos metros.

99,99% de la velocidad de la luz

La solución de los investigadores adopta la forma de láseres que generan pulsos de luz. a frecuencias de terahercios (THz). Recordemos de paso que esta zona del espectro electromagnético se sitúa entre el infrarrojo y las microondas. Esto corresponde a ondas milimétricas y esto es precisamente lo que interesa a los científicos en el simplificación de la estructura de su acelerador. Sin embargo, esta solución es completamente compatible con paquetes de electrones a altos niveles de carga.

acelerador de partículas de bolsillo
Crédito: Universidad de Manchester

El principal desafío fue hacer coincidir la velocidad del campo de aceleración THz con la velocidad del haz de electrones, una velocidad cercana a la de la luz, mientras se evitaba que la velocidad inherentemente más baja de la envolvente de los pulsos de THz que se propagaban a través de nuestra estructura degradara significativamente Longitud sobre la que interactúan el campo acelerador y los electrones.“, Dijeron los directores del estudio en un comunicado.

Los científicos resolvieron el problema desarrollando una fuente de THz capaz de generar pulsos más largos en un rango estrecho de frecuencias. Por lo tanto, lograron la hazaña de acelerar haces de electrones ultracortos hasta ¡99,99% la velocidad de la luz!

Del más pequeño al más grande

En enero de 2020, discutimos el trabajo de la Universidad de Stanford en un prototipo de acelerador capaz de sostener un pequeño chip de silicio. En lugar de utilizar microondas como en el caso de su acelerador SLAC (3,2 km de largo), los científicos pensaron en un láser que generara luz infrarroja a una velocidad de 100.000 pulsos por segundo.

El último proyecto de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) está por su parte en proceso inverso. El objetivo es construir un nuevo acelerador de partículas de 100 km de longitud, el Future Circular Collider (FCC). La construcción de esta FCC comenzará en 2038 en Ginebra (Suiza). Entonces esto se convertirá en el el acelerador de partículas más grande del mundo, frente al actual Gran Colisionador de Hadrones (LHC), que tiene 27 km de longitud. El objetivo de tal instalación será trabajar más en el bosón de Higgs y así sacudir los límites actuales de la física.