Un acelerador de partículas de bolsillo trabaja casi a la velocidad de la luz • Tendencias21

Un acelerador de partículas de bolsillo trabaja casi a la velocidad de la luz • Tendencias21


Científicos ingleses han creado un acelerador de partículas compacto capaz de trabajar a más del 99,99% de la velocidad de la luz. Funciona mediante pulsos de terahercios (THz) generados por láser. Además, logra impulsar cargas mil veces mayores que los modelos tradicionales de radiofrecuencia.

Un grupo de investigadores de la Universidad de Manchester, la Universidad de Lancaster y otros centros académicos ingleses ha desarrollado un nuevo acelerador de partículas de bolsillo que trabaja por radiación de terahercios y alcanza prácticamente la velocidad de la luz. Además de la lógica ventaja de tamaño, es más potente, rápido y eficiente que los aceleradores que usan estructuras de radiofrecuencia.

De acuerdo a una nota de prensa, esta innovación podría allanar el camino hacia un mayor desarrollo de los aceleradores de partículas que funcionan mediante pulsos de terahercios, los cuales registran múltiples ventajas comparativas con respecto a los modelos tradicionales de radiofrecuencia: son más compactos, más económicos, más veloces y más potentes.

Específicamente usan láseres para generar pulsos de luz con frecuencia de terahercios. Se trata de una zona del espectro electromagnético posicionada a medio camino entre el infrarrojo y el microondas. El infrarrojo se utiliza, por ejemplo, en los mandos a distancia de dispositivos electrónicos, en tanto que los hornos microondas emplean la frecuencia del mismo nombre.

Un salto adelante

La radiación por terahercios trabaja en una longitud de onda de escala milimétrica, una condición que simplifica la fabricación de las estructuras necesarias. Sin embargo, el punto más trascendente es que es capaz de impulsar grupos de electrones con elevados niveles de carga.

Por otro lado, mientras aceleradores de partículas como el del CERN en Suiza y otros similares ocupan varios kilómetros de extensión, el nuevo dispositivo creado en Inglaterra mide solamente algunos pocos centímetros. Al mismo tiempo, proyecta haces de electrones ultracortos con luz láser a más del 99,99% de la velocidad de la luz.

Para obtener estas impresionantes cifras, los científicos debieron ralentizar la luz para poder equiparar la velocidad de los electrones. Para ello emplearon una estructura de metal y cuarzo diseñada específicamente para este dispositivo, empleando capas de cuarzo extremadamente delgadas, con un grosor menor al de un cabello humano.

Los especialistas destacan que gracias al nuevo acelerador de partículas de bolsillo es posible manipular y medir al mismo tiempo grupos de partículas a escalas de tiempo inferiores a los 10 femtosegundos.

Trabajar a esta velocidad supone la capacidad de obtener fotografías estroboscópicas de la actividad y el movimiento atómico. Se trata de imágenes creadas mediante disparos de alta frecuencia que permiten “congelar” secuencias de movimientos.

Aplicaciones actuales y futuras

Es importante resaltar que los aceleradores de particular no se aplican únicamente a la investigación básica, como sucede con algunos megaproyectos como el Gran Colisionador de Hadrones.

También se emplean en tratamientos de radioterapia para pacientes con cáncer, producción de imágenes médicas, desarrollo de materiales y hasta controles de seguridad en cargas y transporte. Sin embargo, la tecnología de radiofrecuencia utilizada fue desarrollada durante la primera mitad del siglo XX.

En consecuencia, los aceleradores impulsados por terahercios suponen un paso adelante por todas las ventajas señaladas anteriormente, pero principalmente porque son dispositivos más compactos y económicos de producir, ofreciendo al mismo tiempo más eficiencia, velocidad y potencia.

Es de esperar que la producción de aceleradores de partículas por terahercios multiplique los campos de aplicación de estos dispositivos, haciéndolos llegar a nuevas áreas del desarrollo industrial, la tecnología médica, la gestión ambiental o la comunicación.

Referencia

Acceleration of relativistic beams using laser-generated terahertz pulses. Hibberd, M.T., Healy, A.L., Lake, D.S. et al. Nature Photonics (2020).DOI: https://doi.org/10.1038/s41566-020-0674-1

Foto: University of Manchester.