Los aceleradores de partículas son enormemente útiles en la investigación científica, pero –al igual que el gran colisionador de hadrones (LHC): normalmente ocupan una gran cantidad de espacio. Un nuevo sistema notable desarrollado en la Universidad de Texas en Austin podría cambiar esto.
En experimentos, los investigadores pudieron utilizar su acelerador de partículas para generar una rayo de electrones con una energía de 10 mil millones de electronvoltios (10 GeV) en una cámara que mide sólo 10 centímetros (4 pulgadas).
El instrumento completo mide 20 metros (66 pies) de punta a punta. En comparación, otros aceleradores de partículas que pueden generar haces de 10 GeV tienen unos 3 kilómetros (casi 2 millas) de longitud, unas 150 veces más.
La clave para reducir tan significativamente el tamaño del sistema fue combinar pulsos láser con gas helio espolvoreado con nanopartículas de aluminio.
Estas partículas aumentan la energía de los electrones arrancados de las nanopartículas por el láser, que son empujados hacia los bordes del láser, donde viajan sobre las ondas de plasma inducidas por el láser como surfistas siguiendo la estela de un barco en un lago.
Mientras que la fuerza de estas olas normalmente sería abrumadora (de la misma manera que las motos de agua dominan las olas que dejan los barcos), las nanopartículas ofrecen más estabilidad y permiten que el sistema se reduzca.
“En nuestro acelerador, el equivalente a las motos acuáticas son nanopartículas que liberan electrones en el punto justo y en el momento justo, por lo que todas están ahí sentadas en la onda”. dice el físico Bjorn Hegelich, de la Universidad de Texas en Austin.
“Conseguimos muchos más electrones en la onda cuando y donde queremos que estén, en lugar de distribuirlos estadísticamente a lo largo de toda la interacción, y esa es nuestra salsa secreta”.
Este tipo de acelerador de partículas, que utiliza láseres para generar ondas de plasma, se llama acelerador láser wakefield. El equipo dice que su versión avanzada podría ser útil para estudiar semiconductores, probar equipos para el espacio y desarrollar cáncer terapias.
Todo esto es posible gracias a la forma en que estos instrumentos aceleran los electrones (de ahí el nombre) a altas velocidades, generando ondas energéticas de radiación electromagnética, como rayos X, que podrían usarse para obtener imágenes de procesos a escala molecular.
Los investigadores esperan seguir desarrollando el sistema, pero todavía hay muchas cosas sobre las interacciones entre electrones, láseres y plasma que no entendemos completamente. En otras palabras, hay muchos descubrimientos científicos interesantes por delante.
“Actualmente no disponemos de un modelo satisfactorio ni de una explicación experimental para la generación de energías electrónicas tan elevadas”, escribir los investigadores en su artículo publicado.
“Ahora se están investigando varios escenarios teóricos y, si son pertinentes, serán objeto de futuras publicaciones”.
La investigación ha sido publicada en Materia y radiación en extremos.