Una vista lateral del diminuto acelerador de partículas.
Tomáš Chlouba, Roy Shiloh, Stefanie Kraus, et al.
Un acelerador de partículas de sólo 0,2 milímetros de largo es el dispositivo más pequeño de su tipo jamás construido. Es el primer acelerador diminuto que puede producir haces de electrones rápidos y bien enfocados, y podría tener aplicaciones médicas. Con el tiempo se podría hacer lo suficientemente pequeño como para caber en la punta de un bolígrafo.
Aceleradores de partículas, como el Gran Colisionador de Hadrones o aquellos en instalaciones médicas Para tratar el cáncer, acelerar partículas como electrones utilizando campos eléctricos e imanes. Estos campos eléctricos suelen generarse mediante ondas de radio, cuyas longitudes de onda se miden en metros o centímetros. Peter Hommelhoff en la Universidad de Erlangen-Nuremberg en Alemania y sus colaboradores optaron por acelerar partículas utilizando un tipo diferente de onda electromagnética –la luz– que tiene una longitud de onda mucho más corta medida en cientos de nanómetros. Esto les permitió reducir el tamaño de su acelerador de kilómetros de ancho a menos de un milímetro.
Para hacerlo, utilizaron silicio en forma de miles de pilares de 2 micrómetros de altura dispuestos en dos líneas paralelas, cada una de 0,2 milímetros de largo. Para hacer funcionar el acelerador, los investigadores iluminaron con luz láser esta “pista” bordeada de pilares desde arriba mientras inyectaban electrones desde un lado. Las ondas de luz del láser interactuaron con los pilares para crear un campo electromagnético que hizo que los electrones se agruparan en grupos estrechos. Estos grupos de partículas aceleraron a través de la estructura a velocidades de más de cien mil kilómetros por segundo.
El equipo experimentó agregando más pilares a la pista. Cuando construyeron una versión de 0,5 milímetros de largo, descubrieron que podían acelerar los electrones a velocidades aún mayores, aumentando la energía que transportaban en un 43 por ciento. Esto indica que el acelerador es escalable y puede hacerse más potente sin dejar de ser lo suficientemente pequeño como para ser integrado en chipso incluso directamente en el extremo de una fibra ópticaafirma Hommelhoff.
Pietro Musumeci en la Universidad de California en Los Ángeles dice que ya se han construido algunos aceleradores diminutos, pero este es el primer dispositivo de este tipo que no sólo acelera electrones, sino que también los mantiene confinados en un haz relativamente estrecho que puede usarse en experimentos científicos. “Un acelerador no es sólo un esquema que le da energía a una partícula; también es necesario poder confinar transversalmente las partículas”, afirma.
Por el momento, el nuevo dispositivo sólo proporciona a los electrones aproximadamente una millonésima parte de la energía que obtienen en aceleradores más grandes. Pero Hommelhoff dice que puede haber formas de aumentar la energía de cada electrón. Cree que podría ayudar fabricar los pilares con un material de vidrio llamado sílice fundida, que puede soportar una luz láser más intensa.
Hommelhoff dice que los científicos propusieron por primera vez usando luz para reducir los aceleradores en la década de 1960, pero los desafíos de ingeniería dificultaron su ejecución en ese momento.
“Creemos que eventualmente podremos reducir los aceleradores para que quepan en la punta de un bolígrafo. Entonces se pueden pensar en nuevas herramientas de tratamiento para médicos o en herramientas de esterilización a pequeña escala para laboratorios de biología”, afirma Hommelhoff. “Creemos que aún no hemos concebido todas las posibilidades [applications].”
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