Aceleradores de partículas 10 veces más pequeños

Los aceleradores de partículas generan haces de electrones, protones e iones de alta energía para una amplia gama de aplicaciones, incluidos los colisionadores de partículas que arrojan luz sobre los componentes subatómicos de la naturaleza, los láseres de rayos X que filman átomos y moléculas durante las reacciones químicas y los dispositivos médicos para el tratamiento del cáncer.

Como regla general, cuanto más largo es el acelerador, más potente es.

Ahora, un equipo dirigido por científicos del Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC del Departamento de Energía ha inventado un nuevo tipo de estructura de acelerador que proporciona una ganancia de energía 10 veces mayor a una distancia determinada que los convencionales.

Esto podría hacer que los aceleradores utilizados para una determinada aplicación sean 10 veces más cortos.

La idea clave detrás de la tecnología, descrita en un artículo publicado en la revista Applied Physics Letters, es utilizar la radiación de terahercios para aumentar la energía de las partículas.

En los aceleradores actuales, las partículas extraen energía de un campo de radiofrecuencia (RF) que se introduce en estructuras del acelerador con formas específicas, o cavidades.

Cada cavidad solo puede proporcionar un impulso de energía limitado a una distancia determinada, por lo que se necesitan cadenas muy largas de cavidades para producir haces de alta energía.

Tanto las ondas de terahercio como las de radio son radiaciones electromagnéticas; se diferencian en sus respectivas longitudes de onda.

Debido a que las ondas de terahercio son 10 veces más cortas que las ondas de radio, las cavidades de un acelerador de terahercios también pueden ser mucho más pequeñas.

De hecho, la que se inventó en este estudio tenía solo 0,508 cm de largo.

Uno de los mayores desafíos para construir estas diminutas estructuras de cavidades es mecanizarlas con mucha precisión.

En los últimos años, los equipos del SLAC desarrollaron una forma de hacer precisamente eso.

En lugar de utilizar el proceso tradicional de apilar muchas capas de cobre una encima de la otra, construyeron la diminuta estructura mecanizando dos mitades y uniéndolas entre sí.

La nueva estructura también produce pulsos de partículas mil veces más cortos que los que salen de las estructuras de cobre convencionales, que podrían utilizarse para producir haces que pulsen a una mayor velocidad y liberen más energía en un período de tiempo determinado.

A continuación, los investigadores planean convertir el invento en un cañón de electrones, un dispositivo que podría producir haces increíblemente brillantes de electrones para la ciencia de los descubrimientos, incluyendo láseres de rayos X de última generación y microscopios de electrones que nos permitirían ver en tiempo real cómo funciona la naturaleza a nivel atómico.

Estos haces también podrían ser utilizados para el tratamiento del cáncer.

Para aprovechar este potencial también se requiere un mayor desarrollo de las fuentes de radiación de terahercios y su integración con aceleradores avanzados, como el que se describe en este estudio.

Debido a que la radiación de terahercios tiene una longitud de onda tan corta, sus fuentes son particularmente difíciles de desarrollar, y hay poca tecnología disponible en la actualidad.

Los investigadores del SLAC están trabajando para convertir sus investigaciones sobre aceleradores en futuras aplicaciones en el mundo real.

Fuente: Noticias de la Ciencia