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 reacciones químicas y dispositivos médicos para tratar el 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 de EE.UU. ha inventado un nuevo tipo de estructura de acelerador que ofrece una ganancia de energía 10 veces mayor en una distancia determinada que las convencionales. Esto podría hacer que los aceleradores de partículas utilizados para una aplicación determinada sean 10 veces más cortos.
La idea clave detrás de la tecnología, descrita en un artículo reciente publicado en Applied Physics Letters, es usar radiación de terahercios para aumentar la energía de las partículas.
En los aceleradores de partículas actuales, estas extraen energía de un campo de radiofrecuencia (RF) que se alimenta a estructuras de aceleradores o cavidades con formas específicas. Cada cavidad puede proporcionar sólo un impulso de energía limitado a una distancia determinada, por lo que se necesitan cadenas muy largas de cavidades para producir rayos de alta energía.
Los terahercios y las ondas de radio son radiación electromagnética, y difieren en sus respectivas longitudes de onda. Debido a que las ondas de terahercios son 10 veces más cortas que las ondas de radio, las cavidades en un acelerador de terahercios también pueden ser mucho más pequeñas. De hecho, el inventado en este estudio medía sólo 0,508 cm de largo.
Un desafío importante para construir estas pequeñas estructuras de cavidades es mecanizarlas con mucha precisión. En los últimos años, los equipos de 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 estructura diminuta mecanizando dos mitades y uniéndolas.
La nueva estructura también produce pulsos de partículas mil veces más cortos que los que salen de las estructuras de cobre convencionales, que podrían usarse para producir haces que pulsen a un ritmo más alto y liberen más energía durante un período de tiempo determinado.
A continuación, los investigadores planean convertir la invención en un cañón de electrones, un dispositivo que podría producir rayos de electrones increíblemente brillantes para descubrimientos en ciencia básica, incluidos láseres de rayos X de próxima generación y microscopios electrónicos que nos permitirían ver en tiempo real cómo la naturaleza trabaja a nivel atómico. Estos rayos también podrían usarse para el tratamiento del cáncer.
Hacer realidad este potencial también requiere un mayor desarrollo de fuentes de radiación de terahercios y su integración con aceleradores de partículas 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 de SLAC están buscando la generación de terahercios basada en rayos de electrones y láser para proporcionar las altas potencias pico necesarias para convertir su investigación sobre aceleradores en futuras aplicaciones del mundo real.
Fuente: Applied Physics Letters.
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