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Acelerador laser que dispara rayos con una energía de 10.000 millones de electronvoltios (GeV)

Un pequeño acelerador de partículas logra un importante hito energético
University of Texas at Austin

Un grupo internacional de investigadores desarrolló un nuevo acelerador de partículas que, a pesar de que su tamaño es menor a los convencionales, tiene la capacidad de producir un haz de electrones con una energía impresionante, informó este martes la Universidad de Texas en Austin, EE.UU.

Los aceleradores de partículas son dispositivos que producen y aceleran haces de partículas cargadas, como electrones, protones e iones, que pueden ser de tamaño atómico y subatómico. Estos aparatos se emplean en múltiples campos de la ciencia y la tecnología, que van desde la electrónica hasta la medicina. No obstante, sus grandes dimensiones y su alto costo han restringido su accesibilidad, limitando su presencia a pocos laboratorios y universidades.

En un nuevo estudio, recientemente publicado en la revista Matter and Radiation at Extremes, se reportó la creación de un compacto y avanzado acelerador de partículas que utiliza láseres para generar ondas de plasma. Este nuevo instrumento, denominado como 'acelerador láser avanzado de Wakefield', mide menos de 20 metros de largo y dispara rayos con una energía de 10.000 millones de electronvoltios (GeV).


En EE.UU. existen solo dos aceleradores que pueden producir haces de alta energía. Sin embargo, cada uno de estos mide aproximadamente tres kilómetros de largo. De acuerdo con los científicos, este nuevo acelerador funciona utilizando una versión modificada de la técnica de aceleración de Wakefield, que fue descrita por primera vez en 1979 y que se emplea en el diseño de algunos proyectos de aceleradores potentes.

El dispositivo usa una cámara llena de gas helio, que mide aproximadamente 10 centímetros de largo, así como el potente láser Texas Petawatt, que dispara un pulso de luz ultraintenso cada hora. Se sabe que un solo pulso láser en el orden de los petavatios contiene alrededor de 1.000 veces la energía de la red eléctrica de EE.UU., aunque dura únicamente 150 femtosegundos, una milmillonésima parte de la duración de la descarga de un rayo.

¿Cómo funciona este nuevo acelerador?

Los expertos explicaron que cuando el potente láser Texas Petawatt dispara un pulso de luz a través del helio en la cámara, la enorme energía calienta el gas hasta convertirlo en plasma. Esto provoca la creación de ondas que emiten electrones del gas en un haz de alta energía.

La clave para reducir el tamaño del sistema se basó en utilizar un láser auxiliar que dispara pulsos ultracortos de alta energía a una placa de aluminio situada en la parte inferior de la cámara de gas. Como resultado, se inyecta una corriente de nanopartículas metálicas que permite aumentar la energía entregada a los electrones a medida que continúan los pulsos disparados por el láser.

El equipo de investigadores mencionó que su acelerador podría ser útil para probar si los componentes electrónicos destinados a los vuelos espaciales soportan la radiación cósmica, además para obtener imágenes de las estructuras internas para el diseño de los semiconductores y el desarrollo de terapias contra al cáncer. Por otro lado, aseguraron que están desarrollando su propio sistema láser del tamaño de una mesa que disparará pulsos miles de veces por segundo, permitiendo reducir aún más las dimensiones del acelerador.

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