¿Te imaginas llevar un acelerador de partículas en el bolsillo? Pues un equipo de científicos desarrolló uno de estos capaz de acelerar haces de electrones ultracorto con luz láser a más del 99,99 por ciento de la velocidad de la luz.
Los resultados de la investigación, liderada por el Dr. Morgan Hibberd de la Universidad de Manchester, fueron publicados en Nature Photonics.
Electrones a casi la velocidad de la luz
Para conseguir ese resultado, los científicos tuvieron que ralentizar la luz para igualar la velocidad de los electrones. En ese sentido, utilizaron una estructura metálica especialmente diseñada forrada con capas de cuarzo más delgadas que un cabello humano.
Con este gran avance, el equipo además pudo medir y manipular grupos de partículas en escalas de menos de 10 femtosegundos (0,00000000001 segundos). Esto les permitirá crear fotografías estroboscópicas del movimiento atómico.
Este acelerador de partículas compacto allana el camino para otros aceleradores impulsados por pulsos en terahertz (THz) de alta energía, alta carga y alta calidad. Por si fuera poco, serán más baratos y pequeños, abriendo la tecnología hacia una gama mucho más amplia de aplicaciones.
“Los aceleradores de partículas impulsados por pulsos de terahertz (THz) generados por láser prometen un control sin precedentes (…) en comparación con la tecnología de radiofrecuencia convencional”, escriben los autores en el resumen del estudio.
Hasta el momento, las aplicaciones convencionales de un acelerador de partículas se encuentran en la investigación básica en física de partículas, caracterización de materiales, radioterapia en hospitales para tratar pacientes con cáncer, producción de radioisótopos para imágenes médicas y control de seguridad de cargas.
Sin embargo, esta tecnología básica (radiofrecuencia), que sustenta lo anteriormente mencionado, se desarrolló para los radares durante la Segunda Guerra Mundial.
Pulsos de terahertz
En esta nueva investigación, el equipo utilizó láseres para generar pulsos de luz con frecuencia de terahertz con el objetivo de obtener un acelerador compacto.
La frecuencia de terahertz es una región del espectro electromagnético. Se encuentra entre el infrarrojo (que usan los controles remotos de la TV) y el microondas (que usan los hornos microondas).
La longitud de onda de esta radiación es de escala milimétrica, lo que simplifica la fabricación de la estructura compacta. Sin embargo, lo más importante es que proporciona las longitudes de medio ciclo que son adecuadas para la aceleración de grupos de electrones altamente cargados.
“La aceleración controlada de haces relativistas con pulsos de tipo láser de frecuencia de terahercios es un hito en el desarrollo de un nuevo enfoque para los aceleradores de partículas”, expresó Steven Jamison de la Universidad de Lancaster.
“Al utilizar frecuencias electromagnéticas cien veces más altas que en los aceleradores de partículas convencionales, se hace posible un avance revolucionario en el control de los haces de partículas a escalas de tiempo de femtosegundos”, agregó Jamison, quien también lideró la investigación junto a Hibberd.
“Con nuestra demostración de la aceleración de terahercios de partículas al 99,99 por ciento de la velocidad de la luz, hemos confirmado una ruta para escalar la aceleración de terahercios a energías altamente relativistas”, finalizó.