Los aceleradores de partículas son muy importantes en el estudio de la materia del Universo, pero los que pensamos tienden a ser instrumentos gigantes, que rodean ciudades en algunos casos. Ahora los científicos han creado una versión mucho más pequeña para alimentar un láser avanzado, una configuración que podría ser tan útil como sus contrapartes más grandes.
El acelerador de partículas en cuestión es un acelerador de wakefield de plasma, que genera ráfagas cortas e intensas de electrones, y el láser que está alimentando es lo que se conoce como láser de electrones libres (FEL), que utiliza su luz para analizar átomos, moléculas y materia condensada en resoluciones increíblemente altas.
Si bien este escenario se ha probado antes, la luz láser resultante no ha sido lo suficientemente intensa como para ser útil a escalas más pequeñas. Aquí, los investigadores pudieron mantener la configuración encerrada en pocas habitaciones de tamaño normal mientras amplificaban el haz de electrones final producido por el láser, aumentando la intensidad 100 veces en el último paso del proceso.
“Probamos la viabilidad de la nueva ruta técnica con el acelerador de electrones láser con capacidad de aceleración ultra alta, y redujo el tamaño de la instalación de un kilómetro a 12 metros”. dice el físico Leng Yuxin
Hubo varios desafíos para el equipo a la hora de reducir la tecnología y, al mismo tiempo, mantenerla prácticamente útil. Tuvieron que reducir la variación en la energía de los electrones a solo un 0,5 por ciento, por ejemplo, lo que requirió una serie de optimizaciones que controlaban la aceleración de los electrones y aseguraban un viaje suave.
Los electrones se disparan a través de una tubería de vacío y a través de una serie de tres onduladores magnetizados, que utilizan sus campos magnéticos para sacudir los electrones y producir luz. La luz emitida empuja hacia atrás a los electrones, empujándolos en grupos más pequeños que luego generan el rayo láser.
Aumentar el campo eléctrico a través de los onduladores mientras se mantiene la estabilidad es una de las razones por las que la configuración podría hacerse tan compacta como era. Significa que muchos de los beneficios de los aceleradores de partículas se pueden aplicar en experimentos que se realizan dentro de una sola habitación.
“Las características de FEL, incluidas sus tasas de resolución súper alta con respecto al tiempo y el espacio y un brillo máximo súper fuerte, hacen posible obtener imágenes tridimensionales y multimodales de materias con una precisión ultra alta”. dice el físico Wang Wentao, de CAS.
La nueva configuración no solo es más pequeña que su acelerador de partículas estándar y la configuración FEL, sino que también es mucho más asequible, lo que abre todo tipo de nuevas aplicaciones potenciales, incluso si el dispositivo no es tan poderoso como las versiones a gran escala.
En realidad, preparar el nuevo acelerador de partículas y su FEL para experimentos prácticos de laboratorio llevará mucho más tiempo y mucha más investigación, pero los científicos han demostrado lo que es posible en términos de reducir todo el sistema.
Y aunque quedan algunas preguntas sobre qué tan bien el acelerador pequeño y el láser coincidirán con los resultados que ya estamos obteniendo de las versiones más grandes, otros expertos se apresuraron a elogiar la nueva investigación sobre lo que ha logrado hacer. Podría haber muchos descubrimientos nuevos y emocionantes en camino.
“Es probable que la aplicación de la tecnología potencial amplíe enormemente la comprensión humana del misterio de la vida y la revolución de los seres vivos”. dice Wentao.
La investigación ha sido publicada en Naturaleza.
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