En un avance que podría reducir drásticamente de tamaño los aceleradores de partículas para la ciencia y la medicina, los investigadores utilizaron un láser para acelerar los electrones a una velocidad 10 veces superior a la tecnología convencional en un chip de vidrio nanoestructurado más pequeño que un grano de arroz.
La clave de los chips de aceleración es pequeña, crestas espaciados con precisión, lo que causa la iridiscencia se ve en esta foto de primer plano. (Crédito: Brad Plummer, Laboratorio del Acelerador Nacional SLAC
El logro se informó hoy en la revista Nature por un equipo que incluye a científicos del Departamento del Laboratorio del Acelerador Nacional de Energía o por sus sigla en inglés llamado "SLAC" en EE.UU. y la Universidad de Stanford. "Todavía tenemos una serie de desafíos que esta tecnología se convierte en práctica para su uso en el mundo real, pero con el tiempo se reduciría sustancialmente el tamaño y el costo de los futuros colisionadores de partículas de alta energía para explorar el mundo de las partículas y fuerzas fundamentales", dijo Joel Inglaterra, el físico de SLAC que dirigió los experimentos. "También podría ayudar a permitir aceleradores compactos y dispositivos de rayos X para el análisis de seguridad, el tratamiento médico, la imagen y la investigación en la biología y la ciencia de los materiales. "Debido a que emplea láseres comerciales y, usa técnicas de producción en masa a bajo costo, los investigadores creen que será el escenario para las nuevas generaciones de aceleradores mas comunes. En su máximo potencial, el nuevo "acelerador en un chip" puede igualar el poder de aceleración de acelerador lineal de 2 kilómetros de largo como lo es el SLAC en sólo 100 pies, y entregar un millón de pulsos más electrones por segundo. Esta demostración inicial logró un gradiente de aceleración, o la cantidad de energía obtenida por unidad de longitud, de 300 millones de electrón-voltios por metro. Eso es aproximadamente 10 veces la aceleración proporcionada por el actual acelerador lineal SLAC. "Nuestro objetivo final de esta estructura es mil millones de electronvoltios por metro, y ya eres un tercio del camino en nuestra primera experiencia", dijo el profesor de Stanford Robert Byer, el investigador principal de este estudio. Aceleradores de hoy utilizan microondas para aumentar la energía de los electrones. Los investigadores han estado buscando alternativas más económicas, y esta nueva técnica, que utiliza láseres ultrarrápidos para accionar el acelerador, y este es el principal candidato. Las partículas se aceleran generalmente en dos etapas. Primero se elevan a casi la velocidad de la luz. Entonces, cualquier aceleración adicional aumenta su energía, pero no su velocidad, lo que es la parte difícil. En los experimentos del acelerador "on-a-chip", los electrones son acelerados primero en cerca de velocidad de la luz en un acelerador convencional. A continuación, se centran en un pequeño medio semejante a un pequeño canal que mide apenas algunos micrones, dentro de un chip de vidrio de cuarzo de apenas medio milímetro de largo. El canal había sido modelado con los cantos a una nanoescala espaciados con precisión. La luz láser infrarroja que brilla en el patrón genera campos eléctricos que interaccionan con los electrones en el canal para aumentar su energía. Al girar el acelerador en un chip en un acelerador de sobremesa en toda regla requerirá una manera más compacta para obtener los electrones a la velocidad antes de entrar en el dispositivo. Un grupo de investigación que colabora en Alemania, dirigido por Peter Hommelhoff en el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica, ha estado buscando una solución. En ella se informa de manera simultánea en la revista Physical Review Letters y cuentan ahí su éxito en la utilización de un láser para acelerar los electrones de baja energía .Las solicitudes de estos nuevos aceleradores de partículas irían mucho más allá de la investigación en física de partículas. Byer dijo que los aceleradores láser podrían conducir a formas compactas de rayos X o láser con electrones libres, comparable a Linac coherente Fuente de luz del SLAC, dice que son herramientas de uso general para una amplia gama de investigaciones.
En este video se explica como funciona el chip que podría llegar a ser una autentica maravilla en un futuro cercano, no sólo para los científicos, para nosotros igual será también un próximo beneficio.
Otra aplicación posible son, las fuentes de rayos X portátiles pequeños para mejorar la atención médica para los heridos en combate, así como para proporcionar imágenes médicas más asequibles para hospitales y laboratorios. Ese es uno de los objetivos de (DARPA) en su división de Advanced X -Ray Fuentes integradas la Defense Advanced Research Projects Agency el cual es el programa, que financió parcialmente la investigación. El financiamiento principal para esta investigación es de la Oficina de Ciencia del DOE.
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