Así es el acelerador de partículas que cabe en un grano de arroz y pretende reducir el tamaño y el precio de los colisionadores convencionales
Un equipo de investigadores estadounidenses del Laboratorio del Acelerador SLAC y de la Universidad de Stanford han conseguido acelerar electrones a una velocidad 10 veces superior a la que se consigue con la tecnología actual, mediante un acelerador de partículas en un chip tan pequeño como un grano de arroz.
Los nuevos chips-aceleradores, de tres milímetros de longitud, son chips de vidrio nanoestructurado, capaces de emitir un millón más de pulsos de electrones por segundo e igualar el poder de aceleración del acelerador lineal de dos kilómetros de longitud de SLAC del departamento de Energía estadounidense, pero en tan sólo 30 metros.
Los futuros aceleradores de escritorio
Con las primeras pruebas de laboratorio se logró alcanzar un gradiente de aceleración de hasta 300 millones de electrón-voltios por metro, es decir, un incremento de la energía ganada por cada unidad de longitud de hasta 10 veces la aceleración proporcionada por el actual acelerador lineal SLAC. Todo un logro para una tecnología basada en el uso de técnicas de producción low cost y láseres comerciales, que según sus creadores podría sentar las bases de una nueva generación de aceleradores de escritorio.
Sin embargo, tal y como explica el principal investigador del estudio en la revista Nature, el profesor de Stanford Robert Byer, la meta fijada por el equipo de investigadores es llegar a los 1.000 millones de electronvoltios por metro con esta estructura.
Cómo funciona esta tecnología
Dos de las principales barreras tecnológicas de los colisionadores de partículas de alta energía actuales son su tamaño y los costes económicos de la infraestructura. Por eso los investigadores han estado barajando alternativas más económicas como el uso de láseres ultrarrápidos para accionar el acelerador, que sustituyan las tecnología actual por microondas utilizada en los aceleradores convencionales.
Teniendo en cuenta que las partículas se aceleran generalmente en dos etapas, en los experimentos realizados con los chips aceleradores, los electrones son acelerados en una primera fase hasta alcanzar la velocidad de la luz, de forma similar a un acelerador convencional. En una segunda fase, estos son redirigidos hacia un canal del tamaño de media micra, dentro de un chip de vidrio de cuarzo de tan sólo tres milímetros de largo. De forma que en el patrón impreso en dicho canal, modelado con rugosidades espaciadas de escala nanométrica, la luz láser infrarroja brilla en el canal generando campos eléctricos que interaccionan con los electrones, manteniendo su velocidad pero incrementando su energía.
Sin embargo, para conseguir que el acelerador de partículas en un chip siente las bases de los futuros aceleradores de sobremesa requiere una solución más compacta, para conseguir que los electrones alcancen la velocidad deseada antes de entrar en el dispositivo. En este sentido, un grupo de investigadores alemanes que colabora con la Universidad Friedrich Alexander y el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica ha encontrado una solución basada en el uso de un láser para acelerar electrones de baja energía, tal y como explican en un artículo publicado de forma simultánea en la revista Physical Review Letters.
