El acelerador de partículas más grande del mundo, el Gran Colisionador de Hadrones en el CERN en Suiza, tiene una circunferencia de alrededor de 26 kilómetros. Investigadores de la Universidad Friedrich-Alexander Erlangen-Nürnberg FAU, Alemania, están intentando ir alotro extremo al construir la máquina más pequeña del mundo de este tipo: un acelerador de partículas que cabe en un microchip. El equipo de investigación ahora ha dado un paso más para lograr esta ambición.
La idea fundamental detrás del desarrollo del acelerador de partículas en miniatura es permitir que los científicos usen rayos láser para acelerar electrones. Lo que suena engañosamente simple en teoría plantea una serie de desafíos en la práctica, que se extienden a través de varios campos de la física. Por ejemplo, los científicosdeben poder controlar la oscilación de la luz y el movimiento de los electrones con gran precisión para garantizar que se encuentren en el momento justo.
Una forma de prever esto es imaginar un barco en un mar tormentoso; para ascender con seguridad la ola y descender al otro lado, el timonel tiene que observar la ola que se aproxima y juzgar cuándo se encontrará con la embarcación. Es igualmentecrucial para el equipo de científicos de la FAU determinar cuándo y dónde la cresta máxima de una onda de luz golpeará un paquete de electrones para que puedan influir en el resultado en un grado altamente específico. Esto significa que deben permitir que la luz y los electrones coincidan'attosegundos', es decir, una billonésima parte de una billonésima de segundo.
En una emocionante primera vez, esto es exactamente lo que el grupo de investigación en torno al Prof. Dr. Peter Hommelhoff de la FAU ha logrado lograr. El equipo ha desarrollado una nueva técnica que involucra la intersección de dos rayos láser que oscilan a diferentes frecuencias para generar uncampo óptico cuyas propiedades los investigadores pueden influir en un grado extremadamente preciso. La propiedad clave de este campo óptico es que retiene el contacto con los electrones, moviéndose efectivamente con ellos, por lo que se denomina onda viajera, por lo que los electrones pueden continuamentedetectar, o "navegar", el campo óptico. De esta manera, el campo óptico transmite sus propiedades exactamente a las partículas.
Este proceso no solo hace que las partículas reflejen con precisión la estructura del campo, sino que también las acelera, en un grado sorprendentemente alto. Este efecto es crucial para la aplicación práctica del acelerador de partículas en miniatura, ya que se relaciona con cuánta energía puede sertransferido a los electrones a través de qué distancia. El gradiente de aceleración, que indica la ganancia máxima de energía de electrones medida en comparación con la distancia cubierta, alcanza el valor extremadamente alto de 2.2 giga-electron-voltios por metro, mucho más alto que el alcanzado por los aceleradores convencionales. Sin embargo,la distancia de aceleración de solo 0.01 milímetros actualmente disponible para el equipo de investigación en Erlangen no es suficiente para que generen la energía necesaria para lograr resultados relevantes para aplicaciones prácticas. 'A pesar de esto, para los aceleradores de partículas en medicina, solo necesitaríamos un pequeñolongitud de aceleración de menos de un milímetro ", explica el Dr. Martin Kozák, quien realizó el experimento de laboratorio.
Acelerador de partículas en un microchip
El Dr. Peter Hommelhoff, líder del proyecto, presidente de la Física del láser en FAU, considera que la miniaturización del acelerador es una revolución técnica análoga al desarrollo de las computadoras, que pasó de ocupar habitaciones enteras a ajustarse a las muñecas de las personas. 'nos permite hacer que esta innovadora técnica de aceleración de partículas sea utilizable en una variedad de áreas de investigación y campos de aplicación, como la ciencia de los materiales, la biología y la medicina; un ejemplo podría ser las terapias de partículas para pacientes con cáncer ''.
En 2015, los investigadores de FAU se unieron con científicos de la Universidad de Stanford y otras ocho instituciones asociadas internacionales en el Programa Internacional Accelerator on a Chip ACHIP. La Fundación Gordon y Betty Moore ha proporcionado generosamente cinco años de financiación para el proyecto;del total de la subvención de 13,5 millones de dólares aproximadamente 12,5 millones de euros, 2,44 millones de dólares aproximadamente 2,26 millones de euros fueron a FAU.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Erlangen-Nuremberg . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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