Acelerador de antimateria miniaturizado rompe límites de tamaño, abre nuevas fronteras físicas

• Científicos hallaron nueva forma de acelerar antimateria en espacio mil veces menor que aceleradores existentes.
• La técnica es mucho más eficiente, barata y ayudaría a estudiar nueva física en detalle.

Aceleradores de partículas en instalaciones como Linac Coherent Light Source y Large Hadron Collider aceleran partículas elementales (electrones y protones). Permiten a científicos testear múltiples teorías de física, incluyendo búsqueda de nuevas partículas anticipadas por teorías supersimétricas y análisis de propiedades del bosón de Higgs.

Usualmente, esto se hace chocando partículas aceleradas para generar más partículas elementales que dan masa a todas las demás. Puede usarse para producir láseres de rayos X para imaginar procesos pequeños y ultra-rápidos, como la fotosíntesis.

Sin embargo, para lograr tales altas velocidades, el acelerador debe usar componentes más largos de 2 km. Hace unos años, científicos del Imperial College London desarrollaron un sistema que usa componentes de solo metros para acelerar electrones.

Ahora, un científico de la misma universidad ha inventado una técnica para acelerar positrones — antipartícula contraparte del electrón — en un sistema que sería solo de varios centímetros de longitud.

Ventajas del pequeño acelerador de positrones

Esta nueva técnica podría ayudar a examinar más misterios de la física, incluyendo características de materia oscura y energía oscura, y permitir tests más sensibles de chips de silicio y aeronaves.

El enfoque ha sido modelado usando la naturaleza de tecnología láser existente, que cubre casi 25 metros cuadrados. Si se demuestra exitosamente, podría permitir a numerosos laboratorios worldwide realizar experimentos de aceleración de antimateria.

Según investigadores, esta nueva tecnología podría reducir drásticamente el tamaño y coste de aceleración de positrones. Actualmente, el mismo experimento requiere grandes instalaciones de física y cuesta decenas de millones de dólares.

Las estrategias usadas en grandes instalaciones como Linac Coherent Light Source y Large Hadron Collider no han mejorado mucho desde su descubrimiento a inicios de los 1960. Siguen siendo caras y demasiado complejas.

Los aceleradores de antimateria de próxima generación, por otro lado, son eficientes, más pequeños y baratos. Nos ayudarían a investigar nueva física, permitiendo a muchos más laboratorios unirse al esfuerzo.

Referencia: Phys. Rev. Accel. Beams | doi:10.1103/PhysRevAccelBeams.21.081301 | Imperial College London

Generando bosón de Higgs y testando materiales

La técnica implica usar láseres y plasma para crear, concentrar y acelerar antimateria para generar un haz. El acelerador de centímetros de longitud es capaz de acelerar haces de positrones con decenas de millones de partículas, usando tecnología láser existente. El nivel de energía de estas partículas es el mismo que las generadas por el acelerador de 2 km de Stanford.

Más específicamente, investigadores usaron simulaciones Particle-In-Cell para demostrar que láseres existentes pueden acelerar cientos de MeV pC positrones quasi-monoenergéticos.

La técnica de aceleración de partículas se basa en 2 etapas de interacción láser-plasma | Crédito: Aakash A. Sahai

De hecho, podrían generar bosón de Higgs a mayor tasa, dejando a científicos analizar mejor sus propiedades. También, podrían usarse para explicar el Modelo Estándar de física de partículas buscando nuevas partículas anticipadas por teorías supersimétricas.

En cuanto a aplicaciones prácticas, el haz de positrones puede analizar fallos y riesgos de fractura en variedad de materiales, incluyendo palas de motores de aeronaves, cuerpos y chips integrados. Dado que la antimateria interactúa con tales materiales de forma diferente que electrones o rayos X, proporcionan una dimensión totalmente nueva al proceso de control de calidad.

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Basado en experiencia previa generando haces via técnica similar, investigadores están bastante seguros que prototipo funcional estará disponible para 2020.