Un acelerador de antimateria miniaturizado rompe los límites de tamaño y abre nuevas fronteras en la física

• Los científicos encontraron una nueva forma de acelerar la antimateria en un espacio mil veces más pequeño que los aceleradores existentes. 
• La técnica es mucho más eficiente, económica y nos ayudaría a estudiar nueva física en detalle. 

Los aceleradores de partículas en instalaciones como Linac Coherent Light Source y Large Hadron Collider aceleran partículas elementales (electrones y protones). Permiten a los científicos probar múltiples teorías de la física, incluida la búsqueda de nuevas partículas anticipadas por las teorías supersimétricas y el análisis de las propiedades del bosón de Higgs.

Por lo general, esto se hace rompiendo partículas aceleradas para generar partículas más elementales que proporcionan masa a todas las demás partículas. Se puede utilizar para producir láseres de rayos X para obtener imágenes de procesos pequeños y ultrarrápidos, como la fotosíntesis.

Sin embargo, para alcanzar velocidades tan altas, el acelerador debe utilizar componentes de más de 2 km. Hace un par de años, los científicos del Imperial College de Londres desarrollaron un sistema que utiliza componentes de sólo metros de largo para acelerar electrones.

Ahora, un científico de la misma universidad ha inventado una técnica para acelerar positrones (contraparte antipartícula del electrón) en un sistema que tendría sólo unos pocos centímetros de longitud.

Ventajas del acelerador de positrones pequeño

Esta nueva técnica podría ayudar a examinar más misterios de la física, incluidas las características de la materia y la energía oscuras, y permitir pruebas más sensibles de chips de silicio y aviones.

El enfoque se ha modelado utilizando la naturaleza de la tecnología láser existente, que cubre casi 25 metros cuadrados. Si se demuestra con éxito, podría permitir que numerosos laboratorios de todo el mundo lleven a cabo experimentos de aceleración de antimateria.

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

Las estrategias utilizadas en grandes instalaciones como la Fuente de Luz Coherente Linac y el Gran Colisionador de Hadrones no han mejorado mucho desde su descubrimiento a principios de los años 1960. Siguen siendo caros y demasiado complejos.

Los aceleradores de antimateria de próxima generación, por otro lado, son eficientes, más pequeños y más baratos. Nos ayudarían a investigar nueva física, lo que permitiría que muchos más laboratorios se unieran al esfuerzo.

Referencia:Phys. Rev. Accel. Vigas | doi:10.1103/PhysRevAccelBeams.21.081301 | Colegio Imperial de Londres

Generación del bosón de Higgs y materiales de prueba

La técnica implica el uso de láseres y plasma para crear, concentrar y acelerar antimateria para generar un rayo. El acelerador de unos centímetros de largo es capaz de acelerar haces de positrones con decenas de millones de partículas, utilizando la tecnología láser existente. El nivel de energía de estas partículas es el mismo que el generado por el acelerador Stanford de 2 km.

Más específicamente, los investigadores utilizaron simulaciones de partículas en células para demostrar que los láseres existentes pueden acelerar cientos de positrones cuasi monoenergéticos MeV pC.

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

De hecho, podrían generar el bosón de Higgs a un ritmo mayor, lo que permitiría a los científicos analizar mejor sus propiedades. Además, podrían usarse para explicar el modelo estándar de física de partículas buscando nuevas partículas anticipadas por las teorías supersimétricas.

En lo que respecta a las aplicaciones prácticas, el haz de positrones puede analizar fallas y riesgos de fractura en una variedad de materiales, incluidas palas, carrocerías y chips integrados de motores de aviones. Dado que la antimateria interactúa con dichos materiales de una manera diferente que los electrones o los rayos X, proporcionan una dimensión completamente nueva al proceso de control de calidad.

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Basándose en la experiencia pasada de generar haces mediante una técnica similar, los investigadores están bastante seguros de que el prototipo funcional estará disponible en 2020.