En los últimos años, sin embargo, la ciencia ha estado explorando alternativas más compactas, como los aceleradores de plasma por láser, que pueden caber en una mesa pero prometen desempeñar funciones similares. Estos pequeños gigantes tecnológicos están cada vez más cerca de convertirse en herramientas prácticas, gracias a una innovadora técnica de corrección de dos etapas desarrollada por investigadores del Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) en Alemania.
¿Qué es un acelerador de plasma?
Imagina una pista de carreras, pero en lugar de coches, tienes partículas subatómicas compitiendo a velocidades cercanas a la de la luz. Los aceleradores tradicionales logran esto usando campos magnéticos en estructuras enormes. En cambio, los aceleradores de plasma emplean un método más compacto: usan impulsos de láser intensos para generar ondas dentro de un gas ionizado (plasma), que luego aceleran electrones como si fueran surfistas deslizándose sobre olas de energía.
Aunque suena a ciencia ficción, estos dispositivos ya han demostrado que pueden acelerar electrones a grandes velocidades. El desafío ha sido lograr que esos haces de electrones sean lo suficientemente estables y uniformes como para ser útiles en aplicaciones reales, como rayos X o investigación médica.
El problema de la calidad del haz
Un haz de electrones generado por un acelerador de plasma no es tan uniforme como el de los aceleradores tradicionales. En palabras simples, algunos electrones corren más rápido que otros, creando un “grupo desigual”, lo que impide controlar su comportamiento con precisión. Este desajuste en energía y sincronización limita la utilidad de estos aceleradores miniatura.
Es aquí donde entra el llamado “truco de plasma en dos etapas”, propuesto y demostrado experimentalmente por el equipo de DESY.
La solución: una corrección en dos etapas
El proceso desarrollado por DESY puede compararse con ajustar un grupo de corredores para que todos crucen la meta al mismo tiempo, a pesar de que inicialmente partieron con diferentes velocidades.
Primera etapa: el camino con desvíos
La primera parte del proceso consiste en pasar el grupo desigual de electrones por una estructura conocida como chicane, compuesta por cuatro imanes. Este sistema obliga a los electrones a tomar una especie de desvío, como si fueran coches desviados por una glorieta. Pero lo interesante es que durante este desvío, los electrones se ordenan según su energía: los más rápidos avanzan, y los más lentos quedan atrás.
De esta manera, el grupo de electrones se estira y se reorganiza temporalmente según su velocidad, algo crucial para la siguiente etapa del proceso.
Segunda etapa: la sala de ajustes de velocidad
Una vez estirado y ordenado, el haz entra en un resonador de radiofrecuencia, una especie de cámara que usa ondas de radio para interactuar con los electrones. Al sincronizar el momento en que el haz entra, se puede lograr que:
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Los electrones más lentos (al final del grupo) reciban un empujón extra.
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Los más rápidos (al principio) sean ligeramente frenados.
Este ajuste permite que todos los electrones terminen con una energía muy similar, lo cual transforma un grupo desordenado en un haz de calidad, comparable con los producidos por los grandes aceleradores convencionales.
Resultados prometedores
Gracias a esta técnica, los científicos lograron reducir la diferencia de energía entre los electrones hasta 18 veces y mejorar la estabilidad general del haz en un factor de 72. Estos resultados no solo representan una mejora técnica significativa, sino también un paso adelante hacia la aplicación real de los aceleradores de plasma.
Paul Winkler, autor principal del estudio, explicó que el éxito se debe a una cuidadosa sincronización entre el haz de electrones y la frecuencia de radio. Como un DJ que ajusta los beats para que la música fluya, este sistema ajusta las velocidades para lograr una armonía energética entre las partículas.
¿Para qué sirven estos haces de electrones?
La posibilidad de generar haces estables y potentes con aceleradores de plasma abre la puerta a muchos usos:
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Como inyectores de electrones en sistemas más grandes, como el PETRA III, una fuente de rayos X extremadamente brillantes usada en investigación avanzada.
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En medicina, para producir imágenes de alta resolución o tratamientos más precisos.
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En investigación de materiales y biología, donde el estudio de estructuras microscópicas requiere haces de alta calidad.
¿Qué sigue?
Aunque el experimento es un gran paso, los investigadores son conscientes de que todavía queda trabajo por hacer. Mejorar la estabilidad de los láseres, conseguir una operación continua del sistema y adaptar la tecnología para otros usos son los siguientes desafíos.
Wim Leemans, otro de los autores del estudio, señaló que, si bien aún falta para que los aceleradores de plasma sean de uso cotidiano, esta prueba de concepto demuestra que son viables y prometedores.
Por qué este avance importa
La ciencia de partículas no tiene por qué ser solo para gigantes tecnológicos. Con esta técnica, se abre la posibilidad de democratizar el acceso a tecnologías avanzadas, permitiendo que más universidades, centros de investigación e incluso aplicaciones industriales puedan beneficiarse de herramientas antes reservadas para los grandes laboratorios.
Es como si estuviéramos pasando de tener solo telescopios gigantes en observatorios remotos, a poder tener telescopios potentes en el patio de casa. Un pequeño paso para la ingeniería, pero un gran salto para la accesibilidad científica.
☞ El artículo completo original de Natalia Polo lo puedes ver aquí
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