Los laboratorios de Física podrán acelerar antimateria con sistemas de unos centímetros

Simulación de grupos de positrones concentrados en un rayo y acelerados. /Imperial College de Londres

Científicos del Imperial College de Londres (Reino Unido) han desarollado la forma de acelerar la antimateria en un espacio 1.000 veces más pequeño que los grandes aceleradores de partículas actuales. El nuevo método podría usarse para investigar más misterios de la física, como las propiedades del bosón de Higgs, la naturaleza de la materia oscura o la energía oscura, y proporcionar pruebas más sensibles de los chips que equipan las aeronaves y los ordenadores, afirman los autores del trabajo, publicado en Physical Review Journal for Accelerators and Beams.

Los aceleradores de partículas en instalaciones como el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en el CERN (Suiza) y la Fuente de Luz Coherente Linac (LCLS) en la Universidad de Stanford (EE.UU.) aceleran partículas elementales como protones y electrones. Estas partículas aceleradas pueden romperse juntas, como en el LHC, para producir partículas que son más elementales, como el bosón de Higgs, que da masa a todas las demás partículas. También se pueden usar para generar luz láser de rayos X, como en el LCLS, que se utiliza para obtener imágenes de procesos extremadamente rápidos y pequeños, como la fotosíntesis.

Sin embargo, para llegar a estas altas velocidades, los aceleradores necesitan usar equipos de al menos dos kilómetros de largo. Anteriormente, los investigadores del Imperial College de Londres habían inventado un sistema que podía acelerar los electrones utilizando equipos de solo algunos metros, y este nuevo método permitiría acelerar la versión antimateria de los electrones, llamados positrones, en un sistema que tendría solo centímetros de longitud. Utiliza láseres y plasma, un gas de partículas cargadas, para producir, concentrar positrones y acelerarlos para crear un haz. Este acelerador de escala de centímetros podría usar láseres existentes para acelerar los haces de positrones con decenas de millones de partículas con la misma energía que se alcanza en los más de dos kilómetros del acelerador de Stanford. Si se demuestra su erficacia, la tecnología podría permitir que muchos laboratorios más en todo el mundo realicen experimentos de aceleración de antimateria.

Imperial College de Londres

La colisión de electrones y rayos de positrones podría tener implicaciones en la física fundamental. Por ejemplo, podrían crear una tasa más alta de bosones de Higgs que la del LHC, lo que permite a los físicos estudiar mejor sus propiedades. También podrían usarse para buscar nuevas partículas que se cree que existen en una teoría llamada supersimetría, que llenaría algunas lagunas en el Modelo Estándar de física de partículas. 

Por su parte, los rayos de positrones también tendrían aplicaciones prácticas: actualmente, cuando se buscan fallos y riesgos de fracturas en materiales tales como cuerpos de aeronaves, palas de motor y chips de computadora, se usan rayos X o haces de electrones; los positrones interactúan de forma diferente con estos materiales que los rayos X y los electrones, proporcionando otra dimensión al proceso de control de calidad.

El acelerador requeriría un tipo de sistema láser que actualmente cubre alrededor de 25 metros cuadrados, pero que ya está presente en muchos laboratorios de física. "Con este nuevo método de acelerador, podríamos reducir drásticamente el tamaño y el costo de la aceleración de la antimateria. Lo que ahora solo es posible gracias al uso de grandes instalaciones físicas con costos de decenas de millones de dólares, pronto podría ser posible en los laboratorios físicos ordinarios", explica Aakash Sahai, del Departamento de Física en el Imperial. Aunque el método se encuentra actualmente en proceso de validación experimental, Sahai confía en que será posible producir un prototipo en funcionamiento dentro de un par de años, de acuerdo con la experiencia previa del Departamento en la creación de haces de electrones usando un método similar.

Beatriz de Vera
Esta noticia ha sido publicada originalmente en N+1, ciencia que suma

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