Proyectan aceleradores de partículas con plasma de bajo coste

MADRID, 5 Nov. (@CIENCIAPLUS) -

   Científicos han desarrollado una técnica prometedora para acelerar los electrones en las ondas de plasma de manera suficientemente eficiente para alimentar una nueva generación de aceleradores más cortos y más económicos.

   La investigación ha sido realizado para el 'SLAC National Accelerator Laboratory' del Departamento de Energía estadounidense y la Universidad de California en Los Ángeles.

   Este logro podría ampliar en gran medida su uso en áreas como la medicina, la seguridad nacional, la industria y la investigación de la física de alta energía.  Según sus autores, se trata de un hito en la demostración de la viabilidad de la aceleración Wakefield de plasma, una técnica en la cual los electrones ganan energía esencialmente navegando en una onda de los electrones dentro de un gas ionizado.

   Mediante el uso de 'SLAC's Facility for Advanced Accelerator Experimental Tests' (FACET), los investigadores impulsaron grupos de electrones a energías de entre 400 y 500 veces mayor de lo que podrían llegar a viajar la misma distancia en un acelerador convencional. Igual de importante, la energía se transfiere a los electrones mucho más eficiente que en los experimentos anteriores, como se detalla en un artículo publicado este miércoles en 'Nature'.

   "Muchos de los aspectos prácticos de un acelerador están determinados por la rapidez con la que las partículas pueden ser aceleradas", afirma el físico de SLAC Mike Litos, autor principal del artículo. "Para poner estos resultados en contexto, hemos demostrado que podemos utilizar esta técnica para acelerar un haz de electrones para las mismas energías alcanzadas en el acelerador lineal de 2 millas de largo de SLAC en menos de 20 pies", añade.

   El plasma de Wakefield ha sido de interés para los físicos del acelerador durante 35 años como una de las maneras más prometedoras para impulsar los aceleradores más pequeños y más baratos del futuro. Los grupos de UCLA y SLAC han estado a la vanguardia de la investigación sobre la aceleración Wakefield de plasma durante más de una década.

   En este experimento, los investigadores enviaron pares de grupos de electrones que contienen entre 5.000 y 6.000 millones de electrones cada uno en una columna de plasma generada por láser dentro de un horno de gas de litio caliente. El primer grupo en cada par fue el grupo de conducción; condenó todos los electrones libres lejos de los átomos de litio, dejando los núcleos cargados positivamente detrás del litio, una configuración conocida como el "régimen de reventón".

   Los electrones condenados se replegaron luego detrás del segundo montón de electrones, conocidos como el grupo de arrastre, formando una "estela de plasma" que impulsó el grupo de arrastre a una energía más alta. Experimentos previos habían demostrado la aceleración multigrupo, pero el equipo en el SLAC ha sido el primero en llegar a las altas energías del régimen de reventón. Además, los electrones acelerados terminaron con una relativamente pequeña dispersión de energía.

   "Estos resultados tienen una importancia adicional más allá de un experimento exitoso", afirma Mark Hogan, físico del SLAC y uno de los investigadores principales del trabajo. "Alcanzar el régimen de explosión con una configuración de dos grupos nos ha permitido aumentar la eficiencia de aceleración a un máximo de 50 por ciento, lo suficientemente alto como para mostrar realmente que la aceleración Wakefield de plasma es una tecnología viable para futuros aceleradores", añade.