La extinción de los mastodontes de la física

El lunes, el secretario de Energía de EEUU, Steve Chu, afirmó que el International Linear Collider (ILC), el próximo gran acelerador de partículas, costará cerca de 20.000 millones de euros. Esta máquina tendrá entre sus objetivos poner a prueba los descubrimientos que debería realizar el LHC, en la sede del CERN, en Ginebra. Por ahora, el alto precio y los aún nulos resultados del acelerador europeo convaleciente mantienen a los gobiernos a la expectativa y el proyecto en el aire.

El caso del ILC muestra que la construcción de máquinas cada vez mayores y más potentes para explorar los abismos de la física puede tener cerca su límite. Tevatrón, el acelerador en activo más energético, costó unos 200 millones de euros; LHC, siete veces más potente, 5.000. La progresión con la tecnología actual es clara y cada nuevo proyecto supone un esfuerzo épico para lograr fondos con los que financiarlos. Si se quiere seguir avanzando será necesario encontrar formas más asequibles de lanzar unas partículascontra otras.

Recientemente, investigadores de instituciones rusas y alemanas publicaron en Nature Physics un artículo que puede permitir la aparición de aceleradores de electrones (como el ILC) muy potentes y mucho más pequeños. El sistema, bautizado como proton driven plasma acceleration (PWFA), haría posible utilizar campos eléctricos unas mil veces más potentes que los aceleradores convencionales y, en principio, mil veces más cortos.

Dispararon contra una sopa

En los aceleradores de investigación, las partículas tienen que chocar a energías muy elevadas. Para lograrlo, se aceleran mucho con potentes campos eléctricos. El problema es que si el campo es demasiado intenso, comienza a arrancar electrones de las paredes del tubo del acelerador y puede acabar por fundirlo. Además, los imanes que curvan la trayectoria de las partículas no pueden hacerlo de forma brusca. Por eso, se necesitan anillos de aceleración de muchos kilómetros para lograr una velocidad elevada sin superar las limitaciones.

Otra forma de superarlas sería emplear plasma, una sopa de gas ionizado en la que los electrones han sido separados de sus núcleos. En 2007, investigadores de las universidades californianas de Stanford, UCLA y USC mostraron que lanzando contra este plasma un proyectil formado por electrones estrechamente empaquetados se provoca una especie de oleaje que crea un campo eléctrico muy intenso. A lomos de estas olas, los electrones pueden alcanzar energías muy elevadas en un espacio reducido.

En el nuevo artículo, el equipo dirigido por Allen Caldwell, del Instituto Max Planck de Física (Múnich), propuso disparar protones en lugar de electrones. El motivo: los aceleradores actuales son capaces de lanzar los protones a energías mucho más elevadas que los electrones. Con este sistema, en una simulación, los investigadores aceleraron grupos de electrones a 500 GeV en 300 metros. Para alcanzar esa energía, el ILC necesitaría 15 kilómetros. Con este sistema, el equipo de Caldwell cree que se podría combinar la precisión de los colisionadores de electrones con la potencia de los que utilizan protones. Hasta ahora, este tipo de aceleración está en fase teórica, pero los autores del estudio creen que en un futuro no muy lejano estas ideas pueden permitir hacer máquinas más pequeñas y más asequibles para la sociedad.

Las mayores máquinas que existen

¿Para qué sirve un acelerador de partículas?
Los aceleradores se emplean en muchos campos. En medicina, por ejemplo, se usan para producir las radiaciones con las que se realizan los tratamientos de radioterapia. En investigación básica, aceleradores como el LHC lanzan unas partículas contra otras para provocar choques muy energéticos en los que aparecen durante un instante partículas desaparecidas hace miles de millones de años. Es una manera de conocer los mecanismos que rigen las relaciones entre los componentes de la materia.

¿Cómo funciona un acelerador de plasma?
Se lanza un proyectil de electrones (carga negativa) contra plasma (una sopa de gas ionizado en la que los electrones han sido separados de sus núcleos). Los electrones salen repelidos, dejando tras de sí los núcleos. Estos núcleos (carga positiva) forman una burbuja tras el proyectil de electrones. Los electrones (-) del plasma expulsados por la bala, se ven atraídos por la burbuja de núcleos (+) y vuelven hacia su posición inicial. Sin embargo, con la brusquedad del movimiento acaban en un lugar distinto del de partida. Esta estela de electrones descolocados crea un campo eléctrico muy intenso y, montados en esta estela, los electrones pueden alcanzar energías muy elevadas en un espacio reducido.

¿Es mejor lanzar protones que electrones?
Cada tipo de partícula ofrece unas ventajas. Los aceleradores de protones han permitido alcanzar energías mucho más elevadas. Este tipo de máquinas se emplean para realizar experimentos de descubrimiento. Los aceleradores de electrones son menos energéticos, pero mucho más precisos.