¿Qué es un acelerador de partículas y para qué sirve?

Acelerador de partículas

Los aceleradores de partículas comenzaron siendo una teoría que cobró relevancia en julio de 2012, cuando se logró probar la existencia de la partícula de Dios. Ese hallazgo fue realizado usando el Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus iniciales en inglés), un acelerador de partículas con 27 kilómetros de circunferencia, construido bajo tierra.

Este instrumento ubicado en la frontera franco‐suiza, cerca de Ginebra, fue fabricado por la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN, por sus siglas en inglés). Haciendo que los protones alcanzaran la velocidad de la luz, el LHC logró probar que era posible reproducir la partícula fundamental que hacía que la materia obtuviera masa.

En otras palabras, habían descubierto el Bosón de Higgs o la partícula de Dios, una partícula fundamental que permite que otras adquieran masa. Mediante un proceso nunca antes visto, ahora se lograba crear materia y generar altas cantidades de energía.

¿Qué es un acelerador de partículas?

Se trata de un instrumento que usando electromagnetismo es capaz de estimular que partículas electrificadas choquen entre ellas, logrando velocidades muy elevadas.

El resultado de esta acción es la confirmación de la existencia de nuevas partículas en cuyo proceso de obtención, se generan grandes cantidades de energía en forma de haces de luz.

La cantidad de energía que las partículas alcanzan en un acelerador se mide en electronvoltio (eV), una unidad de energía.

CERN LHC
Túnel del LHC del CERN

Tipos de aceleradores de partículas

Los aceleradores de partículas se pueden catalogar de acuerdo con su forma, finalidad y tipo de haces de luz que producen. Por lo que, en la actualidad, existen dos tipos de aceleradores de partículas: lineales y circulares.

Acelerador de partículas lineal

Un acelerador de partículas lineal o Linear Accelerator (LINAC) es un instrumento en el que las partículas son aceleradas en línea recta. Entonces, el tiempo disponible a fin de obtener partículas aceleradas y producir la energía está supeditado a lo largo del equipo.

El acelerador lineal está compuesto por una secuencia de tubos con láminas alineadas, que al aplicarles corriente alterna, hacen que las partículas se aceleren.

La velocidad que desarrollan se debe a que se encuentran con un campo eléctrico opuesto, por lo que la partícula es rechazada y se acelera hacia la próxima placa. En otras palabras, el LINAC es un instrumento eléctrico que con una forma lineal otorga velocidad a partículas subatómicas, ya sean protones, electrones o iones.

Los aceleradores lineales son de diferentes tamaños, que van desde los más básicos, para utilización doméstica, hasta los más sofisticados para utilizarse en laboratorios avanzados.

El más básico conocido es un Tubo de Rayos Catódicos (TRC), muy usado en las fábricas de televisores y pantallas de computadoras hasta hace unas décadas. Dentro de los más sofisticados está el Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) ubicado en California, Estados Unidos, que mide 3,4 kilómetros.

Acelerador de partículas circular

Un acelerador de partículas circular es un instrumento en el que las partículas son aceleradas, repetidas veces, a través de una trayectoria circular. Combinando campos magnéticos y eléctricos, el acelerador circular tiene más potencia y logra en menos área, una velocidad superior.

Para mantener la trayectoria curva de las partículas dentro del acelerador, se crean fuertes campos magnéticos, usando imanes y tubos angostos que los conectan. Poseen una virtud sobre los lineales y es que, logran una aceleración continua, haciendo que las partículas circulen el tiempo requerido. Una virtud adicional, es que ocupan menos espacio que los aceleradores lineales de la misma potencia.

El sincrotrón es uno de los aceleradores circulares más utilizados, ya que permite generar tanto rayos infrarrojos como rayos X. Aunque también es muy conocido el ciclotrón, un acelerador circular que produce elementos radiactivos con amplios usos en la medicina nuclear.

¿Para qué sirve?

Un acelerador de partículas es algo más que una gran máquina que logra provocar choques de protones, electrones o iones. Son equipos que ya están presentes en nuestra cotidianidad y que son usados para generar haces de luz con diferentes objetivos.

La utilización de estos equipos incluye desde aceleradores pequeños como los TRC, usados en objetos comunes, hasta equipos sofisticados para investigación teórica avanzada. Veamos para qué sirve un acelerador de partículas:

Equipos de tubos de rayos catódicos

Los tubos de rayos catódicos son una forma simple y sencilla de un acelerador lineal y en sus inicios, fueron usados en los televisores tradicionales, antes de las pantallas planas. Los monitores de los computadores también eran equipos de tubos de rayos catódicos.

Como estos pequeños aceleradores lineales se utilizaban para mostrar imágenes, también permitieron la creación de osciloscopios de rayos catódicos. Equipos que permiten observar las variaciones eléctricas, muy usados en medicina, ingeniería y telecomunicaciones y que están en proceso de sustitución por digitales.

Tratamientos médicos

Desde las máquinas de rayos X hasta los equipos de terapias de radiación, explican el impacto de los aceleradores de partículas en el campo de la medicina. Equipos que existen en casi todas las unidades de imagenología de clínicas y hospitales, donde ayudan a diagnosticar y tratar múltiples enfermedades, incluido el cáncer.

En imagenología, resalta la Tomografía por Emisión de Positrones (PET, en inglés), por medio de la que se escanea el cuerpo y se diagnostica más acertadamente. Los aceleradores posibilitan crear elementos radiactivos que al dispararlos sobre los tumores, logran que reduzcan su magnitud o detengan su desarrollo.

Seguridad

Mediante el uso de los rayos X producidos por un sincrotrón es posible establecer si existen objetos de contrabando en maletas, contenedores o en camiones.

Por lo que, su uso cotidiano en puertos, aeropuertos y otras instalaciones beneficia a la seguridad de la industria del transporte, siendo una opción no invasiva.

Investigación fundamental

Los científicos en su afán de seguir conociendo acerca de los inicios del universo y de la masa, continúan utilizando aceleradores de partículas.

Para ello, han construido equipos grandes y muy sofisticados que los ayudan a realizar investigación fundamental, que ha traído muchos avances científicos aplicables a la cotidianidad humana.

Mientras más aprenden los científicos del universo y la materia, más grande es el conocimiento que generan para explicar cómo funciona el mundo.

Investigación aplicada

La investigación fundamental ha generado mucho trabajo a la investigación aplicada, proporcionando información que ha impactado nuestra forma de vivir.

En la búsqueda de hacer del planeta un mejor lugar, se están haciendo estudios para desarrollar energía nuclear limpia, mejores diagnósticos y  tratamientos para el cáncer, entre otros.

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