El Gran Colisionador de Hadrones en el CERN en Suiza, el acelerador más grande del mundo, tiene una circunferencia de unos 26 kilómetros. Investigadores de la Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Alemania, están intentando ir al otro extremo construyendo el acelerador más pequeño del mundo, uno que quepa en un microchip. El equipo de investigación ha dado ahora un paso más para lograr esta ambición.

La idea fundamental es permitir que los científicos utilicen rayos láser para acelerar los electrones. Lo que suena engañosamente simple en teoría plantea toda una serie de desafíos en la práctica, extendiéndose a través de varios campos de la física. Por ejemplo, los científicos deben poder controlar la oscilación de la luz y el movimiento de los electrones con gran precisión para asegurarse de que se encuentran en el momento justo.

Una forma de concebir esto es imaginar un barco en un mar tempestuoso; para ascender con seguridad una ola y descender por su otro lado, el timonel tiene que observar la ola que se aproxima y juzgar cuándo se encontrará con el barco. Es igualmente crucial para el equipo de científicos de la FAU determinar cuándo y dónde la cresta máxima de una onda de luz golpeará un paquete de electrones para que puedan influir en el resultado en un grado muy específico. Esto significa que necesitan permitir que la luz y los electrones coincidan en 'attosegundos', es decir, una mil millonésima de mil millonésima de segundo.

En una emocionante primera vez, esto es exactamente lo que ha logrado el grupo de investigación dirigido por el Dr. Peter Hommelhoff. El equipo ha desarrollado una nueva técnica que implica la intersección de dos rayos láser que oscilan a diferentes frecuencias para generar un campo óptico en cuyas propiedades los investigadores pueden influir en un grado extremadamente preciso. La propiedad clave de este campo óptico es que retiene el contacto con los electrones, moviéndose efectivamente con ellos (una onda viajera) para que los electrones puedan detectar continuamente, o 'surfear, 'el campo óptico. De este modo, el campo óptico transmite sus propiedades exactamente a las partículas.

Este proceso no solo hace que las partículas reflejen con precisión la estructura del campo, también los acelera en un grado sorprendentemente alto. Este efecto es crucial para el acelerador de partículas en miniatura, en lo que respecta a la cantidad de energía que se puede transferir a los electrones ya qué distancia. El gradiente de aceleración, que indica la ganancia máxima de energía de electrones medida en función de la distancia recorrida, alcanza el valor extremadamente alto de 2,2 gigaelectronvoltios por metro, mucho más alto que el alcanzado por los aceleradores convencionales. Sin embargo, la distancia de aceleración de solo 0,01 milímetros de la que dispone actualmente el equipo de investigación en Erlangen no es suficiente para generar la energía necesaria para aplicaciones prácticas. "A pesar de esto, para aceleradores de partículas en medicina, solo necesitaríamos una pequeña longitud de aceleración de menos de un milímetro, "explica el Dr. Martin Kozák, que llevó a cabo el experimento de laboratorio.

El líder del proyecto, el Prof. Dr. Peter Hommelhoff de FAU, considera que la miniaturización del acelerador es una revolución técnica análoga a la miniaturización de las computadoras. "Se espera que este enfoque nos permita hacer que esta innovadora técnica de aceleración de partículas sea utilizable en una variedad de áreas de investigación y campos de aplicación como la ciencia de los materiales, biología y medicina:un ejemplo podrían ser las terapias con partículas para pacientes con cáncer ".