Los aceleradores de partículas generan haces de electrones de alta energía, protones e iones para una amplia gama de aplicaciones, incluidos los colisionadores de partículas que arrojan luz sobre los componentes subatómicos de la naturaleza, Láseres de rayos X que filman átomos y moléculas durante reacciones químicas y dispositivos médicos para tratar el cáncer.

Como una regla de oro, cuanto más largo sea el acelerador, cuanto más poderoso es. Ahora, Un equipo dirigido por científicos del Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC del Departamento de Energía ha inventado un nuevo tipo de estructura de acelerador que ofrece una ganancia de energía 10 veces mayor en una distancia determinada que las convencionales. Esto podría hacer que los aceleradores utilizados para una aplicación determinada sean 10 veces más cortos.

La idea clave detrás de la tecnología, descrito en un artículo reciente en Letras de física aplicada , es utilizar radiación de terahercios para aumentar la energía de las partículas.

En los aceleradores de hoy, las partículas extraen energía de un campo de radiofrecuencia (RF) que se alimenta a estructuras de acelerador de forma específica, o caries. Cada cavidad puede proporcionar solo un impulso de energía limitado a una distancia determinada, por lo que se necesitan cadenas muy largas de cavidades para producir rayos de alta energía.

Los terahercios y las ondas de radio son radiación electromagnética; difieren en sus respectivas longitudes de onda. Dado que las ondas de terahercios son 10 veces más cortas que las ondas de radio, las cavidades en un acelerador de terahercios también pueden ser mucho más pequeñas. De hecho, el inventado en este estudio tenía solo 0,2 pulgadas de largo.

Un desafío importante para construir estas pequeñas estructuras de cavidades es mecanizarlas con mucha precisión. En los ultimos años, Los equipos de SLAC desarrollaron una forma de hacer precisamente eso. En lugar de utilizar el proceso tradicional de apilar muchas capas de cobre una encima de la otra, construyeron la estructura diminuta maquinando dos mitades y uniéndolas.

La nueva estructura también produce pulsos de partículas mil veces más cortos que los que salen de las estructuras de cobre convencionales. que podría usarse para producir haces que pulsen a un ritmo más alto y liberen más potencia durante un período de tiempo determinado.

Próximo, los investigadores planean convertir la invención en un cañón de electrones, un dispositivo que podría producir haces de electrones increíblemente brillantes para la ciencia del descubrimiento, incluyendo láseres de rayos X de próxima generación y microscopios electrónicos que nos permitirían ver en tiempo real cómo funciona la naturaleza a nivel atómico. Estos rayos también podrían usarse para el tratamiento del cáncer.

Hacer realidad este potencial también requiere un mayor desarrollo de fuentes de radiación de terahercios y su integración con aceleradores avanzados. como el descrito en este estudio. Debido a que la radiación de terahercios tiene una longitud de onda tan corta, sus fuentes son particularmente difíciles de desarrollar, y hay poca tecnología disponible en la actualidad. Los investigadores de SLAC están buscando la generación de terahercios basada en rayos de electrones y láser para proporcionar las altas potencias pico necesarias para convertir su investigación sobre aceleradores en futuras aplicaciones del mundo real.