09 de agosto de 2018
09.08.2018

Acelerar antimateria será posible en laboratorios físicos ordinarios

Una camino desarrollado en el Imperial College de Londres

09.08.2018 | 19:47
Simulación de grupos de positrones concentrados en un haz y acelerados.

Una manera de acelerar la antimateria en un espacio 1.000 veces más pequeño que los grandes aceleradores de partículas actuales ha sido desarrollada en el Imperial College de Londres.

El nuevo método podría usarse para investigar más misterios de la física, como las propiedades del bosón de Higgs y la naturaleza de la materia oscura y la energía oscura, y proporcionar pruebas más sensibles de los chips que equipan las aeronaves y las computadoras.

El método se ha modelado utilizando las propiedades de los láseres existentes, con experimentos planificados a corto plazo. Si se demuestra su eficacia, la tecnología podría permitir que muchos laboratorios más en todo el mundo realicen experimentos de aceleración de antimateria.

Los aceleradores de partículas en instalaciones como el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en el CERN y la Fuente de Luz Coherente Linac (LCLS) en la Universidad de Stanford en los Estados Unidos, aceleran partículas elementales como protones y electrones.

Estas partículas aceleradas pueden romperse juntas, como en el LHC, para producir partículas que son más elementales, como el bosón de Higgs, que da masa a todas las demás partículas.

También se pueden usar para generar luz láser de rayos X, como en el LCLS, que se utiliza para obtener imágenes de procesos extremadamente rápidos y pequeños, como la fotosíntesis.

Sin embargo, para llegar a estas altas velocidades, los aceleradores necesitan usar equipos de al menos dos kilómetros de largo. Anteriormente, los investigadores del Imperial College de Londres habían inventado un sistema que podía acelerar los electrones utilizando equipos de solo metros de largo.

Ahora, un investigador de Imperial inventó un método para acelerar la versión antimateria de los electrones, llamados positrones, en un sistema que tendría solo centímetros de longitud.

El acelerador requeriría un tipo de sistema láser que actualmente cubre alrededor de 25 metros cuadrados, pero que ya está presente en muchos laboratorios de física. Aakash Sahai, del Departamento de Física en Imperial, presenta su método en Physical Review Journal for Accelerators and Beams.

"Con este nuevo método de acelerador, podríamos reducir drásticamente el tamaño y el costo de la aceleración de la antimateria. Lo que ahora solo es posible gracias al uso de grandes instalaciones físicas con costos de decenas de millones de dólares, pronto podría ser posible en los laboratorios físicos ordinarios", dijo Sahai en un comunicado.

"Las tecnologías utilizadas en instalaciones como el Gran Colisionador de Hadrones o la Fuente de luz coherente Linac no han experimentado avances significativos desde su invención en la década de 1950. Son caras de ejecutar, y es posible que pronto tengamos todo lo que podamos obtener de ellos.

"Una nueva generación de aceleradores compactos, enérgicos y baratos de partículas elusivas nos permitiría probar la nueva física y permitir que muchos más laboratorios en todo el mundo se unan al esfuerzo".

Aunque el método se encuentra actualmente en proceso de validación experimental, Sahai confía en que será posible producir un prototipo en funcionamiento dentro de un par de años, de acuerdo con la experiencia previa del Departamento en la creación de haces de electrones usando un método similar.

El método utiliza láseres y plasma, un gas de partículas cargadas, para producir, concentrar positrones y acelerarlos para crear un haz. Este acelerador de escala de centímetros podría usar láseres existentes para acelerar los haces de positrones con decenas de millones de partículas con la misma energía que se alcanzan más de dos kilómetros en el acelerador de Stanford.

La colisión de electrones y rayos de positrones podría tener implicaciones en la física fundamental. Por ejemplo, podrían crear una tasa más alta de bosones de Higgs que la del LHC, lo que permite a los físicos estudiar mejor sus propiedades. También podrían usarse para buscar nuevas partículas que se cree que existen en una teoría llamada 'supersimetría', que llenaría algunas lagunas en el Modelo Estándar de física de partículas.

Los rayos de positrones también tendrían aplicaciones prácticas. Actualmente, cuando se buscan fallos y riesgos de fracturas en materiales tales como cuerpos de aeronaves, palas de motor y chips de computadora, se usan rayos X o haces de electrones. Los positrones interactúan de forma diferente con estos materiales que los rayos X y los electrones, proporcionando otra dimensión al proceso de control de calidad.

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