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(noticias nanowerk) Los aceleradores de partículas son herramientas cruciales en una amplia variedad de áreas de la industria, la investigación y la medicina. Las necesidades de espacio de estas máquinas van desde unos pocos metros cuadrados hasta grandes centros de investigación. El uso de láseres para acelerar electrones dentro de una nanoestructura fotónica representa una alternativa microscópica que tiene el potencial de costar significativamente menos y hacer que los dispositivos sean significativamente menos voluminosos.
Hasta el momento no se ha demostrado ningún aumento significativo de energía. En otras palabras, no se pudo demostrar que la velocidad de los electrones realmente aumentara significativamente. Un equipo de físicos láser de la Universidad Friedrich-Alexander de Erlangen-Nuremberg (FAU) ha logrado demostrar el primer acelerador de electrones nanofotónicos, al mismo tiempo que sus colegas de la Universidad de Stanford.
Las tesis centrales
![Microchip con acelerador de partículas en una moneda de 1 céntimo](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/id63887_1.jpg)
Investigación
Los investigadores de la FAU han publicado sus resultados en una revista especializada. Naturaleza (“Acelerador de electrones nanofotónico coherente”).
Cuando escuchamos “acelerador de partículas”, la mayoría de la gente probablemente piensa en el Gran Colisionador de Hadrones en Ginebra, el túnel en forma de anillo de 27 kilómetros de largo que investigadores de todo el mundo utilizaron para explorar partículas elementales desconocidas. Sin embargo, estos enormes aceleradores de partículas son la excepción. Es más probable que los encontremos en otras áreas de nuestra vida cotidiana, por ejemplo durante los procedimientos de imagen en medicina o durante la radioterapia para tratar tumores. Pero incluso así, los dispositivos miden varios metros de altura y siguen siendo bastante voluminosos, por lo que todavía hay margen de mejora en términos de rendimiento.
Para mejorar y reducir los dispositivos existentes, físicos de todo el mundo están trabajando en la aceleración láser dieléctrica, también conocida como aceleradores nanofotónicos. Las estructuras utilizadas tienen sólo 0,5 milímetros de largo y el canal a través del cual se aceleran los electrones tiene sólo unos 225 nanómetros de ancho. Esto hace que estos aceleradores sean tan pequeños como un chip de computadora.
Las partículas se aceleran mediante pulsos láser ultracortos que iluminan las nanoestructuras.
«La aplicación ideal sería colocar un acelerador de partículas en un endoscopio para poder aplicar radioterapia directamente en la zona afectada del cuerpo», explica el Dr. Tomáš Chlouba, uno de los cuatro autores principales del trabajo publicado recientemente.
Este sueño puede ser realidad para el equipo de la FAU desde la Cátedra de Física Láser dirigida por el Prof. Dr. Peter Hommelhoff, compuesto por el Dr. Tomás Chlouba, Dr. Roy Shiloh, Stefanie Kraus, Leon Brückner y Julian Litzel aún están lejos de su alcance, pero con la demostración del acelerador de electrones nanofotónicos han dado un paso decisivo en la dirección correcta.
«Por primera vez podemos hablar realmente de un acelerador de partículas en un chip», afirma entusiasmado el Dr. Roy Shiloh.
Los electrones conducen + aceleración = acelerador de partículas.
Hace poco más de dos años, el equipo logró su primer gran avance: lograron controlar el flujo de electrones en un canal de vacío a través de grandes distancias utilizando el método de enfoque de fase alterna (APF) de los inicios de la teoría de la aceleración (“Los físicos controlan el flujo de pulsos de electrones a través de un canal de nanoestructura»). Este fue el primer gran paso hacia la construcción de un acelerador de partículas. Ahora todo lo que se necesitaba era aceleración para obtener grandes cantidades de energía.
«Con esta tecnología no sólo hemos conseguido guiar los electrones en estas estructuras nanofabricadas a lo largo de medio milímetro de longitud, sino también acelerarlos», explica Stefanie Kraus.
Si bien esto puede no parecer un gran logro para muchos, es un gran éxito para el campo de la física de aceleradores. “Ganamos una energía de 12 kiloelectrones voltios. Esto supone un aumento de energía del 43 por ciento”, explica Leon Brückner.
Para acelerar las partículas a distancias tan grandes (vistas en la nanoescala), los físicos de la FAU combinaron el método APF con estructuras geométricas columnares especialmente desarrolladas.
Sin embargo, esta demostración es sólo el comienzo. El objetivo ahora es aumentar la ganancia de energía y flujo de electrones hasta tal punto que el acelerador de partículas en un chip sea suficiente para aplicaciones médicas. Para ello, habría que aumentar la ganancia de energía en un factor de aproximadamente 100.
«Para lograr corrientes de electrones más elevadas a mayor energía a la salida de la estructura, tenemos que ampliar las estructuras o colocar varios canales uno al lado del otro», explica Tomáš Chlouba los próximos pasos de los físicos láser de la FAU.
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