La tecnología del acelerador de partículas ha alcanzado una nueva ola.

Por primera vez, los científicos han demostrado que los electrones pueden obtener energía mediante olas de surf impulsadas por protones disparados a través del plasma. En el futuro, la técnica podría ayudar a producir haces de electrones a energías más altas que las actualmente posibles, con el fin de investigar el funcionamiento interno de las partículas subatómicas.

Los aceleradores de partículas estándar se basan en cavidades de radiofrecuencia, cámaras metálicas que crean campos electromagnéticos oscilantes para impulsar las partículas. Con la demostración de la onda de plasma, “estamos tratando de desarrollar un nuevo tipo de tecnología de aceleración”, dice el físico Allen Caldwell del Instituto Max Planck de Física en Munich. Caldwell es un portavoz de la colaboración AWAKE, que informó los resultados el 29 de agosto en Naturaleza .

En un experimento en el laboratorio de física de partículas CERN en Ginebra, los investigadores enviaron haces de protones de alta energía a través de un plasma, un estado de la materia en el que los electrones y los átomos con carga positiva llamados iones se mezclan. Los protones hacen temblar los electrones del plasma, creando ondas que aceleran electrones adicionales inyectados en el plasma. En el estudio, los electrones inyectados alcanzó energías de hasta 2 billones de electronvoltios sobre una distancia de 10 metros.

“Es un resultado hermoso y un primer paso importante”, dice Mark Hogan, un físico del Laboratorio Nacional de Aceleradores de SLAC en Menlo Park, California, que estudia los aceleradores de ondas de plasma.

Anteriormente, los científicos han demostrado la potencial de los aceleradores de plasma acelerando los electrones usando ondas que se disparan con un láser u otro haz de electrones, en lugar de protones ( SN: 5/8/10, p. 28 ) Pero los rayos de protones pueden transportar más energía que los rayos láser o de electrones, por lo que los electrones acelerados por las ondas de plasma de los protones pueden alcanzar energías más altas en un solo estallido de aceleración.

El nuevo resultado, sin embargo, aún no coincide con las energías producidas en los aceleradores de plasma previos. En cambio, el estudio es solo un primer paso, una prueba de principio que muestra que los haces de protones pueden usarse en aceleradores de ondas de plasma.

Los electrones de alta energía son particularmente útiles para la física de partículas porque son partículas elementales: no tienen constituyentes más pequeños. Los protones, por otro lado, están formados por un mar de quarks, lo que resulta en colisiones desordenadas. Y como cada quark posee una pequeña parte de la energía total del protón, solo una fracción de esa energía entra en colisión. Los electrones, sin embargo, ponen todo su empuje en cada aplastamiento.

Pero los electrones son difíciles de acelerar directamente: si se los coloca en un anillo acelerador, sangran rápidamente a medida que circulan, a diferencia de los protones. Entonces AWAKE comienza con protones acelerados, usándolos para hacer que los electrones alcancen la velocidad.

Antes del experimento, había escepticismo sobre si el plasma podría controlarse lo suficiente como para que funcione un esfuerzo como el de DESEO, dice el físico Wim Leemans del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en California, que trabaja con aceleradores de plasma láser. “Es muy gratificante ver que, sí, la tecnología de plasma ha avanzado”.