Acelerador de partículas

Acelerador de partículas

Como su nombre sugiere, los aceleradores de partículas son dispositivos diseñados para dotar a partículas subatómicas de velocidades muy altas, cercanas a la de la luz. Al ser tan grandes estas velocidades, la energía cinética de dichas partículas alcanza valores extremadamente elevados, lo que las hace útiles para colisiones con otras partículas o también con átomos.

Los aceleradores de partículas se dirigen fundamentalmente a la investigación, en particular en el campo de la física teórica y de partículas. No obstante, sus aplicaciones derivadas son innumerables, desde la medicina hasta la obtención de energía, pasando por la desactivación de residuos nucleares y por su empleo con fines ecológicos.

En lo referente a la energía, estos dispositivos se están utilizando en las investigaciones que se llevan a cabo para lograr energía de fusión controlable (de forma incontrolada, esta energía se usa en armamento nuclear). Para ello, los aceleradores producen haces de partículas con tan alta energía que, al incidir sobre núcleos atómicos, los comprimen y fusionan.

Tras el multiplicador de voltaje y el generador de Van der Graaff, el primer tipo de acelerador que merece citarse es el modelo lineal. Está compuesto por una serie de cilindros metálicos, dispuestos en línea. Por un lado, se conectan entre sí los que ocupan posiciones pares y, por otro, los que se hallan en lugares impares. Ambos conjuntos de pares e impares se unen, respectivamente, a los bornes de un generador de alta frecuencia y a unos 70.000 V.

Tras recorrer el primer cilindro con velocidad constante, la partícula que se va a acelerar pasa al segundo, donde el potencial se invierte, adquiriendo así la energía derivada de esa diferencia de potencial. El proceso continúa y la partícula termina saliendo del último cilindro dotada de una energía de millones de electrón-voltios (eV).

Otro modelo es el ciclotrón o acelerador de electrones, cuyos electrodos son dos semicilindros. En él, además del campo eléctrico, actúa alternativamente un campo magnético. El electrón se ve obligado a recorrer círculos de radio cada vez mayor, hasta que sale despedido con una gran velocidad.

Una modificación de este modelo fue el sincrociclotrón, que estabilizaba el aumento de masa que adquieren las partículas a esas velocidades. Otros aceleradores de partículas son el cosmotrón, el sincrotrón de protones (es notable el del CERN) y el Tevatron de Fermilab, con una circunferencia de 6,3 km.

En octubre de 2008 se puso en marcha uno de los proyectos más ambiciosos de la historia de los aceleradores de partículas: el Gran Colisionador de Hadrones (LHC, siglas en inglés de Large Hadron Collider). Conocido coloquialmente como «máquina del Big Bang», este acelerador, de tipo circular y construido en un túnel de 27 kilómetros de longitud en las cercanías de Ginebra, Suiza, estaba patrocinado por el CERN y en sus experimentos participaban miles de científicos de varias decenas de países.

Tras unas incidencias menores, los equipos del acelerador LHC lograron realizar mediciones precisas de infinidad de datos, que era necesario cribar e interpretar mediante una potentísima red de computación. Uno de los primeros objetivos declarados de los proyectos experimentales ligados al LHC era la detección del bosón de Higgs, una partícula hipotética cuya existencia predicha varias décadas atrás significaría un importante respaldo a las teorías vigentes sobre la física de partículas elementales. El 4 de julio de 2012, los responsables del LHC anunciaron oficialmente que había sido observada en el acelerador una partícula cuyas características eran «compatibles» con el bosón de Higgs. Este hallazgo fue considerado uno de los más relevantes de las últimas décadas de la física contemporánea.