MADRID, 14 Nov. (EUROPA PRESS) -
El CSIC ha publicado 'Aceleradores de partículas. Del laboratorio a la sociedad', el nuevo volumen de la colección ¿Qué sabemos de? (CSIC-Catarata), en el que los investigadores del Instituto de Física Corpuscular (IFIC-CSIC-UV) Nuria Fuster y Daniel Esperante proponen un recorrido por la evolución de estas potentes y complejas máquinas.
En 120 páginas, los expertos en aceleradores de partículas repasan las funciones de estos aparatos, describen los conceptos científico-técnicos que subyacen en su funcionamiento y presentan varias aplicaciones en las que desempeñan un papel crucial, casi un siglo después de su surgimiento.
Como recuerdan, los escáneres de rayos X, los tratamientos de radioterapia para curar el cáncer y los microchips de los móviles tienen un vínculo en común: los aceleradores de partículas. Estos dispositivos capaces de generar, acelerar y confinar haces de partículas con carga eléctrica han sido clave para conocer la estructura de la materia y, gracias a su desarrollo y a sus múltiples aplicaciones, se han convertido en herramientas indispensables en la sociedad actual.
"La historia de los aceleradores de partículas es una evidencia de curiosidad humana y perseverancia científica porque, a través de los avances tecnológicos en la construcción de aceleradores, se ha logrado comprender mejor el universo a niveles subatómicos y responder preguntas fundamentales sobre la materia, la energía y las fuerzas fundamentales que rigen el cosmos", destacan los autores.
Los expertos del IFIC explican que, para generar partículas, impulsarlas y guiarlas, se necesitan conocimientos de física y de ingeniería. A partir de ahí, todos los aceleradores de partículas, aunque varíen en forma (lineales o circulares), tamaño (desde metros hasta kilómetros de longitud) y tecnología (superconductores o no), comparten cuatro componentes principales: la fuente de partículas, los tubos de vacío y los generadores de campos eléctrico y magnético.
En la fuente se generan chorros de partículas subatómicas cargadas llamados haces. Una vez creadas, las partículas se inyectan en tubos de vacío, "algo así como las tuberías que tenemos en casa por donde circula el agua, pero ultralimpias, para que nuestras diminutas viajeras se desplacen sin tropezar con obstáculos en el camino", comentan los autores. Esto se consigue creando en el interior de los tubos condiciones de ultra-alto vacío, que alcanzan valores cercanos a los del espacio exterior.
Por estos tubos de vacío se transportan las partículas a través de campos eléctricos y campos magnéticos cuidadosamente diseñados para guiarlas, agruparlas y darles justo las propiedades que se necesitan.
Así, "las partículas son conducidas hasta un punto de donde se encontrarán con otras partículas, si estamos en un experimento de física de partículas, un bloque de material, si el experimento es de física nuclear, o un paciente para aplicarle un tratamiento de radioterapia, si estamos en un hospital", explican.
La historia de los aceleradores de partículas se remonta a finales del siglo XIX, cuando la comunidad científica comenzó a explorar las propiedades de los constituyentes fundamentales de la materia. Décadas más tarde, en 1930, el físico estadounidense Ernest O. Lawrence y su estudiante Milton Stanley desarrollaron el primer ciclotrón, de 10 centímetros de diámetro.
Simultáneamente, se trabajaba en el concepto de acelerador lineal, conocido como linac, en el que las partículas eran aceleradas a lo largo de una línea recta por medio de campos eléctricos que cambiaban de polaridad.
A medida que avanzaba el siglo XX, los físicos se dieron cuenta de que para comprender las partículas subatómicas en su totalidad necesitaban aceleradores más potentes. Un gran salto se produjo en la década de 1960 con la construcción del Stanford Linear Accelerator (SLAC), y en 1983, del Tevatrón en el Fermilab (Chicago).
Los científicos del CSIC recalcan que "estos colisionadores permitieron estudiar partículas subatómicas con energías nunca antes alcanzadas, lo que llevó a importantes descubrimientos, como la observación de quarks, partículas fundamentales que componen los protones y neutrones".
En el siglo XXI, el gran colisionador de electrones y positrones (LEP) en el CERN, en Ginebra (Suiza), se convirtió en el acelerador de partículas más grande del mundo, con una longitud de 27 kilómetros. A este le sucedió en el mismo túnel el gran colisionador de hadrones (LHC por sus siglas en inglés), el más potente hasta la actualidad.
Los autores recuerdan que su construcción, que arrancó en 1989, fue un logro internacional, y su puesta en marcha en 2008 marcó un hito en la física de partículas, ya que "permitió en 2012 la confirmación del bosón de Higgs, una partícula fundamental que explica cómo las partículas fundamentales adquieren masa".
Según la Agencia Internacional de Energía Atómica (IAEA), hay más de 30.000 aceleradores en uso en todo el mundo y, de estos, más del 97% se utilizan con fines comerciales, entre ellos, las aplicaciones médicas, que suponen en torno al 45-50%.