Crean un nuevo tipo de acelerador que podría transformar la ciencia

Los aceleradores de partículas se han convertido en una de las estructuras científicas más importantes de la historia. En ciencia pura, nos ayudan a comprender los componentes básicos del universo mediante la colisión de partículas para estudiar los resultados, recrear las condiciones del universo primitivo y explorar la estructura de la materia. En aplicaciones prácticas, son cruciales para la medicina (como la terapia contra el cáncer y la esterilización de equipos médicos), la industria (como la irradiación de alimentos y la ciencia de los materiales) y la tecnología (como los escáneres de seguridad y la electrónica espacial).

¿El problema? Los aceleradores suelen ser enormes y muy costosos. Pensemos, por ejemplo, en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN, con sus 27 kilómetros de túneles magnéticos. ¿Qué pasaría si lográramos reducir el tamaño (físico y oneroso) de los aceleradores miles o millones de veces?

Un estudio reciente propone un diseño revolucionario: un acelerador de partículas tan compacto que podría caber sobre una mesa, capaz de generar rayos X muy intensos con una arquitectura totalmente diferente a los aceleradores tradicionales. Esta idea, aún en fase de simulación, ha sido publicada en Physical Review Letters.

Los aceleradores de partículas convencionales suelen ser enormes. Pero el nuevo concepto usa estructuras diminutas, nanotubos de carbono, combinadas con un láser polarizado para crear campos eléctricos muy potentes y acelerar electrones dentro de ellos. La clave radica en las ondas plasmónicas superficiales: el láser “gira” dentro del nanotubo y obliga a los electrones a moverse en espiral, lo que produce radiación coherente de rayos X con una intensidad muy alta, hasta cien veces más que los aceleradores convencionales de tamaño similar.

Este dispositivo “de bolsillo” podría transformar campos como la medicina, la ciencia de materiales y la biología. Actualmente, los rayos X intensos solo se obtienen en laboratorios gigantes (sincrotrones o láseres de electrones libres), a los que muchos investigadores no tienen fácil acceso.

Con un acelerador compacto, hospitales o universidades podrían tener su propia fuente de rayos X potentes, lo que permitiría obtener imágenes médicas más precisas sin necesidad de agentes de contraste, estudiar proteínas y fármacos directamente en los laboratorios de investigación, acelerando el desarrollo de nuevos tratamientos y analizar materiales delicados y componentes semiconductores sin dañarlos, o incluso hacer pruebas no destructivas in situ.

Por ahora, el diseño se ha demostrado solo en simulaciones por computadora, basadas en estructuras reales de nanotubos y láseres que ya existen en laboratorio. Los autores del estudio, entre los que se encuentra Javier Resta-López, de la Universidad de Valencia, han demostrado que se pueden generar campos de varios teravoltios por metro, lo que es mucho más potente que lo que pueden soportar muchos de los aceleradores actuales. El siguiente paso será validar este concepto experimentalmente, construyendo prototipos reales y demostrando que funciona fuera del entorno simulado.

A diferencia de los aceleradores compactos tradicionales, este nuevo concepto no pretende competir con gigantes como el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), cuyos 27 kilómetros de circunferencia lo colocan en otra liga. Su comparación lógica está en los sincrotrones modernos, las máquinas que hoy generan los haces de electrones usados en física, química, medicina y ciencia de materiales. Y esos sincrotrones son enormes: el ESRF francés mide 844 metros de perímetro, el Diamond Light Source británico 561 metros, el APS estadounidense supera los 1.100 metros y el coloso japonés SPring-8 alcanza 1.436 metros. Son instalaciones del tamaño de dos, tres o incluso cuatro campos de fútbol completos. Frente a ese despliegue, un acelerador capaz de ofrecer prestaciones comparables en una escala “de sobremesa” supondría una auténtica revolución científica y tecnológica.

Si este acelerador logra materializarse, podría democratizar el acceso a fuentes de rayos X sofisticadas, hasta ahora restringidas a grandes centros. Esto no solo aceleraría la investigación científica, sino que podría acercar tecnologías punteras a laboratorios más pequeños, hospitales y universidades. El gran sueño: llevar herramientas de física de fronteras a muchas más personas.

En definitiva, este “acelerador de sobremesa” representa una idea audaz y transformadora: la misma física que impulsa los colisionadores gigantes podría, en el futuro, caber en un chip.