Aceleradores de partículas, muchas veces nombrados, pero… ¿Sabes que son?

alcaldia benito juarez

Ciudad de México.- Partículas subatómicas y placas de metal. Probablemente no parece la premisa más interesante que puedas hallar, pero hay mucho de ellos que te puede sorprender.

Comencemos nuestra historia con una teoría postulada por el científico J. J. Thompson en 1904, que sugería que la forma de los átomos era la de un protón gigante (partícula subatómica con carga positiva) incrustado de electrones (partículas subatómicas con cargas negativas).  A esto se le conoce como “Modelo Atómico de Pastel”.  Esta teoría estuvo vigente de 1897 hasta 1911, año en el que fue sustituido por el “Modelo de Rutherford”.

La manera en que este modelo atómico logró sobreponerse fue a través de un experimento que involucraba el disparo de partículas como si se tratase de proyectiles, a través de una delgada placa de oro. Según esto, al tener una densidad homogénea, como lo afirmaba el modelo de pastel, el rayo atravesaría la placa.

 

Benito juarez

​​​​​Foto: Pixabay

 

 Para su sorpresa el comportamiento de los rayos (las partículas lanzadas) fue distinto porque algunas partículas tendían a desviarse, en ciertos casos incluso de forma opuesta a la trayectoria inducida. A partir de esto se dedujo que era falso, y que las partículas se encontraban diseminadas de manera heterogénea en el átomo. El rebote opuesto de las partículas correspondería al efecto repelente de la carga positiva del protón, que en este caso se dedujo que se encuentra en un solo lugar y no diseminado por toda la superficie atómica. El Modelo de Rutherfort se caracterizó por apoyar la teoría del físico japones Hantaro Nagaoka, quien sugirió que el átomo era un núcleo con carga positiva orbitado por sus correspondientes electrones.

A pesar de esto había muchas fallas con dicho modelo, y sólo se mantuvo como teoría aceptada durante dos años, cuando apareció el “Modelo Atómico de Bohr”. A partir de este experimento todos los futuros modelos atómicos presentarían al protón como el centro del átomo y a los electrones como partículas que le rodean.

La razón de recordar esta curiosa historia es mostrarte el primer antecedente de la aceleración de partículas, ya que este es el principio operativo de uno de estos increíbles aparatos.

Los primeros en desarrollar un dispositivo fueron los físicos ingleses John Douglas Cockcroft y Ernest Thomas Sinton Walton en 1932, lo cual les valió nada menos que un Nobel el año siguiente. Y es que, debido a la velocidad que alcanzan los átomos y las modificaciones que sufren en este proceso (se descomponen en partículas y por unos instantes forman átomos nuevos, pero inestables) crean energía.

 A partir de esto comenzaron a desarrollarse dispositivos semejantes en distintos lugares, lo que trajo variaciones y modificaciones al prototipo original. Existen varios tipos de aceleradores, pero en esta ocasión hablaremos de los dos principales: Lineales y Circulares.

Los Aceleradores Lineales fueron los primeros en desarrollarse. Se trata de un conjunto de tubos y/o placas metálicas que reciben una corriente eléctrica alterna. Toda la acción ocurre dentro de los tubos, la corriente alterna atraviesa una placa metálica o tubo con una carga eléctrica opuesta, al atravesarla obtiene la carga eléctrica de la barrera metálica en cuestión, haciendo que la fuerza de repulsión del magnetismo le agregue velocidad a su impulso. A estos se les conoce comúnmente como LINAC por sus siglas en inglés

Los Aceleradores Circulares por su parte son una especie de optimización del anterior modelo, ya que funciona con corrientes alternas y magnetismo, además de que requieren de un espacio menor. En este caso se trata de dispositivos con dos medios círculos con un espacio de vació entre ambos, se hace transitar la energía a través de estas piezas, logrando que la trayectoria se vuelva circular y constante, logrando una mayor aceleración que en el caso de los dispositivos lineales.

Existe la posibilidad de agregar más fuentes polares a un acelerador, y pueden ser tantas como el dispositivo lo permita, pero es necesario modificar la estructura de este. Las modificaciones consisten en substituir las piezas en forma de “D” por una cavidad circular, y con cuatro (o más números pares de) fuentes polares en lugar de dos, lo que optimiza aún más el efecto permitiendo acelerar, mantener la velocidad y la capacidad de proyectar el rayo resultante.

 

Benito juarez
Foto: Pixabay

 

Los aceleradores de partículas han llegado a tal punto de desarrollo que sus beneficios han trascendido el campo de la ciencia llegando hasta el de la salud o el de la industria. Todos los aparatos médicos que involucran rayos utilizan este principio. Se ha extendido tanto el uso, que los espectros controlados tienen usos terapéuticos como el tratamiento de tumores, operaciones meticulosas y poco invasivas o la esterilización de instrumentos mostrando ser infalibles con bacterias difíciles de eliminar, como el E-Coli.

En las aplicaciones industria les resalta el uso de la “transmutación nuclear”, que no es otra cosa que lo que los alquimistas medievales buscaban lograr con la piedra filosofal, y se traduce como juntar dos elementos a partir del proceso ya mencionado y formar un tercero a nivel molecular. También la producción de energía llama la atención ya que se convierte en una opción ecológica y limpia.

Hay mucho que descubrir aún, pero los avances tecnológicos hasta ahora son impresionantes; ¿Qué sorpresas crees que nos aguarden en este campo para los próximos 50 años?

 

si