Acceleradors de partícules de butxaca

Físic i investigador del CERNUN ACCELERADOR QUE CÀPIGA dins una capsa de sabates. Això és el que volen aconseguir els investigadors de la Universitat de Stanford, a Califòrnia, en els pròxims cinc anys. Aconseguir acceleradors més compactes i assequibles econòmicament facilitaria la recerca en molts àmbits diferents, des de la física fonamental fins a la medicina.

Actualment els acceleradors de partícules són grans instal·lacions que requereixen grans recursos. És el cas del Gran Col·lisionador d’Hadrons (LHC) al CERN, el Laboratori Europeu de Física de Partícules, que fa 27 quilòmetres de circumferència. El seu possible successor s’espera que faci entre 80 i 100 quilòmetres. L’evolució natural dels acceleradors de partícules sempre ha anat encaminada cap a la construcció d’acceleradors més grans i potents. Ara bé, el final d’aquesta tendència podria estar a prop.

CADA COP MÉS QUILÒMETRES

Amb la tecnologia de què es disposa avui, basada en cavitats de radiofreqüència, encaminada a aconseguir que les partícules assoleixin les enormes energies que es requereixen, calen acceleradors de partícules que facin quilòmetres de llargada. El problema és que aquesta tecnologia té límits. En projectes com el futur col·lisionador lineal internacional (ILC) ja s’estan explorant aquestes limitacions. Sense una nova tecnologia que permeti reduir el cost i la mida dels acceleradors, el futur de la física de partícules quedaria relegat a la construcció d’acceleradors cada vegada més grans. Per això en els últims anys s’ha despertat l’interès en el desenvolupament de nous conceptes d’acceleració més compactes i econòmics mitjançant plasmes i materials dielèctrics.

DINS D’UN XIP

La Universitat de Stanford ha rebut 13,5 milions de dòlars de la fundació americana Gordon and Betty Moore per demostrar la viabilitat d’un nou mètode d’acceleració basat en un concepte conegut com a accelerator on a chip (accelerador en un xip) . Aquest nou dispositiu funcionaria amb xips fabricats amb nanomaterials que tenen unes característiques òptiques molt particulars. Aquests xips disposen d’un canal on es genera camp elèctric quan s’il·luminen amb un làser.

Modificant la geometria del xip es pot generar un intens camp elèctric que accelera els electrons quan passen a través del canal. Combinant aquests dispositius un darrere de l’altre es pot construir un accelerador molt potent unes cent vegades més curt del que seria si s’utilitzessin tecnologies convencionals.

D’altra banda, el cost de construcció i manteniment d’un accelerador tan gran és molt alt. L’LHC, per exemple, va tenir un cost inicial d’uns set mil milions i mig d’euros. A més a més, el consum elèctric anual ascendeix a 1,3 terawatts l’hora. Amb aquesta quantitat d’energia es podrien abastir 300.000 llars catalanes durant tot un any. Això no només té un cost econòmic sinó que també té un impacte ecològic important. Amb el desenvolupament d’acceleradors més compactes el consum energètic seria notablement més baix.

Durant els últims 75 anys, els acceleradors de partícules han esdevingut eines essencials per la física, la química, la biologia i la medicina. De fet, un gran nombre de premis Nobel en aquests camps dels últims temps han vingut de la mà dels acceleradors. Amb el desenvolupament d’acceleradors basats en una nova tecnologia, igual d’eficaç però amb una mida menor i més econòmica, la ciència podria entrar en una nova era. S’espera que al final dels cinc anys que dura aquest projecte es puguin haver produït avenços importants.

Entre altres coses, els acceleradors compactes permetrien crear noves fonts de raigs X molt potents i portàtils per estudiar l’estructura de les proteïnes sense haver de disposar d’una instal·lació tan gran com, per exemple, el sincrotró ALBA. En medicina, les propietats dels acceleradors en miniatura i molt més manejables permetrien també atacar els tumors d’una manera molt menys invasiva i més precisa. __ Hector Garcia és físic i investigador del CERN