La aceleración de partículas a través de láseres plasma ha representado un avance significativo en la física moderna, ofreciendo la posibilidad de realizar experimentos con aceleradores mucho más compactos y económicos que los sistemas convencionales. Recientemente, el laboratorio alemán DESY ha hecho un avance notable con su nuevo láser, KALDERA, que ha conseguido acelerar hasta 100 grupos de electrones por segundo, un hito que podría transformar el campo de la aceleración de partículas.
Aceleración de partículas: una necesidad creciente
Los aceleradores de partículas tradicionales, que utilizan ondas de radio en resonadores para impulsar electrones, requieren largas distancias y son costosos de operar. En contraste, la aceleración por láser plasma promete realizar esta tarea en espacios mucho más reducidos. Utilizando pulsos láser cortos y potentes en un tubo de hidrógeno, esta técnica genera ondas de plasma altamente cargadas que pueden acelerar electrones en distancias de tan solo unos milímetros.
La capacidad de KALDERA para alcanzar una tasa de repetición de 100 disparos por segundo representa un paso crucial hacia la estabilización del rendimiento de los aceleradores de plasma. Hasta ahora, los prototipos existentes apenas podían producir unos pocos grupos de partículas por segundo, lo que limitaba su aplicación práctica en campos como la medicina o la industria.
Andreas Maier, científico líder en aceleración de plasma en DESY, ha destacado que, aunque su equipo fue el primero en operar un acelerador de plasma durante más de 24 horas, la tasa de un disparo por segundo no es suficiente para aplicaciones viables. La meta es alcanzar tasas de 1,000 disparos por segundo, lo que haría que esta tecnología sea competitiva en el mercado actual.
La innovación detrás de KALDERA radica en su diseño técnico. Utiliza un láser especial que genera pulsos de luz débiles y cortos, que luego son amplificados a través de cristales energizados por láseres de bombeo. Este proceso permite que los pulsos de luz sean estirados y amplificados sin dañar el sistema, algo crucial para la operación del láser.
Además, el equipo ha implementado tecnologías de adaptación que compensan las fluctuaciones del sistema, asegurando que los grupos de electrones mantengan una calidad uniforme. Esto se logra mediante el uso de sensores que detectan desviaciones en los pulsos láser, permitiendo correcciones en tiempo real para optimizar el rendimiento.
La experiencia de DESY en la operación de aceleradores de partículas de clase mundial ha sido fundamental para el desarrollo de KALDERA. La capacidad de mejorar la energía del láser y, por ende, la energía del haz de electrones, se encuentra en la agenda de trabajo del equipo, que espera avanzar en los próximos meses hacia su objetivo de producir 1,000 grupos de electrones de alta calidad por segundo.
Con estos avances, se abre un abanico de posibilidades para aplicaciones en la investigación científica, la medicina y la industria, que podrían beneficiarse enormemente de aceleradores más pequeños y eficientes. La apuesta por la investigación y desarrollo en tecnologías de aceleración de partículas no solo es un impulso para la ciencia, sino también una oportunidad para fortalecer la competitividad y la innovación en el ámbito tecnológico europeo.
