Cariño, he encogido el acelerador de partículas: hacia colisionadores más pequeños y eficientes
El Gran Colisionador de Hadrones, de veintisiete kilómetros de longitud y situado en la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN), ha realizado una serie de descubrimientos desde su puesta en marcha, entre los que destaca el hallazgo del bosón de Higgs. Sin embargo, con la actual tecnología de aceleradores, seguir con el progreso será todo un reto. «Sin duda podrían construirse aceleradores más grandes y potentes, pero su coste, consumo energético e impacto ambiental plantean dudas sobre su sostenibilidad a largo plazo —afirma Maurizio Vretenar, coordinador del proyecto ARIES, financiado con fondos europeos—. Además, solo el 5 % de todos los aceleradores del mundo se utilizan para analizar científicamente partículas. La mayoría son utilizados por la medicina y la industria para actividades como el tratamiento contra el cáncer, la obtención de imágenes médicas o la esterilización de equipos y alimentos». El equipo de ARIES ha analizado una serie de tecnologías innovadoras que podrían dar lugar a aceleradores de nueva generación capaces de satisfacer la creciente demanda de mejores prestaciones, fiabilidad, coste y diseño. «Se trata de avances muy interesantes, ya que los aceleradores que suministran altas energías en un espacio físico reducido podrían abrir las puertas a investigaciones y aplicaciones que en la actualidad solo son posibles en instalaciones a gran escala», señala Vretenar.
Acelaración de la innovación
El equipo del proyectos ARIES, un consorcio de cuarenta y dos miembros del mundo científico, universitario e industrial de dieciocho países europeos, se centró en las innovaciones con más probabilidades de reducir las necesidades energéticas, el tamaño y el impacto ambiental de los futuros aceleradores. «Hemos investigado una serie de tecnologías, como imanes superconductores, revestimientos superconductores, nuevos materiales y aceleración por láser y plasma», añade Vretenar, físico acelerador del CERN, entidad anfitriona del proyecto. La investigación del equipo sobre imanes superconductores de alta temperatura dio lugar a sofisticadas cintas multicapa que se utilizaron para fabricar bobinas para grandes imanes. El resultado fueron campos magnéticos más potentes que transportan más corriente y pueden curvar partículas en un radio más pequeño, lo que ofrece la perspectiva de aceleradores más pequeños y eficaces. «Lo que hemos conseguido ha batido récords. Tras producir 413 metros de cinta, probamos una parte a bajas temperaturas y alcanzamos densidades de corriente eléctrica sin precedentes —explica Vretenar—. Ser capaz de suministrar energías tan altas en un dispositivo compacto realmente abriría oportunidades apasionantes». Los resultados de ARIES ya han permitido a la colaboración EuPRAXIA poner en marcha el diseño final y el plan de construcción del primer acelerador de partículas operativo basado en la aceleración por plasma, en el Laboratorio Nacional de Frascati, cerca de Roma (Italia). El plasma será modulado por un haz impulsor que genera campos eléctricos extremadamente elevados. En su interior, los electrones pueden acelerarse a energías elevadas a más de una milésima parte de la distancia requerida por los aceleradores de radiofrecuencia convencionales.
Nuevos beneficios ambientales
El equipo también identificó, desarrolló y probó nuevas aplicaciones del acelerador que podrían beneficiar al medio ambiente, como la limpieza de aguas residuales municipales. Asimismo, ha desarrollado un nuevo sistema basado en aceleradores para eliminar el azufre, el nitrógeno y las partículas de los gases de escape de los motores diésel de los barcos. Dado que el tráfico marítimo es uno de los principales responsables de la contaminación mundial, el sistema podría instalarse en viejos portacontenedores y petroleros. «Nunca olvidaré la cara que puso el capitán de un barco en los astilleros de Riga cuando conectamos el embudo del barco a nuestro acelerador de partículas. Estaba orgulloso de que su viejo y oxidado remolcador formara parte de un experimento de alta tecnología», destaca Vretenar. ARIES ya ha contribuido a poner de relieve nuevas tecnologías, como la iniciativa EuPRAXIA basada en plasma, para el Foro Estratégico Europeo sobre Infraestructuras de Investigación, que incluye varios proyectos basados en aceleradores. El equipo también ha puesto en marcha un nuevo proyecto financiado con fondos europeos, I.FAST, para acelerar la transferencia de tecnologías de aceleradores a la industria.
Palabras clave
ARIES, partículas, acelerador, electrón, plasma, imán, campo eléctrico, CERN, átomos, energía