Los futuros aceleradores de partículas basados en plasmas

Dibujo20150827 positron acceleration - nature com

El LHC es un colisionador circular de hadrones (protón contra protón). El futuro ILC será un colisionador lineal de leptones (electrón contra positrón); dos brazos lineales de unos 30 km de longitud con imanes superconductores acelerarán los leptones hasta energías de 0,5 TeV. ¿Hay alguna alternativa a estos colisionadores gigantescos? En los 1980 se propuso usar ondas de choque en plasmas para acelerar electrones y positrones en su estela, dando lugar a colisionadores de partículas de pequeño tamaño.

El mayor éxito de la técnica PWFA (Plasma WakeField beam-driven Acceleration) hasta ahora ha sido acelerar electrones hasta 52 GeV/m (es decir, 0,052 TeV en una distancia de un metro). Pero acelerar positrones es mucho más difícil, el récord eran 50 MeV/m. Se publica en Nature un nuevo récord, un billón de positrones acelerados por PWFA hasta 5 GeV/m. Lo importante es que la energía de los positrones acelerados es muy uniforme, requisito para usarlos en un colisionador de leptones. Se espera que en los próximos lustros se alcancen unos 50 GeV/m y se puedan diseñar colisionadores que usen esta técnica.

El artículo es S. Corde et al., “Multi-gigaelectronvolt acceleration of positrons in a self-loaded plasma wakefield,” Nature 524: 442–445, 27 Aug 2015, doi: 10.1038/nature14890; más información en Philippe Piot, “Particle physics: Positrons ride the wave,” Nature 524: 422–423, 27 Aug 2015, doi: 10.1038/524422a. El récord para la aceleración de electrones (52 GeV/m) se publicó en Ian Blumenfeld et al., “Energy doubling of 42 GeV electrons in a metre-scale plasma wakefield accelerator,” Nature 445: 741-744, 15 Feb 2007, doi: 10.1038/nature05538.

Sobre otra técnica de aceleración, basada en láseres, recomiendo leer “Avance teórico en los aceleradores de partículas mediante láseres: 250 julios acelerarán electrones a decenas de gigaelectrónvoltios,” LCMF, 05 Abr 2010.

6 Comentarios

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JG

Francisco R. Villatoro …No se si el futuro son colisionadores de leptones en vez de hadrones, es por temas de estabilidad, conseguir mas energía, diversificar investigaciones, etc…pero me pregunto lo diferentes que seran los resultados por ser líneas de “investigacion” tan diferentes, en cuanto a las particulas constituyentes generables en los choques?, pues unos son leptones (no experimentan la interaccion fuerte) y los otros son hadrones (quarks ) q contendrían particulas masico/energéticas consituyentes muy diferentes , no?

Francisco R. Villatoro

JG, a alta energía los leptones se desintegran por vía débil en leptones y hadrones. Lo interesante es que son colisiones un poquito más limpias (pues los hadrones son partículas compuestas y los leptones no) y que permiten explorar los mismos fenómenos con nuevos ojos. Además, tras el descubrimiento del Higgs podemos ajustar la energía de colisiones de estos nuevos colisionadores para que sean fábricas de Higgs y explorar su física en más detalle que con un colisionador generalista (como el LHC).

JJJJ

Lo primero me ha encantado el articulo, me interesan mucho estos temas auqneu no soy fisico y he entendido practicamente todo.

Me quedan dos dudas. Estas tecnicas de aceleracion serian aplicables a colisionadores circulares? Porque ILC/CLIC son ambos lineales

Y la segunda, segun tengo entendido no esta claro que vayan a construir el ILC, tambien esta el proyecto rival CLIC, pero no se cuando deciden cual construir. Se sabe algo mas de cual van a construir?

Francisco R. Villatoro

JJ, los colisionadores circulares de leptones ligeros (electrones y positrones) no son prácticos por la radiación sincrotrón (LEP fue el último); podría pensarse en colisionadores de muones, pero la aceleración por plasmas no ha sido demostrada para muones.

No está claro que se vayan a construir los dos (ILC y CLIC). Seguramente solo se aprobará uno. ¿Cuál y cuándo? Que yo sepa todavía no está decidido. Ambas colaboraciones trabajan a ritmo similar y reciben financiación similar.

Amarashiki

Depende de lo que vea el LHC en el run II se planificará la siguiente generación de colliders:

1) Megasuper LHC a 33TeV-100TeV-…. Es posible incluso que ¿¿¿¿¿¿1000TeV= 1EeV????? Yo esto lo veo muy caro e irrazonable para tecnología actual…No veré creo el Exatron…El deciExatron…quizás…

2) Fotón-Fotón collider…
3) El colisionador de muones (creo que es el futuro de los colisionadores de leptones)… Pregunta para los más avezados, ¿por qué un muon collider es interesante y no un tau collider? 😉
4) Quizás, en un futuro, estaremos obligados a los multibeam colliders…De momento, por simplicidad operativa, se ha hecho siempre colisionadores de 2 partículas…Pero me pregunto si el futuro de la física de colisionadores no debería, una vez avancen los métodos computacionales, también debería considerar los multibeam N>2 colliders…

Más allás de las 4 opciones, y de incrementar la energía, estaremos obligados a observar los fenómenos de alta energía del Universo mejor como “colisionadores naturales” de partículas. Al menos ahora no podemos producir (medir) energías como las que se ven en algunos procesos astrofísicos…(Rayos gamma, rayos cósmicos, rayos X,neutrinos de alta energía, ondas gravitacionales-éstas por su debilidad son aún buscadas, como el CNB,…)

joan rosello ferrandojoan rosello ferrando

Me ha parecido siempre muy interesante la aceleracion por medio de laseres. Puede ser una alternativa a los aceleradores lineales y ciclotrones que se emlean en los hospitales para el tratamiento del cáncer y la producción de radioisótopos en un hospital una vez se venzal algunos problemillas como es la refrigeracion de los lasesres de bombeo y la selección de la energía.

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