Acelerar positrones con plasma

Cuando los físicos investigan los componentes fundamentales de la materia y las fuerzas que operan entre ellos, lo hacen mediante la colisión de haces de partículas de muy alto nivel energético. Por ejemplo, en Europa el LHC (Large Hadron Collider) trabaja haciendo chocar protones a energías extremadamente altas. Pero muchos científicos creen que construir un acelerador (colisionador) que hiciera chocar electrones contra positrones (antielectrones, de antimateria) sería un avance muy importante.

Cada partícula de materia tiene una antipartícula correspondiente de antimateria. Los electrones son partículas negativamente cargadas que rodean el núcleo de cada átomo. El positrón es una antipartícula con la misma masa y magnitud de carga del electrón pero exhibiendo una carga positiva. Cuando la materia ordinaria, tal como un electrón, se combina con una cantidad igual de antimateria, tal como un positrón, el resultado es su conversión a partículas de alta energía o radiación electromagnética.

La principal ventaja para un acelerador que haga chocar electrones contra positrones es que, a diferencia de los protones, que están compuestos por tres quarks, los electrones y los positrones son partículas elementales o fundamentales y por tanto las colisiones entre ellas serían mucho más limpias y fáciles de estudiar.

Utilizando la tecnología convencional de hoy en día, un colisionador de electrones-positrones para la próxima generación de experimentos de física requeriría aceleradores de decenas de kilómetros de largo. Pero los investigadores del campo de la física de partículas esperan que una técnica de aceleración por plasma pueda permitirles construir aceleradores más cortos y económicos.

Simulación que muestra la aceleración de un positrón de alta energía mediante plasma usando el nuevo método. Dicho método podría ayudar a hacer realidad la próxima generación de aceleradores de partículas. (Imagen: Weiming An/UCLA

Recientemente, se ha demostrado una forma eficiente de acelerar positrones. El método podría ayudar a crear esos tan ansiados colisionadores lineales electrón-positrón más pequeños y más potentes, máquinas que podrían emplearse para intentar desentrañar las propiedades de muchas partículas subatómicas.

El equipo de científicos que ha hecho esta demostración había mostrado previamente que aumentar la energía de las partículas cargadas mediante una táctica que consiste en hacerlas “surfear” sobre una “ola” de gas ionizado, o plasma, funciona bien cuando se trata de acelerar electrones. Si bien este método podría por sí mismo llevar a aceleradores más pequeños, los electrones son solo uno de los dos bandos implicados en las colisiones electrón-positrón.

Ahora el equipo de Chandrashekhar Joshi, de la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA), Estados Unidos, ha alcanzado otro hito al aplicar con éxito la técnica a los positrones.