Los aceleradores de partículas: una contribución esencial al bienestar social
Los escáneres de rayos X, los tratamientos de radioterapia para combatir el cáncer y los microchips que utilizamos en nuestros dispositivos móviles tienen un elemento en común: los aceleradores de partículas. Estos sofisticados dispositivos, capaces de generar, acelerar y confinar haces de partículas con carga eléctrica, han sido fundamentales para desentrañar la estructura de la materia. A casi un siglo de su invención, el CSIC ha publicado el libro 'Aceleradores de partículas. Del laboratorio a la sociedad', que forma parte de la colección ¿Qué sabemos de? (CSIC-Catarata).
Los investigadores del Instituto de Física Corpuscular (IFIC-CSIC-UV), Nuria Fuster y Daniel Esperante, ofrecen un análisis exhaustivo sobre la evolución y funcionamiento de estas complejas máquinas. En poco más de 120 páginas, los autores exploran las funciones esenciales de los aceleradores, explican los conceptos científico-técnicos que sustentan su operación y presentan diversas aplicaciones donde son cruciales.
Aceleradores: curiosidad humana y avances científicos
"La historia de los aceleradores de partículas es un testimonio de la curiosidad humana y la perseverancia científica", afirman Fuster y Esperante. Gracias a los avances tecnológicos en la construcción de estos dispositivos, se ha logrado profundizar en el entendimiento del universo a niveles subatómicos, abordando preguntas fundamentales sobre la materia, la energía y las fuerzas que rigen el cosmos. Además, su impacto se extiende a numerosos aspectos cotidianos, desde atención médica avanzada hasta innovaciones tecnológicas y seguridad alimentaria.
Los expertos detallan que el secreto detrás del funcionamiento de un acelerador radica en su capacidad para concentrar energía en espacios reducidos. Para generar, impulsar y guiar partículas subatómicas, se requiere una combinación precisa de conocimientos en física e ingeniería.
Componentes clave del acelerador
Todas las máquinas aceleradoras comparten cuatro componentes esenciales: la fuente de partículas, los tubos de vacío, y los generadores de campos eléctrico y magnético. En la fuente se generan haces de partículas subatómicas cargadas. Posteriormente, estas partículas son inyectadas en tubos ultralimpios donde se crean condiciones similares al vacío del espacio exterior, permitiendo que viajen sin obstáculos.
A través de estos tubos, las partículas son guiadas mediante campos eléctricos y magnéticos diseñados específicamente para darles las propiedades necesarias antes de que colisionen con otros haces o materiales en experimentos físicos o tratamientos médicos.
Desde el ciclotrón hasta el gran colisionador del CERN
La historia comienza a finales del siglo XIX cuando se empezaron a investigar las propiedades fundamentales de la materia. En 1930, el físico estadounidense Ernest O. Lawrence, junto con su estudiante Milton Stanley, desarrolló el primer ciclotrón. Este dispositivo permite a las partículas cargadas seguir trayectorias espirales gracias a campos magnéticos y eléctricos.
A medida que avanzaba el siglo XX, surgieron nuevas necesidades para comprender mejor las partículas subatómicas. La década de 1960 marcó un hito con la construcción del Stanford Linear Accelerator (SLAC), seguido por el Tevatrón en Fermilab (Chicago) en 1983. Estos colisionadores permitieron estudiar partículas subatómicas con energías sin precedentes, llevando a descubrimientos significativos como la identificación de quarks.
Aceleradores en medicina: una revolución terapéutica
Hoy existen más de 30.000 aceleradores operativos globalmente; más del 97% se utilizan con fines comerciales, siendo aproximadamente entre un 45-50% destinados al ámbito médico. Las técnicas diagnósticas y terapéuticas basadas en aceleradores juegan un papel fundamental en la detección y tratamiento del cáncer complejo.
"Las técnicas terapéuticas basadas en aceleradores están revolucionando el tratamiento del cáncer", enfatizan Fuster y Esperante. Desde 1953, cuando se trató por primera vez a un paciente utilizando un acelerador lineal con rayos X, esta tecnología ha evolucionado hacia métodos más precisos que minimizan daños a tejidos sanos durante la radioterapia.
Aceleradores: aplicaciones industriales y medioambientales
No solo en medicina encuentran aplicación los aceleradores; también son vitales en múltiples sectores industriales. Su precisión permite crear nanoestructuras mediante nanotecnología o esterilizar masivamente dispositivos médicos mediante haces electrónicos.
A nivel medioambiental, estos dispositivos ayudan a tratar aguas residuales eliminando contaminantes orgánicos antes de su vertido a ecosistemas acuáticos. Un ejemplo notable es Corea del Sur, donde se utiliza un acelerador para tratar grandes volúmenes diarios provenientes del sector textil con alta eficacia.
Nuevas fronteras: potencia y miniaturización
A medida que avanza la investigación, se busca desarrollar nuevos aceleradores más potentes pero también compactos para facilitar su uso tanto en medicina como en industria. En España, este país ha pasado rápidamente a ser proveedor estratégico en infraestructuras relacionadas con aceleradores gracias al desarrollo pionero como el sincrotón ALBA.
'Aceleradores de partículas. Del laboratorio a la sociedad', es una obra que invita a reflexionar sobre cómo estas tecnologías no solo han transformado nuestra comprensión científica sino también nuestro día a día.
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