Científicos han presentado un diseño revolucionario basado en nanotubos de carbono que promete reducir estas instalaciones a dimensiones más finas que un cabello humano, sin perder su capacidad de generar potentes rayos X coherentes.
Los aceleradores de partículas, esas enormes máquinas que ocupan espacios del tamaño de estadios de fútbol, podrían pronto caber en la palma de una mano. Los aceleradores actuales, conocidos como sincrotrones, son esenciales para explorar materiales, moléculas y tejidos biológicos mediante radiación de alta energía. Sin embargo, su tamaño y costo limitan el acceso a estas herramientas, reservándolas para grandes centros de investigación. El nuevo concepto, en cambio, abre la posibilidad de que hospitales, universidades y laboratorios industriales dispongan de su propio “mini sincrotrón” en una mesa de trabajo.
El secreto: nanotubos y luz láser
El corazón de esta innovación está en los nanotubos de carbono, estructuras cilíndricas formadas por átomos de carbono dispuestos en patrones hexagonales. Estos tubos, cuando se organizan en “bosques” verticales, crean canales ideales para guiar pulsos láser circulares.
En simulaciones, un pulso láser polarizado circularmente se introdujo en un nanotubo hueco, generando un campo en espiral que atrapaba electrones y los obligaba a moverse de manera sincronizada. Este movimiento coordinado amplifica la radiación emitida, produciendo rayos X hasta cien veces más intensos que los obtenidos con métodos convencionales.
El profesor Carsten P. Welsch, de la Universidad de Liverpool, explicó que el fenómeno se basa en ondas llamadas “plasmones de superficie”, que surgen cuando la luz láser interactúa con la superficie del material. “La geometría de los nanotubos encaja perfectamente con el patrón del láser, como una llave en su cerradura”, señaló.
Por su parte, Bifeng Lei, investigador asociado en la misma institución, destacó que las simulaciones mostraron campos eléctricos de varios teravoltios por metro, valores muy superiores a los alcanzados por la tecnología actual.
Reduciendo la brecha en infraestructura científica
Hoy en día, los científicos deben competir por tiempo limitado en instalaciones nacionales de sincrotrones o láseres de electrones libres. Con un dispositivo de sobremesa, esa dependencia podría desaparecer.
En medicina, por ejemplo, se podrían obtener mamografías más claras y explorar tejidos blandos sin necesidad de agentes de contraste. En farmacología, los investigadores tendrían la posibilidad de analizar estructuras proteicas directamente en sus laboratorios, acelerando el descubrimiento de nuevos medicamentos. En ingeniería de materiales y semiconductores, se abriría la puerta a pruebas no destructivas en componentes delicados.
“Este enfoque puede cerrar la brecha entre la infraestructura científica a gran escala y las necesidades cotidianas de los investigadores”, afirmó Welsch.
Los expertos aclaran que estos aceleradores compactos no sustituirán a gigantes como el Gran Colisionador de Hadrones, indispensables para explorar los límites de la física fundamental. Más bien, ambos coexistirán: los grandes para desentrañar los misterios del universo, y los pequeños para ampliar el acceso a herramientas de análisis avanzadas.
Con información de Physical Review Letters