Intro

-Karaka, karaka, necesito de tu opinión experta en temas deportivos y de fórmula uno.

+Hombre, al fin se me reconoce por el genio que soy. ¿Qué necesitas?

-Si tuvieses que entrenar para una carrera de aceleración, ¿cómo harías?

+¿De aceleración? Hombre, (insertar plan de entrenamiento de un graduado del deporte).

-No, no, yo no. Es que he visto que el episodio de hoy trata de los aceleradores de partículas, y he decidido que quiero entrenar mi propia partícula. Para meterme en el papel, conocer el mundillo de primera mano… ¿Tú crees que habrá apuestas deportivas de esto?

+Sí, apuestas va a haber. Lo que yo apuesto es que ya estamos perdiendo el tiempo una vez más con las tonterías graciosas estas. Yo voy a poner la intro, y tú calienta, que sales.

-¿Cómo que salgo?

+Sí, del estudio. Me vas a venir a comer la cabeza con las tonterías estas ahora, hombre ya.

Cabecera

Desde que el ser humano tiene memoria, siempre ha mirado al cielo. Estrellas, planetas,  constelaciones y demás movidas del inmenso, insondable, oscuro, aterrador, insultantemente largo a lo ancho y ancho a lo largo, caótico por naturaleza y nada acogedor espacio. Pero… ¿conoces el origen de sus historias? Empieza Astro.

Qué son

Cuando hablamos de un acelerador de partículas, suena a algo salido de la ciencia ficción. Un aparato que utiliza campos electromagnéticos para acelerar partículas a velocidades altísimas. Una sincronización perfecta en todos los componentes para asegurar la máxima velocidad. Pero, ¿y si te digo que también tienes un acelerador de partículas en tu hospital más cercano? Es más, puede que incluso hayas visto las noticias del mediodía gracias a uno.

Descrito de la manera más simple, un acelerador de partículas es un dispositivo que utiliza el electromagnetismo para controlar y modificar la velocidad de partículas subatómicas con carga. O, dicho de otra manera, utiliza el electromagnetismo para hacer que los electrones se muevan como necesitan los científicos: más rápido, más lento, con mucha dispersión, con poca dispersión…

La manera de hacer esto es, bueno, pues tan complicada como te lo propongas. Partamos de que tenemos una corriente eléctrica pasando por un metal. Si la corriente es lo suficientemente alta, algunos electrones pueden escaparse del material conductor. Estos electrones a la deriva, en principio, deberían volver al conductor, buscando acercarse a un voltaje positivo. Pero si hay otro alto valor de voltaje positivo lo suficientemente cerca, eres capaz de llevarte el electrón a tu terreno. Bueno, al terreno de ese campo eléctrico.

Y aquí tenemos la primera aceleración, en ese primer recorrido desde que el electrón es arrancado hasta que llega al voltaje positivo. Mientras que el electrón se mueve de un punto al otro, su velocidad no deja de aumentar. Esta primera aceleración convierte a los tubos de rayos catódicos y rayos X en pequeños aceleradores de partículas. Pero no son la última aceleración que se aplica.

Los tubos de rayos catódicos se han utilizado para hacer esos antiguos televisores que pesan un quintal, y usaban televisión analógica. Los electrones salían del tubo de rayos como el agua de una manguera, y chocaban contra el polvo suspendido en la pantalla para generar imagen. Para conseguir los colores y las formas, la manguera de electrones recorría la pantalla, dividiéndola en 625 líneas horizontales. En cada línea, los electrones cambiaban su velocidad para formar los píxeles analógicos de la antigua televisión.

Un principio muy similar siguen los tubos de rayos X, cambiando simplemente el material contra el que chocan los electrones para que produzcan, pues rayos X en vez de luz visible. Y estos tubos de rayos son solamente los aceleradores lineales más “simples”. Si conectamos dos aceleradores, uno detrás de otro, la intuición nos dice que la partícula debería ser más acelerada que si usamos solo uno, ¿no? Bueno, casi. Si los usamos tal cual, llegará un momento en que el electrón se quede atrapado entre los dos tubos, acelerado hacia el tubo que acaba de dejar atrás y hacia el siguiente. El electrón busca un voltaje positivo, y sólo ve dos tubos con voltajes positivos.

Pero si justo cuando va a llegar la partícula al voltaje positivo del primer tubo, apagamos ese voltaje, ¿qué pasa? Bueno, pues que el electrón pasa a ver sólo el voltaje del segundo tubo, y va a continuar acelerando hacia él. Incluso, si fuésemos capaces de aplicar un voltaje negativo al primer tubo una vez que el electrón pasa, este iría aún más rápido. Esta aceleración en cadena entre la repulsión del primer tubo y la atracción del segundo tubo es el principio que se esconde detrás de los grandes aceleradores lineales.

El problema de los aceleradores lineales es que más velocidad implica más longitud. Y más longitud implica más coste. Así que los científicos empezaron a trabajar en formas de aprovechar mejor el tamaño. Una de estas formas fueron los aceleradores de partículas circulares. Su principio de funcionamiento es sencillo: rotar esos voltajes positivos y negativos a lo largo de un anillo. Así se consigue aumentar la velocidad de la partícula a la misma velocidad de rotación de los campos. El principal problema es que hay que lograr hacer derrapar a una partícula que se mueve más y más rápido cada vez. Unos potentes imanes cuidadosamente colocados, y conseguido. Así se inventan los grandes aceleradores de partículas en los que se desentrañan los misterios del universo. Y eso incluye también a ese gran acelerador de partículas del CERN, ese que se encuentra en Suiza y tiene una longitud de 27 kilómetros.

Para qué se usan

Todo esto de utilizar acelerador de partículas para mostrar imágenes en televisores antiguos está muy bien, pero la verdad es que es poco científico. Su uso para las máquinas de rayos X está mejor: cuando la partícula no logra llegar hasta la placa, vemos un espacio en blanco en la radiografía. Estamos hartos de ver radiografías de brazos, piernas, en los kit básicos de cerrajería…

El problema es que los aceleradores de partículas tienen muchísimas aplicaciones. ¿Quieres esterilizar agua o comida? Unas horitas de terapia de rayos X, y adiós bacterias. ¿Quieres realinear unos polímeros? Unos haces concentrados en las uniones, y tienes un rollo transparente que va a envolver perfectamente el bocadillo del desayuno o las sobras para la cena. ¿Quieres fabricar circuitos con una precisión de nanómetros para procesadores? Ahí están los aceleradores de partículas, dopando el silicio de manera precisa.

Pero las aplicaciones médicas no se limitan a simplemente a radiografías. En los últimos años se han empezado a utilizar los aceleradores de partículas para la lucha contra una de las enfermedades más terribles de nuestro tiempo: el cáncer. La famosa radioterapia se utiliza para destrozar el ADN de las células cancerígenas, imposibilitando que se sigan reproduciendo. Y gracias a los avances, es posible incluso apuntar los rayos X para que se concentren en la zona tumoral, maximizando su impacto.

Pero al final la radioterapia se basa en rayos X… Que es radiación, al fin y al cabo. Y nuestra piel, por muy transparente que sea para los rayos X, no deja de estar ahí también. Así que la radioterapia se tiene que dar en sesiones muy controladas para asegurar que no haya ningún efecto secundario.

El grande de Suiza

Cuando hablamos de aceleradores de partículas, realmente todos pensamos en esos grandes que salen en las películas y documentales. Esos en los que las partículas alcanzan velocidades cercanas a la de la luz, y desentrañan los secretos del universo. Estos aceleradores de partículas son circulares, pero de un tipo muy especial.

Para poder lograr que las partículas aceleradas alcances esas astronómicas velocidades en un espacio tan pequeño, es necesario utilizar lo último de lo último en tecnología. Potentes imanes que generen un fuerte campo magnético para guiar la partícula. Grandes tubos de vacío que aseguren que el electrón no se choca sin querer con las moléculas de oxígeno. Metales refrigerados hasta convertirse en superconductores, capaces de mover millones de veces la energía de una máquina de rayos X sin salir ardiendo.

El resultado de todo este esfuerzo y precisión tecnológica es la capacidad de poder hacer colisionar protones entre sí. Que es verdad que así dicho suena menos imponente. Así que vamos a daros un ejemplo.

Cuando pensamos en una colisión, pensamos en una colisión entre coches. En este caso, cada uno de los protones es un coche. Pero no están simplemente parados, sino que están moviéndose. Dan vueltas al mismo circuito, sólo que en direcciones opuestas. Los pilotos que conducen estos coches son muy buenos, y cuando ven que van a chocar con el coche de enfrente, lo esquivan. Al fin y al cabo, los dos comparten carga positiva, así que se van a repeler entre sí. Pero es que los pilotos no van en un coche al uso, ni en un deportivo. Ni siquiera van en un fórmula 1. Van en esos coches prototipo que se utilizan para romper la barrera del sonido.

El objetivo de colisionar los protones no es sólo que nadie haya estrellado estos coches antes, porque se repelen. El objetivo no es estudiar cómo se comportan dos protones cuando se chocan entre sí. No, el objetivo es destrozar los protones. Que salgan todas las partes del coche volando, que encuentren trozos del coche a 2 kilómetros a la redonda. Así, a golpe limpio, se recrea el estado del universo durante el mismísimo Big Bang.

Este es el gran objetivo del gran colisionador de hadrones, el famoso acelerador de partículas enterrado entre Suiza y Francia. A lo largo de sus 27 kilómetros de longitud, los protones y algunos iones se aceleran hasta alcanzar un 99,999999% (99 coma novecientos noventa y nueve mil novecentiendo noventa y nueve) de la velocidad de la luz. O, lo que es lo mismo, 11 kilómetros por hora más lento que la velocidad de la luz.

Tras el accidente de coche, entran en escena los detectives para recomponer lo que ha pasado. Y nunca mejor dicho, porque los detectores que se encuentran a lo largo del anillo notifican a los científicos de hasta la más mínima pieza del átomo que haya salido despedida. Gracias a este gigantesco acelerador, en 2012 se anunció el descubrimiento del Bosón de Higgs, una partícula que ayudaría a explicar porqué las cosas son como son, y no de otra manera. Respuestas a preguntas tales como ¿por qué las cosas están hechas de materia, y no de antimateria? ¿Por qué tienen masas las cosas? ¿Por qué las entradas de los edificios son más fresquitas en verano?

Cierre

Podríamos dedicar un episodio hablando solamente del bosón de Higgs, pero lamentablemente, es que este episodio ya se nos ha acabado.

Muchísimas gracias a todos los que después de 50 episodios seguís escuchándonos. Recordad que podéis apoyarnos compartiendo el programa, o económicamente en el enlace Kofi de la descripción como la gente maja de Efe de equis y Luggon74.

Nos vemos en el próximo episodio con más historietas del espacio.

Astro luego!