¿Qué es un haz de partículas?

Un haz de partículas es un haz de partículas aceleradas, generalmente partículas cargadas (iones). Las aplicaciones de la vida real de un haz de partículas incluyen aceleradores de partículas ("destructores de átomos"), en física de plasma, televisores de tubo de rayos catódicos, pantallas de computadora y en terapias contra el cáncer. Después de una breve serie de investigaciones sobre el armamento con haz de partículas en la década de 1980, tales investigaciones se abandonaron en su mayoría, y los láseres y otras armas de energía dirigida obtuvieron la atención y los dólares de investigación en la actualidad. Un ejemplo natural de un haz de partículas sería un rayo, donde los electrones saltan de las nubes cargadas negativamente al suelo neutral.

La mayoría de los tipos de haz de partículas consisten en partículas cargadas, como protones o electrones, porque las partículas cargadas son fáciles de acelerar usando imanes. La mayoría de los haces de partículas se crean ejecutando una corriente de partículas a través de una serie de dispositivos, cada uno de los cuales imparte un pequeño empujón al haz, hasta que se acelera a una velocidad significativa. En algunos aceleradores de partículas, esta velocidad puede llegar al 99,999% de la velocidad de la luz. Los haces de partículas formados por electrones tienden a ser los más rápidos, ya que estas partículas son más de mil veces más ligeras que los protones y, por lo tanto, pueden acelerarse más fácilmente.

Aunque el término "haz de partículas" tiene una sensación de ciencia ficción, los haces de partículas se encuentran en todos los televisores con tubo de rayos catódicos. Incluso se puede considerar que todos los cables eléctricos contienen una especie de haz de partículas de electrones, a pesar de que su trayectoria rara vez es lineal. En un televisor con tubo de rayos catódicos, un cañón de electrones produce un haz de partículas. La pistola de electrones dispara electrones a una pantalla fluorescente, que se ilumina en respuesta a las partículas entrantes, produciendo una imagen.

Un uso innovador de los haces de partículas es la radioterapia, donde un haz de partículas se dirige para matar las células cancerosas. La desventaja de este enfoque es el daño a las células sanas y el riesgo de exposición excesiva a la radiación. El mecanismo de acción es la radiación que daña el ADN de las células malignas, lo que hace que sean incapaces de auto-reproducirse. Un desafío en este tipo de radioterapia es la formación de tumores bajos en oxígeno, tumores que superan su suministro de sangre. Los tumores con altos niveles de oxígeno son ideales para la radioterapia, ya que el bombardeo del tejido oxigenado con radiación libera numerosos radicales libres que causan daños secundarios a las células cancerosas.

Los haces de partículas más potentes del mundo son los utilizados en los aceleradores de partículas más grandes, como el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) cerca de Ginebra, Suiza. El Gran Colisionador de Hadrones se encuentra en un túnel de 27 km (17 millas) de circunferencia, hasta 175 m (570 pies) bajo tierra. A un costo de alrededor de $ 10 mil millones de dólares (dólares estadounidenses), el LHC es una de las máquinas más grandes y caras jamás construidas.