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Reportaje

Partículas muy prácticas

Disparado con la intensidad correcta, un haz de partículas subatómicas producidas en un acelerador puede encoger un tumor, producir energía más limpia, hallar una carga sospechosa, limpiar el agua potable, mapear una proteína, diseñar una nueva medicina, diagnosticar una enfermedad, reducir los desperdicios nucleares, detectar una obra de arte falsificada, fijar la fecha de un hallazgo arqueológico, empacar el pavo navideño y, claro, descubrir los secretos del universo.

Por: Ángela Posada-Swafford
Fotos: U.S. Department of Energy

Cuando se oye hablar de aceleradores de partículas, la mayoría de nosotros imaginamos máquinas enormes y vistosas como el Gran Colisionador de Hadrones, de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN), que busca hallar la estructura fundamental del cosmos; pero en realidad existen en el mundo más de 30.000 aceleradores de partículas, desde portátiles hasta del tamaño de una habitación, que trabajan con menor energía que los aparatos gigantes. Están en hospitales, plantas industriales, laboratorios, puertos y hasta buques en altamar. Según un reporte del Departamento de Energía de Estados Unidos, el mercado para los aceleradores sobrepasa los 3.500 millones de dólares anuales y está creciendo un 10% cada año. He aquí algunos de ellos.

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En el Synchrotron Light Source del Laboratorio Nacional de Brookhaven, en el estado de Nueva York, se usa una combinación de luz ultravioleta e infrarroja para estudiar la estructura de las proteínas involucradas en la formación de placas en el cerebro de los pacientes con alzhéimer. Entender estas estructuras puede ayudar a desarrollar formas de prevenir la progresión de la enfermedad. 

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El Advanced Light Source, en el Laboratorio Nacional de Berkeley, produce haces de rayos X mil millones de veces más brillantes que el sol, que ofrecen oportunidades sin precedentes para la investigación de avanzada. Los colisionadores y aceleradores funcionan produciendo una corriente de partículas subatómicas eléctricamente cargadas, que son forzadas a viajar contenidas al vacío dentro de campos electromagnéticos, lo cual les imprime altas velocidades. 

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Las partículas empleadas incluyen electrones, positrones, protones y fotones, entre otras, según el uso que se les vaya a dar. Pueden manejarse directamente, o hacerlas chocar entre sí o contra un blanco fijo, para producir otro tipo de partículas, como los neutrones, que aunque no tienen carga eléctrica, pueden ser manejados en haces. Nuevas terapias bajo estudio incluyen el uso de partículas más pesadas que los protones, tales como los iones de carbono, que son aun más agresivas contra el cáncer. Spallation Neutron Source.

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Se ha demostrado que un haz de electrones es efectivo para la purificación del agua potable, el tratamiento de aguas negras y la remoción de contaminantes en los gases de combustión. Entre las ventajas de irradiar el agua con electrones es que el proceso no necesita productos químicos y es efectivo para destruir nanopartículas y trazas de farmacéuticos que los tratamientos convencionales del agua no logran quitar del todo. 

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Tal vez el uso más exótico de un acelerador de partículas está en el arte y la arqueología. Los haces de protones de cuatro millones de electronvoltios delicadamente sondean una amplia variedad de materiales: joyas, cerámicas, vidrio, aleaciones, monedas, estatuas, óleos y dibujos. Estas investigaciones ofrecen información sobre la proveniencia de los objetos, las antiguas fórmulas usadas para producirlos y las mejores maneras de protegerlos. De paso, es posible detectar si la obra en cuestión es real o falsa. Laboratorio Nacional Argonne, Illinois.

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Los aceleradores de partículas se usan también en espectrometría de masas, trabajando con haces de iones para medir la concentración de radioisótopos. El método es muy exacto porque cuenta los átomos uno por uno, en lugar de detectar su desintegración radioactiva, y es una tecnología importante en geología y climatología. Además, supone una sensibilidad superior para fechar objetos hasta de 50.000 años de edad mediante Carbono 14 (equivalente a hallar un grano de azúcar dentro de un estadio repleto de ella). Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC en la Universidad de Stanford.

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Las válvulas artificiales del corazón se hacen bombardeando el material con iones de plata producidos en un acelerador. También, durante el desarrollo de una medicina nueva es necesario poder ver la arquitectura de los átomos dentro de un cristal en una proteína. Esta cristalografía se lleva a cabo en aceleradores que producen haces de radiación de varias partes del espectro electromagnético, que permiten apreciar cómo reaccionan las proteínas a los cambios moleculares en la etapa del diseño de la droga.

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Un buque de carga puede llevar hasta 8.000 contenedores de acero a cualquier puerto. En Estados Unidos, revisar su contenido en busca de armas, bombas y cualquier otro material puesto por terroristas es el trabajo de aceleradores que producen rayos X, ante los cuales desfilan trenes cargados con los objetos recién llegados. Científicos y autoridades trabajan en el diseño de otros sistemas, como potentes aceleradores de neutrones in situ, que permitan detectar la radioactividad emitida por armas nucleares. Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC en la Universidad de Stanford.