XVI. LOS ACELERADORES AT�MICOS

LOS aceleradores son m�quinas que comunican de manera controlada una velocidad previamente determinada a una part�cula microsc�pica cargada. Existen aceleradores de part�culas negativas, como los electrones, y aceleradores de part�culas positivas, como los protones y las alfa. Seg�n la velocidad que adquieran las part�culas luego de acelerarse, estos aparatos pueden ser de baja, mediana o alta energ�a. Finalmente, si la aceleraci�n act�a siempre en la misma direcci�n, el acelerador es lineal.

Todos los aceleradores se basan en el mismo principio: habr� de producirse un campo el�ctrico que acelere a las part�culas cargadas. Esto se logra, por ejemplo, cargando dos placas con cargas de signo opuesto. Seg�n la ley de Coulomb, la part�cula que ha de acelerarse ser� repelida por la placa cargada con el mismo signo de la carga que tiene la part�cula, y atra�da por la otra placa. Para que el sistema sea eficiente, se deber�n evitar los choques indeseados de la part�cula acelerada. Esto implica vaciar la regi�n entre las placas, extrayendo la mayor cantidad de mol�culas posible. En otras palabras, los aceleradores deben estar "al vac�o".

Antes de acelerar la part�cula, hay que tenerla. Por eso, parte esencial de un acelerador la constituye la fuente en donde se producen los proyectiles. Claramente, se dispone tambi�n de blancos, o sistemas bajo an�lisis, contra los cuales chocan las part�culas luego de acelerarse. Finalmente, los aceleradores llevan siempre asociados sistemas que permiten detectar la presencia de una cierta part�cula luego del choque, su velocidad o algunas otras propiedades. Estos sistemas se llaman detectores.

Aunque parezca raro, casi toda familia en esta �poca tiene un acelerador de part�culas en casa: un receptor de televisi�n. Este aparato tiene todas las caracter�sticas de un acelerador de electrones. La fuente es un filamento que, al calentarse, emite electrones hacia un recipiente al vac�o, el cinescopio, que es un tubo de vidrio sellado. Luego los electrones se aceleran por medio de un voltaje negativo (del orden de quince mil voltios) que los repele y, antes de chocar contra la pantalla, que es el blanco, se les controla y desv�a mediante campos magn�ticos. As� se hace incidir el haz de electrones sobre la pantalla que es fluorescente y emite luz al ser bombardeada por aqu�l, detectando su presencia. En el caso del televisor, por tanto, la pantalla fluorescente act�a no s�lo como blanco, sino tambi�n como detector.

Otros dos aceleradores de electrones son tambi�n populares hoy en d�a: el aparato de rayos X y el microscopio electr�nico. En el primero, los electrones salen de un c�todo y se aceleran hacia un �nodo; entre el �nodo y el c�todo existe una diferencia de potencial mayor que en los aparatos de televisi�n, pues llega hasta miles de voltios. En consecuencia, los electrones alcanzan una velocidad mayor que en el aparato receptor de televisi�n y producen al chocar contra los �tomos del blanco una radiaci�n electromagn�tica de mayor frecuencia que la luz visible: los rayos X.

La operaci�n del microscopio �ptico. Es decir, el microscopio electr�nico es m�s sutil. El sistema de producci�n y aceleraci�n de electrones es muy similar a los anteriores, pero el control del haz electr�nico es semejante al de los rayos luminosos en el microscopio �ptico. Es decir, el microscopio electr�nico tiene una lente condensadora, otra lente objetivo y una lente ocular, claro que en vez de los lentes de vidrio del microscopio �ptico, se cuenta con lentes electromagn�ticos (bocinas o condensadores) que ejercen sobre los electrones las mismas funciones que el vidrio sobre los fotones. Como la longitud de onda asociada a un electr�n es mucho menor que la de la luz visible, podemos ver objetos m�s peque�os. En consecuencia las amplificaciones son unas mil veces mayores que en los microscopios comunes y el poder de resoluci�n, que se define como la capacidad de separar dos puntos muy pr�ximos, tambi�n es mucho mayor. �Bien andaba el pr�ncipe De Broglie!

Los aceleradores de part�culas positivas son ligeramente distintos, ya que requieren de una fuente de part�culas un poco m�s compleja. Las part�culas positivas son, en los aceleradores de baja energ�a, �tomos ionizados a los cuales se les ha despojado de uno o m�s de sus electrones. Esto se logra haciendo pasar electrones veloces por una regi�n en que se encuentra el material no ionizado en forma de vapor. Al dispositivo en donde esto sucede se le llama fuente de iones. Una vez formados los iones, se arrojan a la zona en que se ha hecho el vac�o por medio de campos el�ctricos y magn�ticos, son acelerados y conducidos a la regi�n del blanco o hacia los detectores.

Uno de estos aceleradores positivos es el espectr�metro de masas, que se utiliza para medir peque�as diferencias de masa. Los iones positivos se aceleran y luego sufren la influencia de un potente im�n que desv�a a los iones de manera proporcional a sus masas. Colocando los detectores apropiadamente, podremos averiguar la proporci�n de las distintas masas presentes en el haz original. Esta informaci�n es muy valiosa y se emplea, por ejemplo, para determinar edades geol�gicas, o averiguar el origen de las aguas subterr�neas.

Muchos otros aceleradores han desarrollado los f�sicos para analizar la materia. Contamos ahora con aparatos que usan electrones lentos para estudiar las superficies de los s�lidos y con otros que producen electrones rapid�simos, con velocidades semejantes a la de la luz, y que se usan para el estudio de sistemas subnucleares. A medida que avancemos habr� oportunidad de mencionar varios de estos aceleradores y su empleo para descifrar alg�n secreto de la naturaleza. Es interesante hacer notar, desde ahora, que al igual que el microscopio electr�nico, el espectr�metro de masas y el aparato de rayos X, todos los aceleradores que han inventado los f�sicos en su af�n de ver m�s all�, representan tambi�n una arma poderosa, una nueva t�cnica, para resolver problemas que enfrenta el hombre en su vida cotidiana.