Un haz de partículas es una corriente de partículas cargadas o neutras . En los aceleradores de partículas , estas partículas pueden moverse con una velocidad cercana a la de la luz . Existe una diferencia entre la creación y el control de haces de partículas cargadas y haces de partículas neutras, ya que solo el primer tipo puede ser manipulado en una medida suficiente por dispositivos basados en el electromagnetismo . La manipulación y el diagnóstico de haces de partículas cargadas a altas energías cinéticas utilizando aceleradores de partículas son temas principales de la física de aceleradores .
Las partículas cargadas , como electrones , positrones y protones, pueden separarse de su entorno común. Esto se puede lograr, por ejemplo, mediante emisión termoiónica o descarga de arco . Los siguientes dispositivos se utilizan comúnmente como fuentes de haces de partículas:
Los haces cargados pueden acelerarse aún más mediante el uso de cavidades de microondas de alta resonancia, a veces también superconductoras . Estos dispositivos aceleran las partículas mediante la interacción con un campo electromagnético . Dado que la longitud de onda de los dispositivos conductores macroscópicos huecos se encuentra en la banda de radiofrecuencia (RF), el diseño de dichas cavidades y otros dispositivos de RF también es parte de la física de los aceleradores.
Más recientemente, la aceleración de plasma ha surgido como una posibilidad para acelerar partículas en un medio de plasma , utilizando la energía electromagnética de sistemas láser pulsados de alta potencia o la energía cinética de otras partículas cargadas. Esta técnica se encuentra en desarrollo activo, pero por el momento no puede proporcionar haces confiables de suficiente calidad.
En todos los casos, el haz se dirige con imanes dipolares y se enfoca con imanes cuadrupolares , con el objetivo final de alcanzar la posición y el tamaño del punto de luz deseados en el experimento.
Los haces de partículas de alta energía se utilizan para experimentos de física de partículas en grandes instalaciones; los ejemplos más comunes son el Gran Colisionador de Hadrones y el Tevatrón .
Los haces de electrones se utilizan en fuentes de luz de sincrotrón para producir radiación de rayos X con un espectro continuo en una amplia banda de frecuencias , denominada radiación de sincrotrón . Esta radiación de rayos X se utiliza en las líneas de luz de las fuentes de luz de sincrotrón para una variedad de espectroscopias ( XAS , XANES , EXAFS , μ -XRF , μ -XRD ) con el fin de investigar y caracterizar la estructura y la especiación química de sólidos y materiales biológicos.
Los haces de partículas energéticas que consisten en protones , neutrones o iones positivos (también llamados microhaces de partículas ) también pueden usarse para el tratamiento del cáncer en terapia de partículas.
Muchos fenómenos astrofísicos se atribuyen a haces de partículas de diversos tipos. [3] Los científicos utilizan las ráfagas de radio solares de tipo III, las firmas de radio impulsivas más comunes del Sol, como herramienta para comprender mejor los haces de electrones solares acelerados. [4]
La Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de los Estados Unidos comenzó a trabajar en armas de rayos de partículas en 1958. [5] La idea general de este tipo de armamento es golpear un objetivo con un flujo de partículas aceleradas con alta energía cinética , que luego se transfiere a los átomos o moléculas del objetivo. La potencia necesaria para proyectar un rayo de alta potencia de este tipo supera las capacidades de producción de cualquier motor de campo de batalla estándar, [5] por lo que no se prevé que se produzcan este tipo de armas en un futuro previsible.