Cuando se habla de aceleradores de partículas, la imaginación suele llevarnos a enormes túneles subterráneos, experimentos abstractos y preguntas lejanas sobre el origen del universo. Sin embargo, como explican Núria Fuster Martínez y Daniel Esperante Pereira, investigadores del Instituto de Física Corpuscular (IFIC, CSIC–Universitat de València), los aceleradores de partículas están mucho más cerca de nuestra vida cotidiana de lo que solemos pensar. Esa es precisamente la idea central de su libro Aceleradores de partículas. Del laboratorio a la sociedad mostrar cómo una tecnología nacida para la investigación fundamental se ha convertido en una herramienta clave de la medicina, la industria y la tecnología moderna.

En esencia, un acelerador de partículas es una máquina que permite tomar partículas subatómicas cargadas —como electrones, protones o iones— y hacerlas viajar a gran velocidad, dotándolas de una enorme energía concentrada en un espacio diminuto. Esa concentración extrema de energía es lo que abre la puerta a estudiar la materia a escalas imposibles de alcanzar por otros medios. Como resume Núria Fuster, “al final todo consiste en coger partículas muy pequeñas, hacerlas ir muy rápido y ver qué ocurre cuando interactúan con la materia”.

De la física fundamental a las aplicaciones cotidianas.

Los primeros aceleradores surgieron a comienzos del siglo XX, en torno a la década de 1930, impulsados por una pregunta puramente científica: ¿cómo es el núcleo del átomo y de qué está hecha la materia? Daniel Esperante recuerda que la motivación inicial fue poder controlar, a voluntad del experimentador, el tipo de partícula, su energía y su intensidad, algo que no permitían las fuentes radioactivas naturales utilizadas por pioneros como Rutherford. Muy pronto, sin embargo, los científicos comenzaron a darse cuenta de que aquellas máquinas podían servir para mucho más.

El principio físico es sencillo y se enseña ya en la escuela: las partículas cargadas se aceleran cuando entran en un campo eléctrico y pueden desviarse o enfocarse mediante campos magnéticos. A partir de esta idea básica se han desarrollado diferentes tipos de aceleradores. Los hay electrostáticos, que funcionan como enormes pilas de altísimo voltaje, y de radiofrecuencia, más complejos pero capaces de alcanzar energías mucho mayores gracias a campos electromagnéticos oscilantes. También se distinguen los aceleradores lineales, donde las partículas avanzan en línea recta, y los circulares, donde dan vueltas una y otra vez, ganando energía en cada paso.
En todos los casos, la tecnología es extraordinariamente sofisticada. Un acelerador combina fuentes de partículas, cavidades aceleradoras, sistemas de vacío extremo —comparables al del espacio exterior—, potentes imanes de precisión y complejos sistemas de control. No es exagerado, como señala Daniel, decir que estas máquinas están entre las más complejas jamás construidas por el ser humano, comparables a los grandes cohetes espaciales.

El Gran Colisionador y las grandes preguntas

El ejemplo más emblemático de acelerador moderno es el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN, donde protones alcanzan energías de varios teraelectronvoltios antes de colisionar frontalmente. El objetivo es recrear, durante instantes fugaces, condiciones similares a las del Big Bang para estudiar las partículas elementales y las fuerzas que rigen el universo. Gracias a este tipo de instalaciones se ha confirmado el Modelo Estándar de la física de partículas y se ha descubierto el bosón de Higgs, aunque todavía quedan grandes incógnitas abiertas, como la naturaleza de la materia oscura o la asimetría entre materia y antimateria. Pero este uso, aunque espectacular, representa solo una pequeña fracción del impacto real de los aceleradores.

Medicina, industria y tecnología: el verdadero impacto social

Más del 95 % de los aceleradores que existen hoy en el mundo no se dedican a la física fundamental, sino a aplicaciones prácticas. En medicina, por ejemplo, los aceleradores son esenciales para la radioterapia. Los aceleradores lineales médicos (LINAC) generan haces de electrones que producen rayos X de alta energía, utilizados diariamente en hospitales de todo el mundo para tratar el cáncer. Daniel Esperante los define como “probablemente el acelerador más exitoso de la historia” por su impacto directo en millones de pacientes.

Más recientemente, técnicas como la protonterapia y la ionterapia —conocidas conjuntamente como hadronterapia— utilizan protones o iones pesados para depositar la dosis de radiación de forma mucho más precisa en el tumor, minimizando el daño al tejido sano. Núria Fuster explica cómo estas partículas liberan la mayor parte de su energía justo al final de su recorrido, una propiedad especialmente valiosa en tratamientos pediátricos o en zonas sensibles como el cerebro.

En la industria, los aceleradores son fundamentales para la fabricación de semiconductores, la base de toda la electrónica moderna. Se utilizan para “dopar” materiales y controlar sus propiedades eléctricas a escala microscópica, un paso imprescindible para producir microchips. También se emplean en soldadura de alta precisión, modificación de materiales, esterilización, control de calidad y análisis no destructivo en sectores como la aeronáutica.

Otro campo clave es el de las fuentes de luz sincrotrón, grandes aceleradores circulares que producen radiación extremadamente intensa y controlada. Esta luz permite estudiar la estructura de proteínas, materiales avanzados o restos arqueológicos, y ha sido crucial, por ejemplo, para comprender la estructura del ADN y desarrollar nuevos fármacos.

Investigación y futuro en España

Aunque España no fue pionera en este campo, Núria Fuster y Daniel Esperante destacan que la situación ha cambiado de forma notable en las últimas décadas. Infraestructuras como el sincrotrón ALBA en Barcelona o el Centro Nacional de Aceleradores en Sevilla prestan servicio a comunidades científicas muy diversas y tienen un impacto directo en la sociedad, desde la producción de radioisótopos médicos hasta la investigación en biología o ciencia de materiales.

En el IFIC, ambos entrevistados participan en proyectos que buscan desarrollar aceleradores más compactos y eficientes, especialmente orientados a aplicaciones médicas. Su trabajo combina física, ingeniería, instrumentación avanzada y colaboración multidisciplinar, reflejando bien la naturaleza colectiva de este tipo de investigación.

Os invitamos a escuchar a Núria Fuster Martínez, investigadora CDEIGENT de la Generalitat Valenciana en el Instituto de Física Corpuscular (IFIC, CSIC-UV). y Daniel Esperante Pereira, ingeniero de Telecomunicaciones, doctor en Física e investigador científico del CSIC en el
Instituto de Física Corpuscular (IFIC, CSIC-UV) de Valencia.

Referencias:

Libro: Aceleradores de partículas. Del laboratorio a la sociedad

Instituto de Física Corpuscular