Come viene creato un raggio di protoni?

Un protone è uno degli elementi costitutivi dell'atomo. I protoni, insieme ai neutroni e agli elettroni molto più piccoli, costituiscono gli elementi di base. Quando queste particelle microscopiche vengono focalizzate in un raggio stretto e sparate a velocità estremamente elevate, si parla di fascio di protoni. I fasci di protoni sono cose estremamente utili, sia per i fisici sperimentali che per i medici.

I protoni hanno una carica elettrica positiva. Le cose con cariche opposte si attraggono, mentre le cose con la stessa carica si respingono. Questo è il principio centrale in un acceleratore di particelle: la macchina utilizzata per produrre fasci di protoni. I protoni vengono accelerati attraverso un tubo da elettromagneti. Quando un protone è dietro i magneti, il magnete viene commutato su una carica negativa per attirare il protone verso di esso. Quando il protone supera il magnete, la carica viene commutata in positivo, per allontanare il protone da esso, accelerandolo ulteriormente. Un'intera fila di protoni in fila produce un raggio di protoni.

Un raggio di protoni può raggiungere quasi la velocità della luce, ma ci vuole un po' di tempo per far funzionare le particelle. Un modo per farlo è usare un grande acceleratore lineare. Gli acceleratori lineari sono cose enormi, lunghe fino a 2 miglia.

Un altro modo per farlo è con un acceleratore circolare. Gli acceleratori circolari, o ciclotroni, hanno un campo magnetico progettato per piegare il percorso della particella in un cerchio. Un raggio di protoni in un ciclotrone ruoterà in tondo finché non raggiungerà una velocità sufficiente. Quindi verranno sparati al bersaglio.

I fasci di protoni hanno molte applicazioni utili. Sono spesso usati nella fisica teorica. Gli acceleratori di particelle distruggono i protoni in altri protoni, oltre a neutroni e altre particelle elementari. Quando le particelle si scontrano, gli scienziati misurano le piccole particelle espulse dalla collisione. Cercano di scoprire cose su gluoni, quark e le altre particelle di base che compongono i protoni.

I fasci di protoni sono utilizzati anche nella radioterapia. I protoni vengono mirati con cura e sparati contro i tumori, dove danneggiano il loro DNA e uccidono le cellule cancerose. Questo tipo di terapia danneggia molto poco il tessuto circostante. A differenza della chirurgia, non richiede il taglio, il che lo rende molto più sicuro e meno dannoso per alcuni tipi di tumori. In particolare, i fasci di protoni sono stati molto efficaci nel trattamento di alcuni tipi di cancro agli occhi. In precedenza l'occhio doveva essere rimosso per raggiungere il tumore, ma ora può essere preso di mira dal raggio di protoni.