Una corriente de partículas aceleradas utilizada en experimentos.Un haz de partículas es una corriente dirigida de partículas cargadas o neutras, como electrones, protones o iones, que se aceleran a altas velocidades, a menudo cercanas a la de la luz. Los haces de partículas son las herramientas principales para sondear la estructura fundamental de la materia en la física de partículas, pero también tienen aplicaciones en medicina, ciencia de materiales e incluso en procesos industriales. El comportamiento de los haces de partículas está regido por el electromagnetismo y la relatividad especial, y su manipulación requiere campos magnéticos y eléctricos precisos.
El concepto de haz de partículas surgió a principios del siglo XX con el desarrollo de los tubos de rayos catódicos, pero la era moderna comenzó con la invención del ciclotrón por Ernest Lawrence en 1931, que permitió acelerar partículas a altas energías para experimentos de física nuclear.
Las partículas se generan en una fuente y luego se aceleran mediante campos eléctricos en un acelerador lineal o en un anillo circular. Los campos magnéticos dirigen y enfocan el haz, manteniendo las partículas en una trayectoria definida. A medida que las partículas ganan energía, su velocidad se acerca a la de la luz y los efectos relativistas se vuelven significativos. El haz puede dirigirse hacia un blanco para producir colisiones, o extraerse para su uso en experimentos o aplicaciones. La calidad del haz se caracteriza por parámetros como la intensidad, la emitancia (dispersión en posición y momento) y la polarización.
Los haces de partículas se utilizan en terapia contra el cáncer (terapia de protones), en fuentes de luz sincrotrón para la investigación de materiales y en aceleradores industriales para la implantación iónica en semiconductores.
Los haces de partículas pueden producir destellos de rayos X de attosegundos, lo que permite a los científicos capturar el movimiento de los electrones en tiempo real.